JPH01132116A

JPH01132116A - 結晶物品及びその形成方法並びにそれを用いた半導体装置

Info

Publication number: JPH01132116A
Application number: JP19834688A
Authority: JP
Inventors: Takao Yonehara; 隆夫米原; Kenji Yamagata; 憲二山方; Yuji Nishigaki; 西垣　有二
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1987-08-08
Filing date: 1988-08-08
Publication date: 1989-05-24

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］本発明は結品物品及びその形成方法並びにそれを用いた
半導体装置に係る。

［従来技術およびその問題点］従来、半導体電子素子や光素子等に用いられる単結晶薄
膜は、単結晶基体上にエピタキシャル成長させることで
形成されていた。例えば、Ｓｉ車結晶基体（シリコンウ
ェハ）上には、Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ等を液相、気相又
は固相からエピタキシャル成長することが知られており
、またＧａＡｓ１ｌ結晶基体上にはＧａＡｓ。

ＧａＡｌＡｓ等の単結晶がエピタキシャル成長すること
が知られている。このようにして形成された半導体薄膜
を用いて、半導体素子および集積回路、半導体レーザや
ＬＥＤ等の発光素子等が作製される。

また、最近、二次元電子ガスを用いた超高速トランジス
タや、量子井戸を利用した超格子素子等の研究開発が盛
んであるが、これらを可能にしたのは、例えば超高真空
を用いたＭＢＥ　（分子線エピタキシー）やＭＯＣＶＤ
　（有機金属化学気相法）等の高精度エピタキシャル技
術である。

このような単結晶基体上のエピタキシャル成長　。

では、基体の単結晶材料とエピタキシャル成長層との間
に、格子定数と熱膨張係数とを整合をとる必要がある。

例えば、絶縁物単結晶基体であるサファイア上にＳｉ単
結晶薄膜をエピタキシャル成長させることは可能である
が、格子定数のずれによる界面での結晶格子欠陥および
サファイアの成分であるアルミニウムのエピタキシャル
層への拡散等が電子素子や回路への応用上の問題となっ
ている。

この様に、エピタキシャル成長による従来の単結晶薄膜
形成方法は、その基体材料に大きく依存する事が分る。

Ｍａｔｈｅｗｓ等は、基体材料とエピタキシャル成長層
との組合せを調べている（ＥＰＩＴＡＸＩＡＬ　ＧＲＯ
ＷＴＨ，＾ｃａｄｅｍｉｃ　Ｐｒｅｓｓ、　ＮｅｗＹｏ
ｒｋ、　１９７５　ｅｄ、　ｂｙ　Ｊ、　Ｗ、　Ｍａｔ
ｈｅｗｓ）。

また、基体の大きさは、現在Ｓｉウェハで６インチ程度
であり、ＧａＡｓ、サファイア基体の大型化はさらに遅
れている。加えて、引き上げ法による単結晶基体は製造
コストが高いために、チップ当りのコストが高くなる。

このように、従来の方法によって良質な素子が作製可能
な単結晶層を形成するには、基体材料の種類が極めて狭
い範囲に限定されるという問題点を有していた。

一方、半導体素子を基体の法線方向に積層形成し、高集
積化および多機能化を達成する三次元集積回路の研究開
発が近年盛んに行われており、また安価なガラス上に素
子をアレー上に配列する太陽電池や液晶画素のスイッチ
ングトランジスタ等の大面積半導体装置の研究開発も年
々型んになりつつある。

これら両者に共通することは、半導体薄膜を非晶質絶縁
物上に形成し、そこにトランジスタ等の電子素子を形成
する技術を必要とすることである。その中でも特に、非
晶質絶縁物上に高品質の単結晶半導体を形成する技術が
望まれている。

−船釣に、５ｉｎ２等の非晶質絶縁物基体上に薄膜を堆
積させると、基体材料の長距離秩序の欠如によって、堆
積膜の結晶構造は非晶質又は多結晶となる。ここで非晶
質膜とは、最近接原子程度の近距離秩序は保存されてい
るが、それ以上の長距離秩序はない状態の膜であり、多
結晶膜とは、特定の結晶方位を持たない単結晶粒が粒界
で隔離されて集合した膜である。

例えば、５ｉ０２上にｓｔをＣＶＤ法によって形成する
場合、堆積温度が約６００℃以下であれば非晶質シリコ
ンとなり、それ以上の温度であれば粒径が数百〜数千人
の間で分布した多結晶シリコンとなる。ただし、多結晶
シリコンの粒径およびその分布は形成方法によって大き
く変化する。

さらに、非晶質または多結晶膜をレーザや棒状ヒータ等
のエネルギービームによって溶融固化させる事によって
、ミクロンあるいはミリメートル程度の大粒径の多結晶
薄膜が得られている（ＳｉｎｇｌｅＣｒｙｓｔａｌ　５
ｉｌｉｃｏｎ　ｏｎ　ｎｏｎ−ｓｉｎｇｌｅ−ｃｒｙｓ
ｔａｌｉｎｓｕｌａｔｏｒｓ、　　Ｊｏｕｒｎａｌ　　
ｏｆ　　ｃｒｙｓｔａｌ　　Ｇｒｏｗｔｈｖｏｌ、　　
６３．Ｎｏ、　　３，０ｃｔｏｂｅｒ、　　１９８３　
　ｅｄｉｔｅｄ　　ｂｙＧ、Ｗ、Ｃｕ１ｌｅｎ）　　。

さらに、固相におけるものとして異常粒成長（アブノー
マルグレイングロンウス）又は、表面エネルギーを駆動
力として２次再結晶によってもミクロンオーダーの大粒
径の多結晶膜が得られている（Ｔ、　Ｙｏｎｅｈａｒａ
、　ｅｔ　ａｌ、、　Ｍａｔ、　ＫｅｓＳａｃ、　　Ｓ
ｙｍｐ、　Ｐ、　５１７．　ｖｏｌ、　２５．１９８４
　／　Ｙ。

Ｗａｄａ、　ｅｔ　ａｌ、、　Ｊ、　Ｅｌｅｃｔｒｏｃ
ｈｅｍｉ、　Ｓｏｃ、　ｖｏｌ。

１２９、　Ｎｏ、　９．　Ｐ、　１９９９．１９７９　
／　Ｌ、　Ｍｅｉ、　ｅｔ　ａｌ、。

Ｊ、　Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉ、　Ｓｏｃ、　ｖｏｌ
、　１２９．　Ｎｏ、　８゜Ｐ、　１７！１１．１９８
２　／　Ｃ，Ｖ、　　Ｔｈｏｍｐｓｏｍ、　ｅｔ　ａｌ
、。

Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ、　　Ｌｅｔ、　４４．　　Ｎｏ
、　　６．　　Ｐ、　６０３゜１９８４）。

このようにして形成された各結晶構造の薄膜にトランジ
スタを形成し、その特性から電子易動度を測定すると、
非晶質シリコンでは約０．１ｃｍ’／Ｖ−ｓｅｃ　、数
百人の粒径を有する多結晶シリコンでは１〜１０ＣＩＩ
＋２／ｖ−５ｅＣ１溶融固化による大粒径の多結晶シリ
コンでは単結晶シリコンの場合と同程度の易動度が得ら
れている。

この結果から、結晶粒内の単結晶領域に形成された素子
と、粒界にまたがって形成された素子とは、その電気的
特性に大きな差異のあることが分る。すなわち、従来法
で得られていた非晶質上の堆積膜は非晶質又は粒径分布
をもった多結晶構造となり、そこに作製された素子は、
単結晶層に作製された素子に比べて、その性能が大きく
劣るものとなる。そのために、用途としては簡単なスイ
ッチング素子、太陽電池、光電変換素子等に限られる。

また、溶融固化によって大粒径の多結晶薄膜を形成する
方法は、ウェハごとに非晶質又は単結晶薄膜をエネルギ
ービームで走査するために、大粒径化に多大な時間を要
し、量産性に乏しく、また大面積化に向かないという問
題点を有していた。

第１７図（Ａ）〜（Ｄ）は、単結晶形成方法を説明する
ための工程図である。図に示すように、微小な単結晶面
により結晶２０Ａが成長する。この酷の成長はエピタキ
シャル成長である。さらに堆積面１１（この堆積面は多
重連結な面である）に核が形成されない堆積条件で成長
を続けるなら、堆積面１１には、堆積、成長が起こらな
いため、結晶２０Ａは、余計な核は形成されずに成長を
続け、結晶２０Ｂ、２０Ｃと横方向にも成長し、堆積面
１１を広く覆う。

このような成長現象は一部、研究成果として報告例もあ
るが、単結晶１２を得るために高価な単結晶基体を得な
ければなす、基体に制約を受けざるを得ない。

以上述べたように、従来の結晶成長方法およびそれによ
って形成される結晶では、三次元集積化や大面積化が容
易ではなく、デバイスへの実用的な応用が困難であり、
優れた特性を有するデノ（イスを作製するために必要と
される単結晶および多結晶等の結晶を容易に、かつ、低
コストで形成することができなかった。

さらに、現在、Ｐ−ＭＯＳトラジスタを代表とする半導
体に対しては高特性が要求されており、特に、その特性
がより一層安定した電子デバイス、例えば正孔の易動度
のバラツキがより一層少ない電子デバイスの比視が望ま
れている。

［発明が解決しようとする問題点１本出願に係る発明は、上記した問題点を解決するために
なされたものである。

［発明の目的］すなわち、本出願に係る第１発明は、下地基体の種類に
限定されることのない結品物品を提供することを目的と
する。

また、本出願に係る第１発明は半導体装置を形成した場
合に、半導体装置の特性に優れるとともに該特性にバラ
ツキのない単結品物品を提供することを目的とする。

さらに、本出願に係る第１発明は、低価格でかつ容易に
製造することができる結品物品を提供することを目的と
する。

本出願に係る第２発明は上記特徴を有する単結品物品を
製造することのできる単結品物品の形成方法を提供する
ことを目的とする。

本出願に係る第３発明は、基体の選択に制約されること
か゛なく、かつ、その特性にバラツキが少ない半導体装
置を提供することを目的とする。

本出願に係る他の目的は、核形成密度の小さな表面（以
下非核形成面という）を有する基体と、該基体に配され
た熱履歴を有し面方位が制御されている単結晶性の単結
晶性の種子より成長して、前記非核形成面を超えて充分
覆っている単結晶とを有することを特徴とする結品物品
を提供することである。

