JPH01123410A - 化合物半導体基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はシリコン基板上に格子定数の異なる化合物半導
体をエピタキシャル成長させて得られる良好な結晶性を
有する化合物半導体基板とそれを製造する製造方法に関
する。

〔従来の技術〕

従来、シリコン基板上にＧａＡｓ等の格子定数の異なる
化合物半導体を結晶欠陥を少なくして、エピタキシャル
成長するためには例えば特開昭６０−２１０８３１号に
記載されているように両者の格子定数差や熱膨張係数差
を吸収するためのＧ　ａ　Ａ　ｓの多結晶領域を設ける
ことが有効であった。しかし、この方法ではシリコン基
板上に酸化シリコン等の絶縁膜をパターン化して形成し
、更にその上にＧｅのバッファ層を形成する必要があり
、製造方法が複雑となる欠点があった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記の従来技術には二つの問題点があり、先ず第一は、
絶縁膜の形成とその後のバターニングプロセスであるが
、プロセスを簡略化する点については配慮がされていな
い。第二は、絶縁物のパターニングにより、化合物半導
体を形成する下地基板面には凹凸が形成されており、こ
の上に化合物半導体を形成するため最終的に得られる化
合物半導体の基板面も下地にならい凹凸が形成されてし
まうことである。この凹凸は、その後に素子化する際に
、例えば導体配線を形成する場合に段切れ等を起す原因
となり、素子の歩留り、信頼性等の面で好ましくない。

本発明の目的は、上記従来の問題点を解消するにあり、
新規な多層構造から成る基板とそれを得るための改良さ
れた製造方法とを提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的はシリコン基板上にアモルファスシリコン膜を
形成し、その一部分をレーザビームもしくは電子ビーム
等によって照射アニールすることにより部分的に単結晶
化した構造の基板に化合物半導体結晶をエピタキシャル
成長することにより。

達成される。以下に本発明構成の特徴点をさらに詳述す
る。

先ず新規な多層構造から成る化合物半導体基板について
の特徴点を列挙する。

（１）シリコン基板の同一平面上に非単結晶シリコンパ
ターン層と単結晶シリコンパターン磨とが隣接して設け
られ、前記単結晶シリコンパターン層上には更に単結晶
化合物半導体層が５そして前記非単結晶シリコンパター
ン層上には非単結晶化合物半導体層が隣接して形成され
同一平面を構成して成ることを特徴とする。

（２）上記シリコン基板上に形成された非′単結晶シリ
コンパターン層と単結晶シリコンパターン層の厚みが共
に０．０５〜０．５μｍであることを特徴とする。

（３）上記単結晶化合物半導体層が下地の上記単結晶シ
リコンパターン層との格子定数の差により発生する応力
を、隣接する上記非単結晶化合物半導体層自身が吸収、
緩和し得るに足る面積を有して成ることを特徴とする。

次に、上記化合物半導体基板を製造する方法の発明の特
徴点を以下に列挙する。

（１）シリコン基板上に格子定数の異なる化合物半導体
基板番エピタキシャル成長するに際し、シリコン基板上
にアモルファスシリコン膜を形成する工・程と、前記ア
モルファスシリコン膜面の一部化合物半導体素子形成予
定能動領域の所望該当部分にレーザビームもしくは電子
線“ビームを照射しアニールすることにより当該照射部
分を単結晶化する工程と、次いで前記基板の全表面に化
合物半導体層を形成することにより、前記工程でアモル
ファスシリコン膜が単結晶化した領域上には単結晶化合
物半導体層をエピタキシャル成長させ、それに隣接する
その他の領域上には非単結晶化合物半導体層を形成する
工程とを含むことを特徴とする。

（２）上記アモルファスシリコン膜を形成する工程にお
いて、膜厚を０．０５〜０．５声としたことを特徴とす
る。

（３）上記アモルファスシリコン膜にレーザビームもし
くは、電子ビームを局部的に照射するに際し、その後の
化合物半導体層の形成工程において前記局部的照射によ
り得られる単結晶化シリコン膜上に化合物半導体層をエ
ピタキシャル成長させ、かくして得られた単結晶化合物
半導体層と下地の前記単結晶化シリコン膜との格子定数
の差により発生する単結晶化合物半導体層の応力を隣接
する非単結晶化合物半導体層領域で吸収緩和し得るに足
る面積に相当する未照射部を残して、照射することを特
徴とする。

（４）上記アモルファスシリコン膜の形成はＣＶＤ法も
しくはスパッタ法で、上記化合物半導体層の形成はＭＯ
ＣＶＤ法もしくはＭＢＥ法で行うことを特徴とする。

上記シリコン基板上に形成すアモルファスシリコン膜は
、周知のスパッタ法もしくはＣＶＤ法（プラズマＣＶＤ
を含む）により容易に形成できる。また、膜の厚さはレ
ーザビームもしくは電子ビーム照射により十分にアニー
ル効果の得られる厚さにする必要があり、実用上０．０
５〜０．５−とじた。

