JP3127072B2 - Single crystal thin film forming method and single crystal thin film forming apparatus - Google Patents

Single crystal thin film forming method and single crystal thin film forming apparatus

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【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、基板すなわち任意の
媒質の上に単結晶薄膜を形成する方法および装置に関
し、特に選択的な単結晶薄膜の形成、および効率的な単
結晶薄膜の形成を実現する単結晶薄膜形成方法および装
置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for forming a single-crystal thin film on a substrate, that is, an arbitrary medium, and more particularly to a method for forming a single-crystal thin film selectively and efficiently. The present invention relates to a method and apparatus for forming a single-crystal thin film.

【0002】[0002]

【従来の技術】所定の物質の単結晶薄膜を同一物質でし
かも同一の結晶方位を有する単結晶基板の上に形成する
には、よく知られるエピタキシャル成長法を用いること
ができる。一方、非晶質基板、多結晶基板などの結晶構
造が異なる基板、あるいは物質の異なる基板の上に、単
結晶薄膜を形成するには、基板の上に非晶質薄膜あるい
は多結晶薄膜を一旦形成し、その後これらの薄膜を単結
晶へ転換する方法が用いられる。
2. Description of the Related Art A well-known epitaxial growth method can be used to form a single crystal thin film of a predetermined substance on a single crystal substrate of the same substance and having the same crystal orientation. On the other hand, in order to form a single-crystal thin film on a substrate having a different crystal structure, such as an amorphous substrate or a polycrystalline substrate, or a substrate having a different material, an amorphous thin film or a polycrystalline thin film is first formed on the substrate. A method of forming these films and then converting these thin films to single crystals is used.

【0003】従来、多結晶半導体薄膜および非晶質であ
るアモルファス半導体薄膜の単結晶化には溶融再結晶化
法と、横方向固相エピタキシー法が使用されて来た。
Conventionally, a melt recrystallization method and a lateral solid phase epitaxy method have been used for single crystallization of a polycrystalline semiconductor thin film and an amorphous semiconductor thin film which is amorphous.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の方法は以下に記述するような問題点を有していた。す
なわち、前者の溶融再結晶化法では、薄膜を構成する物
質が高融点物質の場合、基板に大きい熱歪が発生し、利
用しようとする薄膜の物理的、電気的特性が損なわれる
という問題点があった。また溶融を行うために、電子ビ
ーム、或いはレーザービームが使用される。このため、
これらのビームのスポットを基板の全面にわたって走査
する必要があるので、再結晶化のために多大な時間とコ
ストとを要するという問題点があった。
However, these methods have the following problems. That is, in the former melt recrystallization method, when the material constituting the thin film is a high melting point material, a large thermal strain is generated on the substrate, and the physical and electrical characteristics of the thin film to be used are impaired. was there. An electron beam or a laser beam is used for melting. For this reason,
Since it is necessary to scan the spots of these beams over the entire surface of the substrate, there is a problem that much time and cost are required for recrystallization.

【0005】後者の横方向固相エピタキシー法では、基
板を構成する物質の結晶方法に影響され易い上に、成長
速度が遅いという問題点があった。例えば、10μm程
度の厚さの単結晶薄膜に成長させるのに、10時間以上
を必要とした。しかも、成長がある程度進行すると、格
子欠陥が発生し単結晶の成長が止まるために、大きい結
晶粒を得ることが困難であるという問題点があった。
[0005] The latter lateral solid phase epitaxy method has problems that it is easily affected by the crystallization method of the substance constituting the substrate and that the growth rate is slow. For example, it took 10 hours or more to grow a single crystal thin film having a thickness of about 10 μm. Moreover, when the growth proceeds to some extent, lattice defects are generated and the growth of the single crystal is stopped, so that there is a problem that it is difficult to obtain large crystal grains.

【0006】さらに、いずれの方法においても、種結晶
を多結晶薄膜、或いは非晶質薄膜に接触させる必要があ
るという問題点があった。また、単結晶が成長する方向
が薄膜の主面に沿った方向、すなわち横方向であるた
め、結晶への成長距離が長くなる結果、単結晶が成長す
る中途において各種の障害が入るという問題点があっ
た。例えば、基板がガラスなどの非晶質状の材料で構成
される場合には、基板の格子の位置に規則性が無いの
で、この不規則性が単結晶の成長に影響する結果、結晶
粒の粒径は大きいが多結晶として成長してしまうという
問題点があった。加えて、横方向への成長であるため
に、基板の任意の領域に選択的に所定の結晶方位を有す
る単結晶薄膜を形成させることは困難であるという問題
点があった。
Further, in any of the methods, there is a problem that it is necessary to bring a seed crystal into contact with a polycrystalline thin film or an amorphous thin film. In addition, since the direction in which the single crystal grows is along the main surface of the thin film, that is, in the lateral direction, the growth distance to the crystal becomes longer, resulting in various obstacles during the growth of the single crystal. was there. For example, when the substrate is made of an amorphous material such as glass, the position of the lattice of the substrate has no regularity. Although the grain size is large, there is a problem that it grows as a polycrystal. In addition, there is a problem that it is difficult to selectively form a single crystal thin film having a predetermined crystal orientation in an arbitrary region of the substrate due to the lateral growth.

【0007】一方、これらの方法における上述した問題
点を解決することを意図して、薄膜の縦方向の成長を利
用することによって成長距離を短くし、そのことによっ
て成長時間を短くする試みが行われた。すなわち、多結
晶薄膜、あるいは非晶質薄膜の全面に種結晶を接触さ
せ、薄膜の主面に垂直な方向すなわち縦方向に固相エピ
タキシャル成長を行わせる方法が試みられた。しかしな
がら、その結果は、部分的にしか種結晶と非晶質薄膜等
とが接触せず、この接触部分から横方向エピタキシャル
成長が起こるだけであり、期待された縦方向の固相エピ
タキシャル成長によって単結晶薄膜を形成するには至ら
なかった。加えて、この方法では、種結晶と成長した単
結晶膜とが接着してしまうので、これを分離することが
非常に困難であり、敢えて引き離そうとすると、成長し
た薄膜が基板から剥離し種結晶側に付着してしまうとい
う問題点があった。更に、基板の任意の領域に選択的に
所定の結晶方位を有する単結晶薄膜を形成させるには、
所定の形状の種結晶を所定の位置に精度よく配置するこ
とが必要であり、実際上不可能であるという問題点があ
った。
On the other hand, in an attempt to solve the above-mentioned problems in these methods, attempts have been made to reduce the growth distance by utilizing the vertical growth of the thin film, thereby shortening the growth time. Was done. That is, a method has been attempted in which a seed crystal is brought into contact with the entire surface of a polycrystalline thin film or an amorphous thin film and solid phase epitaxial growth is performed in a direction perpendicular to the main surface of the thin film, that is, in a vertical direction. However, as a result, the seed crystal and the amorphous thin film are only partially in contact with each other, and only lateral epitaxial growth occurs from this contact portion. Could not be formed. In addition, according to this method, the seed crystal and the grown single crystal film adhere to each other, and it is very difficult to separate the seed crystal. There was a problem that it adhered to the side. Further, in order to selectively form a single crystal thin film having a predetermined crystal orientation in an arbitrary region of the substrate,
It is necessary to accurately arrange a seed crystal having a predetermined shape at a predetermined position, which is practically impossible.

【0008】また、基板自体が単結晶構造を有する場合
には、この基板の結晶方位と異なる結晶方位を有する単
結晶の薄膜を、この基板の上に形成することはいずれの
従来の技術をもってしても不可能であるという問題点が
あった。
In the case where the substrate itself has a single crystal structure, a single crystal thin film having a crystal orientation different from that of the substrate is formed on the substrate by any conventional technique. There was a problem that it was impossible.

【0009】この発明は、従来の方法が有する上述の問
題点を解決するためになされたもので、単結晶基板をも
含めた任意の基板の上に所望の結晶方位を有する単結晶
の薄膜を、効率よく形成し得る技術、並びに選択的に形
成し得る技術を提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the conventional method, and a single-crystal thin film having a desired crystal orientation is formed on an arbitrary substrate including a single-crystal substrate. It is an object of the present invention to provide a technique that can be formed efficiently and a technique that can be selectively formed.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】この発明にかかる請求項
1記載の単結晶薄膜形成方法は、所定の物質の単結晶薄
膜を形成する方法であって、(a) 基板上に非晶質または
多結晶質の前記所定の物質の薄膜を形成する工程と、
(b) 当該薄膜上にマスク材を形成する工程と、(c) 当該
マスク材を選択的に除去する工程と、(d) 前記所定の物
質の結晶化温度以下の高温下で、形成すべき前記単結晶
薄膜における方向の相異なる複数の最稠密結晶面に垂直
な方向から、前記所定の物質のスパッタリングを引き起
こさない低エネルギーの気体のビームを、選択的に除去
された前記マスク材を遮蔽体として前記基板上へ照射す
る工程と、を備える。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for forming a single crystal thin film of a predetermined substance, comprising the steps of: (a) forming a single crystal thin film on a substrate; Forming a thin film of the predetermined material of polycrystalline,
(b) forming a mask material on the thin film, (c) selectively removing the mask material, and (d) forming the mask material at a high temperature equal to or lower than the crystallization temperature of the predetermined substance. From the direction perpendicular to the plurality of densest crystal planes having different directions in the single-crystal thin film, a low-energy gas beam that does not cause the sputtering of the predetermined substance is selectively removed from the mask material. Irradiating onto the substrate.

【0011】この発明にかかる請求項2記載の単結晶薄
膜形成方法は、請求項1記載の方法において、前記工程
(b) 〜前記工程(d) を複数回実行するとともに、前記工
程(d) における前記ビームの照射方向を各回の間で互い
に違えることによって、複数種類の結晶方位を有する単
結晶へ前記薄膜を選択的に転換する。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for forming a single crystal thin film according to the first aspect.
(b) to performing the step (d) a plurality of times, and changing the irradiation direction of the beam in the step (d) from one time to another, thereby converting the thin film into a single crystal having a plurality of crystal orientations. Switch selectively.

【0012】この発明にかかる請求項3記載の単結晶薄
膜形成方法は、所定の物質の単結晶薄膜を形成する方法
であって、(a) 基板上に非晶質または多結晶質の前記所
定の物質の薄膜を形成する工程と、(b) 当該薄膜上にマ
スク材を形成する工程と、(c) 当該マスク材を選択的に
除去する工程と、(d) 選択的に除去された前記マスク材
を遮蔽体として前記薄膜にエッチング処理を施すことに
より、前記基板上の特定領域を残して当該薄膜を選択的
に除去する工程と、(e) 前記所定の物質の結晶化温度以
下の高温下で、形成すべき前記単結晶薄膜における方向
の相異なる複数の最稠密結晶面に垂直な方向から、前記
所定の物質のスパッタリングを引き起こさない低エネル
ギーの気体のビームを、前記基板上へ照射する工程と、
を備える。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a method of forming a single-crystal thin film of a predetermined substance, comprising the steps of: (a) forming the amorphous or polycrystalline predetermined film on a substrate; (B) forming a mask material on the thin film, (c) selectively removing the mask material, and (d) selectively removing the mask material. A step of selectively removing the thin film while leaving a specific region on the substrate by performing an etching process on the thin film using a mask material as a shield; and (e) a high temperature lower than a crystallization temperature of the predetermined substance. A low-energy gas beam that does not cause sputtering of the predetermined substance is irradiated onto the substrate from a direction perpendicular to a plurality of densest crystal planes having different directions in the single crystal thin film to be formed. Process and
Is provided.

【0013】この発明にかかる請求項4記載の単結晶薄
膜形成方法は、所定の物質の単結晶薄膜を形成する方法
であって、(a) 基板上に非晶質または多結晶質の前記所
定の物質の薄膜を形成する工程と、(b) 前記所定の物質
の結晶化温度以下の高温下で、形成すべき前記単結晶薄
膜における方向の相異なる複数の最稠密結晶面に垂直な
方向から、前記所定の物質のスパッタリングを引き起こ
さない低エネルギーの気体のビームを、前記基板上へ照
射する工程と、(c) 前記工程(b) の後に、前記薄膜の上
にマスク材を形成する工程と、(d) 当該マスク材を選択
的に除去する工程と、(e) 選択的に除去された前記マス
ク材を遮蔽体として、前記薄膜にエッチング処理を施す
ことにより、当該薄膜を選択的に除去する工程と、を備
える。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for forming a single crystal thin film of a predetermined substance, comprising the steps of: (a) forming a single crystal thin film of an amorphous or polycrystalline material on a substrate; A step of forming a thin film of the substance, and (b) at a high temperature equal to or lower than the crystallization temperature of the predetermined substance, from a direction perpendicular to a plurality of closest-packed crystal planes having different directions in the single crystal thin film to be formed. A step of irradiating the substrate with a low-energy gas beam that does not cause sputtering of the predetermined substance, and (c) after the step (b), a step of forming a mask material on the thin film. (D) selectively removing the mask material; and (e) selectively removing the thin film by etching the thin film using the selectively removed mask material as a shield. And a step of performing.

【0014】この発明にかかる請求項5記載の単結晶薄
膜形成方法は、所定の物質の単結晶薄膜を形成する方法
であって、(a) 基板上に非晶質または多結晶質の前記所
定の物質の薄膜を形成する工程と、(b) 当該工程(a) を
行いつつ、当該工程(a) のみでは前記所定の物質の結晶
化が起こらない低温度下で、形成すべき前記単結晶薄膜
における方向の相異なる複数の最稠密結晶面に垂直な方
向から、前記所定の物質のスパッタリングを引き起こさ
ない低エネルギーの気体のビームを、前記基板上へ照射
する工程と、(c) 前記工程(a) および(b) の後に、前記
薄膜の上にマスク材を形成する工程と、(d) 当該マスク
材を選択的に除去する工程と、(e) 選択的に除去された
前記マスク材を遮蔽体として、前記薄膜にエッチング処
理を施すことにより、当該薄膜を選択的に除去する工程
と、を備える。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method for forming a single-crystal thin film of a predetermined substance, comprising the steps of: (a) forming an amorphous or polycrystalline predetermined film on a substrate; Forming a thin film of the substance of (b), while performing the step (a), the single crystal to be formed at a low temperature at which crystallization of the predetermined substance does not occur only in the step (a). A step of irradiating the substrate with a low-energy gas beam that does not cause sputtering of the predetermined substance, from the direction perpendicular to the plurality of densest crystal planes having different directions in the thin film, and (c) the step ( forming a mask material on the thin film after (a) and (b), (d) selectively removing the mask material, and (e) removing the selectively removed mask material. By performing an etching process on the thin film as a shield, the thin film is And a step of selectively removing.

【0015】この発明にかかる請求項6記載の単結晶薄
膜形成方法は、所定の物質の単結晶薄膜を形成する方法
であって、(a) 基板上に非晶質または多結晶質の前記所
定の物質の薄膜を形成する工程と、(b) 前記所定の物質
の結晶化温度以下の高温下で、形成すべき前記単結晶薄
膜における方向の相異なる複数の最稠密結晶面に垂直な
方向から、前記所定の物質のスパッタリングを引き起こ
さない低エネルギーの気体のビームを、前記基板上へ照
射する工程と、(c) 前記工程(b) の後に、前記薄膜の上
にマスク材を形成する工程と、(d) 当該マスク材を選択
的に除去する工程と、(e) 前記所定の物質の結晶化温度
以下の高温下で、形成すべき前記単結晶薄膜における方
向の相異なる複数の最稠密結晶面に垂直であってしかも
前記工程(b) における方向とは異なる方向から、前記所
定の物質のスパッタリングを引き起こさない低エネルギ
ーの前記気体のビームを、選択的に除去された前記マス
ク材を遮蔽体として前記基板上へ照射する工程と、を備
える。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method for forming a single-crystal thin film of a predetermined substance, comprising the steps of: (a) forming an amorphous or polycrystalline predetermined film on a substrate; A step of forming a thin film of the substance, and (b) at a high temperature equal to or lower than the crystallization temperature of the predetermined substance, from a direction perpendicular to a plurality of closest-packed crystal planes having different directions in the single crystal thin film to be formed. A step of irradiating the substrate with a low-energy gas beam that does not cause sputtering of the predetermined substance, and (c) after the step (b), a step of forming a mask material on the thin film. (D) a step of selectively removing the mask material; and (e) a plurality of close-packed crystals having different directions in the single crystal thin film to be formed at a high temperature equal to or lower than the crystallization temperature of the predetermined substance. Perpendicular to the plane and the direction in the step (b) Irradiating the gas beam of low energy that does not cause the sputtering of the predetermined substance from the different direction onto the substrate using the mask material selectively removed as a shield.

【0016】この発明にかかる請求項7記載の単結晶薄
膜形成装置は、基板の上に所定の物質の単結晶薄膜を形
成する装置であって、形成すべき前記単結晶薄膜におけ
る方向の相異なる複数の最稠密結晶面に垂直な方向か
ら、前記所定の物質のスパッタリングを引き起こさない
低エネルギーの気体のビームを、前記基板上へ照射する
照射手段と、前記基板を前記照射手段に対して走査させ
る基板移動手段とを備える。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided an apparatus for forming a single-crystal thin film of a predetermined substance on a substrate, wherein the single-crystal thin film to be formed has different directions. An irradiation unit that irradiates the substrate with a beam of a low-energy gas that does not cause the sputtering of the predetermined substance from a direction perpendicular to the plurality of close-packed crystal planes, and causes the irradiation unit to scan the substrate. Substrate moving means.

【0017】この発明にかかる請求項8記載の単結晶薄
膜形成装置は、請求項7記載の装置であって、前記気体
のビームの断面形状を前記基板の上において帯状にする
ビーム集束手段を更に備える。
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided the apparatus for forming a single crystal thin film according to the seventh aspect, further comprising a beam converging means for making a cross-sectional shape of the gas beam into a band shape on the substrate. Prepare.

【0018】この発明にかかる請求項9記載の単結晶薄
膜形成装置は、基板の上に所定の物質の単結晶薄膜を形
成する装置であって、気体のビームを供給する単一のビ
ーム源と、当該ビーム源によって供給される前記ビーム
の少なくとも一部を反射させることによって、前記気体
が複数の所定の入射方向をもって前記基板上へ照射され
ることを実現する反射板と、当該反射板の傾斜角を変更
する反射板駆動手段と、を備える。
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a single crystal thin film forming apparatus for forming a single crystal thin film of a predetermined substance on a substrate, comprising: a single beam source for supplying a gas beam; A reflecting plate that reflects at least a part of the beam supplied by the beam source to thereby irradiate the gas onto the substrate with a plurality of predetermined incident directions; and a tilt of the reflecting plate. Reflector driving means for changing the angle.

【0019】この発明にかかる請求項10記載の単結晶
薄膜形成装置は、基板の上に所定の物質の単結晶薄膜を
形成する装置であって、気体のビームを供給する単一の
ビーム源と、複数の反射板とを備え、前記複数の反射板
の各1は、前記ビーム源によって供給される前記ビーム
の少なくとも一部を反射させることによって、前記気体
が当該反射板の傾斜角に関係した複数の所定の入射方向
をもって前記基板上へ照射されることを実現し、前記複
数の反射板の中から所定の1つを選択して前記ビームの
反射のために供する反射板交換手段を更に備える。
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided an apparatus for forming a single crystal thin film of a predetermined substance on a substrate, comprising: a single beam source for supplying a gas beam; A plurality of reflectors, wherein each one of the plurality of reflectors reflects at least a portion of the beam provided by the beam source so that the gas is related to the tilt angle of the reflector. The apparatus further includes reflector exchange means for realizing irradiation onto the substrate with a plurality of predetermined incident directions, selecting a predetermined one from the plurality of reflectors, and providing the selected reflector for reflection of the beam. .

【0020】この発明にかかる請求項11記載の単結晶
薄膜形成装置は、請求項7、9、または10に記載の装
置であって、非晶質または多結晶質の前記単結晶と同一
物質の薄膜を前記基板の上に形成する成膜手段を更に備
える。
According to the present invention, there is provided an apparatus for forming a single-crystal thin film according to the present invention, wherein the single-crystal thin film is made of the same material as the amorphous or polycrystalline single crystal. The apparatus further includes film forming means for forming a thin film on the substrate.

【0021】この発明にかかる請求項12記載の単結晶
薄膜形成装置は、基板の上に所定の物質の単結晶薄膜を
形成する装置であって、前記基板の表面をエッチングす
るエッチング手段と、非晶質または多結晶質の前記所定
の物質の薄膜を前記基板の表面上に形成する成膜手段
と、形成すべき前記単結晶薄膜における方向の相異なる
複数の最稠密結晶面に垂直な方向から、前記所定の物質
のスパッタリングを引き起こさない低エネルギーの気体
のビームを、前記基板上へ照射する照射手段と、を備
え、これらの手段において前記基板を収納する処理室は
互いに連通しており、前記基板をそれぞれの処理室へ出
し入れする基板搬送手段を更に備える。
According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided a single-crystal thin-film forming apparatus for forming a single-crystal thin film of a predetermined substance on a substrate, comprising: an etching means for etching the surface of the substrate; Film forming means for forming a crystalline or polycrystalline thin film of the predetermined substance on the surface of the substrate; and a direction perpendicular to a plurality of close-packed crystal planes having different directions in the single crystal thin film to be formed. Irradiating means for irradiating the substrate with a low-energy gas beam that does not cause the sputtering of the predetermined substance, the processing chambers accommodating the substrate in these means being in communication with each other, The apparatus further includes a substrate transfer means for transferring a substrate into and out of each processing chamber.

【0022】この発明にかかる請求項13記載の単結晶
薄膜形成装置は、単結晶構造を有する基板の上に所定の
物質の単結晶薄膜を形成する装置であって、形成すべき
前記単結晶薄膜における方向の相異なる複数の最稠密結
晶面に垂直な方向から、前記所定の物質のスパッタリン
グを引き起こさない低エネルギーの気体のビームを、前
記基板上へ照射する照射手段と、当該基板の結晶軸の方
向と前記入射方向との間の関係を所定の関係に設定すべ
く当該基板の姿勢を調整する姿勢制御手段と、を備え
る。
The apparatus for forming a single crystal thin film according to claim 13 of the present invention is an apparatus for forming a single crystal thin film of a predetermined substance on a substrate having a single crystal structure, wherein the single crystal thin film to be formed is formed. Irradiating means for irradiating the substrate with a low-energy gas beam that does not cause the sputtering of the predetermined substance from a direction perpendicular to a plurality of densest crystal planes having different directions in the direction of the crystal axis of the substrate, Attitude control means for adjusting the attitude of the substrate so as to set the relationship between the direction and the incident direction to a predetermined relationship.

【0023】この発明にかかる請求項14記載の単結晶
薄膜形成装置は、基板の上に所定の物質の単結晶薄膜を
形成する装置であって、反応ガスを供給することによっ
て非晶質または多結晶質の前記所定の物質の薄膜を前記
基板の上に形成する成膜手段と、形成すべき前記単結晶
薄膜における方向の相異なる複数の最稠密結晶面に垂直
な方向から、前記所定の物質のスパッタリングを引き起
こさない低エネルギーの気体のビームを、前記基板上へ
照射する照射手段と、前記基板を回転させる基板回転手
段と、を備える。
According to a fourteenth aspect of the present invention, there is provided a single-crystal thin film forming apparatus for forming a single-crystal thin film of a predetermined substance on a substrate, wherein the single-crystal thin film is formed by supplying a reaction gas. Film forming means for forming a crystalline thin film of the predetermined substance on the substrate, and the predetermined substance from a direction perpendicular to a plurality of close-packed crystal planes having different directions in the single crystal thin film to be formed. An irradiation unit for irradiating the substrate with a low-energy gas beam that does not cause sputtering, and a substrate rotation unit for rotating the substrate.

【0024】この発明にかかる請求項15記載の単結晶
薄膜形成装置は、基板の上に所定の物質の単結晶薄膜を
形成する装置であって、反応ガスを供給することによっ
て非晶質または多結晶質の前記所定の物質の薄膜を前記
基板の上に形成する成膜手段と、形成すべき前記単結晶
薄膜における方向の相異なる複数の最稠密結晶面に垂直
な方向から、前記所定の物質のスパッタリングを引き起
こさない低エネルギーの気体のビームを、前記基板上へ
照射する照射手段とを備え、前記成膜手段が、前記基板
へ前記反応ガスを供給する供給経路の端部を前記基板に
対して回転させる供給系回転手段を有する。
According to a fifteenth aspect of the present invention, there is provided a single crystal thin film forming apparatus for forming a single crystal thin film of a predetermined substance on a substrate. Film forming means for forming a crystalline thin film of the predetermined substance on the substrate, and the predetermined substance from a direction perpendicular to a plurality of close-packed crystal planes having different directions in the single crystal thin film to be formed. Irradiating means for irradiating the substrate with a low-energy gas beam that does not cause sputtering of the substrate, wherein the film forming means applies an end of a supply path for supplying the reaction gas to the substrate with respect to the substrate. And a feed system rotating means for rotating the feed system.

【0025】この発明にかかる請求項16記載の単結晶
薄膜形成装置は、基板の上に所定の物質の単結晶薄膜を
形成する装置であって、形成すべき前記単結晶薄膜にお
ける方向の相異なる複数の最稠密結晶面に垂直な方向か
ら、前記所定の物質のスパッタリングを引き起こさない
低エネルギーの気体の複数本のビームを、前記基板上へ
それぞれ照射する複数の照射手段と、当該複数の照射手
段における動作条件をそれぞれ個別に調整する制御手段
と、を備える。
A single crystal thin film forming apparatus according to claim 16 of the present invention is an apparatus for forming a single crystal thin film of a predetermined substance on a substrate, wherein the directions of the single crystal thin film to be formed are different. A plurality of irradiation means for irradiating the plurality of beams of a low-energy gas that does not cause the sputtering of the predetermined substance from the direction perpendicular to the plurality of close-packed crystal planes onto the substrate, and the plurality of irradiation means; And control means for individually adjusting the operating conditions in the above.