本出願に係る他の目的は、非晶質材料よりなる非核形成
面を有する基体に、熱履歴を有し面方位が制御されてい
る単結晶性の種子を配し、次いで、結晶成長処理を施す
ことで、前記単結晶性の種子を成長させることを特徴と
する結品物品の形成方法を提供することである。

本出願に係る他の目的は、非晶質材料よりなる非核形成
面を有する基体上に配されている、熱履歴を有し面方位
が制御されている単結晶性の種子を超えて前記非核形成
面上に成長した単結晶に能動領域が設けられていること
を特徴とする半導体装置を提供することである。

［問題点を解決するための手段］本発明の第１の要旨は、核形成密度の小さな非核形成面
を有する基体と、該基体上の所望の位置にパターニング
された面積１００μｍ２以下の非単結晶性の薄膜がらな
る原種子を有し、該非単結晶性の薄膜がらなる原種子に
熱処理を施し、単結晶化させ単結晶性の種子とし、該種
子に結晶成長処理を施し、成長した単結晶が該種子を越
えて非核形成面を覆っていることを特徴とする結品物品
に存在する。

本発明の第２要旨は、絶縁性非晶質表面を有する基体上
に形成する結品物品の形成方法において、核形成密度の
小さな非核形成面を有する基体と、該基体上の所望の位
置にパターニングされた面積１００μｍ２以下の薄膜が
らなる原種子を有し、該原種子に熱処理を施し、単結晶
化させ単結晶性の種子とし、該種子に成長処理を施し、
該種子を越えて非核形成面を覆う単結晶を成長させるこ
とを特徴とする結品物品の形成方法に存在する。

本発明の第３の要旨は、絶縁性非晶質表面を有する基体
上に形成する結品物品の形成方法において、核形成密度
の小さな非核形成面を有する基体と、該基体上の所望の
位置にパターニングされた面積１１００ｕ’以下の薄膜
がらなる非単結晶性の薄膜がらなる原種子を有し、該非
単結晶性の薄膜がらなる原種子に熱処理を施し、単結晶
化させ単結晶性の種子とし、該種子に結晶成長処理を施
し、該種子を越えて非核形成面を覆う単結晶を成長させ
、該単結晶に能動領域が設けられたことを特徴とする半
導体装置に存在する。

［作用］以下に本出願に係る発明の構成を作用とともに説明する
。

く基体〉本発明では、まず基体を用意する。基体は、表面に非核
形成面（種子表面に比べて核形成密度が小さい面）を有
していればその材質、形状、寸法等には特に限定されず
任意の材質、形状、寸法のものを使用できる。

ここで、表面に非核形成面を有する基体とは、まず、あ
る基体材料自身の表面が非核形成面である場合は当然に
該当する。例えば、５ｉ０２基体（ガラス、石英基体等
）が挙げられる。また、ある基体材料自身の表面は非核
形成面ではなくとも（例えば結晶性の基体の場合）、そ
の基体材料表面に非核形成面を形成する材料からなる膜
を堆積した場合にも、表面に非核形成面を有する基体に
該当する。例えば、金属、半導体、磁性体、圧電体ある
いは絶縁体よりなる基体材料表面に、ＮＳＧ膜、ＰＳＧ
膜、熱酸化５ｉ０２膜等を形成せしめたような場合であ
る。

加えて、非核形成面は基体材料自体の表面がそうである
必要はなく、基体と同じか、又は異なる材質でなる非核
形成面を形成する材料を堆積させたもの、すなわち、第
８図、第９図に示すような構成であってもよい。

なお、非核形成面を有する膜を堆積せしめる場合におけ
る堆積方法は、例えば、ＣＶＤ法、スパッタ法、ＬＰＥ
法、ＭＢＥ法その他の任意の堆積法を用いればよい。

基体の形状には特に限定されないことは前述した通りで
あるが、その例としては、表面が平坦な形状であっても
よいし、第１０図に示すように所望の凹部を有する形状
でもよい（なお、第１０図に示す例については後述の実
施態様例で詳述する）。

なお、上記において非核形成面とは、核形成密度の小さ
な表面のことであり、核形成密度が小さいとは、絶対的
基準において小さい場合と、種子結晶の表面との比較に
おいて小さい場合の両者が含まれる。すなわち、非核形
成面に対し、種子結晶表面において選択的にエピタキシ
ャル成長が起こり、種子結晶から成長した結晶が車、結
晶となり、非核形成面上には、核形成及び堆積が生じな
ければればよいので相対的基準において小さい場合も含
まれる。

また、核形成密度は、温度、圧力、添加ガス（ＨＣＪＺ
ガス等のエツチングガスな結晶成長を行なうためのソー
スガスと同時に供給、し、核形成を抑制すれば非核形成
面上における核形成密度は一層低くなる）その他の結晶
成長理時の条件によって変化するが、変化させた条件下
で、非核形成面の核形成密度は小さいほどよい。

く種子〉本発明の大ぎな特徴は、上記基体に、面方位が方位制御
された単結晶性の種子を配設することにある。この点を
以下に詳細に説明する。

本発明者は、成長した結晶内でのＰ−ＭＯＳにおける正
孔の易動度のバラツキをいかにすればより少なくするこ
とができるかにつき鋭意研究を重ねたところ、かかるバ
ラツキは、成長した単結晶の面方位が制御されていない
ため、すなわち、面方位が単結晶毎に一定していないた
めではないかとの知見を得た。そこで、一定しない理由
につき考察を行ったところ、非晶質基体上の多結晶薄膜
の面方位（優先配向）は、核形成面上に発生する安定核
の発生時点で決定されるものではなく、核形成面に発生
した核同士の衝突あるいは合体の過程で決定されること
に関係するのではないかとの新たな知見を得た。

かかる知見に基づき、種子の面方位を制御すれば、成長
した単結晶の結晶面方位のバラツキがなくなるか、否か
につき、本発明者は幾多の実験を重ね、基体の非核形成
面に設ける種子として、種子の面方位が方位制御された
単結晶性の種子を配設すれば上記バラツキはなくなるこ
とを確認し、本発明をなすにいたフたものである。

なお、非核形成面の単結晶性の種子を設ける位置として
は、まず、基体の表面上（例えば、第１図（Ｃ）に示す
位置）があげられる。また、基体に開口を設け、その開
口内に設けてもよい（例えば第７図あるいは第８図に示
す位置）。なお、かかる開口は、例えば、適宜のエツチ
ング手法を使用して形成すればよい。

単結晶性の種子は同一基体に１個のみ配設してもよいし
複数個配設してもよい。第２図に示す例は１個配設した
例である。この時、基体に配する多結晶膜の位置は、成
長する結晶における中心の位置とほぼ完全に一致する。

また、複数個配設する例を第４図に示す、なお、この場
合において、位置および粒径が制御された多結晶膜を望
む場合には、第４図に示すように各種子間の距！ｌ！ｉ
ｎを、成長させたい各単結晶の大きさに合わせるだけで
所望の粒径を有する単結晶を得ることができる。

さらに、種子の材質としては例えばＳｉ、Ｇｅ等があげ
られる。

く熱履歴〉上記種子は熱履歴を有し、面方位が制御されている（面
方位が揃っている）。なお、非核形成面を有する基体表
面に、表面の面方位が方位制御された単結晶性の種子を
設ける方法としては、例えば、非核形成面に、面方位制
御され、かつ、面積が微小な薄膜の多結晶を設け、次い
で、該薄膜の多結晶を熱処理すればよい。かかる熱処理
により形成された種子は、熱履歴を有し方位制御された
単結晶性の種子となる。薄膜の多結晶を熱処理する点に
ついては、別異の特徴を有するので第１実施態様例とし
て後に詳述する。

また、上記単結晶性の種子を設ける他の方法としては、
非核形成面上に面積が微小な薄膜の非晶質を設け、上記
多結晶薄膜の場合と同様に熱処理を施せばよい。

〈結晶成長処理〉本発明においては、基体の非核形成面に種子結晶となる
材料を配設した後、結晶成長処理を行なう。結晶成長処
理とは、単結晶性の種子を起点として結晶成長をせしめ
、より大きな単結晶とする処理である。

結晶成長処理の方法としては、例えば、ＣＶＤ法、ＬＰ
Ｅ法、ＭＯＣＶＤ法等があげられるが、もちろんこれら
の方法以外の方法を用いてもよい。

なお、結晶成長させる材質は、種子の材質と同一でもよ
いし異なってもよい。例えば、種子の材料をＧｅとした
場合、結晶成長させる材質はＧｅ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、Ｇ
ａＡｆＬＡｓ、あるいはその他の化合物半導体とするこ
とができる。

また、単結晶性の種子がＳｉの場合にも同様に結晶成長
させる材質はＧｅ、Ｓｉ、ＧａＡｓ。

ＧａＡｌＡｓその他の化合物半導体とすることができる
。

以下に結晶成長の作用を説明する。

その基本原理は、選択エピタキシャル成長とエピタキシ
ャル横方向成長の原理にある。選択エピタキシャル成長
を説明する前に、理解を容易にするために、−船釣な結
晶成長のメカニズムを以下に説明する。

く−船釣メカニズム〉堆積面の基体が、飛来する原子と異なる種類の材料、特
に非晶質材料よりなる場合、飛来する原子は基体材料表
面を自由に拡散し、又は再蒸発する。そして原子同士の
衝突の末、核が形成され、その自由エネルギーＧの変化
ΔＧが最大となるような核（この核は一般に安定核、成
長核あるいは臨界核と呼ばれる）の大きさｒｅ以上にな
ると、ΔＧは減少し、核は安定に三次元的に成長を続け
、島状となる。