レーザビームもしくは電子ビーム照射によりアモルファ
スシリコンを単結晶化するに際しては。

全面を単結晶化してはならず、必ず部分的に未照射領域
を積極的に残すことが重要である。この未照射領域のア
モルファスシリコンは、その後の化合物半導体膜の形成
工程に至る過程で多結晶化する場合もあり、引続きアモ
ルファスシリコンの状態を維持する場合もあり、またア
モルファスと多結晶の混在する場合もある。いずれにし
ても照射され単結晶化した領域とは明らかに異なり、こ
のように単結晶化しない（させない）領域を本発明では
非単結晶シリコンパターン層と定義する。

上記のように、非単結晶シリコンパターン層を残す理由
は、以下による。すなわち、この後に続く化合物半導体
層の形成工程において、上記下地となる単結晶化した領
域と非単結晶領域とが隣接しているシリコン基板表面に
化合物半導体をエピタキシャル成長させると、単結晶シ
リコンパターン膜上には単結晶化合物半導体が成長し、
非単結晶シリコンパターン層上には非単結晶化合物半導
体層が形成される。かくして、得られた単結晶化合物半
導体は、下地の単結晶シリコンパターン暦とは格子定数
が異なるため、その差に応じた応力が発生する。この応
力を隣接する非単結晶化合物層に吸収させ緩和すること
により、単結晶化合物半導体領域を安定に存在させるの
がねらいである。

したがって、こめ非単結晶化合物半導体層を形成するた
めに、上記非単結晶シリコンパターン層の存在は必須で
あり、これが非単結晶シリコンパターン層を残す理由で
ある。それ故、積極的に非照射領域を設ける必要があり
、かかる非照射領域の面積は、上記の理由から単結晶化
合物半導体と下地の単結晶シリコンの格子定数の差から
生じる応力を十分に緩和するに足る面積を考慮して決定
すべきである。

化合物半導体をエピタキシャル成長させる手段としては
、周知の例えば分子線エピタキシ（ＭＢＥ法）もしくは
有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ法）等いずれのものでも
よい。

レーザビームもしくは電子ビームの照射パターンは格子
状、ストライプ状、円を含む多角形、その他種々の形状
が選択されるが、重要なことは、格子定数の差からとる
歪を隣接する周囲の非単結晶で吸収緩和させることであ
る。

化合物半導体としては、、ＧａＡｓ系に限らずその他の
■−ｖ族、■−■族化合物いずれのものでもよい。

〔作用〕

シリコン基板上に形成されたアモルファスシリコン膜は
レーザビームもしくは電子ビームを照射して加熱するこ
とにより容易に下地のシリコン基板と同一の結晶軸を有
する単結晶とすることができる。そこで例えばレーザ光
を照射する部分を走査することにより、任意の二次元パ
ターンでアモルファスシリコン膜を単結晶化でき、この
上に化合物半導体として例えばＧａＡｓ結晶を成長する
ことにより、単結晶シリコン上には単結晶ＧａＡｓがエ
ピタキシャル成長し、未照射のアモルファスシリコン上
には非単結晶ＧａＡｓが成長することになる。このため
、単結晶化のパターンを適切に選ぶことにより、ＳＬと
ＧａＡｓの格子定数差や熱膨張係数差に起因する結晶の
歪を非単結晶の部分で吸収し、単結晶ＧａＡｓの部分は
結晶欠陥の少ない良好な結晶を得ることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に従い説明する。

第１図はシリコン基板１の上にアモルファスシリコン膜
２　をＣＶＤ法で形成し、更にアモルファスシリコン膜
の一部分をレーザ光でアニールすることにより単結晶シ
リコンとしたレーザアニール部３を示す基板の断面であ
る。第２図は第１図で示した基板上にＧ　ａ　Ａ　ｓ結
晶を成長させた後の基板断面を示す図、第３図は第２図
の斜視図であり、単結晶シリコン上には単結晶Ｇ　ａ　
Ａ　ｓ　４が、アモルファスシリコン上には多結晶Ｇａ
Ａｓ５が成長していることを示している。

上記した膜構造の基板を得るためには例えば以下に示す
方法がある。まずシリコン基板をフッ酸で洗浄した後、
プラズマＣＶＤ装置内でアモルファスシリコンを０．１
ｔ１ｍ程度の厚さに形成し、プラズマＣＶＤ装置から取
り出した後に、アモルファスシリコン膜を単結晶化する
に十分なエネルギのレーザ光を照射して部分的にアモル
ファスシリコン膜を単結晶化する。この状態を示すのが
第１図である。次に第１図で示す基板を分子線エピタキ
シ装置内に導入して４００℃前後の基板温度でＧａＡｓ
のエピタキシャル膜を１０〜１１００ｎ形成する。

更にこの後、基板温度を６００℃程度まで上げて必要と
されるＧａＡｓの膜厚を形成することにより、シリコン
とＧａＡｓの格子定数差や熱膨張係数の違いにより界面
で発生する応力を多結晶ＧａＡｓ部分で吸収することが
できて、単結晶ＧａＡｓ部分は結晶欠陥の少ない良好な
エピタキシャル層を得ることができる。