【0026】この発明にかかる請求項17記載の単結晶
薄膜形成装置は、基板の上に所定の物質の単結晶薄膜を
形成する装置であって、イオン源によって供給される気
体のビームを、形成すべき前記単結晶薄膜における方向
の相異なる複数の最稠密結晶面に垂直な方向から、前記
所定の物質のスパッタリングを引き起こさない低エネル
ギーで前記基板上へ照射する照射手段と、前記イオン源
と前記基板との間に、イオンを加速する方向にバイアス
電圧を印加するバイアス手段と、を備える。
According to a seventeenth aspect of the present invention, there is provided a single crystal thin film forming apparatus for forming a single crystal thin film of a predetermined substance on a substrate, wherein the single beam forms a beam of gas supplied by an ion source. Irradiating means for irradiating the substrate with low energy that does not cause sputtering of the predetermined substance from a direction perpendicular to a plurality of densest crystal planes having different directions in the single crystal thin film to be irradiated, the ion source, and the ion source; A biasing means for applying a bias voltage in a direction to accelerate ions between the substrate and the substrate.

【0027】この発明にかかる請求項18記載の単結晶
薄膜形成装置は、基板の上に所定の物質の単結晶薄膜を
形成する装置であって、イオン源によって供給される気
体のビームを、形成すべき前記単結晶薄膜における方向
の相異なる複数の最稠密結晶面に垂直な方向から、前記
所定の物質のスパッタリングを引き起こさない低エネル
ギーで前記基板上へ照射する照射手段を備え、前記イオ
ン源のイオン出口近傍にはグリッドが設置されており、
当該グリッドに前記イオン源からのイオンの引き出し条
件を調整する電圧を印加するグリッド電圧印加手段を更
に備える。
An apparatus for forming a single-crystal thin film according to claim 18 of the present invention is an apparatus for forming a single-crystal thin film of a predetermined substance on a substrate, wherein a beam of gas supplied by an ion source is formed. Irradiation means for irradiating the substrate with low energy that does not cause sputtering of the predetermined substance from a direction perpendicular to a plurality of densest crystal planes having different directions in the single crystal thin film to be provided, A grid is installed near the ion outlet,
The apparatus further includes a grid voltage applying unit that applies a voltage for adjusting conditions for extracting ions from the ion source to the grid.

【0028】この発明にかかる請求項19記載の単結晶
薄膜形成方法は、請求項1〜請求項6の何れかに記載の
方法において、前記気体を構成する元素の原子量が、前
記所定の物質を構成する元素の原子量の中の最大のもの
よりも低い。
According to a nineteenth aspect of the present invention, in the method of any one of the first to sixth aspects, the atomic weight of the element constituting the gas is such that the predetermined substance is converted to the predetermined substance. It is lower than the largest of the atomic weights of the constituent elements.

【0029】この発明にかかる請求項20記載の単結晶
薄膜形成方法は、請求項1、2、および6の何れかに記
載の方法において、前記気体を構成する元素の原子量
が、前記マスク材を構成する元素の原子量の中の最大の
ものよりも低い。
According to a twentieth aspect of the present invention, in the method of any one of the first, second and sixth aspects, the atomic weight of the element constituting the gas is such that the mask material has It is lower than the largest of the atomic weights of the constituent elements.

【0030】この発明にかかる請求項21記載の単結晶
薄膜形成装置は、請求項7、12〜16の何れかに記載
の装置において、前記照射手段が、電子サイクロトロン
共鳴型のイオン源を備え、当該イオン源によって前記気
体のビームが供給される。
According to a twenty-first aspect of the present invention, in the apparatus for forming a single-crystal thin film according to the seventh aspect, the irradiation means comprises an electron cyclotron resonance type ion source. The ion source provides a beam of the gas.

【0031】この発明にかかる請求項22記載の単結晶
薄膜形成装置は、請求項9または10に記載の装置にお
いて、前記ビーム源が電子サイクロトロン共鳴型のイオ
ン源である。
According to a twenty-second aspect of the present invention, in the single crystal thin film forming apparatus according to the ninth or tenth aspect, the beam source is an electron cyclotron resonance type ion source.

【0032】この発明にかかる請求項23記載の単結晶
薄膜形成装置は、請求項17または18に記載の装置に
おいて、前記イオン源が電子サイクロトロン共鳴型のイ
オン源である。
According to a twenty-third aspect of the present invention, in the single crystal thin film forming apparatus, the ion source is an electron cyclotron resonance type ion source.

【0033】なお、この発明において「基板」とは、そ
の上に薄膜を形成することのみを目的として供される単
なる土台としての物体に限定されず、例えば所定の機能
を有するデバイスなどをも含めて、その上に薄膜を形成
する対象とされる媒体全般を意味する。
In the present invention, the term “substrate” is not limited to an object serving as a mere base provided only for forming a thin film thereon, and includes, for example, a device having a predetermined function. Means a medium on which a thin film is to be formed.

【0034】また、この発明で「気体のビーム」とは、
ビーム状のイオン流、原子流、分子流の何れをも包含す
る概念である。
In the present invention, “gas beam”
This is a concept that encompasses any one of a beam-like ion flow, an atomic flow, and a molecular flow.

【0035】[0035]

【作用】<請求項1記載の発明の作用>この発明の方法
では、基板上にあらかじめ形成された所定の物質の非晶
質または多結晶質の薄膜に、複数方向から気体のビーム
を照射する。このビームのエネルギーは、被照射物質に
スパッタリングを引き起こさない大きさであるので、ブ
ラベ(Bravais )の法則が作用する。すなわち、被照射
薄膜の表面近傍の層が、ビームの照射方向に垂直な面が
最稠密結晶面となるような結晶方位を有する結晶に転換
される。複数本の気体のビームは、方向の相異なる複数
の最稠密結晶面に垂直な方向から、それぞれ照射される
ので、形成される結晶の方位は、唯一に定まる。すなわ
ち、結晶方位の揃った単結晶の層が多結晶薄膜の表面近
傍に形成される。しかも、照射に先だって被照射薄膜の
上にマスク材が形成され、このマスク材は選択的に除去
されている。このため、このマスク材の選択的に除去さ
れた部分に相当する基板上の特定領域に限って照射が進
行するので、この特定領域に相当する被照射薄膜の表面
近傍においてのみ単結晶の層が形成される。
According to the method of the present invention, an amorphous or polycrystalline thin film of a predetermined material formed on a substrate is irradiated with a gas beam from a plurality of directions. . Since the energy of this beam is large enough not to cause sputtering of the irradiated substance, Bravais' law is applied. That is, the layer near the surface of the thin film to be irradiated is converted into a crystal having a crystal orientation such that the plane perpendicular to the beam irradiation direction becomes the densest crystal plane. Since a plurality of gas beams are irradiated from directions perpendicular to a plurality of densest crystal planes having different directions, the orientation of the formed crystal is uniquely determined. That is, a single crystal layer having a uniform crystal orientation is formed near the surface of the polycrystalline thin film. Moreover, a mask material is formed on the thin film to be irradiated prior to irradiation, and the mask material is selectively removed. Therefore, irradiation proceeds only in a specific region on the substrate corresponding to the selectively removed portion of the mask material, so that the single crystal layer is formed only in the vicinity of the surface of the thin film to be irradiated corresponding to the specific region. It is formed.

【0036】更に、薄膜の温度が結晶化温度以下の高温
度であるために、表面近傍に形成された単結晶が種結晶
として機能し、縦方向の固相エピタキシャル成長によっ
て単結晶が深部に向かって成長する結果、特定領域にお
いて、被照射薄膜の厚さ方向の全領域が単結晶化する。
薄膜の温度が結晶化温度以上であると、形成された単結
晶が熱平衡状態である多結晶構造へ転換される。一方、
結晶化温度よりもはるかに低い温度では、深部へ向かう
結晶化が進行しない。このため、薄膜の温度は、例えば
結晶化温度の直下など、結晶化温度以下の高温度に調整
される。
Further, since the temperature of the thin film is a high temperature equal to or lower than the crystallization temperature, the single crystal formed near the surface functions as a seed crystal, and the single crystal grows deeper by solid phase epitaxial growth in the vertical direction. As a result of the growth, in the specific region, the entire region in the thickness direction of the irradiated thin film is monocrystallized.
When the temperature of the thin film is equal to or higher than the crystallization temperature, the formed single crystal is converted into a polycrystalline structure in a state of thermal equilibrium. on the other hand,
At a temperature much lower than the crystallization temperature, crystallization does not proceed deeper. For this reason, the temperature of the thin film is adjusted to a high temperature equal to or lower than the crystallization temperature, for example, immediately below the crystallization temperature.

【0037】以上のように、この発明の方法によれば、
基板上の任意の特定領域に、結晶方位の揃った単結晶薄
膜を選択的に形成することが可能である。
As described above, according to the method of the present invention,
It is possible to selectively form a single crystal thin film having a uniform crystal orientation in any specific region on the substrate.

【0038】<請求項2記載の発明の作用>この発明の
方法では、マスク材の形成から気体ビームの照射を、照
射方向を変更しつつ反復する。このため、基板上の複数
の任意の特定領域に、互いに結晶方位の異なる単結晶薄
膜を選択的に形成することが可能である。
<Operation of the Invention> According to the method of the present invention, the irradiation of the gas beam from the formation of the mask material is repeated while changing the irradiation direction. For this reason, it is possible to selectively form single-crystal thin films having different crystal orientations in a plurality of arbitrary specific regions on the substrate.

【0039】<請求項3記載の発明の作用>この発明の
方法では、基板上の特定領域を残して非晶質または多結
晶質の薄膜を選択的に除去した後に、所定の温度下で気
体のビームを照射することにより、ブラベの法則の作用
と縦方向の固相エピタキシャル成長とを促し、この薄膜
を単結晶薄膜へ転換する。このため、基板上の任意の特
定領域に、結晶方位の揃った単結晶薄膜を選択的に形成
することが可能である。
According to the method of the present invention, after selectively removing an amorphous or polycrystalline thin film while leaving a specific region on a substrate, a gas at a predetermined temperature is obtained. Irradiation of this beam promotes the action of Brave's law and the solid phase epitaxial growth in the vertical direction, and converts this thin film into a single crystal thin film. For this reason, it is possible to selectively form a single crystal thin film having a uniform crystal orientation in an arbitrary specific region on the substrate.

【0040】<請求項4記載の発明の作用>この発明の
方法では、基板上の非晶質または多結晶質の薄膜に、所
定の温度下で気体のビームを照射することにより、ブラ
ベの法則の作用と縦方向の固相エピタキシャル成長とを
促し、この薄膜を単結晶薄膜へ転換する。その後、基板
上の特定領域を残して単結晶薄膜を選択的に除去する。
このため、基板上の任意の特定領域に、結晶方位の揃っ
た単結晶薄膜を選択的に形成することが可能である。
According to the method of the present invention, the amorphous or polycrystalline thin film on the substrate is irradiated with a gas beam at a predetermined temperature to obtain the Brave's law. And the solid phase epitaxial growth in the vertical direction is promoted, and this thin film is converted into a single crystal thin film. Thereafter, the single crystal thin film is selectively removed while leaving a specific region on the substrate.
For this reason, it is possible to selectively form a single crystal thin film having a uniform crystal orientation in an arbitrary specific region on the substrate.

【0041】<請求項5記載の発明の作用>この発明の
方法では、基板上に非晶質または多結晶質の薄膜を形成
しつつ、所定の温度下で気体のビームを照射することに
よりブラベの法則の作用を促し、形成されつつある薄膜
を逐次単結晶薄膜へ転換する。その後、基板上の特定領
域を残して単結晶薄膜を選択的に除去する。このため、
基板上の任意の特定領域に、結晶方位の揃った単結晶薄
膜を選択的に形成することが可能である。
According to the method of the present invention, a gas beam is irradiated at a predetermined temperature while forming an amorphous or polycrystalline thin film on a substrate. Is promoted, and the thin film being formed is sequentially converted into a single crystal thin film. Thereafter, the single crystal thin film is selectively removed while leaving a specific region on the substrate. For this reason,
It is possible to selectively form a single crystal thin film having a uniform crystal orientation in any specific region on the substrate.

【0042】<請求項6記載の発明の作用>この発明の
方法では、基板上の非晶質または多結晶質の薄膜に、所
定の温度下で気体のビームを照射することにより、ブラ
ベの法則の作用と縦方向の固相エピタキシャル成長とを
促し、この薄膜を単結晶薄膜へ転換する。その後、この
単結晶薄膜にマスク材を選択的に形成した後、新たな方
向から気体のビームを再び照射する。このとき、マスク
材が気体のビームに対して遮蔽体として作用するので、
マスク材が選択的に除去された領域において、単結晶薄
膜が新たな結晶方位を有する第2の単結晶薄膜に転換さ
れる。すなわち、この発明の方法によれば、基板上の複
数の任意の特定領域に、互いに結晶方位の異なる単結晶
薄膜を選択的に形成することが可能である。
According to the method of the present invention, the amorphous or polycrystalline thin film on the substrate is irradiated with a gas beam at a predetermined temperature to obtain the Brave's law. And the solid phase epitaxial growth in the vertical direction is promoted, and this thin film is converted into a single crystal thin film. Then, after a mask material is selectively formed on the single crystal thin film, the gas beam is irradiated again from a new direction. At this time, the mask material acts as a shield against the gas beam,
In the region where the mask material is selectively removed, the single crystal thin film is converted to a second single crystal thin film having a new crystal orientation. That is, according to the method of the present invention, it is possible to selectively form single crystal thin films having different crystal orientations on a plurality of arbitrary specific regions on the substrate.

【0043】<請求項7記載の発明の作用>この発明の
装置では、基板移動手段によって基板を走査することが
できるので、長尺の基板上に均一性の高い単結晶薄膜を
形成することが可能である。
In the apparatus according to the present invention, since the substrate can be scanned by the substrate moving means, it is possible to form a highly uniform single-crystal thin film on a long substrate. It is possible.

【0044】<請求項8記載の発明の作用>この発明の
装置では、気体のビームの断面形状を基板の上において
帯状にするビーム集束手段を備えるので、基板を走査す
ることによって単結晶薄膜を効率よくしかも、一層高い
均一性をもって形成することが可能である。
<Effect of the Invention of Claim 8> The apparatus of the present invention is provided with a beam converging means for making the cross section of the gas beam into a band shape on the substrate, so that the single crystal thin film can be formed by scanning the substrate. It can be formed efficiently and with higher uniformity.

【0045】<請求項9記載の発明の作用>この発明の
装置では、薄膜へ照射する気体のビームを、単一のビー
ム源と、経路に配設される反射板とによって得るので、
複数のビーム源を要せずして、相異なる複数の所定の方
向から気体のビームを照射することが可能である。しか
も、反射板駆動手段を備えるので、基板へのビームの入
射方向を変更して再設定することができる。このため、
互いに異なる結晶構造または結晶方位を有する複数種類
の単結晶薄膜を1つの装置で形成することが可能であ
る。
<Operation of the invention according to claim 9> In the apparatus of the present invention, the gas beam to be applied to the thin film is obtained by a single beam source and the reflector disposed on the path.
It is possible to irradiate gas beams from a plurality of different predetermined directions without using a plurality of beam sources. In addition, since the reflector driving means is provided, the direction of incidence of the beam on the substrate can be changed and reset. For this reason,
A plurality of types of single crystal thin films having different crystal structures or crystal orientations can be formed by one apparatus.

【0046】<請求項10記載の発明の作用>この発明
の装置では、薄膜へ照射する気体のビームを、単一のビ
ーム源と、経路に配設される反射板とによって得るの
で、複数のビーム源を要せずして、相異なる複数の所定
の方向から気体のビームを照射することが可能である。
しかも、反射板交換手段を備えるので、基板へのビーム
の入射方向を複数の反射板の中から任意に選択して再設
定することができる。このため、互いに異なる結晶構造
または結晶方位を有する複数種類の単結晶薄膜を1つの
装置で形成することが可能である。
<Effect of the Invention According to Claim 10> In the apparatus of the present invention, since a gas beam to be irradiated on the thin film is obtained by a single beam source and a reflector disposed in a path, a plurality of beams are provided. It is possible to irradiate a gas beam from a plurality of different predetermined directions without using a beam source.
In addition, since the reflector exchange means is provided, the direction of incidence of the beam on the substrate can be arbitrarily selected from a plurality of reflectors and reset. For this reason, it is possible to form a plurality of types of single crystal thin films having different crystal structures or crystal orientations with one apparatus.

【0047】<請求項11記載の発明の作用>この発明
の装置では、例えば化学気相成長手段等の成膜手段が備
わるので、成膜を行いつつ気体のビームを照射すること
によって、形成されつつある薄膜を逐次単結晶薄膜へ転
換することができる。このため、薄膜の縦方向エピタキ
シャル成長を促す必要がないので、低温度下での単結晶
薄膜の形成が可能である。
<Operation of the invention according to claim 11> Since the apparatus of the present invention is provided with a film forming means such as a chemical vapor deposition means, it is formed by irradiating a gas beam while forming a film. The growing thin film can be sequentially converted to a single crystal thin film. Therefore, it is not necessary to promote the vertical epitaxial growth of the thin film, so that a single crystal thin film can be formed at a low temperature.

【0048】<請求項12記載の発明の作用>この発明
の装置は、互いに連通する処理室を有するエッチング手
段と成膜手段と照射手段とを備えるので、この装置を用
いることにより、基板上に薄膜を形成する前に、酸化膜
を除去するエッチング処理を行い、新たな酸化の進行を
防止しつつ成膜を開始することが可能である。また、こ
の装置では、基板搬送手段が備わるので、各処理室への
基板の搬送が効率よく行われ得る。
<Effect of the Invention of Claim 12> Since the apparatus of the present invention includes an etching unit, a film forming unit, and an irradiation unit each having a processing chamber communicating with each other, by using this apparatus, the apparatus can be mounted on a substrate. Before forming a thin film, an etching process for removing an oxide film can be performed, and film formation can be started while preventing new oxidation from progressing. Further, in this apparatus, since the substrate transfer means is provided, the transfer of the substrate to each processing chamber can be performed efficiently.

【0049】<請求項13記載の発明の作用>この発明
の装置は姿勢制御手段を備えるので、この装置を用いる
ことにより、単結晶基板の結晶軸と気体のビームの入射
方向との間を所定の関係に設定することが可能である。
このため、単結晶基板の上にエピタキシャリーにしかも
結晶化温度以下で新たな単結晶薄膜を形成することが可
能である。
<Effect of the Invention of Claim 13> Since the apparatus of the present invention is provided with the attitude control means, by using this apparatus, a predetermined distance between the crystal axis of the single crystal substrate and the incident direction of the gas beam can be obtained. It is possible to set the relationship.
Therefore, it is possible to form a new single crystal thin film on the single crystal substrate epitaxially and at a temperature lower than the crystallization temperature.

【0050】<請求項14記載の発明の作用>この発明
の装置では、基板回転手段が備わるので、反応ガスを常
時供給する一方でビームの照射を間欠的に実行し、照射
が止んでいる間に基板を回転しつつ非晶質または多結晶
質の薄膜の形成を進行させることが可能である。このこ
とによって、均一性の高い非晶質または多結晶質の薄膜
を形成することができるので、これを転換して得られる
単結晶薄膜においても高い均一性が実現する。
<Function of the Invention According to Claim 14> In the apparatus of the present invention, since the substrate rotating means is provided, the irradiation of the beam is performed intermittently while the reaction gas is constantly supplied and the irradiation is stopped. It is possible to progress the formation of an amorphous or polycrystalline thin film while rotating the substrate. As a result, a highly uniform amorphous or polycrystalline thin film can be formed, so that a single crystal thin film obtained by converting the same can achieve high uniformity.

【0051】<請求項15記載の発明の作用>この発明
の装置では、供給系回転手段が備わるので、ビームの照
射を間欠的に実行することなく、反応ガスの供給とビー
ムの照射とを常時行いつつ均一性の高い単結晶薄膜を得
ることが可能である。すなわち、均一性の高い単結晶薄
膜を効率よく形成することができる。
<Effect of the Invention of Claim 15> Since the apparatus of the present invention is provided with the supply system rotating means, the supply of the reaction gas and the irradiation of the beam are always performed without intermittently performing the irradiation of the beam. It is possible to obtain a highly uniform single crystal thin film while performing. That is, a single crystal thin film having high uniformity can be efficiently formed.

【0052】<請求項16記載の発明の作用>この発明
の装置では、例えば出力ビームの密度などの照射手段に
おける動作条件を、制御手段が個別に調整するので、基
板に照射される複数のビームの状態がいずれも最適に調
整される。このため、良質の単結晶薄膜を効率よく形成
することが可能である。
<Operation of the Invention> In the apparatus of the present invention, since the control means individually adjusts the operating conditions of the irradiation means, such as the output beam density, the plurality of beams irradiated on the substrate are controlled. Are optimally adjusted. Therefore, a high-quality single-crystal thin film can be efficiently formed.

【0053】<請求項17記載の発明の作用>この発明
の装置では、バイアス手段によってイオン源と基板との
間にバイアス電圧が印加されるので、気体のビームの指
向性が向上する。このため、結晶方位の均一性の高い良
質の単結晶薄膜を形成することが可能である。
<Function of the Invention> In the apparatus of the present invention, a bias voltage is applied between the ion source and the substrate by the bias means, so that the directivity of the gas beam is improved. Therefore, it is possible to form a high-quality single-crystal thin film with high crystal orientation uniformity.

【0054】<請求項18記載の発明の作用>この発明
の装置では、グリッド電圧印加手段によってイオン源か
らイオンを引き出す条件が最適に調整されるので、良質
の単結晶薄膜を効率よく形成することが可能である。
In the apparatus according to the present invention, the conditions for extracting ions from the ion source are optimally adjusted by the grid voltage applying means, so that a high quality single crystal thin film can be efficiently formed. Is possible.

【0055】<請求項19記載の発明の作用>この発明
の方法では、基板上へ照射される気体ビームを構成する
元素の原子量が、被照射薄膜を構成する元素の原子量の
中の最大のものよりも低いので、照射された気体を構成
する原子の大部分が、被照射薄膜の表面ないしその近傍
で後方へ散乱され、被照射薄膜の中に残留し難い。この
ため、不純物の少ない単結晶薄膜を得ることができる。
In the method according to the present invention, the atomic weight of the element constituting the gas beam irradiated onto the substrate is the largest among the atomic weights of the elements constituting the thin film to be irradiated. Therefore, most of the atoms constituting the irradiated gas are scattered backward at or near the surface of the irradiated thin film and hardly remain in the irradiated thin film. For this reason, a single crystal thin film with few impurities can be obtained.

【0056】<請求項20記載の発明の作用>この発明
の方法では、基板上へ照射される気体ビームを構成する
元素の原子量が、マスク材を構成する元素の原子量の中
の最大のものよりも低いので、照射された気体を構成す
る原子の大部分が、マスク材の表面ないしその近傍で後
方へ散乱され、マスク材および被照射薄膜の中に侵入し
難い。このため、不純物の少ない単結晶薄膜を得ること
ができる。
<Operation of the invention according to claim 20> In the method of the present invention, the atomic weight of the element constituting the gas beam irradiated onto the substrate is larger than the atomic weight of the element constituting the mask material. Therefore, most of the atoms constituting the irradiated gas are scattered backward at or near the surface of the mask material, and hardly penetrate into the mask material and the thin film to be irradiated. For this reason, a single crystal thin film with few impurities can be obtained.

【0057】<請求項21〜請求項23の各1に記載の
発明の作用>この発明の装置では、電子サイクロトロン
共鳴型のイオン源によって気体のビームが供給されるの
で、イオンのビームの指向性が高いのに加えて、イオン
源から所定以上の距離において、イオンを中性化する手
段を用いることなく、指向性のよい強度の中性ビームを
得ることができる。
<Effects of the Inventions of Claims 21 to 23> In the apparatus of the present invention, since a gas beam is supplied by an electron cyclotron resonance type ion source, the directivity of the ion beam is In addition to this, a neutral beam with good directivity can be obtained at a predetermined distance or more from the ion source without using a means for neutralizing ions.

【0058】[0058]

【実施例】<A.単結晶薄膜形成の基本原理>ここで
は、基板の上に効率よく単結晶薄膜を形成する基本原理
について説明する。
Embodiment <A. Basic Principle of Single Crystal Thin Film Formation> Here, the basic principle of efficiently forming a single crystal thin film on a substrate will be described.

【0059】<A-1 .装置101の基本構成>図1は単
結晶薄膜を形成するための装置の基本構成の一例を示す
正面断面図である。この装置101は、基板11の上に
あらかじめ形成された多結晶薄膜を単結晶薄膜へ転換す
ることによって基板上に単結晶薄膜を形成する。
<A-1. Basic Configuration of Apparatus 101> FIG. 1 is a front sectional view showing an example of a basic configuration of an apparatus for forming a single crystal thin film. The apparatus 101 forms a single crystal thin film on a substrate 11 by converting a polycrystalline thin film formed in advance on the substrate 11 into a single crystal thin film.