核を形成することによって生ずる自由エネルギーＧは、Ｇ＝４πｆ（θ） ×（σ。ｒ２＋　（ｇｖ　ｊ　ｒ３　）／３）ｆ（θ）
＝（２−３ｃｏｓθ＋ｃｏｓ’θ）／４ただし、ｒ：核
の曲率半径 θ：核の接触角ｇｖ　：単位体積当りの自由エネルギーａ０　：単位面
積当りの核と真空間の表面エネルギーと表わされる。ΔＧの変化の様子を第１６図に示す。同
図において、ΔＧが最大値であるときの安定核の曲率半
径がｒｃである。

このように核が成長して島状になり、更に成長して島同
士が接触して網目状に基体材料表面を覆い、最後に連続
膜となって基体材料表面を完全に覆う。このような過程
を経て基体上に薄膜が堆積する。特に基体が非晶質の場
合に良好な多結晶薄膜となる。

く選択エピタキシャル成長〉上記した一般的成長に対し、選択エピタキシャル成長の
場合は、表面エネルギー、付着係数、表面拡散速度等の
結晶成長下過程での核形成を左右する因子の材料間での
差を利用して、基体上の所望の位置に選択的にエピタキ
シャル成長を行わしめるものである。

すなわち、基体上における安定核の発生を抑止しく従っ
て、基体からの結晶成長は生じない）、種子表面からの
みエピタキシャル成長を行なわしめるものである。

本発明では、基体材料表面は各形成密度の低い非核形成
面であるので、かかる安定核の発生は抑制され、単結晶
性の種子表面からのみから選択的に結晶成長が生ずる。

さらに、本発明においては、単結晶性の種子表面から次
第に結晶は、非核形成面へと横方向にもエピタキシャル
成長し、やがて基体を覆う形で単結晶が成長していく。

なお、非核形成面上で核が形成されない理由は次のよう
に考えられる。

一般的には飛来原子の非核形成面を有する材料表面上で
表面拡散距離が異常に大きいか、あるいは吸着係数が異
常に小さいことに起因する。また、飛来原子と基体物質
が化学反応を起こし、生成物質の蒸気圧が高く、蒸発し
てしまうこともある。

例えば、Ｓｉを５ｉＯｚ基体上に９００℃以上で堆積さ
せると、Ｓｉ＋ＳｉＯ□→２ＳｉＯ↑ となり、Ｓｉは堆積できない（Ｔ、　Ｙｏｎｅｈａｒａ
ｅｔ　ａｌ、　Ｊ、Ａ、Ｐ、Ｓ３．Ｐ、６８３９．１９
８２）。

また、同様にＧｅの場合には、Ｇｅ＋Ｓ　ｉ　Ｏ２−＊ＧｅＯｔ　＋Ｓ　ｉ　Ｏ↑の反
応も起こり得る。また、吸着原子と反応する添加ガスを
送ることも可能であり、吸着原子はすべてエツチングさ
れてしまう。例えば３ｉ、Ｇｅに対してＨＣｌが有効で
ある。また、Ｈ２ガスのＳｉＯｚｍ体材料表面吸着によ
って、Ｓｉの５ｉｎ２上の吸着サイドが皆無となる事も
ある（Ｗ、　Ａ、　Ｐ、　Ｃ１ａｓｓｅｎ　　＆　　Ｂ
ｌａｅｕ、　Ｊ、　Ｅｌｅｃｔｒｏ−ｃｈｅｍｉｃａｌ
、　５ｏｃｉｅｔｙ、　１２８．１３５３．１９８１）
　。

このような非核形成とする条件は、温度、圧力、供給さ
れる原料ガスの流量等で調整すればよい。

本発明においては、単結晶性の種子の基体に垂直な方向
の面方位は方位制御されており、表面が方位制御された
単結晶を単結晶性の種子として選択エピタキシャル成長
と横方向エピタキシャル成長を行うと、表面から成長し
た単結晶の面方位−定しており、その単結晶に半導体装
置を形成した場合にその特性が一定していることは、本
発明による幾多の実験により確認されているところであ
る。

［実施態様の説明］以下に主なる実施態様の例を説明する。

（第１実施態様例）第１実施態様例として、非核形成面に、薄膜を設け、該
薄膜をパターニングし、微小な原種子とし、次いで、該
原種子を熱処理することにより該原種子を単結晶性の種
子とする場合を述べる。

本発明者は、面方位が制御された薄膜の！＃結晶性の種
子を、非核形成面に容易に配設する方法について、各種
の探索を行っていたところ、ある特定の条件で基体に垂
直な方向の面方位が制御された多結晶薄膜を熱処理する
と、制御された面方位は維持されたまま多結晶は異常粒
成長して大粒径の単結晶薄膜に変化することを発見した
。

また、ある特定の条件で非晶質薄膜を熱処理すると、基
体に垂直な方向の面方位が制御された大粒径の単結晶薄
膜に変化することを発見した。

そこで、本発明者はその特定の条件が何であるかに付き
、数多くの実験を重ねた結果、制御された面方位は維持
されたまま単結晶に変質するか否かは基体表面に配した
原種子の面積に関係していることを発見し、さらなる研
究を重ねた結果、該面積が微小の場合に制御された面方
位は維持されたまま微小面積中に粒界を含まない単結晶
に変質することを確認した。

この現象は、本発明者により発見されたものであり、微
小部における異常粒成長（アブノーマルダレイングロウ
ス）、２次再結晶又は表面エネルギーを駆動力とした２
次再結晶の作用であると考えられる。

本実施態様は以上の事情のもとになされたものであり、
以下に本実施態様例を詳細に説明する。

く多結晶〉本実施態様例の１つの特徴は、原種子となるパターニン
グされた堆積薄膜の表面の面方位を方位制御する点にあ
る。

所望の面方位に制御するには、該所望の面方位に応じた
堆積法において所定の堆積条件に設定すればよい。

例えば、多結晶膜の原種子において基体に垂直な方向を
＜１００＞の面方位に制御したい場合には、ＬＰＣＶＤ
法により、７００〜８００℃という条件で堆積を行えば
よいし、＜１１０）の面方位に制御したい場合にはＬＰ
ＣＶＤ法により基体温度６００〜６８０℃という条件で
堆積を行えばよい。

もちろん、ＬＰＣＶＤ法以外の常圧ＣＶＤ法、スパッタ
法あるいは真空蒸着法等の堆積法においても所望する面
方位に応じた所定の堆積条件に設定すれば所望の面方位
に制御することができる。

なお、非晶質膜となることを避け、多結晶膜を形成する
ためには、例えばＳｉの場合には６００℃以上の基体温
度で堆積を行い、Ｇｅの場合には３５０℃以上の基体温
度で堆積を行えばよい。

原種子の厚さとしては、１μｍ以下が好ましく、より好
ましくは０．５μｍ以下である。

ただ、本発明においては、原種子表面の面積を微小に形
成することに特徴がある。微小であることは熱処理と関
係し、微小であるほど単結晶に変質しやすい０粒径で面
積を表わすと、１０μｍ以下が好ましく、より好ましく
は５μｍ以下である。

〈非晶質〉本発明の非晶質体としては減圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶ
Ｄ法、光ＣＶＤ法、ＥＢ（エレクトロンビーム）蒸着法
、スパッタ法、ＭＢＥ法等で堆積した非晶質シリコン、
非晶質ゲルマニウム等を用いることができる。

非晶質体はパターニングされ微小に形成される。その厚
さには特に限定されないが、１μｍ以下が好ましく、０
．５μｍ以下がより好ましい。

また、パターニングされた領域の大きさは、面積１００
μｍ２以下が好ましく、２５μｍ２以下がより好ましい
。

透過電子顕微鏡で観察される面欠陥の密度が１０５個／
　ｃ　ｒｄ以下の単結晶性の種子を得るためには原種子
の大きさは面積１６μｍ２以下が好ましく、より好まし
くは面積１μＭである。

く熱処理〉本実施態様例の最大の特徴は、上記微小な原種子を熱処
理することにより、基体に垂直な方向の面方位が揃った
微小車結晶性の種子に固相過程によって変質せしめるこ
とにある。

面方位制御された微小な面積の多結晶質の原種子は、熱
処理を行うことより固相で面方位制御された微小な単結
晶性の種子に変質する。

まず、多結晶質の原種子への熱処理について述べると、
熱処理の好ましい温度は、原種子の融点の関係から材質
により変わる。

熱処理の具体的な温度は範囲としては融点以下であって
、Ｔ、Ｘｏ、４以上の温度で熱処理を行えばよい。ただ
し、Ｔｌ１１は絶対温度における融点である。また、多
結晶の結晶状態（各種の結晶欠陥の有無、例えば不純物
、空孔の存在等）により上記温度は変動するが、その都
度、熱処理温度は適宜選択すればよい。

例えば、Ｓｉ多結晶からなる数百人の粒径で１μｍ以下
、好ましくは０．５μｍ以下の厚さで、面積１００μｍ
２以下、好ましくは２５μｍ２以下で、最長長さ１０μ
ｍ以下、好ましくは５μｍ以下の大きさの方位制御され
た原種子は、温度範囲７００〜１３００℃で数１０分〜
数時間の熱処理を施すことにより該原種子と同一の方位
に面方位が制御された粒界を含まない単結晶性の種子に
粒成長し、変質する。

熱処理の一般に好ましい温度範囲としては、材質により
変わる。例えば、Ｓｉ多結晶よりなる原種子の場合は８
００〜１４００℃が好ましく、Ｇｅ多結晶よりなる原種
子の場合は６００〜９００℃が好ましい。

ここで、原種子の材質、厚さ、大きさ、熱処理の温度等
のパラメータは、原種子の単結晶性の種子への成り易さ
に相互に関係するものであり、原種子の厚さが薄い程お
よび大きさが小さい程、単結晶化し易い。

