JPH01149444A - 多層構造体 - 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、多層構造体に係り、特に半導体素子を積層形
成し、高集積化および多機能化をはかることのできる多
層構造体に関する。

［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、単結晶基板上にエピタキシャル成長させる事で形
成されていた。例えば、Ｓｉ単結晶基板（シリコンウェ
ハ）上には、Ｓｔ、Ｇｅ、ＧａＡｓ等を液相、気相又は
固相からエピタキシャル成長することが知られており、
またＧａＡｓ単結晶基板上にはＧａＡｓ。

ＧａＡＪ２ＡＳ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板上のエピタキシャル成長では、基
板の単結晶材料とエピタキシャル成長層との間に、格子
定数と熱膨張係数とを整合をとる必要がある。例えば、
絶縁物単結晶基板であるサファイア上にＳｔ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、その基板材料に大きく依存する事が分る。

Ｍａｔｈｅｗｓ等は、基板材料とエピタキシャル成長層
との組合せを調べている（ＥＰＩＴＡＸＩＡＬ　ＧＲＯ
ＷＴ）１．　Ａｃａｄｅｍｉｃ　Ｐｒｅｓｓ、　Ｎｅｗ
Ｙｏｒｋ、　　１９７５　　ｅｄ、　　ｂｙ　　Ｊ、　
　Ｉｌｌ、　　Ｍａｔｈｅｗｓ）。

また、基板の大きさは、現在Ｓｔウニ八へ６インチ程度
であり、ＧａＡｓ、サファイア基板の大型化はさらに遅
れている。加えて、単結晶基板は製造コストが高いため
に、チップ当りのコストが高くなる。

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

一方、半導体素子を基板の法線方向に積層形成し１．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。

−数的に、Ｓｉｎ、等の非晶質絶縁物基板上に薄膜を堆
積させると、基板材料の長距離秩序の欠如によって、堆
積膜の結晶構造は非晶質又は多結晶となる。ここで非晶
質膜とは、最近接原子程度の近距離秩序は保存されてい
るが、それ以上の長距離秩序はない状態の膜であり、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ＳｉをＣＶＤ法によフて形成する
場合、堆積温度が約ａＯＯ℃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　　
５ｉｌｉｃｏｎ　ｏｎ　ｎｏｎ−ｓｉｎｇｌｅ−ｃｒｙ
ｓｔａｌｉｎｓｕｌａｔｏｒｓ、　　Ｊｏｕｒｎａｌ　
　ｏｆ　　ｃｒｙｓｔａｌ　　Ｇｒｏｗｔｈｖｏｌ、　
　８３．Ｎｏ、　　３，０ｃｔｏｂｅｒ、　　１９Ｈｅ
ｄｉｔｅｄ　　ｂｙＧ、Ｗ、Ｃｕ１ｌｅｎ）　　。

このようにして形成された各結晶構造の薄膜にトランジ
スタを形成し、その特性から電子易動度を測定すると、
非晶質シリコンでは〜０．１ｃｒｔ？／Ｖ−ｓ　ｅ　ｃ
、数百人の粒径を有する多結晶シリコンでは１〜１０　
ｃｒｒ？／Ｖ　−ｓ　ｅ　ｃ、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多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。

以上述べたように、従来の結晶形成方法では、三次元集
積化や大面積化が容易ではなく、デバイスへの実用的な
応用が困難であり、優れた特性を有するデバイスを作製
するために必要とされる単結晶を容易に、かつ低コスト
で形成することができなかった。

従って、本発明は上記の従来の問題点を解消し、三次元
集積化や大面積化が容易でデバイスへの実用的な応用が
容易で優れた特性を有する単結晶の成長方法を提供する
ことを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、■所望の素子および／または配線が形成され
た下層と、 ■該下層の上に直接または所望の材料層を挟んで、核形
成密度の小さな表面（以下非核形成面という）が形成さ
れ、当該非核形成面に、熱履歴を有し面方位が制御され
ている種子単結晶から、成長した単結晶と；該単結晶に
形成された所望の素子および／または配線と；を有する
上層と、を有し、 該下層および該上層の関係で二層以上積層されているこ
とを下層に有する多層構造体である。

（以下余白） ［作用］ 以下に本発明をよりよく理解するために、本発明の主要
な構成要件を作用とともに項目別に説明する。

く非核形成面〉 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、種子単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単
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
種子単結晶から成長した結晶が単結晶となり、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（ＨＣｆＬ
ガス等のエツチングガスを結晶成長を行うためのソース
ガスと同時に供給し、核形成を抑制すれば核形成密度は
一層低くなる）その他の結晶形成処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。

非核形成材料としては、結晶成長物質や結晶成長処理条
件によって異なるが、例えば、ＳｔやＧａＡｓに大して
は非晶質Ｓ　ｉ　Ｏ，、非晶質５ＬｓＮａなどを用いる
ことができる。

なお、非核形成面となる理由は、次のように考えられる
。

一般的には飛来原子の基板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事に起因
する。また、飛来原子と基板物賀が化学反応を起こし、
生成物質の蒸気圧が高く、蒸発してしまう事もある。

例えば、Ｓｉを５ｉ０２基体上に９００℃以上で堆積さ
せると、 Ｓ　ｉ　＋　Ｓ　ｉ　Ｏ２→２ＳｉＯ↑となりＳＬは堆
積できない（Ｔ、Ｙｏｎｅｈａｒａ　ｅｔ　ａｌ。

Ｊ、Ａ、Ｐ、５３．Ｐ、６８３９．１９８２　）。

また、 Ｇｅ＋５ｉ０２−＊ＧｅＯ７＋ＳｉＯ↑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事も可
能であり、吸着原子は全てエツチングされてしまう。例
えばＳｔ、Ｇｅに対してＨＣｌが有効である。主に、Ｈ
２ガスのＳｉＯ□基板表面吸着によって、ＳＬの５ｉｎ
２上の吸着サイトが皆無となる事もある（　Ｗ、Ａ、Ｐ
。