【0060】この装置101では、処理容器1の上部
に、電子サイクロトロン共鳴型(ECR)のイオン源2
が組み込まれている。ECRイオン源2は、プラズマ室
4を内部に規定するプラズマ容器3を備えている。プラ
ズマ容器3の周囲には、プラズマ室4に直流の高磁場を
印加する磁気コイル5が設置されている。プラズマ容器
3の上面には、マイクロ波をプラズマ室4へ導入する導
波管6、およびNeなどの不活性ガスを導入する不活性
ガス導入管7が設けられている。
In this apparatus 101, an electron cyclotron resonance (ECR) ion source 2 is
Is incorporated. The ECR ion source 2 includes a plasma container 3 that defines a plasma chamber 4 inside. A magnetic coil 5 for applying a high DC magnetic field to the plasma chamber 4 is provided around the plasma container 3. On an upper surface of the plasma container 3, a waveguide 6 for introducing a microwave into the plasma chamber 4 and an inert gas introducing tube 7 for introducing an inert gas such as Ne are provided.

【0061】処理容器1は、その内部に照射室8を規定
する。プラズマ容器3の底部はその中央部に、プラズマ
が通過する引出口9を規定する。照射室8とプラズマ室
4とは、この引出口9を介して互いに連通している。照
射室8の内部には、引出口9の直下の位置に試料台10
が設置されている。試料台10の上には基板11が載置
され、さらに反射板12が基板11の上方に位置するよ
うに設置される。試料台10は、図示しないヒータを備
えており、このヒータの作用により基板11を加熱し、
適正な高温度に保持する。
The processing chamber 1 defines an irradiation chamber 8 therein. The bottom of the plasma container 3 defines, at the center thereof, an outlet 9 through which the plasma passes. The irradiation chamber 8 and the plasma chamber 4 communicate with each other via the outlet 9. Inside the irradiation chamber 8, the sample table 10 is located just below the outlet 9.
Is installed. A substrate 11 is placed on the sample stage 10, and a reflection plate 12 is installed above the substrate 11. The sample stage 10 includes a heater (not shown), and the substrate 11 is heated by the action of the heater.
Maintain an appropriate high temperature.

【0062】照射室8には、真空排気管14が連通して
いる。この真空排気管14の一端には、図示しない真空
装置が連結しており、真空排気管14を介して、照射室
8に存在する気体が排気されることにより、照射室8に
おける真空度が所定の高さに保持される。照射室8にお
ける真空度を表示する真空計15が、照射室8に連通し
て設置されている。
A vacuum exhaust pipe 14 communicates with the irradiation chamber 8. A vacuum device (not shown) is connected to one end of the vacuum exhaust pipe 14, and the gas present in the irradiation chamber 8 is exhausted through the vacuum exhaust pipe 14 so that the degree of vacuum in the irradiation chamber 8 becomes a predetermined value. Held at the height of A vacuum gauge 15 for displaying the degree of vacuum in the irradiation chamber 8 is provided in communication with the irradiation chamber 8.

【0063】<A-2.反射板の構成>図2は、反射板12
の一例における斜視図である。この反射板12aは、単
結晶Siなどの、ダイヤモンド構造を有する単結晶を形
成するための反射板の一例である。反射板12aは、平
板状の基台21の中央部に開口部を規定する。この開口
部の周囲に、3個の直方体のブロック22が固定的に設
置され、それらの内側にそれぞれ反射用ブロック23が
固定されている。その結果、基台21の中央部には、こ
れらの反射用ブロック23で縁どりされた正三角形状の
開口部24が形成される。反射用ブロック23におい
て、開口部24に面する斜面25が、気体ビームを反射
する反射面として機能する。したがって、斜面25の傾
斜角度は、形成すべき単結晶の結晶軸の方向に対応して
適切な大きさに設定される。
<A-2. Configuration of Reflector> FIG.
It is a perspective view in an example. The reflection plate 12a is an example of a reflection plate for forming a single crystal having a diamond structure, such as single crystal Si. The reflecting plate 12a defines an opening at the center of the flat base 21. Around this opening, three rectangular blocks 22 are fixedly installed, and inside each of them, a reflecting block 23 is fixed. As a result, an equilateral triangular opening 24 bordered by these reflection blocks 23 is formed at the center of the base 21. In the reflection block 23, the slope 25 facing the opening 24 functions as a reflection surface that reflects the gas beam. Therefore, the inclination angle of the slope 25 is set to an appropriate size in accordance with the direction of the crystal axis of the single crystal to be formed.

【0064】図3は、ブロック22と反射用ブロック2
3とで構成される反射板12aの一部分の三面図であ
り、図3(a)、図3(b)、および図3(c)は、そ
れぞれ平面図、側面図、および正面図である。図3
(b)に図示するように、斜面25の傾斜角度は、55
゜に設定される。
FIG. 3 shows a block 22 and a reflection block 2.
3 (a), 3 (b), and 3 (c) are a plan view, a side view, and a front view, respectively. FIG.
As shown in (b), the inclination angle of the slope 25 is 55
Set to ゜.

【0065】<A-3.ECRイオン源の動作>図1に戻っ
て、ECRイオン源2の動作について説明する。不活性
ガス導入管7からプラズマ室4へ、Ne、Ar等の不活
性ガスを導入しつつ、同時に導波管6からプラズマ室4
へマイクロ波が導入される。更に同時に、磁気コイル5
に直流電流が供給されることにより、プラズマ室4およ
びその周囲に直流磁場が形成される。供給された気体
は、マイクロ波と直流磁場の作用でプラズマ状態に保た
れる。このプラズマは、マイクロ波と直流磁場とによっ
てサイクロトロンの原理で螺旋運動する高エネルギーの
電子によって生成される。
<A-3. Operation of ECR Ion Source> Returning to FIG. 1, the operation of the ECR ion source 2 will be described. While introducing an inert gas such as Ne or Ar into the plasma chamber 4 from the inert gas introduction pipe 7, the plasma chamber 4 is simultaneously introduced from the waveguide 6.
The microwave is introduced to the At the same time, the magnetic coil 5
Is supplied with a DC current, a DC magnetic field is formed in and around the plasma chamber 4. The supplied gas is kept in a plasma state by the action of the microwave and the DC magnetic field. This plasma is generated by high-energy electrons that spirally move according to the principle of a cyclotron by a microwave and a DC magnetic field.

【0066】この電子は、反磁性の特性を有するので、
磁場の弱い方に移動し、磁力線に沿った電子流を形成す
る。その結果、電気的中性を維持するために、電子流に
伴われて正イオンも、磁力線に沿ったイオン流を形成す
る。すなわち、引出口9から照射室8へ、下方向に向か
う電子流とイオン流とが形成される。イオン流は、電子
流と並行して流れるので、消イオン時間を経過すると、
互いに再結合することによって中性原子流となる。した
がって、引出口9から下方に所定距離以上の離れた位置
では、殆ど中性の原子流のみが形成されている。
Since these electrons have diamagnetic properties,
It moves to the weaker magnetic field and forms an electron flow along the lines of magnetic force. As a result, in order to maintain electrical neutrality, positive ions also form an ion current along the magnetic field lines along with the electron current. That is, an electron flow and an ion flow are formed from the outlet 9 to the irradiation chamber 8 in a downward direction. Since the ion flow flows in parallel with the electron flow, after the deionization time has elapsed,
Recombination with each other results in a neutral atomic flow. Therefore, at a position separated from the outlet 9 by a predetermined distance or more, almost only a neutral atomic flow is formed.

【0067】このように、ECRイオン源2は、イオン
を発生する装置でありながら、イオン流を電子流に並行
して形成するので、イオン流を中性化する他の手段を用
いることなく、密度の高い中性の原子流を容易に得るこ
とができるという利点を有する。また、イオン流が電子
流と並行して形成されるので、進行方向があまり発散す
ることなく、進行方向の揃った平行流に近いイオン流が
得られる。また、平行なイオン流が中性の原子流に転換
されるので、原子流も進行方向の揃った平行流に近いも
のとなる。したがって、指向性を矯正するためのコリメ
ータなどの他の手段を要しないという利点がある。
As described above, although the ECR ion source 2 is an apparatus for generating ions, it forms an ion stream in parallel with an electron stream, so that there is no need to use another means for neutralizing the ion stream. There is an advantage that a high-density neutral atomic flow can be easily obtained. In addition, since the ion current is formed in parallel with the electron current, the ion current is not diverged so much, and an ion current similar to a parallel current having a uniform traveling direction can be obtained. In addition, since the parallel ion current is converted into a neutral atomic current, the atomic current also becomes close to a parallel current having a uniform traveling direction. Therefore, there is an advantage that other means such as a collimator for correcting directivity is not required.

【0068】<A-4.装置101の基本的動作>図1を参
照しつつ、装置101の基本的な動作について説明す
る。反射板12として図2および図3に示した反射板1
2aを用い、基板11として多結晶SiO2 (石英)基
板を用い、この石英基板11の上に単結晶Si薄膜を形
成する例を取り上げる。石英基板11の上には、CVD
(化学気相成長法)等の既知の方法を用いて、多結晶S
i薄膜があらかじめ形成されている。
<A-4. Basic Operation of Apparatus 101> The basic operation of the apparatus 101 will be described with reference to FIG. The reflector 1 shown in FIGS. 2 and 3 as the reflector 12
An example in which a polycrystalline SiO 2 (quartz) substrate is used as the substrate 11 and a single-crystal Si thin film is formed on the quartz substrate 11 will be described. CVD on the quartz substrate 11
(Chemical vapor deposition method) or other known methods,
An i thin film is formed in advance.

【0069】まず、試料を試料台10と反射板12a
(12)の間へ装着する。試料台10が備えるヒータ
は、試料すなわち石英基板11および多結晶Si薄膜
を、550゜Cの温度に保持する。この温度は、シリコ
ンの結晶化温度よりも低い温度であるために、この温度
の下では単結晶Siが多結晶Siへ移行することはな
い。同時にこの温度は、種結晶が存在すれば、この種結
晶を核として多結晶Siが単結晶Siへと成長し得るほ
どには高温度である。
First, the sample is placed on the sample stage 10 and the reflector 12a.
Attach it between (12). The heater of the sample stage 10 holds the sample, that is, the quartz substrate 11 and the polycrystalline Si thin film at a temperature of 550 ° C. Since this temperature is lower than the crystallization temperature of silicon, under this temperature, single-crystal Si does not migrate to polycrystalline Si. At the same time, this temperature is so high that, if a seed crystal is present, polycrystalline Si can grow into single-crystal Si using the seed crystal as a nucleus.

【0070】不活性ガス導入管7から導入される不活性
ガスとしては、好ましくはSi原子よりも原子量の小さ
いNeガスが選択される。ECRイオン源2の働きによ
り、引出口9から下方に向かってNe+ イオン流と電子
流が形成される。引出口9から反射板12a(12)ま
での距離は、好ましくは、Ne+ イオン流が殆ど中性N
e原子流に転換されるのに十分なだけの大きさに設定さ
れる。また、反射板12a(12)は、この下方向へ向
かうNe原子流が降り注ぐ位置に設置される。
As the inert gas introduced from the inert gas introduction pipe 7, a Ne gas having an atomic weight smaller than that of Si atoms is preferably selected. By the operation of the ECR ion source 2, a Ne + ion current and an electron current are formed downward from the outlet 9. The distance from the outlet 9 to the reflector 12a (12) is preferably such that the Ne + ion current is almost neutral N
It is set large enough to be converted to e-atom flow. The reflecting plate 12a (12) is installed at a position where the downward flow of the Ne atom flows.

【0071】下方向へ向かうNe原子流の一部は、反射
板12aに形成されている3つの斜面25によって反射
され、更に開口部24を通って、SiO2 基板11上の
多結晶Si薄膜へ照射される。また、Ne原子流の他の
一部は、斜面25へ入射せずに開口部24を通過して多
結晶Si薄膜へ直接に照射される。すなわち、多結晶S
i薄膜には、引出口9から直進して来た成分と、3つの
斜面25によって反射されて来た3成分とからなる4成
分のNe原子流が照射される。斜面25の傾斜角が55
゜に設定されているために、これら4成分のNe原子流
の照射方向は、形成すべきSi単結晶の4個の独立な最
稠密結晶面、すなわち(111)面に垂直な4方向に対
応する。
A part of the downward flow of the Ne atoms is reflected by the three slopes 25 formed on the reflection plate 12 a and further passes through the opening 24 to the polycrystalline Si thin film on the SiO 2 substrate 11. Irradiated. The other part of the Ne atom flow is directly irradiated to the polycrystalline Si thin film through the opening 24 without entering the slope 25. That is, the polycrystalline S
The i-thin film is irradiated with a four-component Ne atom stream consisting of a component that has traveled straight from the outlet 9 and three components that have been reflected by the three slopes 25. The slope angle of the slope 25 is 55
照射, the irradiation directions of these four component Ne atom flows correspond to the four independent densest crystal planes of the Si single crystal to be formed, that is, the four directions perpendicular to the (111) plane. I do.

【0072】ところで、ECRイオン源2によって形成
されるプラズマのエネルギーは、SiO2 基板11に到
達するNe原子のエネルギーが、Ne原子の照射による
Siのスパッタリングにおけるスレッショルド・エネル
ギー(=27eV)よりも低くなるように設定される。
このため、多結晶Si薄膜にブラベの法則が作用する。
すなわち、多結晶Si薄膜に照射されるNe原子流の入
射方向に垂直な面が最稠密結晶面となるように、多結晶
Si薄膜の表面近傍におけるSi原子が再配列する。照
射されるNe原子流は4つの成分を有しており、しかも
それぞれの成分の入射方向は、単結晶Siの独立な4つ
の最稠密面に垂直な方向に対応するので、Si原子の再
配列は、これらの入射方向に垂直な面がいずれも最稠密
面となるように行われる。すなわち、互いに独立な入射
方向を有する4本のNe原子ビームによって、4つの独
立な(111)面の再配列方向が一定方向に規制され、
その結果、結晶方位が一義的に決定づけられる。このた
め、多結晶Si薄膜の表面近傍の層が、結晶方位の揃っ
た単結晶Si層へと転換される。
Incidentally, the energy of the plasma formed by the ECR ion source 2 is such that the energy of Ne atoms reaching the SiO 2 substrate 11 is lower than the threshold energy (= 27 eV) in sputtering of Si by irradiation of Ne atoms. Is set to
Therefore, Brave's law acts on the polycrystalline Si thin film.
That is, the Si atoms in the vicinity of the surface of the polycrystalline Si thin film are rearranged such that the plane perpendicular to the incident direction of the Ne atom flow applied to the polycrystalline Si thin film becomes the densest crystal plane. The irradiated Ne atom stream has four components, and the incident direction of each component corresponds to the direction perpendicular to the four independent dense surfaces of the single-crystal Si. Is performed such that the planes perpendicular to these incident directions are all the densest planes. That is, the four independent (111) plane rearrangement directions are regulated in a certain direction by four Ne atom beams having mutually independent incident directions,
As a result, the crystal orientation is uniquely determined. For this reason, the layer near the surface of the polycrystalline Si thin film is converted into a single crystal Si layer having a uniform crystal orientation.

【0073】多結晶Si薄膜の温度は、前述のように5
50゜Cすなわち種結晶が成長するに適した範囲内の温
度に調整されている。このため、多結晶Si薄膜の表面
に形成された単結晶Si層が種結晶として機能し、単結
晶Si層が多結晶Si薄膜の深部に向かって成長する。
そして、多結晶Si薄膜の全領域が単結晶Si層へ転換
される。このようにして、石英基板11の上に結晶方位
の揃った単結晶Si層が形成される。
The temperature of the polycrystalline Si thin film is set to 5 as described above.
The temperature is adjusted to 50 ° C., that is, a temperature within a range suitable for growing the seed crystal. For this reason, the single crystal Si layer formed on the surface of the polycrystalline Si thin film functions as a seed crystal, and the single crystal Si layer grows toward the deep part of the polycrystalline Si thin film.
Then, the entire region of the polycrystalline Si thin film is converted to a single crystal Si layer. Thus, a single-crystal Si layer having a uniform crystal orientation is formed on the quartz substrate 11.

【0074】照射によって多結晶Si薄膜の表面に形成
され、種結晶として機能する単結晶Si層は、多結晶S
i薄膜から転化して形成されたものであるので、その深
部側に残っている多結晶Siの層とは一体をなしてい
る。すなわち、多結晶Siの層と種結晶との間の接触性
は完全である。このため、縦方向の固相エピタキシャル
成長が良好に進行する。また、種結晶と固相エピタキシ
ャル成長によって形成された単結晶Siとは、ともに同
一結晶方位を有する同一物質の単結晶であるために、単
結晶Si薄膜を形成した後に種結晶を除去する必要がな
い。また、単結晶Si薄膜が、縦方向の固相エピタキシ
ャル成長によって形成されるので、横方向に成長する従
来の技術に比べて、短時間で効率よく所望の単結晶Si
薄膜を得ることができる。
The single-crystal Si layer formed on the surface of the polycrystalline Si thin film by irradiation and functioning as a seed crystal is made of polycrystalline S
Since it is formed by converting from the i-thin film, it is integrated with the polycrystalline Si layer remaining on the deep side. That is, the contact between the polycrystalline Si layer and the seed crystal is perfect. Therefore, the solid-phase epitaxial growth in the vertical direction proceeds favorably. In addition, since the seed crystal and the single crystal Si formed by solid phase epitaxial growth are both single crystals of the same material having the same crystal orientation, there is no need to remove the seed crystal after forming the single crystal Si thin film. . Further, since the single-crystal Si thin film is formed by the solid-phase epitaxial growth in the vertical direction, the desired single-crystal Si film can be efficiently formed in a short time as compared with the conventional technique of growing in the horizontal direction.
A thin film can be obtained.

【0075】<A-5.好ましい条件>多結晶Si薄膜に照
射する原子ビームを構成する元素として、上述したよう
にSi原子よりも軽いNeを選択するのが望ましい。こ
れは、Ne原子がSi薄膜に照射された際に、比較的重
いSi原子が比較的軽いNe原子を後方へ散乱する確率
が高いので、その結果、Ne原子がSi薄膜の中に侵入
し残留するということが起こりにくいからである。被照
射薄膜がSiのような単体ではなく、例えばGaAsの
ような化合物で構成される場合には、原子量が最大の元
素よりも軽い原子を照射するとよい。また、単原子のビ
ームを照射する代わりに、化合物のビーム、例えばN2
などを照射しても良い。このときには、化合物を構成す
る元素(例えばN原子)が、被照射薄膜を構成する原子
量最大の元素よりも軽いことが望ましい。
<A-5. Preferred Conditions> As described above, it is desirable to select Ne, which is lighter than Si atoms, as an element constituting an atomic beam for irradiating a polycrystalline Si thin film. This is because, when Ne atoms are irradiated on the Si thin film, there is a high probability that relatively heavy Si atoms scatter relatively light Ne atoms backward, so that Ne atoms penetrate into the Si thin film and remain. This is because it is hard to happen. When the thin film to be irradiated is not composed of a simple substance such as Si but composed of a compound such as GaAs, it is preferable to irradiate the atoms with lighter atoms than the element having the largest atomic weight. Instead of irradiating a monoatomic beam, a compound beam such as N 2
Irradiation may be performed. At this time, it is desirable that the element (for example, N atom) constituting the compound is lighter than the element having the largest atomic weight constituting the irradiated thin film.

【0076】また、照射する原子ビームを構成する元素
には、Neなどの不活性元素を選択するのが望ましい。
なぜならば、不活性元素がSi薄膜の中に残留しても、
Si等の薄膜を構成するいずれの元素とも化合物を形成
することがないので、Si薄膜の電子物性には余り影響
を及ぼさない上に、出来上がった単結晶Si薄膜をある
程度昇温することによって、容易に外部へ除去され得る
からである。
It is desirable to select an inert element such as Ne as an element constituting the irradiated atomic beam.
Because, even if the inert element remains in the Si thin film,
Since it does not form a compound with any of the elements constituting the thin film such as Si, it does not significantly affect the electronic properties of the Si thin film, and can be easily heated by raising the temperature of the formed single-crystal Si thin film to some extent. Because it can be removed to the outside.

【0077】反射板12は、好ましくは金属で構成され
る。なぜならば、中性Ne原子流にわずかに混在するN
+ イオン流が導電性の反射板12で反射されたとき
に、Ne+ イオンが中性原子に変換され、基板11には
変換された中性Ne原子流が照射されるからである。中
性原子流はイオン流と異なり、進行方向が発散し難いの
で、方向の揃った流れとして基板11へ入射するという
利点がある。
The reflecting plate 12 is preferably made of a metal. This is because N slightly mixed in the neutral Ne atom flow
This is because when the e + ion current is reflected by the conductive reflector 12, the Ne + ions are converted into neutral atoms, and the substrate 11 is irradiated with the converted neutral Ne atom flow. Unlike the ion stream, the neutral atom stream is less likely to diverge in the traveling direction, and therefore has an advantage that the neutral atom stream is incident on the substrate 11 as a stream of uniform direction.

【0078】<A-6.装置100の基本構成と基本動作>
図4は、基板上に単結晶薄膜を形成するもう1つの装置
の基本構成を示す正面断面図である。この装置100
は、基板11の上に多結晶薄膜を形成しつつ、それと同
時にビームを照射することによって、成長しつつある多
結晶薄膜を単結晶薄膜へ逐次的に転換する。装置100
では、照射室8に反応ガス供給管13が連通している。
この反応ガス供給管13を通して、プラズマCVDによ
り基板11上に所定の物質の薄膜を形成するための反応
ガスが供給される。図4の例では、3本の反応ガス供給
管13a、13b、および13cが設けられている。
<A-6. Basic Configuration and Basic Operation of Apparatus 100>
FIG. 4 is a front sectional view showing a basic configuration of another apparatus for forming a single crystal thin film on a substrate. This device 100
In this method, a growing polycrystalline thin film is sequentially converted into a single crystal thin film by simultaneously irradiating a beam while forming a polycrystalline thin film on the substrate 11. Apparatus 100
In FIG. 7, a reaction gas supply pipe 13 communicates with the irradiation chamber 8.
A reaction gas for forming a thin film of a predetermined substance on the substrate 11 by plasma CVD is supplied through the reaction gas supply pipe 13. In the example of FIG. 4, three reaction gas supply pipes 13a, 13b, and 13c are provided.

【0079】装置100はつぎのように動作する。反射
板12として図2および図3に示した反射板12aを用
い、基板11として多結晶SiO2 (石英)を用い、こ
の石英基板11の上に単結晶Siの薄膜を形成する例を
取り上げる。反応ガス供給管13a、13b、および1
3cのそれぞれから、単結晶Siの主材料であるSiを
供給するSiH4 (シラン)ガス、p型不純物をドープ
するためのB2 3 (ジボラン)ガス、およびn型不純
物をドープするためのPH3 (ホスフィン)ガスが供給
される。また、不活性ガス導入管7からプラズマ室4
へ、Neガスが導入される。
The device 100 operates as follows. An example in which the reflecting plate 12a shown in FIGS. 2 and 3 is used as the reflecting plate 12, polycrystalline SiO 2 (quartz) is used as the substrate 11, and a single-crystal Si thin film is formed on the quartz substrate 11 will be described. Reaction gas supply pipes 13a, 13b, and 1
3c, a SiH 4 (silane) gas for supplying Si which is a main material of single crystal Si, a B 2 H 3 (diborane) gas for doping a p-type impurity, and a SiH 4 (diborane) gas for doping an n-type impurity. PH 3 (phosphine) gas is supplied. Further, the plasma chamber 4 is connected through the inert gas introduction pipe 7.
, A Ne gas is introduced.

【0080】反応ガス供給管13から供給されるシラン
ガスは、ECRイオン源2によって生成されたNe+
オン流あるいはNe原子流によって、SiO2 基板11
へ向かって叩きつけられる。その結果、SiO2 基板1
1の上面においてプラズマCVD反応が進行し、シラン
ガスが供給するSiを構成元素とする薄膜、すなわちS
i薄膜が成長する。また、ジボランガスまたはホスフィ
ンガスをその流量を適正に調整しつつ供給することによ
って、これらのガスによるプラズマCVD反応も同時に
進行し、B(ボロン)またはP(燐)を所望の濃度で含
有するSi薄膜が形成される。
The silane gas supplied from the reaction gas supply pipe 13 is supplied to the SiO 2 substrate 11 by the Ne + ion stream or the Ne atom stream generated by the ECR ion source 2.
Slammed towards. As a result, the SiO 2 substrate 1
The plasma CVD reaction proceeds on the upper surface of the substrate 1 and a thin film containing Si as a constituent element supplied by a silane gas, that is, S
An i thin film grows. In addition, by supplying diborane gas or phosphine gas while adjusting the flow rate thereof appropriately, the plasma CVD reaction using these gases simultaneously proceeds, and a Si thin film containing B (boron) or P (phosphorus) at a desired concentration. Is formed.

【0081】SiO2 基板11は加熱されない。このた
め、SiO2 基板11は、略常温度に保持される。した
がって、Si薄膜は略常温度下で成長する。すなわち、
プラズマCVDによって結晶化が進行する温度以下の温
度でSi薄膜が形成される。このためSi薄膜は、プラ
ズマCVDによって、まず非晶質であるアモルファスS
iとして形成される。
The SiO 2 substrate 11 is not heated. For this reason, the SiO 2 substrate 11 is maintained at a substantially normal temperature. Therefore, the Si thin film grows at approximately normal temperature. That is,
A plasma CVD forms a Si thin film at a temperature lower than the temperature at which crystallization proceeds. For this reason, the Si thin film is first formed by an amorphous S
i.