なお、原種子に、第３族系の元素であるＢ。

Ａｊ２．Ｇｅ、Ｉｎ、Ｔｆｌや、第５族系の元素である
Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ等の不純物を添加すると、粒界に
沿って原子の易動度が増加、あるいは粒界を越えて原子
がジャンプする頻度が促進され、粒界の易動速度が極め
て増速される。すなわち、固相における異常な粒成長が
誘起されるので、熱処理に先立ち、原種子にかかる不純
物を注入しておくことが好ましい。

続いて、非晶質体について述べると、非晶質体よりなる
原種子の熱処理は、Ｔ＋＋＋Ｘ０．７以上が好ましい（
ただし、Ｔ、は絶対温度における融点）。

なお、種子結晶の材料としてＳｉを例にとると、実際の
Ｓｉの融点は約１４２０〜１４５０℃であり、単結晶化
するための温度も高温度となり、実際のプロセスには高
温すぎて必ずしも好ましくない。そこで、例えばＰ、Ａ
ｓ等の第５族元素、あるいはＢ等の第３族元素から選ば
れる不純物（例えばＰ）をドーピングした。Ｐを高濃度
にドーピングすることによって熱処理可能温度は約８０
０℃まで一気に下がる。この事実によって非晶質Ｓｉの
熱処理法がプロセス温度付近でより一層実用的に達成で
診る。

ドーピング元素の量としてはｌＸｌ０”ｃｍ’以上が好
ましく、より好ましくはドーピング元素のＳｉに対する
固溶限付近がよい。ただし、固溶限は各元素によって、
また、温度によって異なる。

例えば、Ｓｉに対してＡｓは約２Ｘ１０”ｃｍ’、Ｐは
約２ｘｌＯ”ｃｒｎ”、Ｂは約４×１０２０ｃｍ′〜６
Ｘ１０”ｃｒｒ？である。

また、この熱処理法による単結晶化は、非晶質の方が多
結晶に比べてアニール効果（単結晶化のし易さ）が大き
い。

（第２実施態様例）第１図（Ａ）〜（Ｈ）は、本出願に係る発明の第２実施
態様例を示す形成工程図である。第２図（Ａ）および（
Ｂ）は第１図（′Ｃ）および（Ｈ）を示す斜視図である
。

第１図（Ａ）に示すように、基体１００に核形成密度の
小さい薄膜１０１を堆積する。

次に、基体に垂直な方向の面方位の揃った多結晶膜１０
０Ａを薄く堆積する。揃えたい面方位は堆積条件により
決定可能である。あるいは、非晶質膜を多結晶膜の代り
に堆積してもよい。薄さは先に述べたように１μｍ以下
であれば充分である。

次に、エツチング等により微小な領域のみを残し、原′
種子１０２Ｂを形成する。この微小な原種子の大きさは
、先にのべた単結晶性の種子に変質が起こるように１０
μｍ角以下であれば充分である。

次に、適当な温度の熱処理を行い、原種子を単結晶性の
種子とする。多結晶性の原種子に熱処理を施す場合、多
結晶膜１０３での面方位は単結晶性の種子１０３と成っ
ても維持される。

次に、結晶成長処理を施す。エツチング作用を有するガ
スを適量、結晶形成処理中に添加し、堆積面１０１から
は核（安定核）が全く形成されない条件とすることが望
ましい。結晶は１０３の単結晶性の種子の表面よりエピ
タキシャル成長するため、成長する結晶１０４は単結晶
性の種子１０３から面方位情報を伝えられた島状の単結
晶１０４Ａ、１０４Ｂとなる。

島状の単結晶１０４Ａ、１０４Ｂは、単結晶構造および
単結晶性の種子１０３より伝えられた面方位情報を伝え
ながら単結晶性の種子１０３を中心にして、さらに成長
し、同図（Ｇ）に示すように基体１０４を完全に覆うこ
とができる。

続いて、必要に応じてエツチング研磨によって単結晶１
０４Ｃを平坦化し、第１図（Ｈ）、第２図（Ｂ）に示す
ような面方位制御がなされている単結晶層１０５が形成
される。

支持体には、任意の材料を使用することができる。さら
に、このような本発明の場合には基体１００に通常の半
導体技術によって機能素子等が形成されたものであって
もその上に容易に単結晶層１０５を形成することができ
る。

なお、上記実態態様例では、非核形成面を薄膜５で形成
したが、もちろん第６図、第７図、第８図、第９図に示
すような非核形成面となる材料からなる基体を用いても
良い。

（第３実施例態様例）第３図（Ａ）〜（Ｇ）は、本出願に係る発明の第３実施
例態様例を示す結晶の形成工程図である。同図（Ａ）に
示すように、選択エピタキシャル成長を可能とする核形
成密度の小さい材料から成る基体１００上に、多結晶質
あるいは非晶質の薄膜１１０を堆積し、＠小な領域１０
２を、レジストをマスクにしてパターニングする。同図
（Ｂ）に示すような核形成密度の低い材料面上に微小な
原種子１０２を形成できることで、第１実施例態様例と
同様にして単結晶層１０５を得ることができる。なお、
第３図（Ｂ）、（Ｃ）。

（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）、（Ｇ）はそれぞれ、第１図（
Ｃ）、　（Ｄ）、　（Ｅ）、　（Ｆ）、　（Ｇ）。

（Ｈ）に対応する同一処理工程図である。

（第４実施態様例）第４図（Ａ）〜（Ｆ）は、本出願に係る第４実施態様例
を示す形成工程図であり、第８図（Ａ）および（Ｂ）は
、第４図（Ａ）および（Ｆ）における基体の斜視図であ
る。

第４図（Ａ）および第５図（Ａ）に示すように核形成密
度の小さい基体上１００に距離ｋを隔てて、面方位制御
のされた微小な多結晶膜あるいは面方位を持たない非晶
質膜がらなる原種子１０２を形成する。距ａＸは、例え
ば半導体素子又は素子群を形成するために必要とされる
単結晶領域の大きさと同じかそれ以上に設定される。原
種子１０２の形成方法は実施態様例１又は実施態様例２
に準じたものとする。

次に適当な温度の熱処理を行い、原種子１０２を単結晶
性の種子１０３とする。

この時、複数の多結晶性の原種子１０２で各々の面方位
を揃えておけば、同図（Ｂ）に示すように、複数の各々
面方位の揃フた単結晶性の種子１０３となる。

次に、結晶成長処理を施す。堆積面１０１からは核が全
く形成されない条件で成長させることが望ましい。結晶
は１０３の単結晶面よりエピタキシャル成長し、単結晶
性の種子１０３から面方位情報の伝えられた島状の単結
晶１０４Ａ。

１０４Ｂとなり、成長形態は、既に述べた実施態様例１
および本実施態様例２の場合と同様である。

島状の単結晶１０４Ｂはさらに成長して同図に示すよう
に隣り合う単結晶１０４同士で互いに接触し、隣り合う
種子１０３のほぼ中間の位置に結晶粒界１０７が形成さ
れる。

また、成長した単結晶表面はファセットが現われるため
、エツチング又は研磨によって平坦化を行い、さらに必
要に応じて粒界１０７の部分を除去して第４図（Ｆ）お
よび第５図ＣＢ）に示すように粒界を含まれない面方位
の制御された単結晶の薄膜１０６を格子状に形成できる
。

なお、粒界を残したままでも、その位置があらかじめ予
測できるため、半導体装置を形成する際には粒界部分を
避けて素子を配列できる。

この単結晶薄膜１０６の大きさは、上述したように種子
１０３の間隙１によって決定される。

従って、初めに形成する面方位の制御された微小な多結
晶膜あるい面方位を持たない非晶質膜の形成パターンを
適当に定めることによって、粒界の位置を制御すること
ができ、所望の大きさの単結晶を所望な配列で形成する
事ができる。

（第５実施態様例）第１０図（Ａ）〜（Ｃ）は本出願に係る発明の第５実施
態様例を示す工程図であり、第１１図（Ａ）及び（Ｂ）
は、第１０図（Ａ）及び（Ｃ）における基体の斜視図で
ある。

まず、第１０図（Ａ）及び第１１図（Ａ）に示すように
、非晶質絶縁基体１１に所望の大きさ及び形状の凹部１
６を形成し、その中に微小サイズの面方位の揃った多結
晶質の原種子１２あるいは面方位をい持たない非晶質の
原種子１２を形成し、熱処理して方位の揃った単結晶性
の種子を形成する。

続いて、第１０図（Ｂ）に示すように、第１実施態様と
同様にして島状の単結晶粒１３を成長させる。

そして、第１０図（Ｃ）及び第１１図（Ｂ）に示すよう
に、単結晶粒１３が凹部１６を埋めるまで成長させ、単
結晶層１７を形成する。

本実施態様例では、凹部１６内に単結晶粒１３が成長す
るため、平坦化及び粒界部分の除去工程が不要となる。

（第６実施態様例）第１２図（Ａ）〜（Ｃ）は本出願に係る発明の第６実施
態様例を示す結晶の形成工程図である。

同図に示すように、任意の基体４上に、核形成密度の小
さな材料からなる薄膜の非核形成面１８を形成し、そこ
に所望の大きさ及び形状の凹部１６を形成する。そして
、その中に方位制御された単結晶性の種子を配設し、結
晶成長を行う。

（第７実施態様例）第１３図（Ａ）〜（Ｃ）は本出願に係る第７実施態様例
を示す結晶の形成工程図である。

任意の基体１９に凹部を形成した後、核形成密度の小さ
な材料名）らなる薄膜の非核形成面を形成し、以下前記
例と同様に、凹部の中に方位制御された単結晶性の種子
を配設し、結晶成長を行う。

（第８実施態様例）第１４図は、第１図に示す実施態様例を用いて製造され
た多層構造の半導体装置の一例を示す概略的断面図であ
る。

同図において、Ｓｉ又はＧａＡｓ等の半導体基体１４０
１には、通常の製造プロセスによってトランジスタ１４
０２やその他の半導体素子あるいは光素子等が形成され
、その上にＣＶＤ法やスパッタ法等によって、非核形成
面（例えば５ｉ０２層）１４０３が形成されている。そ
して、この非核形成面１４０１上に方位制御された単結
晶性の種子を配設し、結晶成長させることに　　　−よ
り単結晶１４０７を形成する。

