JPH0249276B2 - - Google Patents

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JPH0249276B2
JPH0249276B2 JP57501707A JP50170782A JPH0249276B2 JP H0249276 B2 JPH0249276 B2 JP H0249276B2 JP 57501707 A JP57501707 A JP 57501707A JP 50170782 A JP50170782 A JP 50170782A JP H0249276 B2 JPH0249276 B2 JP H0249276B2
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JP
Japan
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layer
substrate
semiconductor material
growth
crystal
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JP57501707A
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Boooieu Tsuaua
Jon Shii Shii Fuan
Maikeru Daburyuu Geisu
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Massachusetts Institute of Technology
Original Assignee
Massachusetts Institute of Technology
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Publication date
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Publication of JPH0249276B2 publication Critical patent/JPH0249276B2/ja
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Description

【図面の簡単な説明】
第図は本発明の方法の䞀態様の流れ図であ
る。 第図は第図に瀺した方法による本発明の第
の態様を瀺す䞀連の略図である。 第図は湿最剀局なしで䜜぀た埓来構造物を瀺
す略図である。 第図は本発明の䞀技術を簡単に瀺しおいる抂
略透芖図であり、サンプルを加熱しお結晶基䜓か
ら暪方向゚ピタキシヌ成長を䜜り出すための静止
単䞀ヒヌタを瀺しおいる。 第図は第図䞭のサンプルが付される熱プ
ロフむルを瀺すプロツドである。 第図は第図䞭のサンプルの䞀郚の抂略断
面図である。 第図は本発明の元ヒヌタの透芖図である。 第図は第図の装眮をより詳现に瀺す拡倧透
芖図である。 第図はヒヌタがストラむプ貫通路ず平行に䜍
眮しおいる以倖は第図ず同様な透芖図である。 第図は参考䟋ずしお瀺す実質䞊単結晶である
シヌトの成長に適した倖郚皮晶の抂略透芖図であ
る。 第図は参考䟋ずしお瀺すSiO2倖局を有する
倖郚皮晶の抂略透芖図である。 第図は参考䟋ずしお瀺すSiO2湿最剀局ず
Si局が皮晶䞊に存圚する倖郚皮晶の抂略透芖図で
ある。 第図は耇合湿最剀の抂略透芖図である。 第図は湿最剀がマスク衚面に䜍眮する䞀
態様の抂略透芖図である。 第図は本発明の平面圢成工皋を瀺す䞀連の
抂略透芖図である。 第図は本発明の方法で䜜られた
SiO2基䜓衚面䞊に構成された端末型半導䜓デ
バむスの構造を瀺す䞀郚抂略図である。 第図は本発明の方法の別態様を瀺す流れ図
である。 第図は簡略されたけがき技術を䜿぀お播皮
固化を誘発する本発明の別態様の透芖図である。 第図は第図の線−にそ぀お切
断した拡倧䞀郚断面図である。 〔発明の実斜に最良の態様〕 以䞋の蚘茉は䞀般的には半導䜓シリコンの゚ピ
タキシ−成長に関する。シリコンは今日最も重芁
な半導䜓材料なのでシリコンを遞択した。しか
し、本発明は決しおそれに限定されるものではな
い。事実、本発明は少䟋ではあるがヒ化ガリり
ム、ゲルマニりム等の良く知られた他半導䜓材の
゚ピタキシ−成長ぞの適甚でも有益である。 本発明の様々の特定態様を添付図面を参照しな
がら今より䟋瀺する。これら図面で同䞀芁玠は同
䞀数字で瀺されおいる。 第図は本発明の䞀態様の工皋を瀺すフロヌシ
ヌトである。この方法の第工皋で結晶成長マス
クを結晶基䜓衚面䞊に圢成しお基䜓の䞀郚を被
い、基䜓の䞀郚領域がむき出しずな぀おいるパタ
ヌンを䞎える。結晶基䜓はシリコン、ゲルマニり
ム、ヒ化ガリりムその他の半導䜓の単晶等の単晶
基䜓或は、その衚面の少くずも幟぀かの暎露領域
の衚面䞊での結晶成長を支持できる他基䜓のいず
れでもよい。成長マスクは、成長マスク自䜓の衚
面䞊での栞化は阻止するが暎露領域からの暪方向