【0082】下方向へ向かうNe原子流は、装置101
の場合と同様に反射板12aの作用によって4成分に分
離され、SiO2 基板11の上面に形成されつつあるS
i薄膜へ入射する。これら4成分のNe原子流の入射方
向は、形成すべきSi単結晶の4個の独立な最稠密結晶
面、すなわち(111)面に垂直な4方向に対応する。
また、ECRイオン源2によって形成されるプラズマの
エネルギーは、これらの4成分の入射エネルギーが、S
iに対するスレッショルド・エネルギー(=27eV)
よりも低くなるように設定される。したがって、成長し
つつあるアモルファスSi薄膜にブラベの法則が作用す
る。すなわち、アモルファスSiに照射される4成分か
ら成るNe原子流の入射方向に垂直な面が、いずれも最
稠密結晶面となるようにアモルファスSi内のSi原子
が再配列する。その結果、単一の結晶方位を有する単結
晶Siが形成される。すなわち、プラズマCVDによっ
て成長しつつあるアモルファスSi薄膜は、結晶方位の
揃った単結晶Si薄膜へ逐次転換される。
The downward flow of the Ne atom is generated by the device 101.
As in the case of (1), S is separated into four components by the action of the reflection plate 12a and is being formed on the upper surface of the SiO 2
Light is incident on the i thin film. The incident directions of these four component Ne atom flows correspond to four independent densest crystal planes of the Si single crystal to be formed, that is, four directions perpendicular to the (111) plane.
The energy of the plasma formed by the ECR ion source 2 is such that the incident energy of these four components is S
Threshold energy for i (= 27 eV)
It is set to be lower than Therefore, Brave's law acts on the growing amorphous Si thin film. That is, the Si atoms in the amorphous Si are rearranged such that the plane perpendicular to the incident direction of the four-component Ne atom stream irradiated on the amorphous Si becomes the densest crystal plane. As a result, single-crystal Si having a single crystal orientation is formed. That is, the amorphous Si thin film growing by plasma CVD is sequentially converted to a single crystal Si thin film having a uniform crystal orientation.

【0083】反応ガス供給管13より、ジボランガスま
たはホスフィンガスを、シランガスと同時に供給するこ
とによって、BまたはPが添加されたp型またはn型の
単結晶Si薄膜が形成される。また、不純物元素を含有
するこれらの反応ガスを、交互に供給することによっ
て、例えばp型単結晶Si層の上に、等軸のn型単結晶
Si層を形成することも可能である。
By supplying a diborane gas or a phosphine gas simultaneously with the silane gas from the reaction gas supply pipe 13, a p-type or n-type single-crystal Si thin film to which B or P is added is formed. Further, by alternately supplying these reaction gases containing the impurity element, for example, an equiaxial n-type single-crystal Si layer can be formed on a p-type single-crystal Si layer.

【0084】前述のようにSiO2 基板11は加熱され
ず、プラズマCVDによって結晶化が進行する温度より
も低い温度下でSi薄膜が形成される。これは、Ne原
子流の照射がなくともプラズマCVDのみでSiの結晶
化が進行する高温度の下では、その結晶方位はNe原子
流の照射方向とは無関係な任意の方向となり、方位を規
制することができず、しかも多結晶が出来上ってしまう
からである。
As described above, the SiO 2 substrate 11 is not heated, and a Si thin film is formed by plasma CVD at a temperature lower than the temperature at which crystallization proceeds. This is because, under a high temperature at which crystallization of Si proceeds only by plasma CVD even without irradiation of the Ne atom flow, the crystal orientation becomes an arbitrary direction independent of the irradiation direction of the Ne atom flow, and the orientation is regulated. This is because polycrystals are formed.

【0085】装置100では、プラズマCVDによりS
i薄膜が成長する過程で、同時に単結晶への転換が逐次
進行する。このため、膜厚の大きい単結晶Si薄膜を、
しかも低温下で形成することが可能である。低温度下で
単結晶薄膜を形成できるので、例えば既に所定の素子が
作り込まれた基板の上に、この素子の特性を変えること
なく、更に新たな単結晶薄膜を形成することが可能であ
る。このように、この装置100では、薄膜の単なる支
持材としての機能しか持たない基板だけではなく、所定
の構造と機能とを有するデバイスを基板として、その上
に単結晶薄膜を形成することも可能である。
In the apparatus 100, S
During the process of growing the i-thin film, the conversion to a single crystal proceeds at the same time. Therefore, a single-crystal Si thin film having a large thickness is
Moreover, it can be formed at a low temperature. Since a single crystal thin film can be formed at a low temperature, for example, a new single crystal thin film can be formed on a substrate on which a predetermined element has already been formed without changing the characteristics of the element. . Thus, in this apparatus 100, it is possible to form a single-crystal thin film on a device having a predetermined structure and function as a substrate, as well as a substrate having only a function as a mere support material for a thin film. It is.

【0086】<A-7.他の単結晶薄膜形成の例>ダイヤモ
ンド構造以外の結晶構造を有する単結晶薄膜を形成する
ことも可能であり、そのためには、これらの反射板12
a、12b以外の、それぞれの結晶構造に適した構成を
有する反射板を用意するとよい。また、結晶構造は同一
であっても、様々な結晶方位を有する単結晶薄膜を形成
することも可能である。そのためには、それぞれの結晶
方位に適した反射板を用意するとよい。
<A-7. Example of Other Single Crystal Thin Film Formation> It is also possible to form a single crystal thin film having a crystal structure other than the diamond structure.
It is advisable to prepare a reflector having a configuration suitable for each crystal structure other than a and 12b. Further, single crystal thin films having various crystal orientations can be formed even if the crystal structures are the same. For this purpose, it is preferable to prepare a reflector suitable for each crystal orientation.

【0087】また、装置100、101では、上述の例
のようなSi単結晶薄膜だけではなく、例えばGaA
s、GaN等の化合物単結晶薄膜、更にSi02 などの
絶縁体の単結晶薄膜など、多種類の単結晶薄膜を基板の
上に形成することが可能である。例えば、形成すべき単
結晶薄膜がGaNの単結晶薄膜である場合には、まず通
常のCVD法で例えばSi基板上に多結晶のGaN膜を
成長させた後、装置101を用いてN原子を含むN
2 (窒素)ガスまたはNH3 (アンモニア)ガスを不活
性ガス導入管7へ導入し、これらの分子流または解離し
てなるN原子流などの気体のビームをGaN薄膜へ照射
してもよい。照射されたN原子がGaNの内部に残留し
ても、GaNの構成元素として単結晶の中に組み込まれ
るので、GaNの特性に悪影響を及ぼす恐れがない。
In the devices 100 and 101, not only the Si single crystal thin film as in the above-described example but also GaAs
It is possible to form various types of single crystal thin films on a substrate, such as a compound single crystal thin film such as s and GaN, and an insulator single crystal thin film such as SiO 2 . For example, when the single crystal thin film to be formed is a GaN single crystal thin film, first, a polycrystalline GaN film is grown on, for example, a Si substrate by a normal CVD method, and then N atoms are removed by using the apparatus 101. Including N
2 (Nitrogen) gas or NH 3 (ammonia) gas may be introduced into the inert gas introduction pipe 7 and the GaN thin film may be irradiated with a gas beam such as a molecular stream or a dissociated N atom stream. Even if the irradiated N atoms remain inside GaN, they are incorporated into the single crystal as a constituent element of GaN, so that there is no possibility that the characteristics of GaN are adversely affected.

【0088】また、GaAsの単結晶薄膜を形成する場
合には、まずSi基板等の上に通常の分子線エピタキシ
ー法でGaAsの多結晶薄膜を成長させた後、装置10
1を用いて基板温度を500゜Cに保ち、照射ガスとし
ては安価なArガスを使用し、反射板にはTa板を使用
し、その他はSi単結晶薄膜を形成する際と同じ条件を
用いるとよい。この方法によって、GaAsの単結晶薄
膜を得ることができる。もちろん、これらのGaN、G
aAs単結晶薄膜を生成するのに、装置101の代わり
に装置100を用いて、多結晶薄膜の形成と気体ビーム
の照射による単結晶への転換とを同時に行ってもよい。
When forming a GaAs single crystal thin film, first, a GaAs polycrystalline thin film is grown on a Si substrate or the like by a normal molecular beam epitaxy method.
1, the substrate temperature is kept at 500 ° C., an inexpensive Ar gas is used as the irradiation gas, a Ta plate is used as the reflection plate, and the other conditions are the same as those for forming the Si single crystal thin film. Good. With this method, a GaAs single crystal thin film can be obtained. Of course, these GaN, G
In order to generate an aAs single crystal thin film, the apparatus 100 may be used instead of the apparatus 101 to simultaneously form a polycrystalline thin film and convert it to a single crystal by irradiation with a gas beam.

【0089】<B.単結晶薄膜の選択的形成および効率
的形成に関する実施例>以下では、上述の方法を基本と
しつつ、基板上の特定領域への選択的な単結晶薄膜の形
成、および基板上への一層効率的な単結晶薄膜の形成を
可能とする方法および装置に関する実施例について説明
する。
<B. Example Regarding Selective Formation and Efficient Formation of Single Crystal Thin Film> Hereinafter, based on the above-described method, selective formation of a single crystal thin film in a specific region on a substrate and more efficient formation on a substrate Embodiments relating to a method and an apparatus capable of forming a simple single crystal thin film will be described.

【0090】<B-1 .第1実施例>図5〜図10は、第
1実施例の方法に関する工程図である。まず図5に示す
ように、Si単結晶基板102の上面に酸化処理を施す
ことによって、絶縁体であるSiO2 膜104を形成す
る。更に、SiO2 膜104の上に、例えばCVDを用
いてアモルファスまたは多結晶のSi薄膜106を形成
する。
<B-1. First Embodiment> FIGS. 5 to 10 are process charts relating to the method of the first embodiment. First, as shown in FIG. 5, an oxidation process is performed on the upper surface of the Si single crystal substrate 102 to form an SiO 2 film 104 as an insulator. Further, an amorphous or polycrystalline Si thin film 106 is formed on the SiO 2 film 104 by using, for example, CVD.

【0091】つぎに、図6に示すように、Si薄膜10
6の上面にSiO2 またはSi3 4 の薄膜を形成した
後、この薄膜にエッチングを選択的に施すことにより、
所望の特定領域に開口部を形成する。開口部を有するこ
の薄膜108は、後続する工程においてマスク材として
機能する。選択的なエッチングは既存の写真製版技術、
すなわちレジスト塗布、プリベーク、露光、現像、ポス
トベークの手順を順次用いて行われる。このとき、露光
は選択的なエッチングを可能にする所定のパターンを有
するマスク材を介して行なわれ、露光の後にはレジスト
材の剥離が行われる。開口部において露出するSi薄膜
106の部分には、いわゆる逆スパッタリング等の方法
によって洗浄が施される。
Next, as shown in FIG.
6, a thin film of SiO 2 or Si 3 N 4 is formed on the upper surface, and this thin film is selectively subjected to etching.
An opening is formed in a desired specific region. This thin film 108 having an opening functions as a mask material in a subsequent step. Selective etching uses existing photoengraving technology,
That is, the resist coating, the pre-baking, the exposure, the development, and the post-baking are sequentially performed. At this time, the exposure is performed via a mask material having a predetermined pattern that enables selective etching, and after the exposure, the resist material is stripped. The portion of the Si thin film 106 exposed at the opening is cleaned by a method such as so-called reverse sputtering.

【0092】その後、図7に示すように、装置101を
用いることにより、形成すべき単結晶薄膜の複数の最稠
密面に垂直な方向から、適切な照射エネルギーをもって
Ne原子流110をSi単結晶基板102の上面の全面
に照射する。Ne原子は、照射を受けるSi薄膜106
の成分元素であるSiよりも軽く、また同じく照射を受
けるマスク材108の成分元素の中で最大の原子量を有
するSiよりも軽いので、照射に伴ってマスク材108
およびSi薄膜106へ残留することが余りないという
利点がある。
Then, as shown in FIG. 7, by using the apparatus 101, the Ne atomic flow 110 is irradiated with an appropriate irradiation energy from a direction perpendicular to the plurality of densest surfaces of the single crystal thin film to be formed. Irradiation is performed on the entire upper surface of the substrate 102. The Ne atoms are exposed to the irradiated Si thin film 106.
Is lighter than Si having the largest atomic weight among the component elements of the mask material 108 to be irradiated, so that the mask material 108
In addition, there is an advantage that it is hardly left on the Si thin film 106.

【0093】Si薄膜106は、マスク材108を開口
部においてのみ、選択的にNe原子流の照射を受ける。
このため、図8に示すように、Si薄膜106は、マス
ク材108の開口部に相当する領域、すなわち上述の特
定領域において、結晶方位の揃った単結晶層112に選
択的に転換される。
The Si thin film 106 is selectively irradiated with the Ne atom flow only in the opening of the mask material 108.
Therefore, as shown in FIG. 8, the Si thin film 106 is selectively converted into a single crystal layer 112 having a uniform crystal orientation in a region corresponding to the opening of the mask material 108, that is, in the above-described specific region.

【0094】つづいて、図9に示すように、マスク材1
08を除去した後、上面に熱酸化を施すことにより、酸
化膜114を形成する。一般に、熱酸化反応の反応速度
は、単結晶よりも非晶質または多結晶における方が、2
〜5倍ほど大きい。このため、酸化膜114は、単結晶
層112の上に比べてSi薄膜106の上における方
が、2〜5倍厚く形成される。
Subsequently, as shown in FIG.
After removing 08, an oxide film 114 is formed by performing thermal oxidation on the upper surface. In general, the reaction rate of the thermal oxidation reaction is higher in amorphous or polycrystalline than in single crystal.
About 5 times larger. Therefore, the oxide film 114 is formed to be 2 to 5 times thicker on the Si thin film 106 than on the single crystal layer 112.

【0095】その後、図10に示すように、酸化膜11
4の上面全体を適度にエッチングすることにより、単結
晶層112の上面を露出させる。このとき、Si薄膜1
06の上には、酸化膜116が残っている。単結晶層1
12には、例えばトランジスタ素子などの所望の素子を
形成することができる。このとき、酸化膜116は、単
結晶層112に形成される素子を他の素子から分離する
いわゆるLOCOS(Local Oxidation of Silicon)と
して機能する。Si単結晶基板102自体も、その中に
すでに所望の素子が作り込まれている。したがって、単
結晶層112に新たな素子を組み込むことによって、3
次元構造を有するデバイスを実現することが可能であ
る。また、この実施例の方法では、LOCOSの形成が
非結晶層または多結晶層の上に行われるので、短時間で
効率よくLOCOSを形成することができ、熱酸化装置
におけるスループットが向上するという利点がある。
Thereafter, as shown in FIG.
By appropriately etching the entire upper surface of 4, the upper surface of single crystal layer 112 is exposed. At this time, the Si thin film 1
On oxide film 06, oxide film 116 remains. Single crystal layer 1
For example, a desired element such as a transistor element can be formed on the substrate 12. At this time, the oxide film 116 functions as a so-called LOCOS (Local Oxidation of Silicon) for separating an element formed in the single crystal layer 112 from another element. The desired element is already formed in the Si single crystal substrate 102 itself. Therefore, by incorporating a new element into the single crystal layer 112, 3
It is possible to realize a device having a three-dimensional structure. Further, in the method of this embodiment, since the LOCOS is formed on the amorphous layer or the polycrystalline layer, the LOCOS can be efficiently formed in a short time, and the throughput in the thermal oxidation apparatus is improved. There is.

【0096】また、この実施例の方法では、絶縁体であ
るSiO2 膜104の上に単結晶薄膜を形成することが
できるために、3次元構造のデバイスにおいてSi単結
晶基板102につくり込まれている素子と、その上に形
成された新たな素子の間の素子分離も容易に行い得ると
いう利点がある。
Further, according to the method of this embodiment, since a single crystal thin film can be formed on the SiO 2 film 104 as an insulator, it is formed on the Si single crystal substrate 102 in a device having a three-dimensional structure. There is an advantage that element isolation between the existing element and a new element formed thereon can be easily performed.

【0097】<B-2 .第2実施例>図11〜図19は、
第2実施例の方法に関する工程図である。図11に示す
ように、単結晶Si基板には、あらかじめトランジスタ
が形成されている。すなわち、p型の単結晶Si基板2
02の上面に、互いに分離されたn型のソース層204
およびドレイン層206が選択的に形成されている。ま
た、基板202の上面には、これらの層の間に相当する
領域にゲート酸化膜208を介してゲート電極210が
形成されている。すなわち、このトランジスタはnチャ
ネルMOS型トランジスタである。ゲート酸化膜208
はSiO2 で構成され、ゲート電極210は多結晶Si
で構成されている。
<B-2. Second Embodiment> FIGS.
FIG. 9 is a process chart relating to the method of the second embodiment. As shown in FIG. 11, transistors are formed in advance on a single crystal Si substrate. That is, the p-type single crystal Si substrate 2
02 on the upper surface of the n-type source layer 204
And the drain layer 206 is selectively formed. In addition, on the upper surface of the substrate 202, a gate electrode 210 is formed in a region corresponding to between these layers via a gate oxide film 208. That is, this transistor is an n-channel MOS transistor. Gate oxide film 208
Is made of SiO 2 , and the gate electrode 210 is made of polycrystalline Si.
It is composed of

【0098】つぎに、図12に示すように、基板202
およびゲート電極210の上面の全体にわたってSiO
2 で構成される絶縁膜212を形成する。その後、図1
3に示すように、非晶質または多結晶のSi膜214を
絶縁膜212の全面に形成する。
Next, as shown in FIG.
And SiO 2 over the entire upper surface of the gate electrode 210.
2 is formed. Then, FIG.
As shown in FIG. 3, an amorphous or polycrystalline Si film 214 is formed on the entire surface of the insulating film 212.

【0099】つづいて、Si膜214に選択的なエッチ
ングを施し、所望の特定領域にのみSi膜214を残
し、他は除去する。図14には、選択的なエッチングに
よって特定領域に形成されたSi膜216が図示されて
いる。
Subsequently, the Si film 214 is selectively etched to leave the Si film 214 only in a desired specific region and to remove the others. FIG. 14 shows a Si film 216 formed in a specific region by selective etching.

【0100】つづいて、図15に示すように、装置10
1を用いることにより、形成すべき単結晶薄膜の複数の
最稠密面に垂直な方向から、適切な照射エネルギーをも
ってNe原子流218を絶縁膜212およびSi膜21
6の上面の全面に照射する。Ne原子は、Si膜216
および絶縁膜212を構成するSiよりも軽いので、照
射に伴ってこれらの層へ残留することが余りないという
利点がある。この照射によって、図16に示すように、
Si膜216は結晶方位の揃った単結晶Si薄膜220
へ転換される。なお、このとき絶縁膜212の上面に露
出する領域も単結晶薄膜へ転換される。
Subsequently, as shown in FIG.
1, the Ne atomic flow 218 is applied to the insulating film 212 and the Si film 21 with appropriate irradiation energy from a direction perpendicular to a plurality of densest surfaces of the single crystal thin film to be formed.
Irradiation is performed on the entire upper surface of 6. Ne atoms are contained in the Si film 216.
In addition, since it is lighter than Si constituting the insulating film 212, there is an advantage that it is hardly left in these layers with irradiation. By this irradiation, as shown in FIG.
The Si film 216 is a single crystal Si thin film 220 having a uniform crystal orientation.
Is converted to At this time, the region exposed on the upper surface of the insulating film 212 is also converted into a single crystal thin film.

【0101】つぎに、図17に示すように、単結晶Si
薄膜220にn型の不純物をドーピングすることによ
り、単結晶Si薄膜220をn型のSi薄膜とする。そ
の後、n型の単結晶Si薄膜220の上面に、ゲート酸
化膜228よびゲート電極230を選択的に形成する。
更にこれらをマスクとしてp型不純物を単結晶Si薄膜
220の上面に選択的にドーピングすることにより、ド
レイン層224およびソース層226を形成する。すな
わち、セルフ・アライアン(自己整合)によってこれら
の層が形成される。この工程によって、単結晶Si薄膜
220がpチャネルMOS型トランジスタを構成する。
Next, as shown in FIG.
By doping the thin film 220 with an n-type impurity, the single crystal Si thin film 220 is changed to an n-type Si thin film. Thereafter, a gate oxide film 228 and a gate electrode 230 are selectively formed on the upper surface of the n-type single-crystal Si thin film 220.
Further, the drain layer 224 and the source layer 226 are formed by selectively doping the upper surface of the single crystal Si thin film 220 with a p-type impurity using these as a mask. That is, these layers are formed by self-Alliance (self-alignment). By this step, the single-crystal Si thin film 220 forms a p-channel MOS transistor.

【0102】その後、上面の全面にわたってSiO2
どによる絶縁膜232を形成する。つづいて、絶縁膜2
32および絶縁膜212における所望の部位に、選択的
なエッチングを施すことにより、コンタクトホールとし
て機能する開口部を形成する。さらに、コンタクトホー
ルを含めて絶縁膜232の上面の全面にわたって、例え
ばアルミニウムで構成される導電性の配線層234を塗
布した後、配線層234を選択的に除去することによっ
て、素子間に所望の結線を施す(図18)。
Thereafter, an insulating film 232 of SiO 2 or the like is formed over the entire upper surface. Then, the insulating film 2
A desired portion of the insulating film 32 and the insulating film 212 is selectively etched to form an opening functioning as a contact hole. Furthermore, after a conductive wiring layer 234 made of, for example, aluminum is applied over the entire upper surface of the insulating film 232 including the contact hole, the wiring layer 234 is selectively removed, so that a desired space between the elements can be obtained. Connection is made (FIG. 18).

【0103】以上に示したように、この実施例の方法で
は、基板202の上の所望の特定領域に単結晶の層を選
択的に形成することができる。更に、基板202自体に
すでに素子が作り込まれているために、この単結晶の層
に新たな素子を作り込むことによって、3次元構造を有
するデバイスが実現する。この実施例の方法では、Si
2 で構成される絶縁膜212の上に単結晶薄膜を形成
することができるために、3次元構造のデバイスにおい
て基板202につくり込まれている素子と、その上に形
成された新たな素子の間の素子分離も容易に行い得る。
As described above, according to the method of this embodiment, a single crystal layer can be selectively formed in a desired specific region on the substrate 202. Further, since a device is already formed in the substrate 202 itself, a device having a three-dimensional structure is realized by forming a new device in this single crystal layer. In the method of this embodiment, Si
Since a single-crystal thin film can be formed on the insulating film 212 made of O 2 , a device formed on the substrate 202 and a new device formed thereon on a three-dimensional structure device Can be easily performed.

【0104】また、図19に示すように、基板202の
上に複数の新たな素子を形成することも可能である。こ
のとき、2つの新たな素子(図19では2つのpチャネ
ルMOS型トランジスタ)は、互いに孤立して形成され
た単結晶Si薄膜220に作り込まれている。このた
め、これらの素子間の素子分離が、LOCOS、アイソ
レーション層等を設けることなく容易に実現する。その
結果、デバイスの製造工程が簡易であるとともに、素子
の集積度が高いという利点がある。
As shown in FIG. 19, a plurality of new elements can be formed on the substrate 202. At this time, two new elements (two p-channel MOS transistors in FIG. 19) are formed in the single-crystal Si thin film 220 formed separately from each other. Therefore, element isolation between these elements can be easily realized without providing a LOCOS, an isolation layer, and the like. As a result, there are advantages that the device manufacturing process is simple and the degree of integration of the elements is high.

【0105】なお、上記の実施例では、選択的に形成さ
れた単結晶Si薄膜220にn型不純物を導入したが、
Si膜216の段階で導入してもよく、さらにSi膜2
14の全面に導入しても良い。これらの何れの方法によ
っても、最終的に図18または図19に示される3次元
構造のデバイスを構成することが可能である。
In the above embodiment, the n-type impurity is introduced into the selectively formed single crystal Si thin film 220.
It may be introduced at the stage of the Si film 216,
14 may be introduced over the entire surface. By any of these methods, it is possible to finally configure a device having a three-dimensional structure shown in FIG. 18 or FIG.

【0106】<B-3 .第3実施例>上述のように第2実
施例では、Si膜214(図13)を選択的に除去して
Si膜216を形成した(図14)後に、Ne原子流の
照射を行って(図15)単結晶Si薄膜220へ転換し
た(図16)。これに代わって、まず図13に示される
Si膜214の上面全体に、Ne原子流の照射を行って
単結晶薄膜に転換し、その後Si膜214を選択的に除
去することによって、図16に示される単結晶Si薄膜
220を形成してもよい。その後の工程は第2実施例と
同様である。
<B-3. Third Embodiment> As described above, in the second embodiment, after the Si film 214 (FIG. 13) is selectively removed to form the Si film 216 (FIG. 14), irradiation with a Ne atom flow is performed ( (FIG. 15) Converted to a single crystal Si thin film 220 (FIG. 16). Instead, first, the entire upper surface of the Si film 214 shown in FIG. 13 is irradiated with a Ne atom stream to be converted into a single crystal thin film, and then the Si film 214 is selectively removed, thereby obtaining the structure shown in FIG. A single crystal Si thin film 220 as shown may be formed. Subsequent steps are the same as in the second embodiment.