続いて、単結晶１４０７に、トランジスタ１４０８やそ
の他の半導体素子又は光素子を形成し、５ｉ０２層１４
０３を通して基体１４０１と単結晶１４０７とにそれぞ
れ形成された素子を電気的に絶縁する。こうして、例え
ば第１層（基体１４０１）のトランジスタ１４０２と第
２層（単結晶１４０７）のトランジスタとをそれぞれＭ
ＯＳトランジスタとして形成し、これらを積層してＣ−
ＭＯＳを形成すれば、相互作用の全くないＣ−ＭＯＳを
製造することができる。また、上記と同様の技術によっ
て発光素子と、その駆動回路を一体化して形成すること
もでき、高集積化、多機能化を達成することができる。

さらに、上記工程を繰り返すことで、５ｉ０２層１４０
３を挟んで、幾層にも単結晶１４０７を形成することが
でき、容易に多層構造の半導体装置を形成することがで
きる。

（第９実施態様例）第１５図（Ａ）〜（Ｃ）は第９実施態様を示す結晶の形
成工程図である。

第１５図（Ａ）〜（Ｃ）は１置方位の揃った単結晶ｆ＠
１２を間隔βをおいて複数個（図では２ケ）を形成し、
単結晶性の種子１２上にエピタキシャル成長させて単結
晶粒１３を形成する。この単結晶粒１３を更に成長させ
て単結晶１３Ａを形成することによって単結晶性の種子
１２のほぼ中央に粒界１４が形成され、単結晶１３Ａの
表面を平坦化することで第１５図（Ｄ）に示すような粒
径が略々１に揃い、しかも面方位の揃った多結晶層２１
を得ることができる。

この多結晶層２１の粒径は単結晶性の種子１２の間隔１
によって決定されるために、多結晶の粒径制御が可能と
なる。従来では、多結晶の粒径は形成方法や形成温度等
の複数の要因によって変化し、かつ、大きい粒径の多結
晶を作成する場合には、かなり、幅をもった粒径分布を
有するものであったが、本実施態様によれば単結晶性の
種子１２の間隔ぶによって制御性よく粒径及び粒径分布
が決定される。

（以下余白）［実施例］（実施例１）本実施例では、Ｓｉ多結晶を原種子とし、基体に垂直な
方向の面方位として＜１１０＞の面方位を持つＳｉ単結
晶（以下結晶島という）を８０μｍ径の大きさまで気相
成長させた。

以下に本実施例を詳細に説明する。

本実施例においては、基体１００として４１ｎｃｈのＳ
ｉ単結晶クり八へ使用した。このＳｉ単結晶ウェハを熱
酸化処理することにより、その表面に非核形成面として
約２０００人厚の５ｉ０２層１０１を形成した。次に、
この５ｉ０２層上に、ＬＰＣＶ［）法により以下の条件
で膜厚５００人のＳｉ薄膜１０２Ａを形成した。

圧カニ１．０Ｔｏｒ’ｒ使用ガス：ＳｉＨ４（Ｈｅ希釈）基体温度＝６５０℃ Ｘ線回折によりこのＳｉ薄膜の基体に垂直な方向の面方
位を測定したところ、その面方位は＜１１０＞であり、
他の方位は観察されなかつた。

また、このＳｉ薄膜を透過電子顕微鏡で観察し、その粒
径を測定したところ、約５００人の多結晶薄膜であるこ
とがわかった。

この得られたＳｉ薄膜に、半導体の分野で通常用いられ
ているようにＰＯＣｊ２ｓの熱分解によるリンガラス堆
積（条件＝９５０℃、３０ｍ１ｎ）により７．５ｘ　１
０２０ｃ’ｍ−’のＰをドーピングした。

次に、ステッパーを用いたフォトリソグラフとＳＦ６ガ
スによる反応性イオンエツチング（ＲＩＥ）により、格
子状に１００μｍ間隔で配列した１μｍ角の微小な多結
晶が５Ｘ１００個存在する部位を残し、その他の部分を
エツチングした。

次に、熱処理炉においてＮ２ガス雰囲気中で１１００℃
ｘ３０ｍｉ　ｎ熱処理を行った。熱処理後、透過電子顕
微鏡で結晶粒界の有無を調べたところ、１μｍ角の中に
結晶粒界はなかった。

上記の測定後、ＣＶＤ装置に投入し、次の条件でＳｉ結
晶形成処理、すなわち、ホモエビタキシャル成長を行な
わしめ結品物品を形成した。

圧　　力　　：　　１　５０Ｔｏｒｒエツチングガス：ＨＣｌ１　　１５１１ｍキャリアガス
：Ｎ２　１１００５Ｊ２原料ガス：５ｉＨ２Ｃｊｌ、　　０．６ｓｊＺｍ基体温
度：９５０℃ 結晶形成処理時間：　６０ｍ１　ｎ結晶形成処理を施した後、結品物品をＣＶＤ装置から取
り出し、金属顕微鏡により、成長した単結晶（結晶島）
を観察した。単結晶は良好なファセットを有しており、
また、その粒径は８０μｍで、粒径分布（各単結晶間に
おける粒径のバラツキ）が殆どなかった。また、５０×
１００個の単結晶は、原種子である多結晶膜の微小対を
配した位置を中心に形成されており、その周辺の５ｉＯ
ｚ膜上を８０μｍ径の範囲にわたり覆っていた。この結
晶島の存在しない領域のＳｉＱ、膜上には、Ｓｉ単結晶
の堆積、成長はなかった。

５Ｘ１００個の結晶島からランダムに３０個の結晶島を
選択し、微小部Ｘ線回折装置において３０μｍφに絞っ
たＸ線を使用してその面方位を測定したところ、３０個
の結晶島はすべて基体表面と垂直は方向に＜１１０＞の
面方位を有していた。

（実施例２）本実施例では、Ｓｉ多結晶を原種子とし、基体に垂直な
方向の面方位として＜１００＞の面方位を持ち、単結晶
同士の粒界の位置及び単結晶の粒径が制御された単結晶
群を得た。ここで単結晶群とは単結晶同士が隣接して集
合したものである。

実施例１と同様に、４１ｎｃｈのＳｉ単結晶ウェハを熱
酸化処理して表面に膜厚約２０００人の５ｉｆｔ膜を形
成した。

次に、実施例１とは温度条件を異ならしめ、ＳｉＯ□膜
上にＬＰＣＶＤ法により以下の条件で原種子となる薄膜
のＳｉ多結晶を膜厚５００人に形成した。

圧　　力　　：　　１．　０Ｔｏｒｒ使用ガス：ＳｉＨ，（Ｈｅ希釈）基体温度ニア００℃ Ｘ線回折でこのＳｉ薄膜の面方位を測定したところ、そ
の面方位は基体表面に垂直な方向は＜１００＞であり、
他の方位は観察されない。実施例１と同様に、このＳｉ
多結晶の粒径を測定したところ、約５００人の多結晶薄
膜であることがわかった。

この得られた薄膜のＳｉ多結晶に、イオン注入により、
７．５Ｘ　１０”ｃｍ−’のＰをドーピングした。

次に、ステッパーを用いたフォトリソグラフィと、ＳＦ
６ガスによる反応性イオンエツチング（ＲＩＥ）で、１
００μｍ間隙で格子状に配列した１μｍ角のＳｉ多結晶
を５００Ｘ５００個残し、その他の部位をエツチングし
た。

次に、熱処理炉にてＮ２ガス雰囲気中で、基体温度１１
００℃、３０ｍ１　ｎ熱処理を行った後、透過電子顕微
鏡で詳細に調べた結果、原種子に熱処理を施したものの
中に結晶粒界のない単結晶であることが確認された。

上記測定後、ＣＶＤ装置に投入し、次のＳｉ結晶形成処
理を施した。本実施例もホモエピタキシャル成長である
。

圧　　力　　：１５０Ｔｏｒｒ基体温度：９５０℃ 結晶形成処理時間：　９０ｍ１　ｎ原料ガス：５ｉＨ２Ｃｕ、　　０．６５４２ｍエツチン
グガス：ＨＣｌ　　１ｓｊ２ｍキャリアガス：Ｈ２ｔｏ
ｏｓｎｍ結晶形成処理を施した後、ＣＶＤ装置から結品物品を取
り出し、単結晶を高倍率の金属顕微鏡により観察した。

Ｓｉ単結晶は、格子状に配列した最初の原種子の位置を
中心に、第４図（Ｅ）に示すように、隣のＳｉ単結晶と
接していた。このＳｉ単結晶の粒径分布は殆どなく、約
１００μｍであった。

成長後の単結晶を、実施例１と同様にＸ線回折装置を用
いて、ランダムに選択した５０個の単結晶について基体
に垂直な方向の面方位を観察したところ、すべて最初の
多結晶Ｓｉ薄膜の方位と等しい＜１００＞である事を確
認した。

（実施例３）本実施例では、実施例２と同様の方法により得られた結
晶群にｐ　−ｃｈａｎｎｅｌ　Ｍ　ＯＳ　−Ｆ　Ｅ　Ｔ
　（電界効果型トランジスタ）を形成した。

以下に本実施例を詳細に説明する。

実施例２と同様の材料、方法により結晶を成長させ、単
結晶島を、ラップとポリッシングの研磨法によって平坦
化した後、半導体分野で通常用いられる手法によって、
５０個の単結晶島における結晶粒界の介在しない位置に
、ポリシリコンゲートのｐ　−ｃｈａｎｎｅｌ　Ｍ　Ｏ
Ｓ　−Ｆ　Ｅ　Ｔをそれぞれ製作した。

５０個のデバイスはいずれも良好な特性を示し、正孔の
易動度を評価したところ、１８０±５ｃｍ２／Ｖ−ｓｅ
ｃの範囲であることが、すべてのデバイスに対し確認さ
れた。