Ｃ１ａｓｓｅｎ　＆　Ｂｌｏｅｍ、　Ｊ、Ｅｌｅｃｔｒ
ｏ−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。

く種子単結晶〉 本発明者は、面方位の制御された（すなわち、面方位が
ほぼ一定の方向に配向ないし揃った）種子単結晶を非核
形成面に容易に配設する方法について各種の探索を行な
ったところ、次の方法を発見した。なお、熱履歴を有す
る種子単結晶とは、例えば以下の方法・で形成された種
子単結晶である。

（方法１） 非核形成面に、面方位が制御され、かつ、面積が微小な
薄膜の多結晶を配し、次に該多結晶を熱処理することに
より該多結晶を種子単結晶とする方法。

（方法２） 非核形成面に溶融固化されることで単結晶化するに充分
微小な大きさを有する、結晶成長の種子となる出発材料
を配し、前記種子となる出発材料に熱処理を施して溶融
固定化することで面方位の制御された種子単結晶とする
方法。

（方法３） 非核形成面に結晶成長の種子となる出発材料で形成され
た微小な非晶質体を配し当該非晶質体に熱処理を施すこ
とにより面方位の制御された種子単結晶とする方法。

（方法４） 非核形成面に凝集するに充分薄く、かつ、単一体のまま
凝集するに充分微細な面積を有する、結晶の種子となる
出発材料を配し、該種子となる出発材料に熱処理を施し
て凝集を生起させることで面方位の制御された種子単結
晶とする方法。

以上の方法について以下に詳細に説明する。

（方法１の説明） 本発明者は、ある特定の場合に、面方位が制御された多
結晶を熱処理すると、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質す
ることを発見した。

そして、制御された面方位は維持されたまま単結晶に変
質するか否かは表面の面積に関係していることを知見し
、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。

・多結晶 ・方位制御 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。

・厚さ 多結晶の厚さとしては、１μｍ以下が好ましく、より好
ましくは０．５μｍ以下である。

・面積 面積が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。粒径で面積を表わすと、１０
μｍ以下が好ましく、より好ましくは５μｍ以下である
。

・熱処理 面方位制御された微小な面積の薄膜の多結晶は、熱処理
を行うことより固相で面方位制御された微小な種子単結
晶に変質する。

例えば、Ｓｉ又は、Ｇｅ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、最長１０μ
ｍ以下、好ましくは５μｍ以下の大きさの方位制御され
た多結晶は、温度７００〜１３００℃で数１０分〜数時
間の熱処理を施す事により、該多結晶と同一の方位に制
御された粒界を含まない種子単結晶に異常粒成長し変質
する。

方位制御された多結晶膜の材質、厚さ、大ぎさ、熱処理
の温度のパラメータは、相互に関係するものである。多
結晶膜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。

熱処理の好まし、い温度は、多結晶の材質の融点の関係
から材質により変わる、例えばＳｔ多結晶膜の時はａＯ
Ｏ〜１４００℃が好ましく、Ｇｅ多結晶の場合は６００
〜９００℃が好ましい。

熱処理温度の具体的な温度は上記したとおりであるが、
ＳＬ、Ｇｅ以外の材質の場合は、概略として、Ｔ、Ｘｏ
、４以上の温度で熱処理を行えばよい。ただし、Ｔ、は
絶対温度における融点である。ただ、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。

なお、多結晶膜に第３族系の元素であるＢ。

Ａｌ１．Ｇａ、Ｉｎ、ＴＪＺ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、多結晶にかかる不純物
を添加することが好ましい。

（方法２の説明） 方法２は、核形成密度の小さい非核形成面に、溶融固化
されることで単結晶化するに十分微小な大きさを有する
、結晶成長の種子となる出発材料を配し、前記種子とな
る出発材料に熱処理を施して溶融固化することで面方位
の制御された種子単結晶とし、該種子単結晶を種子とし
て単結晶を成長させることを下層に有する結晶の成長方
法である。

・種子となる出発材料 種子となる出発材料は非晶質でも多結晶でもよい。非晶
質あるいは多結晶の材料としては、減圧ＣＶＤ法、ブラ
ズＶＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、ＥＢ（エレクトロンビーム
）蒸着法、スパッタ法、ＭＢＥ法などで堆積した非晶質
シリコン、非晶！ゲルマニウム、結晶方位のそろってい
ない多結晶シリコン、結晶方位のそろっていない多結晶
ゲルマニウム、配向した（基板に垂直な結晶方位がほぼ
そろった）多結晶シリコン、配向した多結晶ゲルマニウ
ムなどを用いることができる。

この種子となる材料は後述する溶融固化されることで単
結晶化するに十分微小な大きさである。

なお、この材料を以下スポット状の膜あるいは微粒子と
いうことがある。

・溶融固化゛ 本方法では、上記スポット状の膜に熱処理を施して溶融
固化することで面方位の制御された種子単結晶とする。

スポット状の堆積膜を溶融固化して種子単結晶に変える
ためには、例えばエネルギービームを照射すればよい。

照射するエネルギービームとしては、各種レーザ（例え
ばＣＯ２レーザ、エキシマレーザ、Ａｒレーザ）、電子
線、各種ランプなどを用いることができる。

なお、熱処理条件によっては面方位が制御されないこと
があるが、照射条件、冷却条件等を適宜選択することに
より面方位を制御する。

（方法３の説明） 方法３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法などで堆積した非晶質シリコン
、非晶質ゲルマニウム、などを用いることができる。