【0107】<B-4 .第4実施例>また、上述のように
第3実施例では、あらかじめ非晶質または多結晶のSi
膜214を形成した(図13)後に、Ne原子流の照射
を行って、Si膜214を単結晶薄膜に転換した。これ
に代わって、図11に示す工程を終了した後、装置10
0を用いて、絶縁膜212の上に非晶質のSi薄膜を成
長させつつ、同時にNe原子流の照射を実行することに
より、絶縁膜212の上に単結晶のSi薄膜を形成して
も良い。その後、この単結晶のSi薄膜を選択的に除去
することによって、図16に示される単結晶Si薄膜2
20を形成する。その後の工程は第2および第3実施例
と同様である。
<B-4. Fourth Embodiment> As described above, in the third embodiment, amorphous or polycrystalline Si
After forming the film 214 (FIG. 13), the Si film 214 was converted into a single crystal thin film by irradiating with a Ne atom stream. Alternatively, after completing the process shown in FIG.
0, a single crystal Si thin film is formed on the insulating film 212 by simultaneously irradiating a Ne atom flow while growing an amorphous Si thin film on the insulating film 212. good. Thereafter, the single-crystal Si thin film 2 shown in FIG.
20 is formed. Subsequent steps are the same as in the second and third embodiments.

【0108】<B-5 .第5実施例>図20〜図28は、
第5実施例の方法に関する工程図である。図20に示す
ように、SiO2 で構成される基板502の上に、CV
D等によってアモルファスまたは多結晶のSi薄膜をは
じめに形成する。その後、装置100を用いて、Si薄
膜にNe原子流を照射することにより、このSi薄膜を
(100)面が上面に露出するように結晶包囲が揃った
単結晶Si薄膜504に転換する。なお、装置100を
用いる代わりに装置101を用いて、基板502の上に
アモルファスのSi薄膜を成長させつつ同時に、Ne原
子流を照射することによって単結晶Si薄膜504を形
成してもよい。
<B-5. Fifth Embodiment> FIGS.
It is a flowchart regarding the method of 5th Example. As shown in FIG. 20, a CV is placed on a substrate 502 made of SiO 2.
First, an amorphous or polycrystalline Si thin film is formed by D or the like. Thereafter, the Si thin film is irradiated with a Ne atom flow by using the apparatus 100 to convert the Si thin film into a single-crystal Si thin film 504 having a uniform crystal surrounding so that the (100) plane is exposed on the upper surface. Note that, instead of using the apparatus 100, the apparatus 101 may be used to grow the amorphous Si thin film on the substrate 502 and simultaneously irradiate a Ne atom flow to form the single crystal Si thin film 504.

【0109】つぎに、図21に示すように、単結晶Si
薄膜504の上面を選択的に熱酸化させることによっ
て、LOCOS層506を形成する。その後、図22に
示すように、LOCOS層506で互いに分離された単
結晶Si薄膜領域508、510、および512のそれ
ぞれに、p型またはn型の不純物を導入することによ
り、これらの単結晶Si薄膜領域508、510、51
2をp型またはn型の半導体領域に転換する。
Next, as shown in FIG.
The LOCOS layer 506 is formed by selectively thermally oxidizing the upper surface of the thin film 504. Thereafter, as shown in FIG. 22, p-type or n-type impurities are introduced into each of single-crystal Si thin film regions 508, 510, and 512 separated from each other by LOCOS layer 506, thereby Thin film regions 508, 510, 51
2 is converted to a p-type or n-type semiconductor region.

【0110】つぎに、図23に示すように、単結晶Si
薄膜領域512、510の上面に、選択的にSiO2
ゲート酸化膜514、515および多結晶Siのゲート
電極516、517をそれぞれ形成する。その後、図2
4に示すように、これらのゲート酸化膜514、515
およびゲート電極516、517をマスクとして、単結
晶Si薄膜領域512、510へ、上面からn型および
p型の不純物をそれぞれ選択的に導入する。その結果、
単結晶Si薄膜領域512、510の中に、ソース層お
よびドレイン層が形成される。
Next, as shown in FIG.
Gate oxide films 514 and 515 of SiO 2 and gate electrodes 516 and 517 of polycrystalline Si are selectively formed on the upper surfaces of the thin film regions 512 and 510, respectively. Then, FIG.
As shown in FIG. 4, these gate oxide films 514, 515
Using gate electrodes 516 and 517 as masks, n-type and p-type impurities are selectively introduced from upper surfaces into single-crystal Si thin film regions 512 and 510, respectively. as a result,
Source and drain layers are formed in the single-crystal Si thin film regions 512 and 510.

【0111】つぎに、図25に示すように、単結晶Si
薄膜領域508の上面を除いた他の上面部分にSiO2
の絶縁膜526を形成する。その後、図26に示すよう
に、装置101を用いて、上面からNe原子流の照射を
行う。このとき、SiO2 の絶縁膜526に覆われない
単結晶Si薄膜領域508のみが選択的に照射を受け
る。照射方向は、1つの(111)面が上面に露出する
ように配向した単結晶Siの複数の最稠密面(111)
に垂直な複数の方向に設定される。このため、単結晶S
i薄膜領域508が、(111)面が上面に露出するよ
うに結晶方位が揃った単結晶Si層530へと転換され
る。すなわち、単結晶Si薄膜領域508の結晶方位が
転換される。SiO2 の絶縁膜526でマスクされるこ
とによって照射を受けなかった領域528は、CMOS
素子を形成すべき領域である。一方、結晶方位が転換さ
れた単結晶Si層530には、例えば圧力センサが形成
される。 つぎに、図27に示すように、SiO2 の絶
縁膜532を上面の全面に形成する。絶縁膜532に
は、絶縁膜526が含まれている。その後、絶縁膜53
2における所望の部位に、選択的なエッチングを施すこ
とにより、コンタクトホールとして機能する開口部を形
成する。さらに、コンタクトホールを含めて絶縁膜53
2の上面の全面にわたって、例えばアルミニウムで構成
される導電性の配線層534を塗布した後、配線層53
4を選択的に除去することによって、素子間に所望の結
線を施す(図28)。
Next, as shown in FIG.
Except for the upper surface of the thin film region 508, SiO 2 is
Of the insulating film 526 is formed. Then, as shown in FIG. 26, irradiation of a Ne atom flow is performed from above using the apparatus 101. At this time, only the single crystal Si thin film region 508 that is not covered with the SiO 2 insulating film 526 is selectively irradiated. The irradiation direction is a plurality of close-packed surfaces (111) of single crystal Si oriented such that one (111) surface is exposed on the upper surface.
Are set in multiple directions perpendicular to. Therefore, the single crystal S
The i-thin film region 508 is converted into a single-crystal Si layer 530 having a uniform crystal orientation such that the (111) plane is exposed on the upper surface. That is, the crystal orientation of the single crystal Si thin film region 508 is changed. A region 528 that has not been irradiated by being masked by the SiO 2 insulating film 526 is a CMOS.
This is a region where an element is to be formed. On the other hand, for example, a pressure sensor is formed on the single crystal Si layer 530 whose crystal orientation has been changed. Next, as shown in FIG. 27, an insulating film 532 of SiO 2 is formed on the entire upper surface. The insulating film 532 includes an insulating film 526. After that, the insulating film 53
An opening functioning as a contact hole is formed by selectively etching a desired portion in 2. Further, the insulating film 53 including the contact hole is formed.
After applying a conductive wiring layer 534 made of, for example, aluminum over the entire upper surface of the
4 is selectively removed to provide a desired connection between the elements (FIG. 28).

【0112】以上の工程によって、1つの単結晶Si薄
膜504の中に、互いに結晶方位の異なる単結晶Siを
母材とする複数のCMOS528と圧力センサ536と
が並列的に形成される。CMOS528を構成する単結
晶Siは、(100)面が基板の主面に沿うように配向
するのが特性上望ましく、一方圧力センサを構成する単
結晶Siは、(111)面が基板の主面に沿うのが特性
上望ましい。この実施例の方法では、このように好まし
い結晶方位が互いに異なる複数の素子が同一の単結晶S
i薄膜の中に作り込まれた複合デバイスを形成すること
が可能である。また、この実施例の方法では、単結晶で
はないSiO2 の基板502の上に、単結晶Siを母材
とする素子を形成することが可能である。すなわち、基
板の材料を選ばないという利点がある。
Through the above steps, a plurality of CMOSs 528 and a pressure sensor 536 using single crystal Si having different crystal orientations as base materials are formed in parallel in one single crystal Si thin film 504. It is desirable in terms of characteristics that the single crystal Si forming the CMOS 528 be oriented so that the (100) plane is along the main surface of the substrate, while the single crystal Si forming the pressure sensor has the (111) plane having the main surface of the substrate. It is desirable from the viewpoint of characteristics. According to the method of this embodiment, a plurality of elements having different preferred crystal orientations are the same single crystal S
It is possible to form composite devices built into i-thin films. Further, according to the method of this embodiment, it is possible to form an element using single crystal Si as a base material on a substrate 502 of non-single crystal SiO 2 . That is, there is an advantage that the material of the substrate is not selected.

【0113】<B-6 .第6実施例>上述のように第5実
施例では、基板502の上に、CVD等によってアモル
ファスまたは多結晶のSi薄膜を形成した後、このSi
薄膜の上面の全面にわたってNe原子流を照射すること
により、Si薄膜の全ての領域を(100)面が上面に
露出するように配向した単結晶Si薄膜504に転換し
た(図20)。これに代わって、図29に示すように、
所定のマスク・パターンを有するマスク材540を上面
に形成した後にNe原子流を照射することによって、S
i薄膜の中のCMOSを形成すべき領域に限って選択的
にNe原子流を照射してもよい。これによって、CMO
Sを形成すべき領域のみが(100)面を上面とする単
結晶Si薄膜542に転換され、残余の領域544は元
のアモルファスまたは多結晶のSi薄膜のままである。
その後の工程は、第5実施例と同様である。
<B-6. Sixth Embodiment> As described above, in the fifth embodiment, after forming an amorphous or polycrystalline Si thin film on a substrate 502 by CVD or the like, this Si
By irradiating the entire surface of the thin film with a Ne atom stream, all regions of the Si thin film were converted into a single-crystal Si thin film 504 oriented so that the (100) plane was exposed on the upper surface (FIG. 20). Instead, as shown in FIG.
By forming a mask material 540 having a predetermined mask pattern on the upper surface and then irradiating it with a Ne atom flow,
The Ne atom flow may be selectively applied only to a region in the i thin film where a CMOS is to be formed. With this, CMO
Only the region where S is to be formed is converted into a single-crystal Si thin film 542 having the (100) plane as the upper surface, and the remaining region 544 remains as the original amorphous or polycrystalline Si thin film.
Subsequent steps are the same as in the fifth embodiment.

【0114】この第6実施例の方法も、第5実施例と同
様の効果を奏する。すなわち、好ましい結晶方位が互い
に異なる複数の素子が同一の単結晶Si薄膜の中に作り
込まれた複合デバイスを形成することが可能である。ま
た、第5実施例と同様に、基板の材料を選ばないという
利点がある。
The method of the sixth embodiment also has the same effects as the fifth embodiment. That is, it is possible to form a composite device in which a plurality of elements having preferable different crystal orientations are formed in the same single-crystal Si thin film. Further, similarly to the fifth embodiment, there is an advantage that the material of the substrate is not selected.

【0115】<B-7 .第7実施例>図30は、第7実施
例の単結晶薄膜形成装置における試料台の構造を示す正
面図である。この試料台は、装置100へ試料台10の
代わりに組み込まれて使用される。この試料台では、固
定台702に支柱712を介して反射板12が固定的に
支持されている。また、固定台702には、可動台70
6が水平に摺動可能に支持されている。この可動台70
6の台座部分は、モータ710で回転駆動されるネジ7
08に螺合しており、ネジ708の回転に伴って水平に
移動する。この台座部分には固定台702と同様のモー
タとネジによる水平駆動機構を備えており(図示を略す
る)、可動台の上方部材を水平に駆動する。台座の摺動
方向と上方部材の摺動方向とは互いに直交する。上方部
材の上には、被照射対象である基板11が載置されてい
る。この基板11は反射板12の下方に位置する。
<B-7. Seventh Embodiment> FIG. 30 is a front view showing a structure of a sample stage in a single crystal thin film forming apparatus according to a seventh embodiment. This sample stage is used in place of the sample stage 10 in the apparatus 100. In this sample stage, the reflecting plate 12 is fixedly supported by a fixed stage 702 via a column 712. In addition, the movable table 70
6 are slidably supported horizontally. This movable table 70
The pedestal portion of the screw 6 is a screw 7 driven to rotate by a motor 710.
08, and moves horizontally with the rotation of the screw 708. The pedestal portion is provided with a horizontal drive mechanism (not shown) using a motor and screws similar to the fixed base 702, and drives the upper member of the movable base horizontally. The sliding direction of the pedestal and the sliding direction of the upper member are orthogonal to each other. The substrate 11 to be irradiated is placed on the upper member. This substrate 11 is located below the reflection plate 12.

【0116】図31は、この試料台の動作を模式的に示
す平面図である。基板11は、2つの水平駆動機構の作
用によって、直交する2方向に沿って反射板12に相対
的に走査する。このため、照射ビームの通過口として機
能する反射板12の開口部に比べて広大な面積を有する
基板11の全面にわたって均一にビームを照射すること
が可能である。
FIG. 31 is a plan view schematically showing the operation of the sample stage. The substrate 11 scans relative to the reflection plate 12 along two orthogonal directions by the operation of the two horizontal driving mechanisms. For this reason, it is possible to irradiate the beam uniformly over the entire surface of the substrate 11 having a large area as compared with the opening of the reflection plate 12 which functions as a passage of the irradiation beam.

【0117】この試料台を用いる際に、図32に示すよ
うな磁気レンズ720を備える単結晶薄膜形成装置10
1aを用いることによって、効率的にビームの照射を遂
行することが可能である。磁気レンズ720は、イオン
源2から下方へ噴出するイオンの流れを帯状に集束させ
る働きをなす。図33は、磁気レンズ720によってイ
オン流が集束する様子を示す模式図である。磁気レンズ
720の作用によって、イオン流の断面形状は反射板1
2bの近傍では帯状となっている。従って、反射板12
bもこの帯に沿う形状をなす。装置100、101と同
様に、反射板12bの近傍ではイオン流は殆ど中性の原
子流に変容している。基板11には、反射板12bから
反射される原子流の成分726と、直接入射する成分7
24とが照射される。反射板12bの傾斜角は、これら
の2成分の入射方向が、形成すべき単結晶薄膜の複数の
最稠密面にそれぞれ直角となるように調整されている。
When using this sample stage, a single crystal thin film forming apparatus 10 having a magnetic lens 720 as shown in FIG.
By using 1a, it is possible to efficiently perform beam irradiation. The magnetic lens 720 functions to converge the flow of ions ejected downward from the ion source 2 in a band shape. FIG. 33 is a schematic diagram showing a state in which the ion flow is focused by the magnetic lens 720. Due to the action of the magnetic lens 720, the cross-sectional shape of the ion flow is
In the vicinity of 2b, it has a band shape. Therefore, the reflection plate 12
b also has a shape along this band. As in the devices 100 and 101, the ion current changes to a nearly neutral atomic current near the reflector 12b. The substrate 11 has a component 726 of the atomic stream reflected from the reflector 12b and a component 7
24 are irradiated. The inclination angle of the reflection plate 12b is adjusted such that the incident directions of these two components are respectively perpendicular to the plurality of densest surfaces of the single crystal thin film to be formed.

【0118】基板11を「原子流の帯」に直交する方向
728に走査することによって、1回の走査で基板11
上の幅の広い領域を効率よく照射することが可能であ
る。したがって、広大な面積を有する基板11への照射
を少ない回数の走査で遂行することが可能である。すな
わち、この装置101aを用いることによって、単結晶
薄膜を一層高い効率で形成することが可能となる。基板
11の幅が「原子流の帯」の長軸幅よりも短い場合には
特に有効である。このとき、基板11の走査は1つの方
向728に沿って行うだけで足りるので、単結晶薄膜の
形成を一層効率よく行うことが可能である。また、試料
台が備える駆動機構は固定台702に組み込まれた1つ
の駆動機構のみで足りるので、試料台の構造が簡単であ
る。
By scanning the substrate 11 in a direction 728 orthogonal to the “band of atomic flow”, the substrate 11 can be scanned in one scan.
It is possible to efficiently irradiate an upper wide area. Therefore, it is possible to irradiate the substrate 11 having a large area with a small number of scans. That is, by using this apparatus 101a, a single crystal thin film can be formed with higher efficiency. This is particularly effective when the width of the substrate 11 is shorter than the major axis width of the “band of atomic flow”. At this time, scanning of the substrate 11 only needs to be performed in one direction 728, so that a single crystal thin film can be formed more efficiently. Further, only one drive mechanism incorporated in the fixed table 702 is sufficient for the drive mechanism provided on the sample table, so that the structure of the sample table is simple.

【0119】<B-8 .第8実施例>図34は、第8実施
例の単結晶薄膜形成装置における反射板支持台の構造を
模式的に示す正面図である。この反射板支持台は、反射
板802の一端をヒンジ804によって回動自在に支持
するとともに、他端を連接棒808の先端に設けられた
ヒンジ806によって回転自在に支持する。連接棒80
8はピストン810によって軸方向に駆動される。連接
棒808が軸方向に移動するのにともなって、反射板8
02がヒンジ804の周りに回動する。その結果、反射
板802における反射面の傾斜角θが変動する。すなわ
ち、この装置では反射板802の反射面の傾斜角が可変
である。このため、1台の装置を用いることによって、
様々な結晶方位、結晶構造を有する単結晶薄膜を形成す
ることが可能である。すなわち、多種類の単結晶薄膜の
形成を経済的に遂行し得るという利点がある。
<B-8. Eighth Embodiment> FIG. 34 is a front view schematically showing a structure of a reflector support in an apparatus for forming a single crystal thin film according to an eighth embodiment. The reflector support 802 supports one end of the reflector 802 rotatably by a hinge 804, and rotatably supports the other end by a hinge 806 provided at the tip of a connecting rod 808. Connecting rod 80
8 is axially driven by a piston 810. As the connecting rod 808 moves in the axial direction, the reflection plate 8
02 pivots about hinge 804. As a result, the inclination angle θ of the reflection surface of the reflection plate 802 changes. That is, in this apparatus, the inclination angle of the reflection surface of the reflection plate 802 is variable. Therefore, by using one device,
It is possible to form single crystal thin films having various crystal orientations and crystal structures. That is, there is an advantage that formation of various types of single crystal thin films can be economically performed.

【0120】また、1つの基板11の上に多種類の単結
晶薄膜を効率よく形成することができるという利点があ
る。なぜならば、基板11を装置に挿入したままで、多
種類の単結晶薄膜を形成することが可能であるからであ
る。なお、ピストン810の動作は、コンピュータで制
御されることによって、所定の傾斜角を瞬時に設定する
ことが可能である。
Further, there is an advantage that various types of single crystal thin films can be efficiently formed on one substrate 11. This is because it is possible to form various types of single crystal thin films while the substrate 11 is inserted in the device. The operation of the piston 810 can be instantaneously set to a predetermined inclination angle by being controlled by a computer.

【0121】<B-9 .第9実施例>図35は、第9実施
例の単結晶薄膜形成装置における反射板支持台902の
構造を模式的に示す平面図である。この反射板支持台9
02は、垂直軸の周りに回転駆動される複数の腕904
を備えている。腕904の各1の先端部には、互いに異
なる反射板906a〜906fの各1が取り付けられて
いる。これらの複数の反射板906a〜906fは、基
板11へ入射する原子流の成分の数または入射角度が互
いに異なるように構成されている。すなわち、反射面の
数、傾斜角度において互いに異なっている。腕904が
回転駆動されるので、この反射板支持台902を用いる
ことによって、原子流が照射される照射領域908に設
置すべき所望の反射板を、複数種類の反射板906a〜
906fの中から任意に選択することが可能である。
<B-9. Ninth Embodiment> FIG. 35 is a plan view schematically showing the structure of a reflector support 902 in a single crystal thin film forming apparatus according to a ninth embodiment. This reflector support 9
02 is a plurality of arms 904 that are driven to rotate about a vertical axis.
It has. Each one of the reflectors 906a to 906f different from each other is attached to the tip of each one of the arms 904. The plurality of reflectors 906 a to 906 f are configured such that the number of components of the atomic flow incident on the substrate 11 or the incident angles are different from each other. That is, they differ from each other in the number of reflection surfaces and the inclination angle. Since the arm 904 is driven to rotate, a desired reflector to be set in the irradiation area 908 to be irradiated with the atomic current can be changed to a plurality of types of reflectors 906a to 906a by using the reflector support 902.
906f can be arbitrarily selected.

【0122】このため、実施例8の装置と同様に、1台
の装置のみで、様々な結晶方位、結晶構造を有する単結
晶薄膜を形成することが可能である。すなわち、多種類
の単結晶薄膜の形成を経済的に遂行し得るという利点が
ある。また、1つの基板11の上に多種類の単結晶薄膜
を効率よく形成することができる。
Therefore, similar to the apparatus of the eighth embodiment, it is possible to form single-crystal thin films having various crystal orientations and crystal structures with only one apparatus. That is, there is an advantage that formation of various types of single crystal thin films can be economically performed. Further, various types of single crystal thin films can be efficiently formed on one substrate 11.

【0123】<B-10.第10実施例>第7実施例〜第9
実施例における反射板および反射板支持台は、装置10
0の代わりに装置101に組み込んで使用することも可
能である。すなわち、これらの反射板および反射板支持
台は、非晶質または多結晶の薄膜の形成の後にこの薄膜
の単結晶への転換を行う装置と、これらを同時に行う装
置との何れにも使用することが可能である。
<B-10. Tenth embodiment> Seventh embodiment to ninth embodiment
The reflection plate and the reflection plate support in the embodiment are the same as those of the device 10.
Instead of “0”, it is also possible to incorporate and use the device 101. That is, these reflectors and reflector supports are used both in an apparatus that converts an amorphous or polycrystalline thin film into a single crystal after the formation of the thin film, and in an apparatus that simultaneously performs these operations. It is possible.

【0124】<B-11.第11実施例>図36は、第11
実施例の単結晶薄膜形成装置の構造を模式的に示す平面
図である。この装置では、基板11にエッチング処理を
施すエッチング装置部1104、基板11の上に非晶質
または多結晶の薄膜を形成する成膜装置部1106、お
よび基板11の上に原子流の照射を行う照射装置部11
08が、搬送室1102の周囲に配置されている。しか
も、各装置部1104、1106、および1108にお
いて基板11を収納する処理室は、この搬送室1102
を通じて互いに連通している。搬送室1102には基板
11を搬入するための搬入口1110と搬出するための
搬出口1112とが設置されている。これらの搬入口1
110および搬出口1112はいずれも、気密性で開閉
自在の扉(図示を略する)が設けられている。搬送室1
112には基板11を搬入、搬出するとともに、各処理
室への挿入および各処理室からの取り出しを自動的に行
う搬送ロボット1114が設置されている。
<B-11. Eleventh Preferred Embodiment> FIG.
It is a top view which shows typically the structure of the single crystal thin film forming apparatus of an Example. In this apparatus, an etching unit 1104 for performing an etching process on the substrate 11, a film forming unit 1106 for forming an amorphous or polycrystalline thin film on the substrate 11, and irradiation of an atomic stream on the substrate 11 are performed. Irradiation unit 11
08 is arranged around the transfer chamber 1102. In addition, the processing chamber for accommodating the substrate 11 in each of the device sections 1104, 1106, and 1108 is provided in the transfer chamber 1102.
Through each other. The transfer chamber 1102 is provided with a carry-in port 1110 for carrying the substrate 11 in and a carry-out port 1112 for carrying out the substrate 11. These loading ports 1
Each of the door 110 and the carry-out port 1112 is provided with an airtight and openable / closable door (not shown). Transfer room 1
A transfer robot 1114 that loads and unloads the substrate 11 from the processing chambers, and automatically inserts the substrates 11 into and out of the processing chambers, is installed at 112.

【0125】この実施例の装置は、各処理室が互いに連
通するので、基板11に薄膜を形成する前に酸化膜を除
去するためのエッチング処理を行った後に、新たな酸化
の進行を防止しつつ直ちに薄膜の形成を開始することが
可能である。このため良好で均一な特性を有する薄膜を
確実に形成することが可能であるとともに、各処理を効
率よく実行することができる。また、搬送ロボット11
14が設置されているので、基板11の各処理室への搬
送を効率よく行い得る。
In the apparatus of this embodiment, since the processing chambers communicate with each other, after performing an etching process for removing an oxide film before forming a thin film on the substrate 11, new progress of oxidation is prevented. In addition, it is possible to immediately start forming a thin film. Therefore, a thin film having good and uniform characteristics can be surely formed, and each process can be executed efficiently. The transfer robot 11
Since the substrate 14 is provided, the substrate 11 can be efficiently transported to each processing chamber.

【0126】<B-12.第12実施例>図37は、第12
実施例の単結晶薄膜形成装置の構造を模式的に示す正面
断面図である。この装置は、反射板12を備える代わり
に、2台のECRイオン源1204a、1204bを備
えている。すなわち、これらのECRイオン源1204
a、1204bが供給する原子流は基板11の上面へ直
接入射する。ECRイオン源1204a、1204bは
基板11の主面に対して所定の角度をもつように設置さ
れている。その結果、形成すべき単結晶薄膜の複数の最
稠密面に垂直な入射方向をもって基板11の上面に原子
流が入射する。反射板12を備える装置100の代わり
に、このような複数のビーム源を有する装置を用いて
も、基板11の上に単結晶薄膜を形成することが可能で
ある。
<B-12. Twelfth Embodiment> FIG.
It is a front sectional view showing typically the structure of the single crystal thin film forming device of an example. This apparatus includes two ECR ion sources 1204a and 1204b instead of including the reflector 12. That is, these ECR ion sources 1204
The atomic flows supplied by a and 1204b are directly incident on the upper surface of the substrate 11. The ECR ion sources 1204a and 1204b are installed so as to have a predetermined angle with respect to the main surface of the substrate 11. As a result, the atomic flow is incident on the upper surface of the substrate 11 with an incident direction perpendicular to the plurality of densest surfaces of the single crystal thin film to be formed. A single crystal thin film can be formed on the substrate 11 by using an apparatus having a plurality of beam sources instead of the apparatus 100 having the reflector 12.