なお本実施例ではアモルファスシリコン膜の形成にプラ
ズマＣＶＤを用いたが、スパッタ法、その他通常のＣＶ
Ｄ法等他の方法で形成した膜でも実施可能である。また
、アモルファスシリコン膜の厚さはレーザ光が透過して
アニールが行える厚さであれば良く、実施例はその代表
例である。またＧ　ａ　Ａ　ｓ結晶の成長方法について
も分子線エピタキシ法のみならず有機金属気相成長（Ｍ
ＯＣＶＤ）法を用いても行うことができる。

〔発明の効果〕

本発明によればシリコン基板と整合性の良いアモルファ
スシリコンをレーザビームもしくは電子ビームでアニー
ルするだけで、その上に成長させる化合物半導体、例え
ばＧａＡｓ結晶の単結晶部分を選択的に成長させること
ができて、Ｇ　ａ　Ａ　ｓ結晶の結晶欠陥低減を簡単な
プロセスで実現できる効果がある。また、本発明の化合
物半導体基板は、各層が平滑で凹凸面が無いことから、
化合物半導体素子を形成する場合、配線の段切れ等の事
故が無く信頼性の高い基板を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による化合物半導体基板を得るための途
中段階を示す基板の部分断面図、第２図は最終段階で得
られた基板の部分断面図、第３図は第２図の斜視図であ
る。 図において、 １・・・シリコン基板 ２・・・アモルファスシリコン膜 ３・・・レーザビーム照射部 ４・・・単結晶ＧａＡｓ　　　　５・・・多結晶ＧａＡ
ｓ代理人弁理士　　中　村　純之助 μ）　　ぐＮ 件 へ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、シリコン基板の同一平面上に非単結晶シリコンパタ
   ーン層と単結晶シリコンパターン層とが隣接して設けら
   れ、前記単結晶シリコンパターン層上には更に単結晶化
   合物半導体層が、そして前記非単結晶シリコンパターン
   層上には非単結晶化合物半導体層が隣接して形成され同
   一平面を構成して成ることを特徴とする化合物半導体基
   板。 ２、上記シリコン基板上に形成された非単結晶シリコン
   パターン層と単結晶シリコンパターン層の厚みが共に０
   ．０５〜０．５μｍであることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の化合物半導体基板。 ３、上記単結晶化合物半導体層が下地の上記単結晶シリ
   コンパターン層との格子定数の差により発生する応力を
   、隣接する上記非単結晶化合物半導体層自身が吸収、緩
   和し得るに足る面積を有して成ることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項もしくは第２項記載の化合物半導体基
   板。 ４、上記化合物半導体がＧａＡｓ系から成ることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項、第２項もしくは第３項記
   載の化合物半導体基板。 ５、シリコン基板上に格子定数の異なる化合物半導体を
   エピタキシャル成長するに際し、シリコン基板上にアモ
   ルファスシリコン膜を形成する工程と、前記アモルファ
   スシリコン膜面の一部化合物半導体素子形成予定能動領
   域の所望該当部分にレーザビームもしくは電子ビームを
   照射しアニールすることにより当該照射部分を単結晶化
   する工程と、次いで前記基板の全表面に化合物半導体層
   を形成することにより、前記工程でアモルファスシリコ
   ン膜が単結晶化した領域上には単結晶化合物半導体層を
   エピタキシャル成長させ、それに隣接するその他の領域
   上には非単結晶化合物半導体層を形成する工程とを含む
   ことを特徴とする化合物半導体基板の製造方法。 ６、上記アモルファスシリコン膜を形成する工程におい
   て、膜厚を０．０５〜０．５μｍとしたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第５項記載の化合物半導体基板の製造
   方法。 ７、上記化合物半導体層がＧａＡｓから成ることを特徴
   とする特許請求の範囲第５項もしくは第６項記載の化合
   物半導体基板の製造方法。 ８、上記アモルファスシリコン膜の形成はＣＶＤ法もし
   くはスパッタ法で、上記化合物半導体層の形成はＭＯＣ
   ＶＤ法もしくはＭＢＥ法で行うことを特徴とする特許請
   求の範囲第５項、第６項もしくは第７項記載の化合物半
   導体基板の製造方法。 ９、上記アモルファスシリコン膜にレーザビームもしく
   は、電子ビームを局部的に照射するに際し、その後の化
   合物半導体層の形成工程において前記局部的照射により
   得られる単結晶化シリコン膜上に化合物半導体層をエピ
   タキシャル成長させ、かくして得られた単結晶化合物半
   導体層と下地の前記単結晶化シリコン膜との格子定数の
   差により発生する単結晶化合物半導体層の応力を隣接す
   る非単結晶化合物半導体層領域で吸収緩和し得るに足る
   面積に相当する未照射部を残して、照射することを特徴
   とする特許請求の範囲第５項記載の化合物半導体基板の
   製造方法。