（実施例４）本実施例では原種子としてＧｅ多結晶を用い、基体表面
に垂直な方向に＜１００＞の面方位を持つＧａＡｓ単結
晶を粒径４０μｍの大きさまで気相成長によりヘテロエ
ピタキシャル成長させた。

以下に本実施例を詳細に説明する。

８ｃｍ角のＡｊ２２　ｏ、基体に、ＳｉＯ２層を、常圧
ＣＶＤ法により基体温度４００℃で、膜厚５００人に堆
積した。

次に、ｒｆスパッタ法により以下に示す条件で膜厚５０
０人のＧｅ薄膜を形成した。

圧カニ３ｍＴｏｒｒ雰囲気ガス：Ａｒパワー＝５０Ｗ温度：６００℃ 膜厚：５００人形成されたＧｅ薄膜は、基体表面と垂直な方向に＜１０
０＞に配向したＧａ多結晶薄膜だフた。

このＧｅ多結晶膜にＰを５　ｘ　１０−”　ｃ　ｍ−’
の濃度までイオン注入した。

次に、フォトリソグラフィとＮ２０ｘ　　：　Ｎ２０に
よる化学エツチングでＧｅ多結晶薄膜１．２μｍ角を格
子状に１００μｍ間隔で５０ｘｌＯＯ個の部位を残し、
その他の部分を除去しＧｅ多結晶貿の原種子を形成した次に、熱処理炉において、Ｎ２ガス雰囲気中で８５０℃
×３０分の熱処理を行なった。熱処理炉より取り出し、
ランダムに３０個所のＧｅ結晶について、透過電子顕微
鏡により観察したところ１．２μｍ角中に結晶粒界はな
かった。

次に、ＭＯＣＶＤにより下記条件で結晶形成処理を施し
た。

基体温度＝６７０℃ 原料ガス：アルシン（ＡｓＨｓ）０ＳＣＣＭトリメチルガリウム（ＴＭＧ）５ＣＣＭキャリアガス：Ｈｅ　　３０ｓｆ１ｍ処理時間：　８０ｍ１　ｎ上記結晶形成処理を行った後、取り出し、上述した解析
手法により、結晶の評価を行なった。その結果、Ｇｅ原
種子を配した５ｏｘｉｏｏ個の部位を中心に、ＧａＡｓ
単結晶が粒径４０μｍの大きさで基体上に成長していた
。

ランダムに決めた５０個のＧａＡｓ＄結晶島について基
体表面に垂直な方向の面方位を測定したところ、すべて
＜ｉｏｏ＞たった。

また、ＳｉＯ２膜面には、ＧａＡｓの成長及び堆積はな
かった。

（実施例５）本実施例では、Ｓｉ多結晶を原種子とし、基体表面に垂
直な方向に＜１００＞の方位を持つＳｉ単結晶を７０μ
ｍまで液相成長させた。

実施例２と全く同様の材料、方法により、表面が酸化処
理された４　１ｎｃｈｓ　ｉウェハに多結晶より変質し
た基体表面に垂直な方向に＜１００＞の面方位を持つＳ
ｉ単結晶が、１００μｍピッチに５００Ｘ５００個格子
状に配されているサンプルを得た。

次に、変質して単結晶となったＳｉの単結晶性の種子を
有するサンプルをＳｎ溶媒中にＳｉを融解した９００℃
の溶液中に浸漬し、０．２’ｅ／ｍｉｎの冷却速度で１
３分間液相成長を行った。

成長処理修了後、上述した手法により形成された単結晶
を評価した。

この単結晶は良好なファセットを持ち、すべての単結晶
は粒径７０μｍの大きさを有し、粒径分布は殆どなく、
格子状に並んだＳｉ単結晶島が形成されていた。その他
の５ｉＯｚ膜上にはＳｉ結晶の成長、堆積はなかった。

さらに、数１０個の結晶島の面方位を測定したところ、
すべて基体表面に垂直な方向は＜１００＞であった。

（実施例６）本実施例では、原種子としてＳｉ多結晶薄膜を用い、基
体表面に垂直な方向に＜１００＞の方位を持つＧａＡｓ
単結晶を粒径９０μｍまで液相成長させた。

以下に本実施例を詳細に説明する。

実施例２と全く同様の材料、手法により表面が酸化処理
された４　１ｎｃｈのＳｉウェハに、多結晶より変質し
た基体表面に垂直な方向に＜１００＞の面方位を持つＳ
ｉ単結晶から成る原種子が、１００μｍピッチに５００
×５００個格子状に配列されているサンプルを得た。

次に、ＧａＡｓをＧａ溶媒で融解し、７８０℃溶液に浸
漬し、液相成長を行った。０．１５℃／ｌｌｌ１ｎの速
度で冷却を行い、１５分後に取り出した。

成長した単結晶は、良好なファセットを持ち、各単結晶
は粒径９０μｍの大きさを有し、粒径分布は殆どなく横
方向にも成長しており、格子状に並んだＧａＡｓ単結晶
島が形成されていた。

その他の５ｉｎ２膜上には、ＧａＡｓの成長、堆積はな
かった。更に数１０ケの結晶島の面方位を測定したとこ
ろ、すべて基体表面に垂直な方向に＜１００＞であった
。

（実施例７）本実施例では、Ｓｉ多結晶を原種子とし、基体表面に垂
直な方向に＜１００＞の面方位を持つＧａＡｓ単結晶を
粒径９０μｍの大きさまで気相成長させた。

以下に本実施例を詳細に説明する。

本実施例においては、基体として４１ｎｃｈのＳｉ単結
晶ウェハを使用した。このＳｉ単結晶ウェハを熱酸化処
理することにより、その表面に約２０００人厚の５ｉ０
２層を形成した。本実施例ではこの５ｉ０２層が非核形
成面を形成している。次に、この５ｉ０２層上に、ＬＰ
ＣＶＤ法により以下の条件で膜厚５００人のＳｉ薄膜を
形成した。

圧　　力　　：　　１．　０Ｔｏｒｒ原料ガス：ＳｉＨ４（Ｈｅ希釈）基体温度＝７００℃ Ｘ！１回折によりこのＳｉ薄膜の面方位を測定したとこ
ろ、その面方位は基体表面に垂直な方向に＜１００＞で
あった。

また、このＳｉ薄膜を透過電子顕微鏡で観察し、その粒
径を測定したところ、約５０−０人の多結晶薄膜である
ことがわかった。

この得られた５ｉｆｆｔｌｉに、Ｐ　ＯＣＩｔ　３によ
るリンガラス堆積（条件：９５０℃、３０ｍ１ｎ）によ
り７．５ｘ　１０”ｃｍ−’のＰをドーピングした。

次に、ステッパーを用いたフォトリソグラフィとＳＦａ
ガスによる反応性イオンエツチング（ＲＩＥ）により、
格子状に１００μｍ間隔で配列した１μｍ角の微小な多
結晶が５ｘｌＯＯ個存在する部位を残し、その他の部分
をエツチングした。

次に、熱処理炉においてＮ２ガス雰囲気中で１１００℃
、３０ｍ１ｎ熱処理を行った。熱処理後、透過電子顕微
鏡で結晶粒界の有無を調べたところ、１μｍ角の中に結
晶粒界はなかった。

上記の測定後、ＣＶＤ装置に投入し、次の条件でＧａＡ
ｓ結晶形成処理、すなわち、ヘテロエピタキシャル成長
を行わしめ結品物品を形成した。

基体温度：６７０℃ 原料ガス：アルシン（ＡＳＨり０ＳＣＣＭトリメチルガリウム（ＴＭＧ）２ＳＣＣＭキャリアガス：Ｎ２　　３０５１ｍ処理時間：　８０ｍ１　ｎ結晶形成処理を施した後、結、晶物品をＣＶＤ装置から
取り出し、金属顕微鏡により、成長した単結晶を観察し
た。−ｌ結晶は良好なファセットを有しており、また、
その粒径は９０μｍで、粒径分布が殆ど無かった。また
、５ｏｘｔｏｏ個の単結晶は、原種子である多結晶膜を
配した位置を中心に形成されており、その周辺の５ｉ０
２膜上を粒径９０μｍの範囲にわたり覆っていた。この
結晶島の存在しない領域の５ｉｎ２膜上には、ＧａＡｓ
単結晶の堆積、成長は無かフた。

５０層１００個の結晶島からランダムに３０個の単結晶
を選択し、微小部Ｘ線回折装置において３０μｍφに絞
ったＸ線を使用してその面方位を測定したところ、３０
個の結晶島はすべて基体表面に垂直な方向に＜１００＞
の面方位を有していた。

（実施例８）アルミナよりなる基体１００上に常圧ＣＶＤ法により膜
厚２０００人＜７）Ｓｉ０２層１０１を第１図のように
堆積した。

続いて、上記ＳｉＯ２層上に減圧ＣＶＤ法によって、温
度５６０℃、圧力０．３Ｔｏ　ｒ　ｒ。

Ｓ　ｉ　Ｈ４流量５０ｓｃｃｍの条件で層厚１０．００
人のａ−Ｓｉ層１０２を堆積した。

上記ａ−Ｓｉ層１０２ＡはＸ線回折法により調べたとこ
ろ、完全な非晶質であった。

上記ａ−Ｓｉ層１０２Ａにイオン注入法によりＰ０イオ
ンを７．５ｘ　１０”ｃｍ−’のドープ量でドーピング
した。

ドーピングされたａ−Ｓｉ層１０２Ａをフォトリソグラ
フと反応性イオンエツチング（ＲＩＥ）によって、第１
図（Ｃ）に示されるような２μｍ角の微小な非晶質体を
５０μｍ間隔にパターニングし、原種子１０２Ｂを形成
した。

続いて、上記原種子１０２ＢをＮ、雰囲気中、温度９５
０℃で２０分間熱処理したところ、原種子１０２ＢはＸ
線回折法によると基体表面に垂直な方向に＜１１１＞の
面方位を有したシリコンの単結晶性の種子１０３となっ
た。