【0127】この装置では、処理室1202の中に設置
される試料台1208に、基板11の姿勢を調整する機
構が更に付加されている。すなわち、試料台1208は
水平面内で回転することが可能であり、試料台1208
が回転することによって、基板11がオリエンテーショ
ン・フラット11aを有しているときに、このオリエン
テーション・フラット11aを所定の方向に向けるべく
基板11を回転させることが可能である。装置の処理室
1202の側面に設けられている搬送口1204を通じ
て搬送装置1206に載置された基板11が搬入され、
試料台1208の上に載置されると、オリエンテーショ
ン・フラット11aの向きを光学的手段によって検出
し、その向きを所定の方向に修正すべく試料台1208
が所定の回転量だけ回転する。この回転量の算出は、コ
ンピュータを内蔵する制御装置部(図示を略する)によ
って行われる。
In this apparatus, a mechanism for adjusting the attitude of the substrate 11 is further added to the sample stage 1208 installed in the processing chamber 1202. That is, the sample stage 1208 can rotate in a horizontal plane, and the sample stage 1208 can be rotated.
Is rotated, when the substrate 11 has the orientation flat 11a, the substrate 11 can be rotated to orient the orientation flat 11a in a predetermined direction. The substrate 11 placed on the transfer device 1206 is carried in through the transfer port 1204 provided on the side surface of the processing chamber 1202 of the apparatus,
When placed on the sample stage 1208, the orientation of the orientation flat 11a is detected by optical means, and the orientation of the sample stage 1208 is corrected to correct the orientation to a predetermined direction.
Rotates by a predetermined amount of rotation. The calculation of the rotation amount is performed by a control unit (not shown) containing a computer.

【0128】オリエンテーション・フラット11aの向
きは、基板11を構成する単結晶層の結晶方位と通常一
定の関係を有している。このため、オリエンテーション
・フラット11aの向きを所定の向きに設定することに
よって、基板11を構成する単結晶層の結晶方位と、そ
の上に新たに形成すべき単結晶薄膜の結晶方位との間の
関係を、つねに所望の関係に設定することが可能であ
る。このため、この装置を用いることによって、基板1
1を構成する単結晶層の上に例えばエピタキシャリーに
新たな単結晶薄膜を形成することも可能となる。
The orientation of the orientation flat 11a usually has a fixed relationship with the crystal orientation of the single crystal layer forming the substrate 11. For this reason, by setting the orientation of the orientation flat 11a to a predetermined direction, the orientation between the crystal orientation of the single crystal layer forming the substrate 11 and the crystal orientation of the single crystal thin film to be newly formed thereon is set. The relationship can always be set to a desired relationship. Therefore, by using this apparatus, the substrate 1
For example, a new single crystal thin film can be formed epitaxially on the single crystal layer constituting the first crystal layer.

【0129】図38は、第12実施例におけるもう1つ
の単結晶薄膜形成装置の構造を模式的に示す正面断面図
である。この装置においても、基板11の姿勢を調整す
べく基板11を水平に回転することが可能である。すな
わち、試料台1208は回転駆動部1214によって水
平に回転可能である。この装置は、更に単結晶構造を有
する基板11の結晶方位を検出する結晶方位検出装置部
1210を備えている。結晶方位検出装置部1210
は、例えばX線を基板11の表面に照射し、その回折像
を捉える機能を有する。結晶方位検出装置部1210に
よって得られた回折像を表現する電気信号が、コンピュ
ータを内蔵する制御部1212へ送信される。制御部1
212は、この信号から回折像を解読し、基板11にお
ける結晶方位を算出するとともに、所望の結晶方位との
偏差を算出し、回転駆動部1214へ方位を修正するた
めの回転角度を指示する。回転駆動部1214は指示通
りに試料台1208を回転させる。以上の動作によって
偏差が解消され、基板11を構成する単結晶層の結晶方
位と、その上に新たに形成すべき単結晶薄膜の結晶方位
との間の関係が、つねに所望の関係に設定される。
FIG. 38 is a front sectional view schematically showing the structure of another apparatus for forming a single crystal thin film in the twelfth embodiment. Also in this apparatus, the substrate 11 can be rotated horizontally to adjust the posture of the substrate 11. That is, the sample stage 1208 can be horizontally rotated by the rotation drive unit 1214. This apparatus further includes a crystal orientation detection unit 1210 for detecting the crystal orientation of the substrate 11 having a single crystal structure. Crystal orientation detection unit 1210
Has a function of irradiating, for example, X-rays to the surface of the substrate 11 and capturing a diffraction image thereof. An electric signal representing a diffraction image obtained by the crystal orientation detection device unit 1210 is transmitted to a control unit 1212 containing a computer. Control unit 1
212 decodes the diffraction image from this signal, calculates the crystal orientation in the substrate 11, calculates the deviation from the desired crystal orientation, and instructs the rotation drive unit 1214 on the rotation angle for correcting the orientation. The rotation drive unit 1214 rotates the sample stage 1208 as instructed. The deviation is eliminated by the above operation, and the relationship between the crystal orientation of the single crystal layer forming the substrate 11 and the crystal orientation of the single crystal thin film to be newly formed thereon is always set to a desired relationship. You.

【0130】図38の装置は図37の装置と異なり、オ
リエンテーション・フラット11aを有しない任意の単
結晶基板に対して、結晶方位を調整し得るという利点が
ある。また、基板11の結晶方位とオリエンテーション
・フラット11aの向きとの間の関係は、通常において
精度の高いものではないことを考えれば、図38の装置
では、図37の装置に比べて、より高い精度で結晶方位
の調整を行うことが可能であるといえる。
The apparatus shown in FIG. 38 is different from the apparatus shown in FIG. 37 in that the crystal orientation can be adjusted with respect to an arbitrary single crystal substrate having no orientation flat 11a. Also, considering that the relationship between the crystal orientation of the substrate 11 and the orientation of the orientation flat 11a is usually not high in accuracy, the apparatus of FIG. 38 is higher than the apparatus of FIG. It can be said that the crystal orientation can be adjusted with high accuracy.

【0131】<B-13.第13実施例>図39は、第13
実施例の単結晶薄膜形成装置の試料台を模式的に示す部
分断面正面図である。この試料台は装置101とともに
使用される。すなわちこの試料台は、基板11の上に反
応ガスを供給することによって非晶質又は多結晶の薄膜
を成長させつつ原子流の照射を行う装置において使用さ
れる。この試料台では、固定台1302の上に、支柱1
304を介して反射板12が固定的に支持されている。
基板11を載置する回転台1306は回転軸1308に
連接しており、図示しない回転駆動装置部によって回転
軸1308が回転駆動されることによって、水平に回転
する。回転台1306が回転することによって、その上
に載置される基板11が回転する。基板を回転させ、基
板11の方向を適度に変更することによって、反応系に
おける不均一性、すなわち基板11上への反応ガスの供
給量の分布あるいは基板11上の温度分布などにおける
不均一性に起因して、成長する薄膜の厚さに現れる不均
一性を解消することが可能である。一方、基板11が回
転すると、反射板12と基板11との間の相対位置が変
わる。このため、この試料台を用いるときには、原子流
の照射を間欠的に行い、照射が停止している間に限っ
て、基板11の向きを変更し薄膜の成長、すなわち成膜
のみを実行する。さらに、つぎの照射が再開される時点
までには、元の向きに戻す。これらの動作を反復しつつ
成膜と単結晶への転換とを遂行する。
<B-13. Thirteenth Embodiment> FIG.
FIG. 2 is a partial cross-sectional front view schematically illustrating a sample stage of the single-crystal thin film forming apparatus of the example. This sample stage is used together with the apparatus 101. That is, the sample stage is used in an apparatus that supplies a reaction gas onto the substrate 11 to irradiate an atomic flow while growing an amorphous or polycrystalline thin film. In this sample stage, the support 1
The reflector 12 is fixedly supported via 304.
The turntable 1306 on which the substrate 11 is placed is connected to the rotation shaft 1308, and rotates horizontally by rotating the rotation shaft 1308 by a rotation drive unit (not shown). When the turntable 1306 rotates, the substrate 11 placed thereon rotates. By rotating the substrate and changing the direction of the substrate 11 appropriately, non-uniformity in the reaction system, that is, non-uniformity in the distribution of the supply amount of the reaction gas onto the substrate 11 or the temperature distribution on the substrate 11 is reduced. Due to this, it is possible to eliminate the non-uniformity appearing in the thickness of the growing thin film. On the other hand, when the substrate 11 rotates, the relative position between the reflection plate 12 and the substrate 11 changes. For this reason, when this sample stage is used, the irradiation of the atomic flow is performed intermittently, and only while the irradiation is stopped, the direction of the substrate 11 is changed and the growth of the thin film, that is, only the film formation is performed. Further, by the time the next irradiation is restarted, it is returned to the original orientation. The film formation and the conversion to the single crystal are performed while repeating these operations.

【0132】図40は、もう1つの試料台の例を模式的
に示す平面図である。この試料台は、基板11への処理
をバッチ処理方式で実現する試料台であり、装置100
と組み合わせて用いられる。この試料台では、回転台1
310の回転軸の周辺部分に、処理対象としての基板1
1が載置される。図40では4枚の基板11が載置され
た例を図示している。これらの基板11の中で、図40
における例えば「A」の位置においてのみ、原子流の照
射が行われる。反応ガスの供給はすべての「A」〜
「D]のすべての位置において行われる。
FIG. 40 is a plan view schematically showing another example of the sample stage. This sample stage is a sample stage that realizes processing on the substrate 11 by a batch processing method.
Used in combination with In this sample stage, the turntable 1
A substrate 1 to be processed is provided around the rotation axis
1 is placed. FIG. 40 shows an example in which four substrates 11 are placed. Among these substrates 11, FIG.
For example, the irradiation of the atomic current is performed only at the position of “A”. The supply of reaction gas is all "A" ~
This is performed at all positions of “D”.

【0133】回転台1310を間欠的に回転させること
によって、「A」の位置を占める基板11は照射と反応
ガスの供給とをともに受ける。すなわち、成膜と単結晶
化とが同時に進行する。他の「B]〜「D]の各位置で
は、反応ガスの供給のみが行われるので、成膜のみが進
行する。しかも、「A」〜「D]の各位置によって基板
11の向きは異なっている。したがって、基板11が
「A」〜「D]の各位置を順次巡回することによって、
反応系における不均一性に起因する成膜の度合いの不均
一性を解消することができる。すなわち、この試料台を
用いることによっても、基板11の上に厚さの均一な単
結晶薄膜を形成することが可能である。しかも、「A」
の位置では、常に原子流の照射を実行することが可能で
ある。このため、図39の試料台を用いる場合に比べ
て、単結晶薄膜をより効率よく形成し得るという利点が
ある。
By rotating the turntable 1310 intermittently, the substrate 11 occupying the position “A” receives both the irradiation and the supply of the reaction gas. That is, film formation and single crystallization proceed simultaneously. At only the other positions "B" to "D", only the supply of the reactive gas is performed, so that only the film formation proceeds, and the direction of the substrate 11 differs depending on the positions "A" to "D". Therefore, as the substrate 11 sequentially circulates through the positions “A” to “D”,
The nonuniformity of the degree of film formation caused by the nonuniformity in the reaction system can be eliminated. That is, it is possible to form a single-crystal thin film having a uniform thickness on the substrate 11 also by using this sample stage. And "A"
In the position, it is possible to always perform irradiation of the atomic flow. For this reason, there is an advantage that a single crystal thin film can be formed more efficiently as compared with the case where the sample stage of FIG. 39 is used.

【0134】<B-14.第14実施例>図41は、第14
実施例の単結晶薄膜形成装置の試料台を模式的に示す断
面正面図である。この試料台では、内部に反応ガス供給
経路を規定する反応ガス供給部材1412が、反応容器
1402の底部に気密を保持しつつ回転自在に取り付け
られている。したがって、この試料台は反応ガス供給系
を別途備えていない装置100に組み込むのに適してい
る。この反応ガス供給部材1412は、ベルト1428
によって回転駆動される。この反応ガス供給部材141
2は、最内層に位置する内管1416と、最外層に位置
する外管1414と、これらの中間に位置する中間管1
418とを備える3層構造をなしている。このことによ
って、反応ガス供給部材1412は、反応ガスの供給経
路と排気経路とを、各層の間に規定する。また、反応ガ
ス供給部材1412には、気密を保持するための回転シ
ール1430、および1432を介して、反応ガス供給
口1420、および反応ガス排出口1426とが、それ
ぞれ気密を保持しつつ回転自在に連結している。
<B-14. Fourteenth Embodiment> FIG.
It is a sectional front view showing typically a sample stand of a single crystal thin film forming device of an example. In this sample stage, a reaction gas supply member 1412 that defines a reaction gas supply path inside is rotatably attached to the bottom of the reaction vessel 1402 while maintaining airtightness. Therefore, this sample stage is suitable for being incorporated into an apparatus 100 which does not separately include a reaction gas supply system. The reaction gas supply member 1412 is
Is driven to rotate. This reaction gas supply member 141
2 is an inner tube 1416 located at the innermost layer, an outer tube 1414 located at the outermost layer, and an intermediate tube 1
418 is formed in a three-layer structure. Thereby, the reaction gas supply member 1412 defines a supply path and an exhaust path of the reaction gas between the respective layers. In addition, the reaction gas supply member 1412 is provided with a reaction gas supply port 1420 and a reaction gas discharge port 1426 via rotation seals 1430 and 1432 for maintaining airtightness, and rotatably while maintaining airtightness. Connected.

【0135】また、反応ガス供給部材1412の内側に
は、試料固定台1404を固定的に支持する支柱140
6が嵌挿されている。試料固定台1404の上には試料
としての基板11が載置され、試料固定台1404の底
面には試料を加熱するヒータ1408が設置されてい
る。このヒータ1408は、基板11上における温度分
布の改善を図るために、必要に応じて回転させてもよ
い。試料固定台1404は固定されており、反応ガス供
給部材1412が回転しても、それにともなって回転す
ることはない。
[0135] Inside the reaction gas supply member 1412, a support 140 for fixedly supporting the sample fixing table 1404 is provided.
6 is inserted. The substrate 11 as a sample is placed on the sample holding table 1404, and a heater 1408 for heating the sample is installed on the bottom surface of the sample holding table 1404. The heater 1408 may be rotated as needed to improve the temperature distribution on the substrate 11. The sample fixing base 1404 is fixed, and does not rotate even if the reaction gas supply member 1412 rotates.

【0136】反応ガス供給口1420から供給される反
応ガスは、中間管1418と内管1416との間に規定
される供給経路を通過して、反応ガス噴出口1422か
ら基板11の上面へ向けて噴出する。反応済みの残留ガ
スは反応ガス回収口1424から、外管1414と中間
管1418の間に規定されるもう1つの経路、すなわち
排気経路へ入り、更にこの排気経路を通過して反応ガス
排出口1426から外部へ排出される。反応ガス供給部
材1412が回転することによって、基板11の上に均
一に所定の薄膜を成長させることが可能である。しか
も、基板11は回転しないので、原子流の照射を中断す
ることなく継続して行うことができる。すなわち、この
試料台では、原子流の照射による単結晶化を中断するこ
となく、成膜を均一に実行することが可能である。この
ため、基板11の上に更に効率よく、しかも均一な厚さ
の単結晶薄膜を形成することが可能である。
The reaction gas supplied from the reaction gas supply port 1420 passes through a supply path defined between the intermediate pipe 1418 and the inner pipe 1416, and flows from the reaction gas jet port 1422 toward the upper surface of the substrate 11. Gushing. The reacted residual gas enters another path defined between the outer pipe 1414 and the intermediate pipe 1418, that is, an exhaust path, from the reaction gas recovery port 1424, and further passes through the exhaust path to reach the reaction gas outlet 1426. Is discharged to the outside. By rotating the reaction gas supply member 1412, a predetermined thin film can be uniformly grown on the substrate 11. In addition, since the substrate 11 does not rotate, the irradiation of the atomic current can be continuously performed without interruption. That is, in this sample stage, it is possible to uniformly perform film formation without interrupting single crystallization due to irradiation of the atomic flow. For this reason, it is possible to form a single crystal thin film having a uniform thickness on the substrate 11 more efficiently.

【0137】<B-15.第15実施例>図42は、第15
実施例の単結晶薄膜形成装置の構造を模式的に示す正面
断面図である。この装置は、図37の装置と同様に、2
台のECRイオン源1204a、1204bを備えてい
る。この実施例の装置の特徴は、これらの2台のECR
イオン源1204a、1204bが発生するイオン・ビ
ームの密度を個別に調整する制御装置部1502、15
04を備えている点にある。これらの制御装置部150
2、1504によって、2台のECRイオン源1204
a、1204bの出力が個別にすなわち独立に制御され
るので、それぞれが供給するイオン・ビームの密度を容
易に最適化することが可能である。このため、基板11
の上に良質の単結晶薄膜を安定して形成し得るという利
点がある。
<B-15. Fifteenth Embodiment> FIG.
It is a front sectional view showing typically the structure of the single crystal thin film forming device of an example. This device is similar to the device of FIG.
ECR ion sources 1204a and 1204b are provided. The feature of the device of this embodiment is that these two ECRs
Controller units 1502, 15 for individually adjusting the density of ion beams generated by ion sources 1204a, 1204b
04. These control devices 150
2, 1504, two ECR ion sources 1204
Since the outputs of a and 1204b are controlled individually, that is, independently, it is possible to easily optimize the density of the ion beam supplied by each. For this reason, the substrate 11
There is an advantage that a high-quality single crystal thin film can be stably formed on the substrate.

【0138】<B-16.第16実施例>図43は、第16
実施例の単結晶薄膜形成装置の構造を模式的に示す正面
断面図である。この装置もまた、図42の装置と同様
に、2台のECRイオン源1204a、1204bを備
えている。この実施例の装置の特徴は、これらの2台の
ECRイオン源1204a、1204bと、基板11と
の間に、イオンを加速する方向にバイアス電圧が付加さ
れる点にある。すなわち、高周波を生成するRF電源1
602とインピーダンス・マッチングを保証するための
マッチング回路1604との直列回路、すなわち高周波
をECRイオン源1204a、1204bへ供給する回
路に、並列に直流電圧供給回路が介挿されている。直流
電圧供給回路は、直流電源1606と高周波を阻止する
インダクタ1608との直列回路で構成される。
<B-16. Sixteenth Embodiment> FIG.
It is a front sectional view showing typically the structure of the single crystal thin film forming device of an example. This apparatus also has two ECR ion sources 1204a and 1204b, like the apparatus of FIG. A feature of the apparatus of this embodiment is that a bias voltage is applied between these two ECR ion sources 1204a and 1204b and the substrate 11 in a direction in which ions are accelerated. That is, the RF power supply 1 that generates a high frequency
A DC voltage supply circuit is inserted in parallel with a series circuit of 602 and a matching circuit 1604 for guaranteeing impedance matching, that is, a circuit for supplying high frequency to the ECR ion sources 1204a and 1204b. The DC voltage supply circuit is configured by a series circuit of a DC power supply 1606 and an inductor 1608 for blocking a high frequency.

【0139】高周波および直流電圧の供給は、切換リレ
ー1610の作用により、時分割によって2台のECR
イオン源1204a、1204bに割り当てられる。時
分割によって交互に2つのECRイオン源1204a、
1204bへ供給されるのは、それぞれに印加される直
流電圧が互いに干渉することによって、イオン流の正常
な流れが乱されるのを防止するためである。
The supply of the high frequency and the DC voltage is performed by switching the two ECRs in a time-sharing manner by the action of the switching relay 1610.
Assigned to the ion sources 1204a and 1204b. Two ECR ion sources 1204a alternately by time division,
The reason why they are supplied to 1204b is to prevent the normal flow of the ion current from being disturbed due to the interference of the DC voltages applied to each other.

【0140】この実施例の装置では、ECRイオン源1
204a、1204bと基板11の間にイオンを加速す
る方向にバイアス電圧が印加されるので、原子流の指向
性が向上するという利点がある。なお、時分割で交互に
2つのECRイオン源1204a、1204bにバイア
ス電圧を供給する代わりに、双方へ同時に供給しても相
応の効果を奏する。また、2つの直流電圧供給回路を設
置して、2つのECRイオン源1204a、1204b
に、それぞれ個別にバイアス電圧を供給してもよい。こ
の場合には、各ECRイオン源1204a、1204b
のそれぞれに合った、最適なバイアス電圧を印加するこ
とができるので、最適な照射条件が得られるという利点
がある。
In the apparatus of this embodiment, the ECR ion source 1
Since a bias voltage is applied between the substrates 204a and 1204b and the substrate 11 in the direction of accelerating ions, there is an advantage that the directivity of the atomic flow is improved. In addition, instead of supplying a bias voltage to the two ECR ion sources 1204a and 1204b alternately in a time-sharing manner, a corresponding effect can be obtained by supplying them to both simultaneously. Also, two DC voltage supply circuits are installed, and two ECR ion sources 1204a and 1204b are provided.
, A bias voltage may be individually supplied. In this case, each ECR ion source 1204a, 1204b
Therefore, it is possible to apply an optimum bias voltage suitable for each of the above, so that there is an advantage that optimum irradiation conditions can be obtained.

【0141】<B-17.第17実施例>図44は、第17
実施例の単結晶薄膜形成装置の構造を模式的に示す正面
断面図である。この装置もまた、図43の装置と同様
に、2台のECRイオン源1204a、1204bを備
えている。この実施例の装置の特徴は、これらの2台の
ECRイオン源1204a、1204bのイオン引出口
の近傍に、イオンの引き出し条件を調整するバイアス電
圧が付加されたグリッド1702、1704を備える点
にある。これらのグリッド1702、1704と基板1
1の間には、それぞれ直流電源1706、1708が介
挿されている。2つのグリッド1702、1704は互
いに分離されており、それぞれに印加される電圧の大き
さは独立して調整することができる。
<B-17. Seventeenth Embodiment> FIG.
It is a front sectional view showing typically the structure of the single crystal thin film forming device of an example. This apparatus also has two ECR ion sources 1204a and 1204b, similarly to the apparatus of FIG. A feature of the apparatus of this embodiment is that grids 1702 and 1704 to which bias voltages for adjusting ion extraction conditions are added are provided near the ion extraction ports of these two ECR ion sources 1204a and 1204b. . These grids 1702, 1704 and the substrate 1
1, DC power supplies 1706 and 1708 are interposed, respectively. The two grids 1702, 1704 are separated from each other, and the magnitude of the voltage applied to each can be adjusted independently.

【0142】グリッド1702、1704と基板11の
間に、例えばイオンを加速する方向にバイアス電圧を印
加すると、原子流の指向性が向上する。また、この装置
では、2つのグリッドに印加されるバイアス電圧の大き
さを独立して調整し得るので、2つのECRイオン源1
204a、1204bの動作状況に応じて、最適なバイ
アス電圧を印加することが可能である。このため、基板
11の上に効率よくかつ高品質の単結晶薄膜を形成する
ことができる。
When a bias voltage is applied between the grids 1702 and 1704 and the substrate 11, for example, in the direction of accelerating ions, the directivity of the atomic flow is improved. Further, in this apparatus, the magnitude of the bias voltage applied to the two grids can be adjusted independently, so that the two ECR ion sources 1
It is possible to apply an optimal bias voltage according to the operation conditions of the operation 204a and 1204b. Therefore, a high-quality single-crystal thin film can be efficiently formed on the substrate 11.

【0143】<その他の実施例> (1) ECRイオン源の代わりに、ケージ型、カウフ
マン型等の他のイオン源を用いてもよい。ただし、この
ときに形成されるイオン流は、イオン間の静電気による
反発力によって流れが拡散し、指向性が弱まるという問
題点がある。また、イオン流をそのまま基板11へ照射
する場合には、電気絶縁性の基板が使用できない。なぜ
なら、基板11に電荷が蓄積して照射が進行しなくなる
からである。このため、イオン流の経路に、イオンを中
性化して原子流に転換する手段を設置する必要がある。
あるいは、反射板12を金属などの導電性の材料で構成
することによって、イオン流の反射と中性原子流への転
換とを同時に行ってもよい。 これに対し、ECRイオ
ン源を備える装置では、イオン流を中性化する手段を用
いることなく中性原子流が容易に得られ、しかも平行流
に近い形で得られるという利点がある。このため、高い
入射角精度をもった原子流の薄膜への照射が容易に実現
する。また、薄膜へは主として中性の原子流が入射する
ので、基板11にSiO2 基板などの絶縁性の基板を使
用することも可能である。
<Other Embodiments> (1) Instead of the ECR ion source, another ion source such as a cage type or a Kauffman type may be used. However, the ion flow formed at this time has a problem that the flow is diffused by the repulsive force due to the static electricity between the ions and the directivity is weakened. When the substrate 11 is irradiated with the ion current as it is, an electrically insulating substrate cannot be used. This is because charge accumulates on the substrate 11 and irradiation does not proceed. For this reason, it is necessary to provide a means for neutralizing ions and converting them into an atomic flow in the path of the ion flow.
Alternatively, the reflection of the ion stream and the conversion to the neutral atom stream may be performed at the same time by forming the reflector 12 from a conductive material such as a metal. On the other hand, an apparatus having an ECR ion source has an advantage that a neutral atomic flow can be easily obtained without using a means for neutralizing the ion flow, and can be obtained in a form close to a parallel flow. For this reason, it is easy to irradiate the thin film with the atomic flow having high incident angle accuracy. In addition, since a neutral atomic flow is mainly incident on the thin film, an insulating substrate such as a SiO 2 substrate can be used as the substrate 11.