非晶質体は微小である。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、バターニングされた領域の大きさは、１０
μｍ角以下が好ましく、５μｍ角以下がより好ましい。

・熱処理 方法３における熱処理は、Ｔ、Ｘｏ、４以上が好ましい
（ただし、Ｔ１は絶対温度における融点）。

なお、種子単結晶の材料としてＳｉを例にとると、実際
のＳｔ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リ、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、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８００℃まで一気に
下がる。この事実によって非晶質Ｓｔ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きる。

ドーピング元素としては、例えばＰ、Ａｓの第５族元素
あるいはＢの第３族元素が好ましい。その量としてはＩ
　Ｘ　１０”／　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、Ｓｔに対してＡｓは約２ｘｌＯ”／ｃｒ
ｒ１″、Ｐは約ｌＸｌ０”／ｃｍ’、Ｂは約４Ｘ　１０
”／ｃｒｎ”〜６Ｘ１０”／ｃｍ’である。

また、この熱処理法による単結晶化は、多結晶を用いて
も充分可能であることもわかってりるが、非晶質の方が
多結晶に比べてアニール効果（すなわち、単結晶化のし
やすさ）が大きい。

本方法において形成した単結晶種子には、（１１１）配
向性がある。何故非晶質Ｓｉを用いてアニールしたもの
が（１１１）面を形成するかはまだはっきりとはわかっ
ていないが、活性化されたＳｔが再結晶化する際に、（
１１１）面を基板平行面にする再結晶化が最もエネルギ
ー的に安定しているためだと考えられる。

（方法４の説明） ・種子となる出発材料 種子となる出発材料は、多結晶でも非晶質でもよく、ま
た、その材料としては、Ｇｅ、Ｓｔ等があげられる。

この材料の厚さは、後述する熱処理を施した時に凝集す
るに充分薄い厚さである。例えば、０．１μｍ以下の膜
厚が好ましい。

また、面積として、単一体のまま凝集するに充分微細な
面積を有する。例えば、パターニングで径で７μｍ以下
が好ましく、２μｍ以下がより好ましい。

以下この材料を超薄膜という場合がある。

・熱処理・凝集 本発明では上述した結晶の種子となる材料に熱処理を施
して凝集を生起させる。すなわち、上述した結晶の種子
となる材料に融点以下の温度で熱処理を施すと（例えば
Ａｒ中で７５０℃×１時間）、あたかも、液相の様に凝
集現象が起こり、該超薄膜は凝集体となる。そして、そ
の特徴的な点は、形成された凝集体は、単結晶であり、
かつ、その面方位は一定の方位を有しているという点で
ある。つまり、本方法は、凝集時単結晶化現象を利用し
、方位の揃った種子単結晶を配置する。なお、上記の凝
集化現象は、表面エネルギーを最小にするため、固相で
も原子が移動することを示している。

結局、本方法の結晶成長の種子となる出発材料のような
超薄膜の場合、体積に対する表面積の占める割合が著し
く増大し、その結果、表面エネルギーの減少を駆動力と
して融点よりはるかに低い温度で凝集現象が起こる。な
お、他の材料の場合にも同様の現象が得られる。

また、本方法における種子となる出発材料は、単一体の
まま凝集するに充分微細な面積を有しているので、熱処
理によって分裂することはなく単一性は保持される。

以上の４つの方法において、種子単結晶は同一基体に１
個のみ配設してもよいし複数個配設してもよい。１個配
設する時、基体に配する非晶質膜あるいは多結晶膜の位
置は、成長する結晶における中心の位置とほぼ一致する
。

また、複数個配設する場合においては、位置及び粒径が
制御された多結晶膜を望む場合には各種子単結晶間の距
離を成長させたい各単結晶の大きさに合わせればよい。

く結晶形成処理〉 基体の非核形成面に種子単結晶を配設した後は結晶形成
処理を行なう。結晶形成処理とは、種子単結晶を種子と
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。

結晶形成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、種子単結晶の材質と同一
でもよいし異なってもよい。例えば、種子単結晶をＧｅ
とした場合、結晶成長させる材質はＧｅ、Ｓｔ、ＧａＡ
ｓ、ＧａＡｊｌＡｓその他の化合物半導体とすることが
できる。また、種子単結晶がＳｉの場合にも同様に結晶
成長させる材質はＧｅ、Ｓ　ｉ、ＧａＡｓ、ＧａＡｊｌ
Ａｓ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、本発明の理解を容易にするために、−
数的な結晶成長のメカニズムを以下に説明する。

・−数的メカニズム 堆積面の基板が、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、飛来する原子は基板表面を
自由に拡散し、又は、再蒸発する。そして原子同志の衝
突の末、核が形成され、その自由エネルギＧ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ｒｃ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。

このように核が成長して島状になり、更に成長して島同
志が接触して網目状に基板表面を覆い、最後に連続膜と
なって基板表面を完全に覆う。このような過程を経て基
板上に薄膜が堆積する。

・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、基板上に選択的にエピタキシャル成長を
行な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）、種子単結晶表面
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、基体表面は非核形成面であるので、かかる
、安定核の発生は抑制され、種子単結晶のみから選択的
に結晶成長が生ずる。

さらに、本発明においては、種子単結晶表面から次第に
結晶は、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形成されていく。

さらに、本発明では、種子単結晶の面方位は制御されて
おり、面が方位制御された単結晶を種子単結晶として選
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は一定しており
、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、本発明者による幾多の実験により
確認されているところである。