続いて、上記種子！０３及びＳｉＯ２層を有する基体３
に以下の条件で熱ＣＶＤ法によってシリコン単結晶をエ
ピタキシャル成長させた。

導入ガス及び導入量ＳｉＨ２Ｃｆ！、２　　：　１．２ｓ１ｍＨＣｌＩ　　
　：２、ＯｓｉｍＨ２：１１００５ｉ温度：１０３０℃ 圧カニ　１５０Ｔｏｒｒ成長処理時間：３０分その結果、Ｓｉｎ、層１０１上での核発生は抑えられ、
単結晶性の種子１０３上においてのみ第４図（Ｅ）に示
されるように選択的にエピタキシャル成長した。

成長した単結晶は、単結晶性の種子１０３間のほぼ中間
位置に粒界１０７を有し、粒径が４６〜５０μｍであっ
て、粒径分布が少ないものであった。

Ｘ線回折法によると、得られた単結晶は基体表面に垂直
な方向に＜１１１＞の面方位を有していた。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば、次のような効果
がある。

■下地基体の種類に限定されることのない結品物品を提
供することができる。

■半導体装置を形成した場合に、半導体装置の特性に優
れるとともに該特性にバラツキのない単結品物品を提供
することができる。

■低価格でかつ容易に製造することができる結品物品を
提供することができる。

■上記特徴を有する単結品物品を製造することのできる
単結品物品の形成方法を提供することができる。

■基体の選択に制約されることかなく、かつ、その特性
にバラツキが少ない半導体装置を提供することができる
。

■核形成密度の小さな表面（非核形成面）を有する基体
と、該基体に配された熱履歴を有し面方位が制御されて
いる単結晶性の単結晶性の種子より成長して、前記非核
形成面を超えて充分覆っている単結晶とを有することを
特徴とする結品物品を提供することができる。

■非晶質材料よりなる非核形成面を有する基体に、熱履
歴を有し面方位が制御されている単結晶性の種子を配し
、次いで、結晶成長処理を施すことで、前記単結晶性の
種子を成長させることを特徴とする結品物品の形成方法
を提供することができる。