【0144】(2) また、ECRイオン源の代わり
に、中性の原子流、あるい中性のラジカル流を発生する
ビーム源を使用してもよい。このような中性の原子流、
ラジカル流を発生するビーム源がすでに市販されてい
る。このビーム源を使用すれば、中性の原子またはラジ
カルのビームが得られるので、ECRイオン源を用いた
場合と同様に、イオン流を中性化する手段を要せずし
て、絶縁性の基板11の上に単結晶薄膜を形成すること
が可能である。
(2) In place of the ECR ion source, a beam source that generates a neutral atomic flow or a neutral radical flow may be used. Such a neutral atomic flow,
Beam sources for generating radical streams are already commercially available. If this beam source is used, a beam of neutral atoms or radicals can be obtained. Therefore, as in the case of using an ECR ion source, there is no need for a means for neutralizing the ion flow, and an insulating property is obtained. It is possible to form a single crystal thin film on the substrate 11.

【0145】(3) 基板11には、中性の原子流を照
射する代わりに分子流、またはイオン流を照射してもよ
い。すなわち、一般に気体のビームを照射してもよい。
この場合にも単結晶の薄膜を形成することが可能であ
る。しかしながら、イオン流を照射する場合には、上述
のように、電気絶縁性の基板を用いることができないと
いう欠点がある。
(3) The substrate 11 may be irradiated with a molecular flow or an ion flow instead of the neutral atomic flow. That is, generally, a gas beam may be applied.
Also in this case, a single crystal thin film can be formed. However, when irradiating with an ion current, there is a disadvantage that an electrically insulating substrate cannot be used as described above.

【0146】[0146]

【発明の効果】<請求項1記載の発明の効果>この発明
の方法では、基板上にあらかじめ形成された所定の物質
の非晶質または多結晶質の薄膜に、所定の温度下で複数
方向から適度なエネルギーを有する気体のビームを照射
する。このことにより、ブラベの法則の作用と縦方向の
固相エピタキシャル成長とが進行し、この薄膜が単結晶
薄膜へ転換される。しかも、照射に先だって被照射薄膜
の上にマスク材が形成され、さらにこのマスク材は選択
的に除去されている。このため、このマスク材の選択的
に除去された部分に相当する基板上の特定領域に限って
照射が進行するので、この特定領域において単結晶薄膜
が選択的に形成される。すなわち、この発明の方法は、
基板上の任意の特定領域に、結晶方位の揃った単結晶薄
膜を選択的に形成し得るという効果を奏する。
According to the method of the present invention, an amorphous or polycrystalline thin film of a predetermined substance formed on a substrate in a plurality of directions at a predetermined temperature. Irradiates a gas beam having an appropriate energy. As a result, the action of Brave's law and the solid phase epitaxial growth in the vertical direction progress, and this thin film is converted into a single crystal thin film. Moreover, a mask material is formed on the thin film to be irradiated prior to the irradiation, and the mask material is selectively removed. Therefore, irradiation proceeds only in a specific region on the substrate corresponding to the selectively removed portion of the mask material, and a single crystal thin film is selectively formed in this specific region. That is, the method of the present invention
This has the effect that a single-crystal thin film having a uniform crystal orientation can be selectively formed in any specific region on the substrate.

【0147】<請求項2記載の発明の効果>この発明の
方法では、マスク材の形成から気体ビームの照射を、照
射方向を変更しつつ反復する。このため、この発明の方
法は、基板上の複数の任意の特定領域に、互いに結晶方
位の異なる単結晶薄膜を選択的に形成し得るという効果
を奏する。
<Effect of the Invention According to Claim 2> In the method of the present invention, the irradiation of the gas beam from the formation of the mask material is repeated while changing the irradiation direction. Therefore, the method of the present invention has an effect that single crystal thin films having different crystal orientations can be selectively formed in a plurality of arbitrary specific regions on the substrate.

【0148】<請求項3記載の発明の効果>この発明の
方法では、基板上の特定領域を残して非晶質または多結
晶質の薄膜を選択的に除去した後に、所定の温度下で気
体のビームを照射することにより、ブラベの法則の作用
と縦方向の固相エピタキシャル成長とを促し、この薄膜
を単結晶薄膜へ転換する。このため、この発明の方法で
は、基板上の任意の特定領域に、結晶方位の揃った単結
晶薄膜を選択的に形成し得るという効果がある。
<Effect of the Invention According to Claim 3> In the method of the present invention, after selectively removing an amorphous or polycrystalline thin film while leaving a specific region on a substrate, a gas at a predetermined temperature is obtained. Irradiation of this beam promotes the action of Brave's law and the solid phase epitaxial growth in the vertical direction, and converts this thin film into a single crystal thin film. Therefore, the method of the present invention has an effect that a single crystal thin film having a uniform crystal orientation can be selectively formed in an arbitrary specific region on a substrate.

【0149】<請求項4記載の発明の効果>この発明の
方法では、基板上の非晶質または多結晶質の薄膜に、所
定の温度下で気体のビームを照射することにより、ブラ
ベの法則の作用と縦方向の固相エピタキシャル成長とが
促され、この薄膜が単結晶薄膜へ転換される。その後、
基板上の特定領域を残して単結晶薄膜を選択的に除去す
る。このため、この発明の方法は、基板上の任意の特定
領域に、結晶方位の揃った単結晶薄膜を選択的に形成し
得るという効果を奏する。
<Effect of the Invention According to Claim 4> In the method of the present invention, the amorphous or polycrystalline thin film on the substrate is irradiated with a gaseous beam at a predetermined temperature to obtain the Brave's law. And the solid-phase epitaxial growth in the vertical direction is promoted, and this thin film is converted into a single-crystal thin film. afterwards,
The single crystal thin film is selectively removed while leaving a specific region on the substrate. Therefore, the method of the present invention has an effect that a single crystal thin film having a uniform crystal orientation can be selectively formed in an arbitrary specific region on a substrate.

【0150】<請求項5記載の発明の効果>この発明の
方法では、基板上に非晶質または多結晶質の薄膜を形成
しつつ、所定の温度下で気体のビームを照射することに
より、ブラベの法則の作用が促され、形成されつつある
薄膜が逐次単結晶薄膜へ転換される。その後、基板上の
特定領域を残して単結晶薄膜を選択的に除去する。この
ため、この発明の方法では、基板上の任意の特定領域
に、結晶方位の揃った単結晶薄膜を選択的に形成し得る
という効果がある。
<Effect of the Invention According to Claim 5> In the method of the present invention, a gas beam is irradiated at a predetermined temperature while forming an amorphous or polycrystalline thin film on a substrate. The action of Brave's law is promoted, and the thin film being formed is successively converted into a single crystal thin film. Thereafter, the single crystal thin film is selectively removed while leaving a specific region on the substrate. Therefore, the method of the present invention has an effect that a single crystal thin film having a uniform crystal orientation can be selectively formed in an arbitrary specific region on a substrate.

【0151】<請求項6記載の発明の効果>この発明の
方法では、基板上の非晶質または多結晶質の薄膜に、所
定の温度下で気体のビームを照射することにより、ブラ
ベの法則の作用と縦方向の固相エピタキシャル成長とが
促され、この薄膜が単結晶薄膜へ転換される。その後、
この単結晶薄膜にマスク材を選択的に形成した後、新た
な方向から気体のビームを再び照射する。このとき、マ
スク材が選択的に除去された領域において、単結晶薄膜
が新たな結晶方位を有する第2の単結晶薄膜に転換され
る。すなわち、この発明の方法は、基板上の複数の任意
の特定領域に、互いに結晶方位の異なる単結晶薄膜を選
択的に形成し得るという効果を奏する。
<Effect of the Invention According to Claim 6> In the method of the present invention, the amorphous or polycrystalline thin film on the substrate is irradiated with a gas beam at a predetermined temperature to obtain the Brave's law. And the solid-phase epitaxial growth in the vertical direction is promoted, and this thin film is converted into a single-crystal thin film. afterwards,
After a mask material is selectively formed on the single crystal thin film, a gas beam is irradiated again from a new direction. At this time, in the region where the mask material has been selectively removed, the single crystal thin film is converted to a second single crystal thin film having a new crystal orientation. That is, the method of the present invention has an effect that single crystal thin films having different crystal orientations can be selectively formed in a plurality of arbitrary specific regions on a substrate.

【0152】<請求項7記載の発明の効果>この発明の
装置では、基板移動手段によって基板を走査することが
できるので、長尺の基板上に均一性の高い単結晶薄膜を
形成し得るという効果がある。
<Effect of the Invention According to Claim 7> In the apparatus of the present invention, since the substrate can be scanned by the substrate moving means, a highly uniform single-crystal thin film can be formed on a long substrate. effective.

【0153】<請求項8記載の発明の効果>この発明の
装置では、気体のビームの断面形状を基板の上において
帯状にするビーム集束手段を備えるので、基板を走査す
ることによって単結晶薄膜を効率よくしかも、一層高い
均一性をもって形成し得るという効果がある。
<Effect of the Invention of Claim 8> The apparatus of the present invention is provided with a beam converging means for making the cross-sectional shape of the gas beam into a band shape on the substrate, so that the single crystal thin film can be formed by scanning the substrate. There is an effect that it can be formed efficiently and with higher uniformity.

【0154】<請求項9記載の発明の効果>この発明の
装置では、薄膜へ照射する気体のビームを、単一のビー
ム源と、経路に配設される反射板とによって得るので、
複数のビーム源を要せずして、相異なる複数の所定の方
向から気体のビームを照射することが可能である。しか
も、反射板駆動手段を備えるので、基板へのビームの入
射方向を変更して再設定することができる。このため、
互いに異なる結晶構造または結晶方位を有する複数種類
の単結晶薄膜を1つの装置で形成し得るという効果があ
る。
<Effect of the Invention According to Claim 9> In the apparatus of the present invention, the gas beam to be applied to the thin film is obtained by a single beam source and the reflector disposed in the path.
It is possible to irradiate gas beams from a plurality of different predetermined directions without using a plurality of beam sources. In addition, since the reflector driving means is provided, the direction of incidence of the beam on the substrate can be changed and reset. For this reason,
There is an effect that a plurality of types of single crystal thin films having different crystal structures or crystal orientations can be formed by one apparatus.

【0155】<請求項10記載の発明の効果>この発明
の装置では、薄膜へ照射する気体のビームを、単一のビ
ーム源と、経路に配設される反射板とによって得るの
で、複数のビーム源を要せずして、相異なる複数の所定
の方向から気体のビームを照射することが可能である。
しかも、反射板交換手段を備えるので、基板へのビーム
の入射方向を複数の反射板の中から任意に選択して再設
定することができる。このため、互いに異なる結晶構造
または結晶方位を有する複数種類の単結晶薄膜を1つの
装置で形成し得るという効果がある。
<Effect of the Invention According to Claim 10> In the apparatus of the present invention, the gas beam to be irradiated to the thin film is obtained by a single beam source and the reflector disposed on the path, so that a plurality of beams are provided. It is possible to irradiate a gas beam from a plurality of different predetermined directions without using a beam source.
In addition, since the reflector exchange means is provided, the direction of incidence of the beam on the substrate can be arbitrarily selected from a plurality of reflectors and reset. Therefore, there is an effect that a plurality of types of single crystal thin films having different crystal structures or crystal orientations can be formed by one apparatus.

【0156】<請求項11記載の発明の効果>この発明
の装置では、例えば化学気相成長手段等の成膜手段が備
わるので、成膜を行いつつ気体のビームを照射すること
によって、形成されつつある薄膜を逐次単結晶薄膜へ転
換することができる。このため、薄膜の縦方向エピタキ
シャル成長を促す必要がないので、低温度下で単結晶薄
膜を形成し得るという効果がある。
<Effect of the Invention According to Claim 11> Since the apparatus of the present invention is provided with a film forming means such as a chemical vapor deposition means, it is formed by irradiating a gas beam while forming a film. The growing thin film can be sequentially converted to a single crystal thin film. Therefore, it is not necessary to promote the vertical epitaxial growth of the thin film, so that there is an effect that a single crystal thin film can be formed at a low temperature.

【0157】<請求項12記載の発明の効果>この発明
の装置は、互いに連通する処理室を有するエッチング手
段と成膜手段と照射手段とを備えるので、この装置を用
いることにより、基板上に薄膜を形成する前に、酸化膜
を除去するエッチング処理を行い、新たな酸化の進行を
防止しつつ成膜を開始することが可能である。また、こ
の装置では、基板搬送手段が備わるので、各処理室への
基板の搬送が効率よく行われ得る。
<Effect of the Invention of Claim 12> Since the apparatus of the present invention includes an etching unit, a film forming unit, and an irradiation unit having processing chambers communicating with each other, by using this apparatus, the apparatus can be mounted on a substrate. Before forming a thin film, an etching process for removing an oxide film can be performed, and film formation can be started while preventing new oxidation from progressing. Further, in this apparatus, since the substrate transfer means is provided, the transfer of the substrate to each processing chamber can be performed efficiently.

【0158】<請求項13記載の発明の効果>この発明
の装置は姿勢制御手段を備えるので、この装置を用いる
ことにより、単結晶基板の結晶軸と気体のビームの入射
方向との間を所定の関係に設定することが可能である。
このため、単結晶基板の上にエピタキシャリーにしかも
結晶化温度以下で新たな単結晶薄膜を形成し得るという
効果がある。
<Effect of the Invention of Claim 13> Since the apparatus of the present invention is provided with the attitude control means, by using this apparatus, a predetermined distance between the crystal axis of the single crystal substrate and the incident direction of the gas beam can be obtained. It is possible to set the relationship.
Therefore, there is an effect that a new single crystal thin film can be formed on the single crystal substrate epitaxially and at a crystallization temperature or lower.

【0159】<請求項14記載の発明の効果>この発明
の装置では、基板回転手段が備わるので、反応ガスを常
時供給する一方でビームの照射を間欠的に実行し、照射
が止んでいる間に基板を回転しつつ非晶質または多結晶
質の薄膜の形成を進行させることが可能である。このこ
とによって均一性の高い非晶質または多結晶質の薄膜を
形成することができるので、これを転換して得られる単
結晶薄膜においても高い均一性が実現するという効果が
ある。
<Effect of the Invention According to Claim 14> Since the apparatus of the present invention is provided with the substrate rotating means, the irradiation of the beam is intermittently performed while the reaction gas is constantly supplied, and the irradiation is stopped. It is possible to progress the formation of an amorphous or polycrystalline thin film while rotating the substrate. As a result, an amorphous or polycrystalline thin film with high uniformity can be formed, so that there is an effect that high uniformity is realized even in a single crystal thin film obtained by converting the same.

【0160】<請求項15記載の発明の効果>この発明
の装置では、供給系回転手段が備わるので、ビームの照
射を間欠的に実行することなく、反応ガスの供給とビー
ムの照射とを常時行いつつ均一性の高い単結晶薄膜を得
ることが可能である。すなわち、均一性の高い単結晶薄
膜を効率よく形成し得るという効果がある。
<Effect of the Invention of Claim 15> In the apparatus of the present invention, since the supply system rotating means is provided, the supply of the reaction gas and the irradiation of the beam are always performed without intermittently executing the irradiation of the beam. It is possible to obtain a highly uniform single crystal thin film while performing. That is, there is an effect that a highly uniform single crystal thin film can be efficiently formed.

【0161】<請求項16記載の発明の効果>この発明
の装置では、例えば出力ビームの密度などの照射手段に
おける動作条件を、制御手段が個別に調整するので、基
板に照射される複数のビームの状態がいずれも最適に調
整される。このため、良質の単結晶薄膜を効率よく形成
し得るという効果がある。
<Effect of the Invention According to Claim 16> In the apparatus of the present invention, since the control means individually adjusts the operating conditions of the irradiation means, such as the output beam density, a plurality of beams applied to the substrate are provided. Are optimally adjusted. Therefore, there is an effect that a high-quality single crystal thin film can be efficiently formed.

【0162】<請求項17記載の発明の効果>この発明
の装置では、バイアス手段によってイオン源と基板との
間にバイアス電圧が印加されるので、気体のビームの指
向性が向上する。このため、結晶方位の均一性の高い良
質の単結晶薄膜を形成し得るという効果がある。
<Effect of Claim 17> In the apparatus of the present invention, the bias voltage is applied between the ion source and the substrate by the bias means, so that the directivity of the gas beam is improved. For this reason, there is an effect that a high-quality single-crystal thin film having high uniform crystal orientation can be formed.

【0163】<請求項18記載の発明の効果>この発明
の装置では、グリッド電圧印加手段によってイオン源か
らイオンを引き出す条件が最適に調整されるので、良質
の単結晶薄膜を効率よく形成し得るという効果がある。
<Effect of Claim 18> In the device of the present invention, the conditions for extracting ions from the ion source are optimally adjusted by the grid voltage applying means, so that a high quality single crystal thin film can be efficiently formed. This has the effect.

【0164】<請求項19記載の発明の効果>この発明
の方法では、基板上へ照射される気体ビームを構成する
元素の原子量が、被照射薄膜を構成する元素の原子量の
中の最大のものよりも低いので、照射された気体を構成
する原子が被照射薄膜の中に残留し難い。このため、不
純物の少ない単結晶薄膜が得られるという効果がある。
<Effect of the Invention of Claim 19> In the method of the present invention, the atomic weight of the element constituting the gas beam irradiated onto the substrate is the largest among the atomic weights of the elements constituting the thin film to be irradiated. Therefore, atoms constituting the irradiated gas hardly remain in the irradiated thin film. Therefore, there is an effect that a single crystal thin film having few impurities can be obtained.

【0165】<請求項20記載の発明の効果>この発明
の方法では、基板上へ照射される気体ビームを構成する
元素の原子量が、マスク材を構成する元素の原子量の中
の最大のものよりも低いので、照射された気体を構成す
る原子がマスク材および被照射薄膜の中に侵入し難い。
このため、不純物の少ない単結晶薄膜が得られるという
効果がある。
<Advantage of the invention according to claim 20> In the method of the present invention, the atomic weight of the element constituting the gas beam irradiated on the substrate is larger than the atomic weight of the element constituting the mask material. Therefore, atoms constituting the irradiated gas are unlikely to enter the mask material and the irradiated thin film.
Therefore, there is an effect that a single crystal thin film having few impurities can be obtained.

【0166】<請求項21〜請求項23の各1に記載の
発明の効果>この発明の装置では、電子サイクロトロン
共鳴型のイオン源によって気体のビームが供給されるの
で、イオンのビームの指向性が高いのに加えて、イオン
源から所定以上の距離において、イオンを中性化する手
段を用いることなく、指向性のよい強度の中性ビームを
得ることができる。このため、質の良い単結晶薄膜を簡
便かつ安価に形成し得るという効果がある。
<Effects of the Inventions of Claims 21 to 23> In the apparatus of the present invention, since a gas beam is supplied by an electron cyclotron resonance type ion source, the directivity of the ion beam is In addition to this, a neutral beam with good directivity can be obtained at a predetermined distance or more from the ion source without using a means for neutralizing ions. Therefore, there is an effect that a high-quality single-crystal thin film can be formed easily and inexpensively.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の単結晶薄膜形成装置の基本構成の一
例を示す正面断面図である。
FIG. 1 is a front sectional view showing an example of a basic configuration of a single crystal thin film forming apparatus of the present invention.

【図2】この発明の単結晶薄膜形成装置に用いられる反
射板の一例を示す斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view showing an example of a reflector used in the single crystal thin film forming apparatus of the present invention.

【図3】この発明の単結晶薄膜形成装置に用いられる反
射板の一例を示す三面図である。
FIG. 3 is a three-view drawing showing an example of a reflector used in the single crystal thin film forming apparatus of the present invention.

【図4】この発明の単結晶薄膜形成装置の基本構成のも
う一つの例を示す正面断面図である。
FIG. 4 is a front sectional view showing another example of the basic configuration of the single crystal thin film forming apparatus of the present invention.

【図5】この発明の第1実施例の方法を示す工程図であ
る。
FIG. 5 is a process chart showing a method according to the first embodiment of the present invention.

【図6】この発明の第1実施例の方法を示す工程図であ
る。
FIG. 6 is a process chart showing a method according to the first embodiment of the present invention.

【図7】この発明の第1実施例の方法を示す工程図であ
る。
FIG. 7 is a process chart showing a method according to the first embodiment of the present invention.

【図8】この発明の第1実施例の方法を示す工程図であ
る。
FIG. 8 is a process chart showing a method according to the first embodiment of the present invention.

【図9】この発明の第1実施例の方法を示す工程図であ
る。
FIG. 9 is a process chart showing a method according to the first embodiment of the present invention.

【図10】この発明の第1実施例の方法を示す工程図で
ある。
FIG. 10 is a process chart showing a method according to the first embodiment of the present invention.

【図11】この発明の第2実施例の方法を示す工程図で
ある。
FIG. 11 is a process chart showing a method according to a second embodiment of the present invention.

【図12】この発明の第2実施例の方法を示す工程図で
ある。
FIG. 12 is a process chart showing a method according to a second embodiment of the present invention.

【図13】この発明の第2実施例の方法を示す工程図で
ある。
FIG. 13 is a process chart showing a method according to a second embodiment of the present invention.

【図14】この発明の第2実施例の方法を示す工程図で
ある。
FIG. 14 is a process chart showing a method according to a second embodiment of the present invention.

【図15】この発明の第2実施例の方法を示す工程図で
ある。
FIG. 15 is a process chart showing a method according to a second embodiment of the present invention.

【図16】この発明の第2実施例の方法を示す工程図で
ある。
FIG. 16 is a process chart showing a method according to a second embodiment of the present invention.

【図17】この発明の第2実施例の方法を示す工程図で
ある。
FIG. 17 is a process chart showing a method according to the second embodiment of the present invention.

【図18】この発明の第2実施例の方法を示す工程図で
ある。
FIG. 18 is a process chart showing a method according to a second embodiment of the present invention.

【図19】この発明の第2実施例の方法を示す工程図で
ある。
FIG. 19 is a process chart showing a method according to a second embodiment of the present invention.

【図20】この発明の第5実施例の方法を示す工程図で
ある。
FIG. 20 is a process chart showing a method according to a fifth embodiment of the present invention.

【図21】この発明の第5実施例の方法を示す工程図で
ある。
FIG. 21 is a process chart showing a method according to a fifth embodiment of the present invention.

【図22】この発明の第5実施例の方法を示す工程図で
ある。
FIG. 22 is a process chart showing a method according to a fifth embodiment of the present invention.

【図23】この発明の第5実施例の方法を示す工程図で
ある。
FIG. 23 is a process chart showing a method according to a fifth embodiment of the present invention.

【図24】この発明の第5実施例の方法を示す工程図で
ある。
FIG. 24 is a process chart showing a method according to a fifth embodiment of the present invention.

【図25】この発明の第5実施例の方法を示す工程図で
ある。
FIG. 25 is a process chart showing a method according to a fifth embodiment of the present invention.

【図26】この発明の第5実施例の方法を示す工程図で
ある。
FIG. 26 is a process chart showing a method according to a fifth embodiment of the present invention.

【図27】この発明の第5実施例の方法を示す工程図で
ある。
FIG. 27 is a process chart showing a method according to a fifth embodiment of the present invention.

【図28】この発明の第5実施例の方法を示す工程図で
ある。
FIG. 28 is a process chart showing a method according to a fifth embodiment of the present invention.

【図29】この発明の第6実施例の方法を示す工程図で
ある。
FIG. 29 is a process chart showing a method according to a sixth embodiment of the present invention.

【図30】この発明の第7実施例の装置を示す正面図で
ある。
FIG. 30 is a front view showing an apparatus according to a seventh embodiment of the present invention.

【図31】この発明の第7実施例の装置を示す平面図で
ある。
FIG. 31 is a plan view showing an apparatus according to a seventh embodiment of the present invention.

【図32】この発明の第7実施例の装置を示す正面断面
図である。
FIG. 32 is a front sectional view showing an apparatus according to a seventh embodiment of the present invention.

【図33】この発明の第7実施例の装置を示す斜視図で
ある。
FIG. 33 is a perspective view showing an apparatus according to a seventh embodiment of the present invention.

【図34】この発明の第8実施例の装置を示す正面図で
ある。
FIG. 34 is a front view showing an apparatus according to an eighth embodiment of the present invention.

【図35】この発明の第9実施例の装置を示す平面図で
ある。
FIG. 35 is a plan view showing an apparatus according to a ninth embodiment of the present invention.

【図36】この発明の第11実施例の装置を示す平面図
である。
FIG. 36 is a plan view showing an apparatus according to an eleventh embodiment of the present invention.

【図37】この発明の第12実施例の装置を示す正面断
面図である。
FIG. 37 is a front sectional view showing an apparatus according to a twelfth embodiment of the present invention.

【図38】この発明の第12実施例の装置を示す正面断
面図である。
FIG. 38 is a front sectional view showing an apparatus according to a twelfth embodiment of the present invention.

【図39】この発明の第13実施例の装置を示す部分断
面正面図である。
FIG. 39 is a partial sectional front view showing a thirteenth embodiment of the present invention.

【図40】この発明の第13実施例の装置を示す平面図
である。
FIG. 40 is a plan view showing an apparatus according to a thirteenth embodiment of the present invention.

【図41】この発明の第14実施例の装置を示す正面断
面図である。
FIG. 41 is a front sectional view showing an apparatus according to a fourteenth embodiment of the present invention.