以上のように結晶形成処理の成長させる材料としては、
Ｇｅ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＧａＡｊｌＡｓ等があげられる
。すなわち、ホモエピタキシャル成長、ヘテロエピタキ
シャル成長のどちらをも行なうことができる。

本発明の非晶質絶縁基板上の単結晶シリコン微粒子を単
結晶のまま２次元的あるいは３次元的に成長させる方法
としては、ＣＶＤエピタキシャル成長法や液相エピタキ
シャル成長法などを用いることができる。ＣＶＤエピタ
キシャル成長法に用いるソースガスとしては、Ｓ　ｉＨ
ａ　＋ＳｉＨ２Ｃ１２，５ｉＨＣｊ２３．５ｉＣｊ２４
゜Ｓｉ２Ｈ６などが用いられる。エツチングガスとして
はＨＣぶ、Ｆ２　、ＣｆＬ２．ＣＨＦ３゜ＣＦ４　、Ｃ
ＣＪ２ｚ　Ｆｉ　、ＣＣｆｔ５　Ｆなどを用いることが
できる。このエツチングガスの存在が、Ｓｉｎ、上への
シリコンの直接堆積をおさえるのに重要である。基板温
度はソースガスの種類により異なるが、８００〜１１０
０℃、圧力は減圧がよく、２０〜２００Ｔｏｒｒ程度で
ある。液相エピタキシャル成長法のソース溶液としては
、Ｓｎを溶媒としたＳｔ温溶液Ｇａを溶媒としたＳＬ温
溶液どを用いることができる。Ｓｎ溶媒の場合、例えば
成長温度９００℃、冷却速度０．２’ｅ／ｍｉｎで結晶
成長が可能である。

また、本発明の非晶質絶縁物基板上のゲルマニウム単結
晶微粒子を種子にしてＧａＡｓなとの単結晶をヘテロエ
ピタキシャル成長させて大きなＧａＡｓなとの単結晶を
得る方法としてはＭＯＣＶＤ法、液相エピタキシャル法
などがある。

なお、本発明における非核形成面上に単結晶を形成する
工程を第１図（Ａ）〜（Ｅ）を用いて説明するならば、
まず、第１図（Ａ）のように非核形成面を有する基体１
上に、非晶質あるいは多結晶の薄膜２を堆積する。なお
、この薄膜２の膜質により熱処理の方法が変わってくる
。

次に薄膜２を熱処理により単結晶化するのに十分微細な
大きさのスポット状にパターニングする（第１図（Ｂ）
）。さらに、微細なスポット状にパターニングされた非
晶質あるいは多結晶の薄膜３を各種熱処理により面方位
の制御された微小な単結晶４に変える（第１図（Ｃ））
、この熱処理の方法と微小なスポット状の薄膜３の膜質
により制御される面方位が変わってくる。次に結晶成長
処理により面方位の制御された微小な単結晶４を種子単
結晶として選択的エピタキシャル成長させ面方位の制御
された多数の大きな単結晶５を形成する（第１図（Ｄ）
）。次にデバイスを形成するために、メカノケミカルポ
リッシングなどにより多数の大きな単結晶５を平坦化す
る（第１図（Ｅ））。

なお、パターニングと熱処理により基板の任意の位置に
種子単結晶を形成してから結晶成長させるため、各単結
晶が衝突するまで成長させたと包、その種子単結晶の間
隔により成長させた単結晶の大きさも制御できる。

く多層構造〉 非晶質絶縁物層（たとえば非晶質５ｉＯ２）を非核形成
面に用いることができるので、単結晶層を非晶１質絶縁
物層を挟んで何層にも積層でき、多層集積回路を形成で
きる。

とくに光センサと光センサ出力の処理を少なくともおこ
なう回路部とを有する光電変換装置において、光センサ
を最上層の単結晶層に形成し、非晶質絶縁物層を挟んで
下層の単結晶層に光センサ出力の処理を少なくともおこ
なう回路部を形成することにより、開口率が向上し高感
度を達成できる。また単結晶層に高性能な光センナ、電
界効果トランジスタ、バイポーラトランジスタ等を容易
に形成するることができるので、高速動作が可能で多機
能の光電変換装置を得ることができる。

（以下余白） ［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

（実施例１） 第２図は本発明による多層構造の第１実施例の概略的断
面図である。同図においてＳｔの基板７には通常の製造
プロセスによってトランジスタ２０１やその他生導体素
子あるいは配線等が形成され、その上に常圧ＣＶＤ法に
よりＳｉＯ２層８が形成されている。本実施例ではこの
非晶質絶縁物であるＳｉ０２層８が非核形成面を形成し
ている。

次に非晶質Ｓｉｎ、層８上に、減圧ＣＶＤ法により以下
の条件でＳｉ薄膜を形成した。

圧カニ１．ＯＴｏｒｒ 使用ガス：　Ｓ　ｉ　Ｈ４（Ｈθ希釈）温度：６５０℃ 膜厚：５００人 Ｘ線回折によりこのｓｉｎ膜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
なかった。

すなわち、Ｓｉの融点（１４１５℃）以下の温度で固相
アニールした結果、単結晶化した。

次に、ＣＶＤ装置に投入し、次の条件でＳｔ結晶形成処
理、すなわち、上記の微小な単結晶１０を種子にしてホ
モエピタキシャル成長により大きなＳｔ単結晶を形成し
た。

圧カニ１５０　　Ｔｏｒｒ エツチングガス：ＭＣＩ　ＩＱ／ｍｉｎキャリアガス：
Ｈ２１００１／ｍｉｎ ソースガス：５ｉＨ２ＣＪＺ２ ０．６ｊ２／ｍｉｎ 温　度：９５０℃ 結９晶形成処理時間：　６０ｍ１　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（結晶島と
もいう）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
結晶時間における粒径のバラツキ）が殆どなかった。ま
た、５００ｘ５００個の単結晶は、出発材料である多結
晶膜を配した位置を中心に形成されており、その周辺の
５ｉｎ２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５ｉｎ２膜上には、ｓｔ
の堆積、成長はなかった。