■非晶質材料よりなる非核形成面を有する基体上に配さ
れている、熱履歴を有し面方位が制御されている単結晶
性の種子を超えて前記非核形成面上に成長した単結晶に
能動領域が設けられていることを特徴とする半導体装置
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の第２実施態様例を説明する
ための図であり第１図は工程図、第２図は斜視図ができ
る。第３図は本発明の第３実施態様例を示す工程図がで
きる。第４図及び第５図は本発明の第４実施態様を説明
するための図であり、第４図は工程図、第５図は斜視図
ができる。第６図から第９図は他の実施態様例を説明するための工
程図ができる。第１０図及び第１１図は本発明の第５実
施態様例を説明するための図であり、第１０図は工程図
、第１１図は斜視図ができる。第１２図は本発明の第６
実施例を説明するための工程図ができる。第１３図は本
発明の第７実施態様例を説明するための工程図ができる
。第１４図は本発明の第８実施態様例を説明するための断
面図ができる。第１５図は本発明の第９実施態様例を説
明するための工程図ができる。第１６図は、核形成の自由エネルギー変化を示すグラフ
ができる。第１７図は先行例を説明するための工程図が
できる。４・・・基体、５・・・薄膜、１１・・・非晶質絶縁基
体、１２・・・単結晶性の種子、１３，１３Ａ、・・・
単結晶粒、１４・・・粒界、１６・・・凹部、１７・・
・単結晶層、１８・・・非核形成面、１９・・・基体、
２０Ａ。２０Ｂ、２０Ｃ・・・結晶、２１　・・・多結晶層、１
００・・・基体、１００Ａ・・・多結晶膜、１０１・・
・薄膜（Ｓ　ｉ　Ｏ２層）、１０２，１０２Ｂ・・・原
種子、１０２Ａ・・・Ｓｉ薄膜、１０３・・・単結晶性
の種子、１０４・・・結晶、１０４Ａ、１０４Ｂ、１０
４Ｃ・・・島状の単結晶、１０５・・・単結晶層、１０
６・・・薄膜、１０７・・・結晶粒界、１１０・・・薄
膜、１４０１・・・半導体基体、１４０２・・・トラン
ジスタ、１４０３　・・・非核形成面（Ｓ　ｉ　０２層
）、１４０７・・・単結晶、１４０８・・・トランジス
タ。＋６゜（Ｄ）＋００第２図（Ａ）＋６゜第３図（Ｆ）０４Ｃ第５図（Ａ）第６図第７図第８図第９図＋（Ｊ５　　１（Ｊ（Ｊ　　　　１０１第１０図（Ａ）１．１（Ｂ）第１１図第１２図（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）第１３図（Ａ）（Ｂ）第１４図第１５図（Ｄ）り１第１６図第１７図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）核形成密度の小さな非核形成面を有する基体と、
該基体上の所望の位置にパターニングされた面積１００
μｍ＾２以下の非単結晶性の薄膜からなる原種子を有し
、該非単結晶性の薄膜からなる原種子に熱処理を施し、
単結晶化させ単結晶性の種子とし、該種子に結晶成長処
理を施し、成長した単結晶が該種子を越えて非核形成面
を覆っていることを特徴とする結晶物品。
（２）単結晶性の種子は、一枚の基体に複数個配設され
ている請求項１に記載の結晶物品。
（３）単結晶性の種子は、非核形成面に区画化されて配
設されている請求項２に記載の結晶物品。
（４）単結晶性の種子は、非核形成面に規則的に区画化
されて配設されている請求項３に記載の結晶物品。
（５）単結晶性の種子は、非核形成面に不規則的に区画
化されて配設されている請求項３に記載の結晶物品。
（６）複数個配設された単結晶性の種子から成長した隣
り合う単結晶同士が隣接している請求項２乃至請求項５
のいずれかに記載の結晶物品。
（７）複数個配設された単結晶性の種子から成長した隣
り合う単結晶同士が空間的に離れている請求項２乃至請
求項５のいずれかに記載の結晶物品。
（８）単結晶性の種子は、Ｓｉ又はＧｅである請求項１
乃至請求項７のいずれかに記載の結晶物品。
（９）単結晶はＳｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ又はＧａＡｌＡｓである請求項１乃至請求項８のいずれかに
記載の結晶物品。
（１０）非核形成面を有する基体は、酸化シリコン基板
、ガラス基板又は石英基板である請求項１乃至請求項９
のいずれかに記載の結晶物品。
（１１）非核形成面を有する基体は、金属、半導体、磁
性体、圧電体又は絶縁体よりなる基板表面に酸化シリコ
ン膜、ＮＳＧ膜又はＰＳＧ膜が形成された基体である請
求項１乃至請求項９のいずれかに記載の結晶物品。
（１２）絶縁性非晶質表面を有する基体上に形成する結
晶物品の形成方法において、核形成密度の小さな非核形
成面を有する基体と、該基体上の所望の位置にパターニ
ングされた面積１００μｍ＾２以下の薄膜からなる原種
子を有し、該原種子に熱処理を施し、単結晶化させ単結
晶性の種子とし、該種子に成長処理を施し、該種子を越
えて非核形成面を覆う単結晶を成長させることを特徴と
する結晶物品の形成方法。
（１３）非核形成面に、表面の面方位が方位制御され、
かつ、表面の面積が微小な多結晶薄膜からなる原種子を
配し、次いで、該原種子を熱処理することにより該原種
子を単結晶性の種子とする請求項１２に記載の結晶物品
の形成方法。
（１４）単結晶性の種子は、一枚の基体に複数個配設さ
れている請求項１２に記載の結晶物品の形成方法。
（１５）単結晶性の種子は、非核形成面に区画化されて
配設されている請求項１２に記載の結晶物品の形成方法
。
（１６）単結晶性の種子は、非核形成面に規則的に区画
化されて配設されている請求項１５に記載の結晶物品の
形成方法。
（１７）単結晶性の種子は、非核形成面に不規則的に区
画化されて配設されている請求項１５に記載の結晶物品
の形成方法。
（１８）単結晶性の種子は、平坦な非核形成面上に配設
されている請求項１２乃至請求項１７のいずれかに記載
の結晶物品の形成方法。
（１９）単結晶性の種子は、非核形成面に設けらた開口
内に埋設して配設されている請求項１２乃至請求項１７
のいずれかに記載の結晶物品の形成方法。
（２０）複数個配設された単結晶性の種子から成長した
隣り合う単結晶同士が隣接している請求項１２乃至請求
項１９のいずれかに記載の結晶物品の形成方法。
（２１）複数個配設された単結晶性の種子から成長した
隣り合う単結晶同士が空間的に離れている請求項１２乃
至請求項１９のいずれかに記載の結晶物品の形成方法。
（２２）単結晶性の種子は、Ｓｉ又はＧｅである請求項
１２乃至請求項２１のいずれかに記載の結晶物品の形成
方法。
（２３）単結晶性の種子はＳｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ又はＧ
ａＡｌＡｓである請求項１３乃至請求項２２のいずれか
に記載の結晶物品の形成方法。
（２４）非核形成面を有する基体は、酸化シリコン基板
、ガラス基板又は石英基板である請求項１２乃至請求項
２３のいずれかに記載の結晶物品の形成方法。
（２５）非核形成面を有する基体は、金属、半導体、磁
性体、圧電体又は絶縁体よりなる基板表面に酸化シリコ
ン膜、熱酸化ＮＳＧ膜又はＰＳＧ膜を形成してなる基体
である請求項１２乃至請求項２３のいずれかに記載の結
晶物品の形成方法。
（２６）種子原種子には、不純物が注入されている請求
項１３に記載の結晶物品の形成方法。
（２７）前記不純物はＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ等の
第３族系不純物である請求項２６に記載の結晶物品の形
成方法。
（２８）前記不純物はＰ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ等の第５族
系不純物である請求項２６記載の結晶物品の形成方法。
（２９）前記結晶処理方法はＣＶＤ法、ＬＰＥ法又はＭ
ＯＣＶＤ法である請求項１２乃至請求項２８のいずれか
に記載の結晶物品の形成方法。
（３０）原種子は多結晶質のＧｅであり、熱処理温度は
６００〜９００℃である請求項１３記載の結晶物品の形
成方法。
（３１）原種子は多結晶質のＳｉであり、熱処理温度は
８００〜１１００℃である請求項１３記載の結晶物品の
形成方法。
（３２）単結晶性の種子の膜厚は１μｍ以下である請求
項１２乃至請求項３１のいずれかに記載の結晶物品の形
成方法。
（３３）原種子の膜厚は１μｍ以下である請求項１３に
記載の結晶物品の形成方法。
（３４）原種子は最大長さ１０μｍ以下である請求項１
３に記載の結晶物品の形成方法。
（３５）基体は所望の大きさの凹部を有しており、該凹
部内の非核形成面に単結晶性の種子が配設されている請
求項１２乃至請求項３４のいずれかに記載の結晶物品の
形成方法。
（３６）結晶形成処理時に、非核形成面の核形成を抑制
するガスを供給する請求項１２乃至請求項３５のいずれ
かに記載の結晶物品の形成方法。
（３７）非核形成面の核形成を抑制するガスはＨＣｌで
ある請求項３６に記載の結晶物品の形成方法。
（３８）絶縁性非晶質表面を有する基体上に形成する結
晶物品の形成方法において、核形成密度の小さな非核形
成面を有する基体と、該基体上の所望の位置にパターニ
ングされた面積１００μｍ＾２以下の薄膜からなる非単
結晶性の薄膜からなる原種子を有し、該非単結晶性の薄
膜からなる原種子に熱処理を施し、単結晶化させ単結晶
性の種子とし、該種子に結晶成長処理を施し、該種子を
越えて非核形成面を覆う単結晶を成長させ、該単結晶に
能動領域が設けられたことを特徴とする半導体装置。
（３９）核形成密度の小さい非核形成面に、結晶成長の
原種子で形成された微小な非晶質体を配し、該非晶質体
に熱処理を施すことにより単結晶性の種子とし、該種子
を起点として単結晶を成長させることを特徴とする結晶
体の形成方法。
（４０）非晶質体には不純物がドーピングされている請
求項３９に記載の結晶の成長方法。
（４１）非核形成面材料は、非晶質絶縁物である請求項
３９又は請求項４０に記載の結晶の成長方法。
（４２）非晶質体は、非核形成面に区画化されて複数配
設されている請求項３９乃至請求項４１のいずれか１項
に記載の単結晶体の形成方法。
（４３）絶縁性非晶質表面を有する基体上に形成する結
晶物品において、種子表面に比べて核形成密度の小さな
非核形成面を有する基体と、該基体上の所望の位置にパ
ターニングされた面積１６μｍ＾２以下の微小非単結晶
性の薄膜からなる原種子あるいは微小非晶質膜からなる
原種子を有し、該原種子に熱処理を施し、該原種子を単
結晶性の種子とし、透過電子顕微鏡で観察される面欠陥
の密度が１０＾５個／ｃｍ＾２以下である上記単結晶性
の種子に結晶成長処理を施し、該単結晶性の種子より成
長し、該単結晶性の種子を越えて非核形成面を覆ってい
ることを特徴とする結晶物品。
（４４）単結晶性の種子は、一枚の基体に複数個配設さ
れている請求項４３に記載の結晶物品。
（４５）単結晶性の種子は、非核形成面に区画化されて
配設されている請求項４４に記載の結晶物品。
（４６）単結晶性の種子は、非核形成面に規則的に区画
化されて配設されている請求項４５に記載の結晶物品。
（４７）単結晶性の種子は、非核形成面に不規則的に区
画化されて配設されている請求項４５に記載の結晶物品
。
（４８）複数個配設された単結晶性の種子から成長した
隣り合う単結晶同士が隣接している請求項４５乃至請求
項４７のいずれかに記載の結晶物品。
（４９）複数個配設された単結晶性の種子から成長した
隣り合う単結晶同士が空間的に離れている請求項４４乃
至請求項４７のいずれかに記載の結晶物品。
（５０）単結晶性の種子は、Ｓｉ又はＧｅである請求項
４３乃至請求項４９のいずれかに記載の結晶物品。
（５１）単結晶はＳｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ又はＧａＡｌＡ
ｓである請求項４３乃至請求項５０のいずれかに記載の
結晶物品。
（５２）非核形成面を有する基体は、酸化シリコン基板
、ガラス基板又は石英基板である請求項４３乃至請求項
５１のいずれかに記載の結晶物品。
（５３）絶縁性非晶質表面を有する基体上に形成する結
晶物品において、種子表面に比べて核形成密度の小さな
非核形成面を有する基体と、該基体上の所望の位置にパ
ターニングされた面積１６μｍ＾２以下の微小非単結晶
性の薄膜からなる原種子あるいは微小非晶質膜からなる
原種子を有し、該原種子に熱処理を施し、該原種子を単
結晶性の種子とし、透過電子顕微鏡で観察される面欠陥
の密度が１０＾５個／ｃｍ＾２以下である上記単結晶性
の種子に結晶成長処理を施し、該単結晶性の種子より成
長し、該単結晶性の種子を越えて非核形成面を覆ってい
ることを特徴とする結晶物品の形成方法。
（５４）非核形成面に、表面の面方位が方位制御され、
かつ、表面の面積が微小な多結晶薄膜からなる原種子を
配し、次いで、該原種子を熱処理することにより該原種
子を単結晶性の種子とする請求項５３に記載の結晶物品
の形成方法。
（５５）単結晶性の種子は、一枚の基体に複数個配設さ
れている請求項５３に記載の結晶物品の形成方法。
（５６）単結晶性の種子は、非核形成面に区画化されて
配設されている請求項５３に記載の結晶物品の形成方法
。
（５７）単結晶性の種子は、非核形成面に規則的に区画
化されて配設されている請求項５６に記載の結晶物品の
形成方法。
（５８）単結晶性の種子は、非核形成面に不規則的に区
画化されて配設されている請求項５６に記載の結晶物品
の形成方法。
（５９）単結晶性の種子は、平坦な非核形成面上に配設
されている請求項５３乃至請求項５８のいずれかに記載
の結晶物品の形成方法。
（６０）単結晶性の種子は、非核形成面に設けられた開
口内に埋設して配設されている請求項５３乃至請求項５
８のいずれかに記載の結晶物品の形成方法。
（６１）複数個配設された単結晶性の種子から成長した
隣り合う単結晶同士が隣接している請求項５３乃至請求
項６０のいずれかに記載の結晶物品の形成方法。
（６２）複数個配設された単結晶性の種子から成長した
隣り合う単結晶同士が空間的に離れている請求項５３乃
至請求項６０のいずれかに記載の結品物品の形成方法。
（６３）単結晶性の種子は、Ｓｉ又はＧｅである請求項
５３乃至請求項６２のいずれかに記載の結晶物品の形成
方法。
（６４）単結晶性の種子はＳｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ又はＧ
ａＡｌＡｓである請求項５３乃至請求項６２のいずれか
に記載の結晶物品の形成方法。
（６５）非核形成面を有する基体は、酸化シリコン基板
、ガラス基板又は石英基板である請求項５３乃至請求項
６４のいずれかに記載の結晶物品の形成方法。
（６６）非核形成面を有する基体は、金属、半導体、磁
性体、圧電体又は絶縁体よりなる基板表面に酸化シリコ
ン膜、熱酸化ＮＳＧ膜又はＰＳＧ膜を形成してなる基体
である請求項５３乃至請求項６４のいずれかに記載の結
晶物品の形成方法。
（６７）種子原種子には、不純物が注入されている請求
項５４に記載の結晶物品の形成方法。
（６８）前記不純物はＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ等の
第３族系不純物である請求項６７に記載の結晶物品の形
成方法。
（６９）前記不純物はＰ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ等の第５族
系不純物である請求項６７記載の結晶物品の形成方法。
（７０）前記結晶処理方法はＣＶＤ法、ＬＰＥ法又はＭ
ＯＣＶＤ法である請求項５３乃至請求項６９のいずれか
に記載の結晶物品の形成方法。
（７１）原種子は多結晶質のＧｅであり、熱処理温度は
６００〜９００℃である請求項５４記載の結晶物品の形
成方法。
（７２）原種子は多結晶質のＳｉであり、熱処理温度は
８００〜１１００℃である請求項５４記載の結晶物品の
形成方法。
（７３）単結晶性の種子の膜厚は１μｍ以下である請求
項５３乃至請求項７２のいずれかに記載の結晶物品の形
成方法。
（７４）原種子の膜厚は１μｍ以下である請求項５４に
記載の結晶物品の形成方法。
（７５）種子多結晶は最大長さ４μｍ以下である請求項
７４に記載の結晶物品の形成方法。
（７６）基体は所望の大きさの凹部を有しており、該凹
部内の非核形成面に単結晶性の種子が配設されている請
求項５３乃至請求項７４のいずれかに記載の結晶物品の
形成方法。
（７７）結晶形成処理時に、非核形成面の核形成を抑制
するガスを供給する請求項５３乃至請求項７６のいずれ
かに記載の結晶物品の形成方法。
（７８）非核形成面の核形成を抑制するガスはＨＣｌで
ある請求項７７に記載の結晶物品の形成方法。
（７９）絶縁性非晶質表面を有する基体上に形成された
結晶物品に能動領域が設けられた半導体装置において、
核形成密度の小さな非核形成面を有する基体と、該非核
形成面上の所望の位置にパターニングされた面積１６μ
ｍ＾２以下の微小非単結晶性の薄膜からなる原種子を有
し、該非単結晶性の薄膜からなる原種子に熱処理を施し
、単結晶化させ単結晶性の種子とし、透過電子顕微鏡で
観察される面欠陥の密度が１０＾５個／ｃｍ＾２以下で
ある該単結晶性の種子に成長処理を施し、該単結晶性の
種子を越えて非核形成面を覆う単結晶を成長させ、該単
結晶に能動領域が設けられたことを特徴とする半導体装
置。