【図42】この発明の第15実施例の装置を示す正面断
面図である。
FIG. 42 is a front sectional view showing an apparatus according to a fifteenth embodiment of the present invention.

【図43】この発明の第16実施例の装置を示す正面断
面図である。
FIG. 43 is a front sectional view showing an apparatus according to a sixteenth embodiment of the present invention.

【図44】この発明の第17実施例の装置を示す正面断
面図である。
FIG. 44 is a front sectional view showing an apparatus according to a seventeenth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 ECRイオン源 7 不活性ガス導入管 11 基板 11a オリエンテーション・フラット 12 反射板 13 反応ガス導入管 100、101、101a 単結晶薄膜形成装置 102 Si単結晶基板 108 マスク材 104 SiO2 膜 106 Si薄膜 202 基板 214 Si膜 502 基板 504 単結晶Si薄膜 526 SiO2 の絶縁膜 540 マスク材 710 モータ 708 ネジ 720 磁気レンズ 810 ピストン 808 連接棒 802 反射板 906a〜906f 反射板 904 腕 1104 エッチング装置部 1106 成膜装置部 1108 照射装置部 1102 搬送室 1114 搬送ロボット 1204a、1204b ECRイオン源 1208 試料台 1202 試料台 1210 結晶方位検出装置部 1212 制御部 1214 回転駆動装置部 1306 回転台 1310 回転台 1404 試料固定台 1412 反応ガス供給部材 1502、1504 制御装置部 1606 直流電源 1702、1704 グリッド 1706、1708 直流電源Reference Signs List 2 ECR ion source 7 Inert gas introduction pipe 11 Substrate 11a Orientation flat 12 Reflector 13 Reaction gas introduction pipe 100, 101, 101a Single crystal thin film forming apparatus 102 Si single crystal substrate 108 Mask material 104 SiO 2 film 106 Si thin film 202 Substrate 214 Si film 502 Substrate 504 Single-crystal Si thin film 526 SiO 2 insulating film 540 Mask material 710 Motor 708 Screw 720 Magnetic lens 810 Piston 808 Connecting rod 802 Reflector 906a to 906f Reflector 904 Arm 1104 Etching unit 1106 Film forming apparatus Unit 1108 Irradiation unit 1102 Transfer room 1114 Transfer robot 1204a, 1204b ECR ion source 1208 Sample stage 1202 Sample stage 1210 Crystal orientation detection unit 1212 Control unit 1214 Rotation drive Portion 1306 turntable 1310 turntable 1404 sample fixing base 1412 reactive gas supply member 1502 controller unit 1606 DC power supply 1702 and 1704 grid 1706, 1708 DC power supply

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉水 敏和 大阪府吹田市江坂町1丁目12番38号 江 坂ソリトンビル 株式会社メガチップス 内 (72)発明者 浅川 俊文 神奈川県大和市つきみ野6−9−25 (72)発明者 植山 須美義 大阪府吹田市江坂町1丁目12番38号 江 坂ソリトンビル 株式会社メガチップス 内 (56)参考文献 特開 平7−58026(JP,A) 特開 昭63−219123(JP,A) 特開 昭58−184720(JP,A) 特開 昭57−118631(JP,A) 特開 昭62−3089(JP,A) 特開 平1−245849(JP,A) 特開 昭57−194519(JP,A) 特開 昭61−53719(JP,A) 特開 平2−39523(JP,A) 特開 平4−43632(JP,A) 特開 平7−109196(JP,A) 特開 平6−340500(JP,A) 特開 平6−128072(JP,A) 特開 平2−184594(JP,A) 特開 平1−320291(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/205 C30B 25/04 C30B 29/06 504 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Toshikazu Yoshimizu 1-12-38 Esakacho, Suita-shi, Osaka Esaka Soliton Building Megachips Co., Ltd. (72) Inventor Toshifumi Asakawa 6-9-, Tsukimino, Yamato-shi, Kanagawa 25 (72) Inventor Sumiyoshi Ueyama 1-12-38 Esakacho, Suita-shi, Osaka Esaka Soliton Building Inside Mega Chips Co., Ltd. (56) References JP-A-7-58026 (JP, A) JP-A-63- 219123 (JP, A) JP-A-58-184720 (JP, A) JP-A-57-118631 (JP, A) JP-A-62-3089 (JP, A) JP-A-1-245849 (JP, A) JP-A-57-194519 (JP, A) JP-A-61-53719 (JP, A) JP-A-2-39523 (JP, A) JP-A-4-43632 (JP, A) JP-A-7-109196 (JP, A) JP-A-6-340500 JP, A) JP flat 6-128072 (JP, A) JP flat 2-184594 (JP, A) JP flat 1-320291 (JP, A) (58 ) investigated the field (Int.Cl. 7, (DB name) H01L 21/205 C30B 25/04 C30B 29/06 504

Claims (23)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 所定の物質の単結晶薄膜を形成する方法
であって、 (a) 基板上に非晶質または多結晶質の前記所定の物質の
薄膜を形成する工程と、 (b) 当該薄膜上にマスク材を形成する工程と、 (c) 当該マスク材を選択的に除去する工程と、 (d) 前記所定の物質の結晶化温度以下の高温下で、形成
すべき前記単結晶薄膜における方向の相異なる複数の最
稠密結晶面に垂直な方向から、前記所定の物質のスパッ
タリングを引き起こさない低エネルギーの気体のビーム
を、選択的に除去された前記マスク材を遮蔽体として前
記基板上へ照射する工程と、 を備える単結晶薄膜形成方法。
1. A method for forming a single-crystal thin film of a predetermined substance, comprising: (a) forming a thin film of the predetermined substance, which is amorphous or polycrystalline, on a substrate; Forming a mask material on the thin film, (c) selectively removing the mask material, and (d) the single crystal thin film to be formed at a high temperature equal to or lower than the crystallization temperature of the predetermined substance. A beam of a low-energy gas that does not cause sputtering of the predetermined substance from a direction perpendicular to a plurality of densest crystal planes having different directions in the above-mentioned direction, and the mask material selectively removed is used as a shield on the substrate. And a step of irradiating the single crystal thin film.
【請求項2】 前記工程(b) 〜前記工程(d) を複数回実
行するとともに、前記工程(d) における前記ビームの照
射方向を各回の間で互いに違えることによって、複数種
類の結晶方位を有する単結晶へ前記薄膜を選択的に転換
する請求項1記載の単結晶薄膜形成方法。
2. The method according to claim 1, wherein the step (b) to the step (d) are performed a plurality of times, and the irradiation direction of the beam in the step (d) is different from each other in each of the steps. 2. The method for forming a single crystal thin film according to claim 1, wherein the thin film is selectively converted into a single crystal having the same.
【請求項3】 所定の物質の単結晶薄膜を形成する方法
であって、 (a) 基板上に非晶質または多結晶質の前記所定の物質の
薄膜を形成する工程と、 (b) 当該薄膜上にマスク材を形成する工程と、 (c) 当該マスク材を選択的に除去する工程と、 (d) 選択的に除去された前記マスク材を遮蔽体として前
記薄膜にエッチング処理を施すことにより、前記基板上
の特定領域を残して当該薄膜を選択的に除去する工程
と、 (e) 前記所定の物質の結晶化温度以下の高温下で、形成
すべき前記単結晶薄膜における方向の相異なる複数の最
稠密結晶面に垂直な方向から、前記所定の物質のスパッ
タリングを引き起こさない低エネルギーの気体のビーム
を、前記基板上へ照射する工程と、 を備える単結晶薄膜形成方法。
3. A method for forming a single-crystal thin film of a predetermined substance, comprising: (a) forming an amorphous or polycrystalline thin film of the predetermined substance on a substrate; Forming a mask material on the thin film, (c) selectively removing the mask material, and (d) etching the thin film using the selectively removed mask material as a shield. (E) selectively removing the thin film while leaving a specific region on the substrate; and (e) forming a phase in the direction of the single crystal thin film to be formed at a high temperature equal to or lower than the crystallization temperature of the predetermined substance. Irradiating the substrate with a beam of a low-energy gas that does not cause the sputtering of the predetermined substance from a direction perpendicular to a plurality of different close-packed crystal planes.
【請求項4】 所定の物質の単結晶薄膜を形成する方法
であって、 (a) 基板上に非晶質または多結晶質の前記所定の物質の
薄膜を形成する工程と、 (b) 前記所定の物質の結晶化温度以下の高温下で、形成
すべき前記単結晶薄膜における方向の相異なる複数の最
稠密結晶面に垂直な方向から、前記所定の物質のスパッ
タリングを引き起こさない低エネルギーの気体のビーム
を、前記基板上へ照射する工程と、 (c) 前記工程(b) の後に、前記薄膜の上にマスク材を形
成する工程と、 (d) 当該マスク材を選択的に除去する工程と、 (e) 選択的に除去された前記マスク材を遮蔽体として、
前記薄膜にエッチング処理を施すことにより、当該薄膜
を選択的に除去する工程と、 を備える単結晶薄膜形成方法。
4. A method for forming a single-crystal thin film of a predetermined substance, comprising: (a) forming a thin film of the predetermined substance, which is amorphous or polycrystalline, on a substrate; At a high temperature equal to or lower than the crystallization temperature of the predetermined substance, a low-energy gas that does not cause sputtering of the predetermined substance from a direction perpendicular to a plurality of close-packed crystal planes having different directions in the single crystal thin film to be formed. Irradiating the beam onto the substrate; (c) forming a mask material on the thin film after the step (b); and (d) selectively removing the mask material. (E) using the mask material selectively removed as a shield,
A step of selectively removing the thin film by subjecting the thin film to an etching process.
【請求項5】 所定の物質の単結晶薄膜を形成する方法
であって、 (a) 基板上に非晶質または多結晶質の前記所定の物質の
薄膜を形成する工程と、 (b) 当該工程(a) を行いつつ、当該工程(a) のみでは前
記所定の物質の結晶化が起こらない低温度下で、形成す
べき前記単結晶薄膜における方向の相異なる複数の最稠
密結晶面に垂直な方向から、前記所定の物質のスパッタ
リングを引き起こさない低エネルギーの気体のビーム
を、前記基板上へ照射する工程と、 (c) 前記工程(a) および(b) の後に、前記薄膜の上にマ
スク材を形成する工程と、(d) 当該マスク材を選択的に
除去する工程と、 (e) 選択的に除去された前記マスク材を遮蔽体として、
前記薄膜にエッチング処理を施すことにより、当該薄膜
を選択的に除去する工程と、 を備える単結晶薄膜形成方法。
5. A method for forming a single-crystal thin film of a predetermined substance, comprising: (a) forming an amorphous or polycrystalline thin film of the predetermined substance on a substrate; While performing the step (a), at a low temperature at which the crystallization of the predetermined substance does not occur only in the step (a), the single crystal thin film to be formed is perpendicular to a plurality of densest crystal planes having different directions. Irradiating the substrate with a beam of a low-energy gas that does not cause the sputtering of the predetermined substance from the desired direction, and (c) after the steps (a) and (b), on the thin film. Forming a mask material, and (d) selectively removing the mask material; and (e) using the selectively removed mask material as a shield,
A step of selectively removing the thin film by subjecting the thin film to an etching process.
【請求項6】 所定の物質の単結晶薄膜を形成する方法
であって、 (a) 基板上に非晶質または多結晶質の前記所定の物質の
薄膜を形成する工程と、 (b) 前記所定の物質の結晶化温度以下の高温下で、形成
すべき前記単結晶薄膜における方向の相異なる複数の最
稠密結晶面に垂直な方向から、前記所定の物質のスパッ
タリングを引き起こさない低エネルギーの気体のビーム
を、選択的に除去された前記マスク材を遮蔽体として前
記基板上へ照射する工程と、 (c) 前記工程(b) の後に、前記薄膜の上にマスク材を形
成する工程と、 (d) 当該マスク材を選択的に除去する工程と、 (e) 前記所定の物質の結晶化温度以下の高温下で、形成
すべき前記単結晶薄膜における方向の相異なる複数の最
稠密結晶面に垂直であってしかも前記工程(b) における
方向とは異なる方向から、前記所定の物質のスパッタリ
ングを引き起こさない低エネルギーの前記気体のビーム
を、前記基板上へ照射する工程と、 を備える単結晶薄膜形成方法。
6. A method for forming a single-crystal thin film of a predetermined substance, comprising: (a) forming a thin film of the predetermined substance, which is amorphous or polycrystalline, on a substrate; A low-energy gas that does not cause sputtering of the predetermined substance from a direction perpendicular to a plurality of densest crystal planes having different directions in the single crystal thin film to be formed at a high temperature equal to or lower than the crystallization temperature of the predetermined substance. Irradiating the beam on the substrate with the mask material selectively removed as a shield, (c) after the step (b), forming a mask material on the thin film, (d) a step of selectively removing the mask material; and (e) a plurality of close-packed crystal faces having different directions in the single crystal thin film to be formed at a high temperature equal to or lower than the crystallization temperature of the predetermined substance. And perpendicular to the direction in the step (b). Irradiating the substrate with the low-energy gas beam that does not cause the sputtering of the predetermined material from a certain direction.
【請求項7】 基板の上に所定の物質の単結晶薄膜を形
成する装置であって、形成すべき前記単結晶薄膜におけ
る方向の相異なる複数の最稠密結晶面に垂直な方向か
ら、前記所定の物質のスパッタリングを引き起こさない
低エネルギーの気体のビームを、前記基板上へ照射する
照射手段と、前記基板を前記照射手段に対して走査させ
る基板移動手段とを備える単結晶薄膜形成装置。
7. An apparatus for forming a single-crystal thin film of a predetermined substance on a substrate, wherein the predetermined single-crystal thin film to be formed has a predetermined direction from a direction perpendicular to a plurality of closest-packed crystal planes in different directions. A single-crystal thin-film forming apparatus, comprising: irradiation means for irradiating the substrate with a low-energy gas beam which does not cause sputtering of the substance; and substrate moving means for scanning the substrate with respect to the irradiation means.
【請求項8】 請求項7記載の装置であって、前記気体
のビームの断面形状を前記基板の上において帯状にする
ビーム集束手段を更に備える単結晶薄膜形成装置。
8. The single crystal thin film forming apparatus according to claim 7, further comprising a beam focusing means for forming a cross-sectional shape of the gas beam into a band shape on the substrate.
【請求項9】 基板の上に所定の物質の単結晶薄膜を形
成する装置であって、 気体のビームを供給する単一のビーム源と、当該ビーム
源によって供給される前記ビームの少なくとも一部を反
射させることによって、前記気体が複数の所定の入射方
向をもって前記基板上へ照射されることを実現する反射
板と、当該反射板の傾斜角を変更する反射板駆動手段
と、を備える単結晶薄膜形成装置。
9. An apparatus for forming a single crystal thin film of a predetermined substance on a substrate, comprising: a single beam source for supplying a beam of gas; and at least a part of the beam supplied by the beam source. A single crystal comprising: a reflector for realizing that the gas is irradiated onto the substrate in a plurality of predetermined incident directions by reflecting light; and a reflector driving means for changing an inclination angle of the reflector. Thin film forming equipment.
【請求項10】 基板の上に所定の物質の単結晶薄膜を
形成する装置であって、気体のビームを供給する単一の
ビーム源と、複数の反射板とを備え、前記複数の反射板
の各1は、前記ビーム源によって供給される前記ビーム
の少なくとも一部を反射させることによって、前記気体
が当該反射板の傾斜角に関係した複数の所定の入射方向
をもって前記基板上へ照射されることを実現し、前記複
数の反射板の中から所定の1つを選択して前記ビームの
反射のために供する反射板交換手段を更に備える単結晶
薄膜形成装置。
10. An apparatus for forming a single-crystal thin film of a predetermined substance on a substrate, comprising: a single beam source for supplying a gas beam; and a plurality of reflectors, wherein the plurality of reflectors are provided. Each of which reflects at least a part of the beam supplied by the beam source, so that the gas is irradiated onto the substrate with a plurality of predetermined incident directions related to the inclination angle of the reflector. A single crystal thin film forming apparatus further comprising a reflector exchange means for selecting one of the plurality of reflectors and providing the beam for reflection of the beam.
【請求項11】 非晶質または多結晶質の前記単結晶と
同一物質の薄膜を前記基板の上に形成する成膜手段を更
に備える請求項7、9、または10に記載の単結晶薄膜
形成装置。
11. The single crystal thin film formation according to claim 7, further comprising a film forming means for forming a thin film of the same material as the amorphous or polycrystalline single crystal on the substrate. apparatus.
【請求項12】 基板の上に所定の物質の単結晶薄膜を
形成する装置であって、前記基板の表面をエッチングす
るエッチング手段と、非晶質または多結晶質の前記所定
の物質の薄膜を前記基板の表面上に形成する成膜手段
と、形成すべき前記単結晶薄膜における方向の相異なる
複数の最稠密結晶面に垂直な方向から、前記所定の物質
のスパッタリングを引き起こさない低エネルギーの気体
のビームを、前記基板上へ照射する照射手段と、を備
え、これらの手段において前記基板を収納する処理室は
互いに連通しており、前記基板をそれぞれの処理室へ出
し入れする基板搬送手段を更に備える単結晶薄膜形成装
置。
12. An apparatus for forming a single-crystal thin film of a predetermined substance on a substrate, comprising: an etching means for etching a surface of the substrate; and an amorphous or polycrystalline thin film of the predetermined substance. A film forming means formed on the surface of the substrate, and a low-energy gas that does not cause sputtering of the predetermined substance, from a direction perpendicular to a plurality of close-packed crystal planes having different directions in the single crystal thin film to be formed. Irradiating means for irradiating the substrate with the beam, wherein the processing chambers accommodating the substrates are communicated with each other in these means, and a substrate transfer means for taking the substrates into and out of the respective processing chambers is further provided. Single crystal thin film forming equipment provided.
【請求項13】 単結晶構造を有する基板の上に所定の
物質の単結晶薄膜を形成する装置であって、形成すべき
前記単結晶薄膜における方向の相異なる複数の最稠密結
晶面に垂直な方向から、前記所定の物質のスパッタリン
グを引き起こさない低エネルギーの気体のビームを、前
記基板上へ照射する照射手段と、当該基板の結晶軸の方
向と前記入射方向との間の関係を所定の関係に設定すべ
く当該基板の姿勢を調整する姿勢制御手段と、を備える
単結晶薄膜形成装置。
13. An apparatus for forming a single-crystal thin film of a predetermined substance on a substrate having a single-crystal structure, wherein the single-crystal thin film to be formed is perpendicular to a plurality of closest-packed crystal planes in different directions. An irradiation means for irradiating the substrate with a low-energy gas beam that does not cause sputtering of the predetermined substance from the direction, and a relation between a direction of a crystal axis of the substrate and the incident direction is a predetermined relation. And a posture control means for adjusting the posture of the substrate so as to set the thickness of the substrate.
【請求項14】 基板の上に所定の物質の単結晶薄膜を
形成する装置であって、反応ガスを供給することによっ
て非晶質または多結晶質の前記所定の物質の薄膜を前記
基板の上に形成する成膜手段と、形成すべき前記単結晶
薄膜における方向の相異なる複数の最稠密結晶面に垂直
な方向から、前記所定の物質のスパッタリングを引き起
こさない低エネルギーの気体のビームを、前記基板上へ
照射する照射手段と、前記基板を回転させる基板回転手
段と、を備える単結晶薄膜形成装置。
14. An apparatus for forming a single-crystal thin film of a predetermined substance on a substrate, wherein a thin film of the predetermined substance, which is amorphous or polycrystalline, is formed on the substrate by supplying a reaction gas. And a low-energy gas beam that does not cause sputtering of the predetermined substance from a direction perpendicular to a plurality of densest crystal planes having different directions in the single crystal thin film to be formed. An apparatus for forming a single crystal thin film, comprising: irradiating means for irradiating a substrate; and substrate rotating means for rotating the substrate.
【請求項15】 基板の上に所定の物質の単結晶薄膜を
形成する装置であって、反応ガスを供給することによっ
て非晶質または多結晶質の前記所定の物質の薄膜を前記
基板の上に形成する成膜手段と、形成すべき前記単結晶
薄膜における方向の相異なる複数の最稠密結晶面に垂直
な方向から、前記所定の物質のスパッタリングを引き起
こさない低エネルギーの気体のビームを、前記基板上へ
照射する照射手段とを備え、前記成膜手段が、前記基板
へ前記反応ガスを供給する供給経路の端部を前記基板に
対して回転させる供給系回転手段を有する単結晶薄膜形
成装置。
15. An apparatus for forming a single-crystal thin film of a predetermined substance on a substrate, wherein a thin film of the predetermined substance, which is amorphous or polycrystalline, is formed on the substrate by supplying a reaction gas. And a low-energy gas beam that does not cause sputtering of the predetermined substance from a direction perpendicular to a plurality of densest crystal planes having different directions in the single crystal thin film to be formed. Irradiation means for irradiating the substrate with the substrate, wherein the film forming means includes a supply system rotating means for rotating an end of a supply path for supplying the reaction gas to the substrate with respect to the substrate, .
【請求項16】 基板の上に所定の物質の単結晶薄膜を
形成する装置であって、形成すべき前記単結晶薄膜にお
ける方向の相異なる複数の最稠密結晶面に垂直な方向か
ら、前記所定の物質のスパッタリングを引き起こさない
低エネルギーの気体の複数本のビームを、前記基板上へ
それぞれ照射する複数の照射手段と、当該複数の照射手
段における動作条件をそれぞれ個別に調整する制御手段
と、を備える単結晶薄膜形成装置。
16. An apparatus for forming a single-crystal thin film of a predetermined substance on a substrate, wherein the single-crystal thin film to be formed is formed in a direction perpendicular to a plurality of close-packed crystal planes in different directions. A plurality of irradiation means for irradiating a plurality of beams of low-energy gas that does not cause sputtering of the substance to the substrate, and a control means for individually adjusting operating conditions in the plurality of irradiation means, Single crystal thin film forming equipment provided.
【請求項17】 基板の上に所定の物質の単結晶薄膜を
形成する装置であって、イオン源によって供給される気
体のビームを、形成すべき前記単結晶薄膜における方向
の相異なる複数の最稠密結晶面に垂直な方向から、前記
所定の物質のスパッタリングを引き起こさない低エネル
ギーで前記基板上へ照射する照射手段と、前記イオン源
と前記基板との間に、イオンを加速する方向にバイアス
電圧を印加するバイアス手段と、を備える単結晶薄膜形
成装置。
17. An apparatus for forming a single crystal thin film of a predetermined substance on a substrate, comprising: a gas beam supplied by an ion source; Irradiation means for irradiating the substrate with low energy that does not cause sputtering of the predetermined substance from a direction perpendicular to the dense crystal plane, and a bias voltage in a direction to accelerate ions between the ion source and the substrate. And a bias means for applying a voltage.
【請求項18】 基板の上に所定の物質の単結晶薄膜を
形成する装置であって、イオン源によって供給される気
体のビームを、形成すべき前記単結晶薄膜における方向
の相異なる複数の最稠密結晶面に垂直な方向から、前記
所定の物質のスパッタリングを引き起こさない低エネル
ギーで前記基板上へ照射する照射手段を備え、前記イオ
ン源のイオン出口近傍にはグリッドが設置されており、
当該グリッドに前記イオン源からのイオンの引き出し条
件を調整する電圧を印加するグリッド電圧印加手段を更
に備える単結晶薄膜形成装置。
18. An apparatus for forming a single-crystal thin film of a predetermined substance on a substrate, comprising: a gas beam supplied by an ion source; From a direction perpendicular to the dense crystal plane, an irradiation means for irradiating the substrate with low energy that does not cause sputtering of the predetermined substance is provided, and a grid is provided near an ion outlet of the ion source,
A single crystal thin film forming apparatus further comprising a grid voltage applying means for applying a voltage for adjusting conditions for extracting ions from the ion source to the grid.
【請求項19】 前記気体を構成する元素の原子量が、
前記所定の物質を構成する元素の原子量の中の最大のも
のよりも低い請求項1〜請求項6の何れかに記載の単結
晶薄膜形成方法。
19. The atomic weight of an element constituting the gas is:
The method for forming a single-crystal thin film according to claim 1, wherein the atomic weight of the element constituting the predetermined substance is lower than the maximum one.
【請求項20】 前記気体を構成する元素の原子量が、
前記マスク材を構成する元素の原子量の中の最大のもの
よりも低い請求項1、2、および6の何れかに記載の単
結晶薄膜形成方法。
20. The atomic weight of an element constituting the gas is:
The method for forming a single-crystal thin film according to claim 1, wherein the atomic weight of the element constituting the mask material is lower than the largest one.
【請求項21】 前記照射手段が、電子サイクロトロン
共鳴型のイオン源を備え、当該イオン源によって前記気
体のビームが供給される請求項7、12〜16の何れか
に記載の単結晶薄膜形成装置。
21. The single crystal thin film forming apparatus according to claim 7, wherein said irradiation means comprises an electron cyclotron resonance type ion source, and said gas source supplies said beam of said gas. .
【請求項22】 前記ビーム源が電子サイクロトロン共
鳴型のイオン源である請求項9または10に記載の単結
晶薄膜形成装置。
22. The single crystal thin film forming apparatus according to claim 9, wherein the beam source is an electron cyclotron resonance type ion source.
【請求項23】 前記イオン源が電子サイクロトロン共
鳴型のイオン源である請求項17または18に記載の単
結晶薄膜形成装置。
23. The single crystal thin film forming apparatus according to claim 17, wherein the ion source is an electron cyclotron resonance type ion source.
JP05341281A 1993-10-14 1993-12-10 Single crystal thin film forming method and single crystal thin film forming apparatus Expired - Fee Related JP3127072B2 (en)

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