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、結晶島は（１１
０）の面方位を有していた。

このことから多数の微小な種子単結晶も（１１０）に面
方位制御されていたと推測できる。

このようにして形成した多数の大きな単結晶を平坦化し
、Ｓｔ単結晶層を形成した。

続いて、単結晶層９にトランジスタ２０２やその他の半
導体素子、光素子あるいは配線等を形成し、堆積面材料
層８のコンタクトホール（図示されていない）を通して
下層と上層の素子を電気的に接続する。こうして、たと
えば、下層のＭＯＳトランジスタ２０１と上層のＭＯＳ
トランジスタ２０２とを接続してＣＭＯＳを形成すれば
、相互作用の全くないＣＭＯＳを製造することができる
。

（実施例２） 本例では、第２図のような、実施例１と同様な多層構造
体を形成した。

同図においてＳｔの基板７には通常の製造プロセスによ
ってトランジスタ２０１やその他の半導体素子あるいは
配線等が形成され、その上に常圧ＣＶＤ方によりＳｉＯ
２層８が形成されている。

本実施例ではこの非晶質絶縁物であるＳｉｎ、層８が非
核形成面を形成している。

次にこのＳｉｎ２層８上に、減圧ＣＶＤ法で多結晶シリ
コン膜を０，５μｍ堆積した。堆積条件は、ＳｉＨ４ガ
ス流量５０ｓｅｃｍ、ガス圧力０．３Ｔｏｒｒ、基板温
度７００℃、堆積時間３０分とした。この多結晶シリコ
ン膜をＸ線回折で調べたところ、（１００）面が基板に
平行となるように強く配向した膜であった。

次に、通常の半導体のフォトリソグラフィ工程により、
多結晶シリコン膜を直径約１μｍのスポット状に５０μ
ｍ間隔にバターニングした。

次に出力４ＷのＡｒイオンレーザを光学系でレーザスポ
ット径約８０μｍに絞り、基板を移動しながらレーザを
走査し照射した。その結果スポット状の多結晶シリコン
膜が溶融固化し、シリコン単結晶微粒子１０に変った。

この微粒子が単結晶であることはＴＥＭ　（透過電子顕
微鏡）観察により確認した。

次にシリコン単結晶微粒子１０が５０μｍ間隔に多数形
成された基板をＣＶＤエピタキシャル装置にセットし、
基板温度を９５０℃に保った。そしてソースガスとして
５ｉＨ２Ｃｊ２２を０．　６ｆ／ｍｉｎ、エツチングガ
スとしてＭＣＩを１１／ｍｉｎ、キャリアガスとしてＨ
２を１００ＪＺ／ｍｉｎ流して、圧力を１５０Ｔｏｒｒ
に保ちシリコン単結晶微粒子１０を種子として結晶成長
させたところ、３０分間で直径約４０μｍの大きなシリ
コン車結晶になった。この成長条件ではシリコン原子は
石英ガラス（非晶１（ＳｉＯ２）上には直接堆積せず、
シリコン単結晶微粒子上にのみ堆積する。従って単結晶
シリコンがエピタキシャル成長して、単結晶のまま少し
ずつ大きくなっていき、ＳｉＯ３上を覆っていくのであ
る。この大きく成長したシリコン単結晶をマイクロＸ線
回折装置（理学電気類）で調べた結果、シリコン単結晶
の面方位（基板に平行な面の結晶方位）が（１００）に
そろっていた。したがって種子であるシリコン単結晶微
粒子１０の面方位も（１００）に制御されていたと推測
できる。なお、非晶質Ｓｉｎ、上の多晶質シリコン膜を
レーザ照射で溶融固化し再結晶化したとき、面方位（１
００）になりやすいのは、シリコンと非晶質５ｉｎ２と
の界面エネルギー（ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌｅｎｅｒｇ
ｙ）が、シリコンの結晶面が（１００）のとき最小にな
るためと考えられている。

以上のようにして非晶質ＳｉＯ２層８上に形成した直径
約４０μｍの多数のシリコン単結晶をメカノケミカルポ
リッシングなどにより平坦化し単結晶層９を形成した。

続いて、単結晶層９にトランジスタ２０２やその他の半
導体素子、光素子あるいは配線等を形成し、堆積面材料
Ｎ８のコンタクトホール（図示されていない）を通して
下層と上層の素子を電気的に接続する。こうして、たと
えば、下層のＭＯＳトランジスタ２０１と上層のＭＯＳ
）−ランジスタ２０２とを接続して０ＭＯ５を形成すれ
ば、相互作用の全くないＣＭＯ３を製造することができ
る。

（実施例３） 本例では、第２図のような、実施例１と同様な多層構造
体を形成した。

同図においてＳｉの基板７には通常の製造プロセスによ
ってトランジスタ２０１やその他の半導体素子あるいは
配線等が形成され、その上に常圧ＣＶＤ方によりＳｉＯ
２層８が形成されている。

本実施例ではこの非晶質絶縁物であるＳｉ０２層８が非
核形成面を形成している。

次に、この非晶質ＳｉＯ□層上に、減圧ＣＶＤ装置を用
いて、ＳｉＨ４→Ｓｉ＋→２Ｈ２↑の反応により、非晶
［Ｓｉを堆積させた。このときの堆積条件はＳ　ｉ　Ｈ
４流量：　５０ＳＣＣＭ、温度：５６０℃、圧カニ０．
３Ｔｏｒｒであり、膜圧は１０００人であった。この堆
積膜をＸ線回折で調べたところ、完全な非晶質であるこ
とを確認した。

次にこの非晶質ＳｉＯ２膜中にイオン注入法によりＰを
ドーピングした。条件はＰ０イオン、１００ｋｅＶ、　
　ドープ量７．５ｘ　１０”／ｃｍ’である。

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５０μｍ間隔で多数の１μｍ角の微小な非晶質Ｓ
ｉＯ２を形成した。

次に熱処理炉にてＮ２ガス中で９５０℃、３０分間熱処
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。

すなわちＳｉの融点（１４１５℃）以下の温度で固相ア
ニールした結果、微細な非晶質ｓｉ膜が単結晶化した。

次にシリコン単結晶微粒子１０が５０μｍ間隔に多数形
成された基板をＣＶＤエピタキシャル装置にセットし、
基板温度を９５０℃に保った。

そしてソースガスとして５ｉＨ２ＣＪ！、を０．６ｕ／
ｍｉｎ、エツチングガスとしてＨＣＪ２を１ｆｌ／ｍｉ
ｎ、キャリアガスとしてＨ２を１００ｕ／ｍｉｎ流して
、圧力を１５０ＴＯｒｒに保ち微小なシリコン単結晶を
種子として結晶成長させたところ、３０分間で直径約４
０μｍの大きなシリコン単結晶になった。この成長条件
ではシリコン原子は石英ガラス（非晶質Ｓｉｎ、）上に
は直接堆積せず、シリコン種子単結晶上にのみ堆積する
。従って、単結晶シリコンがエピタキシャル成長して、
単結晶のまま少しずつ大きくなっていき、Ｓｉｎ、上を
覆っていくのである。この大きく成長したシリコン単結
晶をマイクロＸ線回折装置（理学電気類）で調べた結果
、シリコン単結晶の面方位（基板に平行な面の結晶方位
）が（１１１）に揃っていた。したがって種子である微
小なシリコン単結晶１０の面方位も（１１１）に制御さ
れていたと推測できる。

なお面方位が（１１１）になる原因はまだはっきりと解
明されていないが、（１１１）面が表面エネルギーの最
も低い面であることと関係していると考えられる。

以上のようにして非晶質５ｉＯｚ層８上に形成した直径
的４０μｍの多数のシリコン単結晶をメカノケミカルポ
リッシングなどにより平坦化し単結晶層９を形成した。

続いて、単結晶層９にトランジスタ２０２やその他の半
導体素子、光素子あるいは配線等を形成し、堆積面材料
層８のコンタクトホール（図示されていない）を通して
下層と上層の素子を電気的に接続する。こうして、たと
えば、下層のＭＯＳトランジスタ２０１と上層のＭＯＳ
トランジスタ２０２とを接続してＣＭＯＳを形成すれば
、相互作用の全くないＣＭＯＳを製造することができる
。

（実施例４） 本例では、第２図のような、実施例１と同様な多層構造
体を形成した。

同図においてＳｔの基板７には通常の製造プロセスによ
ってトランジスタ２０１やその他の半導体素子あるいは
配線等が形成され、その上に常圧ＣＶＤ方によりＳｉｎ
２層８が形成されている。

本実施例ではこの非晶質絶縁物であるＳｉｎ２層８が非
核形成面を形成している。

次にこの５３０２層８上にｒｆスパッタ法により、６０
０℃で、多結晶Ｇｅの超薄膜（本例では２００人）を堆
積する。この超薄膜の面方位は（１００）であった。

■次に、この多結晶Ｇｅ超薄膜を２μｍ角で、５０μｍ
間隔にパターニングする。バターニング法としては、フ
ォトリソグラフと反応性イオンエツチングを用いた。

■次に、Ａｒ中で、７５０℃×１時間熱処理する。かか
る熱処理を行なうと、微小な超薄膜は、あたかも、液相
の様に凝集現像が起こり、微小な凝集体が得られた。

透過電子顕微鏡による観察から、各々の微小なＧｅ凝集
体は内部に粒界をもたない単結晶であることが確認され
た。

■この後、上記凝集体を種子結晶として、ＣＶＤ法で、
Ｓｉのへテロエピタキシャル成長を行なった。この成長
条件は、 温度＝９５０℃ ソースガス：ＳｉＨ，ＣＪ！２ ０．６ＪＺ／ｍｉｎ エツチングガス：ＨＣＪ：１ １　ｆｔ、７ｍ　ｉ　ｎ〜２ｊＺ／ｍ　ｉ　ｎキャリア
ガス：Ｈ２ １００１／ｍｉｎ 圧カニ１５０Ｔｏｒｒの減圧下 である。

上記成長を行なうと、種子結晶から、非核形成面である
Ｓｉｎ、層上へと成長が進み、４０〜５０μｍもの大き
さのＳｔ単結晶（結晶島ともいう）が成長した。

微小部Ｘ線回折装置において、３０μｍφはとに絞った
Ｘ線で回折を各結晶島について行りた結果、（１００）
方位を向いていることが確認された。

このことから種子単結晶である微小なＧｅ凝集体も面１
位がすべて（１００）に制御されていたと考えられる。

そして熱処理により熱処理前の多結晶Ｇｅ膜の面方位が
維持されて単結晶化したと考えられる。

以上のようにして形成した多数のシリコン単結晶をメカ
ノケミカルポリッシングなどにより平坦化し単結晶層９
を形成した。

続いて、単結晶層９にトランジスタ２０２やその他の半
導体素子、光素子あるいは配線等を形成し、堆積面材料
層８のコンタクトホール（図示されていない）を通して
下層と上層の素子を電気的に接続する。こうして、たと
えば、下層のＭＯＳトランジスタ２０１と上層のＭＯＳ
トランジスタ２０２とを接続してＣＭＯＳを形成すれば
、相互作用の全くないＣＭＯＳを製造することができる
。

（実施例５） 第３図は、本発明による光電変換装置の−実施例の概略
的断面図である。

同図において、ｐ形シリコン基板１０１上に、バイポー
ラトランジスタ１０２が形成された第−層、ＭｏＳトラ
ンジスタ１０３が形成された第二層、およびフォトダイ
オード１０４が形成された第三層（最上層）が積層され
ている。

第−層のバイポーラトランジスタ１０２は、通常の集積
回路製造プロセスによって基板１０１に形成される。ま
ず、ｐ基板１０１にｎ＋埋込み層１０５がＡｓ、Ｓｂ、
Ｐ等の不純物拡散によって形成され、その上にコレクタ
領域となるｎエピタキシャル層１０６が形成される。

ｎエピタキシャル層１０６には、ボロン等の不純物拡散
によってｐベース領域１０７が形成され、更にＰ、Ａｓ
等の不純物拡散によってｎ＋エミッタ領域１０８が形成
される。そして、不純物拡散によってｐ形の素子分離領
域１０９を形成した後、絶縁層１１０で表面を覆い、コ
ンタクトホールを開けて、エミッタ電極、ベース電極お
よびオーミックコンタクト層を介してコレクタ電極をそ
れぞれ形成する。

次に本実施例では、核形成密度の小さい非核形成面材料
であるとともに絶縁材料であるＳ　ｉ　Ｏ２を用いて層
間絶縁層１１１が形成される。層間絶縁層１１１は一般
的なＣＶＤ法によって形成され、さらに平坦化技術によ
って表面を平坦化するのが望ましい。

次にこの眉間絶縁層１１１上に、減圧ＣＶＤ法で多結晶
シリコン膜を０．５μｍ堆積した。堆積条件は、ＳｉＨ
４ガス流量５０ｓｅｃｍ、ガス圧力０．３Ｔｏｒｒ、基
板温度７００℃、堆積時間３０分とした。この多結晶シ
リコン膜をＸ線回折で調べたところ、（１００）面が基
板に平行となるように強く配向した膜であった。

次に通常の半導体のフォトリソグラフ工程により、多結
晶シリコン膜を直径約１μｍのスポット状に５０μｍ間
隔にパターニングした。

次に出力４ＷのＡｒイオンレーザを光学系でレーザスポ
ット径約８０μｍに絞り、基板を穆動しなからレーザを
走査し照射した。その結果スポット状の多結晶シリコン
膜が溶融固化し、シリコン単結晶微粒子に変った。この
微粒子が単結晶であることはＴＥＭ　（透過電子顕微鏡
）観察により確認した。

次にシリコン単結晶微粒子が５０文ｍ間隔に多数形成さ
れた基板をＣＶＤエピタキシャル装置にセットし、基板
温度を９５０℃に保った。

そしてソースガスとして５ｉＨ２ＣＪ２２を０．６Ｊｌ
／ｍｉｎ、　　ドーピングガスとしてＢ２　Ｈａを所定
量エツチングガスとして８０文を１ｕ／ｍｉｎ、キャリ
アガスとしてＨ２を１００ｕ／ｍｉｎ流して、圧力を１
５０Ｔｏｒｒに保ちシリコン単結晶微粒子を種子として
結晶成長させたところ、３０分間で直径約４０ｕｍの大
きなｐ型シリコン単結晶になった。この成長条件ではシ
リコン原子は石英ガラス（非晶質ＳｉＯ□）上には直接
堆積せず、シリコン単結晶微粒子上にのみ堆積する。従
って単結晶シリコンがエピタキシャル成長して、単結晶
のまま少しずつ大きくなっていｋ、５ｉ０２上を覆って
いくのである。この大きく成長したシリコン単結晶をマ
イクロＸ線回折装置（理学電気製）で調べた結果、シリ
コン単結晶の面方位（基板に平行な面の結晶方位）が（
１００）にそろっていた。したがって種子であるシリコ
ン単結晶微粒子の面方位も（１００）に制御されていた
と推測できる。なお、非晶質５ｉｎ２上の多晶質シリコ
ン膜をレーザ照射で溶融固化し再結晶化したとき、面方
位が（１００）になりやすいのは、シリコンと非晶質５
ｉｎ２との界面エネルギー（１ｎｔｅｒｆａｃｉａｌ　
ｅｎｅｒｇｙ）が、シリコンの結晶面が（１００）のと
き最小になるためと考えられている。

以上のようにして層間絶縁膜層１１１上に形成した直径
約４０μｍの多数のｐ型のシリコン単結晶をメカノケミ
カルポリッシングなどにより平坦化しｐ型シリコン単結
晶層１１４を形成した。

なお眉間絶縁層１１１上にｐ型シリコン単結晶層を形成
するプロセスにおいて、レーザアニールでは微小な多結
晶薄膜が重点的に加熱されて溶融するが、層間絶縁層１
１１より下の層はあまり加熱されないし、結晶成長温度
は７００〜１０００℃程度であるため、既に形成されて
いる第１層のバイポーラトランジスタの特性を劣化させ
ることはない。

次に、ｐ型車結晶シリコン層１１４上にゲート絶縁層を
形成した後、ゲート電極１１５をバターニング形成する
。続いて、ソース・ドレイン領域をｎ型不純物拡散によ
って形成し、その他配線を形成してｎチャネルＭＯ３）
ランジスタ１０３から成る第二層を作製する。

また、層間絶縁層１１１にコンタクトホールを開け、Ｍ
ＯＳトランジスタ１０３を配線１１２によって下層のバ
イポーラトランジスタ１０２等に接続する。

次に、第２層上に眉間絶縁層１１６として５ｉ０２層を
前と同様に形成し、その上に上述したのと同様な方法で
ｎ型の単結晶シリコン層１１９を形成した。ただしｎ型
のため結晶成長処理においてドーピングガスとして８２
　Ｈａの変わりにＰＨ３を所定量流した。

続いて、ｎ型車結晶シリコン層１１９にｐ型不純物を拡
散してｐ領域１２０を形成し、ｐｎ接合を有するフォト
ダイオード１０４を作製する。また、眉間絶縁層１１６
にコンタクトホールを開け、フォトダイオード１０４を
配線１１７によフて下層のＭＯＳトランジスタ１０３に
接続する。

こうして、最上層にフォトダイオード１０４を複数形成
することで、入射光１２１が効率的にフォトダイオード
１０４に入射し、感度の良いセンサを構成することがで
きる。また、単結晶シリコン層を７００〜１０００℃程
度の低温で形成できるために、下層の素子の特性劣化が
なく、ＭＯＳ）−ランジスタ１０３のチャネル易動度も
４００ｃｍ２／ｖ−８ｅｃ以上であり、従来の多結晶シ
リコン層に形成されたものより易動度が１０倍以上向上
している。

第４図は、本実施例における基本的回路構成の一例を示
す回路図である。

同図において、フォトダイオード１０４がアレイ状に配
列されており、その一端は電源電圧が印加され、他端は
各々ＭＯＳトランジスタ１０３を介してバイポーラトラ
ンジスタ等から成るアンプ１０２に接続されている。そ
して、ＭＯＳトランジスタ１０３のゲート電極１１５に
印加される制御信号によってフォトダイオード１０４の
出力が走査され、ア゛ンプ１０２ヘシリアルに送出され
る。

本実施例では、フォトダイオード１０４からの信号を、
単結晶層から成る高性能のＭＯＳダイオード１０３やバ
イポーラトランジスタ１０２によって処理するために、
高速動作が可能である。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明は非核形成面（たとえば非
晶質絶縁物であるＳｉＯ２表面）上に単結晶を成長させ
る結晶形成方法を利用して、単結晶層の多層構造を形成
しているので次のような効果がある。

（ａ）非晶質絶縁物基板を用いることができるため、後
工程のプロセス温度以上の耐熱性があれば表面に非晶質
５ｉ０２を堆積できるので任意の基板が可能であり、石
英ガラスのような大面積の基板にも単結晶の多層構造を
形成できる。

（ｂ）単結晶を大きく成長させるのにＣＶＤエピタキシ
ャル成長や液相エピタキシャル成長を用いているので、
全面に非晶質あるいは多結晶の薄膜を堆積した後、全面
をレーザビームでアニールする方法と比べて、結晶の成
長速度を速くできる。

（Ｃ）単結晶層にトランジスタ等の電子素子を形成し多
層化できるために、単結晶ウェハに形成したものに劣ら
ない優れた電気的特性を得ることができるとともに、多
機能化および高集積化を達成できる。

特に、本発明による多層構造によって、従来にはない多
機能の集積回路を実現する素とができる。例えば、光素
子とＩＣ１表面音響素子とＩＣ１圧電素子とｒｃ等の集
積、一体化が可能となる。

（ｄ）種子となる多数の微小な単結晶の面方位がそろっ
ているので大きく成長した多数の単結晶の面方位もそろ
い、その単結晶の上に形成した単体デバイスの特性のバ
ラツキが小さくなり、集積化デバイスに適する。

（ｅ）本発明による光電変換装置は、光センサが最上層
に形成されていることで、開口率が向上し高感度を達成
できる。

また単結晶層に高性能な光センサ、電界効果トランジス
タ、バイポーラトランジスタ等を容易に形成することが
できるので、高速動作が可能で多機能の光電変換装置を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の非核形成面上に単結晶を形成する工程
の説明図である。第２図は本発明による多層構造の第１
実施例の概略的断面図である。 第３図は本発明による非電変換装置の一実施例の概略的
断面図である。第４図は本発明による光電変換装置にお
ける基本的回路構成の一例を示す回路図である。 １・・・非核形成面を有する基体、２・・・非晶質ある
いは多結晶の薄膜、４・・・種子単結晶となる面方位の
制御された微小な単結晶、５・・・選択的エピタキシャ
ル成長した大きな単結晶、７・・・Ｓｔ基板、８・・・
非晶質Ｓ　ｉ　０２層、９・は単結晶層、１０・・・種
子単結晶、１０１・・・ＳＬ基板、１１１，１１６・・
・層間絶縁層（非晶質５ｉＯ２）、１１４・・・ｐ型シ
リコン単結晶層、１１９・・・ｎ型シリコン単結晶層。 第１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）〔１〕所望の素子および／または配線が形成され
   た下層と、 〔２〕該下層の上に直接または所望の材料層を挟んで、
   核形成密度の小さな表面（以下非核形成面という）が形
   成され、当該非核形成面に、熱履歴を有し面方位が制御
   されている種子単結晶から、成長した単結晶と；該単結
   晶に形成された所望の素子および／または配線と；を有
   する上層と、を有し、 該下層および該上層の関係で二層以上積層されているこ
   とを特徴とする多層構造体。
2. （２）最上層に光センサを有し、当該光センサの出力の
   処理を行なうことのできる回路部を下層に有する特許請
   求の範囲第１項に記載の多層構造体。