の結晶成長は可胜にする材料から圢成される。 この態様の次工皋では非晶質又は倚晶質の半導
䜓材をマスク及び基䜓の暎露領域䞊に付着させ
る。これは䟋えばマスクされた基䜓を薬品蒞着反
応噚に入れるこずにより行なう。 非晶質半導䜓材でできた第局圢成局に適圓な
湿最剀でできた第局を圢成する。この第局は
第局より高い溶融枩床を持぀こずが奜たしい。
䟋えば、第局が非晶質シリコンなら第局を
SiO2から構成できる。これら材料の各融点はSi
1430℃、SiO21700℃である。 ぀いで構造物を远぀お詳述する数方法のうちの
いづれかにより加熱サむクルに付しお第局を溶
融぀いで固化させる。固化するずマスクで暎露さ
れた領域で単晶成長が開始し、暪方向の゚ピタキ
シヌ過剰成長が生ずる。 第図は、第図の方法で結晶基䜓衚面での単
晶材からなる連続薄シヌトの生成を略瀺する䞀連
の図である。 第図には比范的厚い結晶基䜓が瀺され
おいる。この基䜓はその衚面でも結晶成長を支持
できる物質ならいづれでもよい。その衚面䞊に単
結晶シリコンを成長させるに適圓な基䜓の兞型䟋
ずしお基䜓は〜50ミルの範囲内の厚さの単
晶Siのスラブであり、ドヌピングしおあ぀おもな
くおもよい。生成結晶膜を剥離分離するならば、
基䜓物質に察する優先的剥離面である平面䞭に基
䜓の衚面がある様な配向を基䜓に持たせ
るこずが必須ではないが奜たしい。 第図に図瀺の劂く、぀いで結晶成長マスク
を基䜓に適甚する。マスクは基䜓
を暎露する貫通路パタヌンを持぀。適圓なこず
が発芋された぀の兞型的パタヌンは第図に
瀺される通りのスリツト即ちストラむプのパ
タヌンである。スリツトでの幅察空間の比は
材料、成長条件、所芁の局厚、甚いる分離技術等
に䟝存しお幅広く倉動しうる。最適比は、個々の
適甚に巊右されるが、CLEFT適甚のずころで詳
述した方法で決定できる。圓然、スリツト以倖の
暎露領域のパタヌンを有する成長マスクも䜿甚で
きる。 次に、第図に図瀺の劂く、Si等の非晶質か
倚晶質の半導䜓材でできた局をマスク䞊に圢
成しおで瀺される劂くストラむプ䞭に延
ばし、むき出しの単晶基䜓に接觊させる。こ
の局は薬品蒞着等の良く知られた方法で圢成でき
る。 最埌に、第図に図瀺の劂く、䟋えばSiO2
でできた第局を䟋えば薬品蒞着か熱酞化で第
非晶質Si局䞊に圢成する。第図に図瀺の構造
物を远぀お詳述する劂く熱凊理に付しおシリコン
局を溶融する。぀いでこの局を固化させ
お単晶成長を゚ピタキシヌ基䜓ずの界面
から開始させる。換蚀すれば、゚ピタキシヌ成長
は基䜓により“播皮”される。この成長は暪
方向成長同志が出䌚぀お連続局を圢成する迄界面
から暪方向ぞ進む。 埓来のCLEFT法での問題点を略瀺しおいる第
図を考慮すれば第局の機胜はわかるであ
ろう。CLEFT法では第局が䜿甚されおい
ないので、非晶質シリコン局′が溶融する時
にその局が、第図に略瀺されおいる通り集塊化
即ち“ボヌル化”する傟向がある。堎合によ぀お
は、基䜓からの播皮゚ピタキシヌ成長の䞭断
のため“ボヌル”の間に䞍連続郚が䜜られ、非晶
質又は倚晶質の材料でできた島がに䜜られ
る。での初期成長は界面が適合性衚面構造
物、Si−Siの間にあり、集塊化が生じないので満
足すべきものである。 第図に瀺す劂く湿最剀局を局䞊に添
加するずかかる集塊傟向は最小化になり、実質䞊
欠損のない暪方向゚ピタキシヌ成長がくり返し達
成された。熱凊理及び他パラメヌタの遞択に䟝存
しおcmを越す暪方向成長が達成さ、それ以䞊の
延䌞が予想される。 本発明で調補されたサンプルを適圓な加熱サむ
クルに付す装眮を第図を参照しお述べる。 第図の装眮では、第〜図により補造さ
れた次組成ず寞法を有するり゚ハヌから切り取぀
たその暎露断面が第図に略瀺されおいる×
cmサンプルを、Si基䜓を䞋向きにしお
グラフアむトクロスストリツプヒヌタの䞊に
眮く。 Si基䜓 cm盎埄の100り゚ハヌ SiO2マスク 熱酞化で圢成された0.2ミクロ
ン厚 非晶質 610℃のCVD反応噚内で沈着した0.8〜
1.0ミクロン厚 SiO2局 625℃で沈着したミクロン厚CVD ストラむプ 3.5ミクロン幅であり、フオトリト
グラフむヌでマスク䞭に開けられた110
平面に垂盎。 箄2.5cm×2.5cmのグラフアむトシヌトをク
ロスヒヌタずサンプルずの間に挿嵌しおクロ
スヒヌタ内での組織により誘発される衚面の圢態
孊的欠損を少なくする。熱電察をクロスヒヌ
タ䞭に埋入する。グラフアむトシヌトを
絶瞁䜓Al2O3で被぀おシヌト通過に起因する
電流を防止する。この加熱は䞍掻性ガスアルゎ
ン雰囲気で行なう。 熱電察で枬定した熱サむクルプロフむルは
第図枩床℃を時間秒に察しおプロツト
したものであるに瀺されおいる。枬定枩床はグ
ラフアむトクロスヒヌタでの枩床であり、実
際のサンプル枩床は異なるこずがある。曎に、こ
のプロフむルを維持するこずで反埩可胜の結果を
達成できる。 第図を参照しながら蚘茉した単䞀静止ヒヌタ
の代わりに第図に瀺した段ヒヌタを䜿぀
おもすぐれた結果が達成された。第図はこの
段ヒヌタ装眮の略図である。前蚘蚘茉により䜜ら
れ、その䞀郚が第図に瀺されおいる加工察象サ
ンプルを第図ずの関連で蚘茉したグラフア
むトヒヌタに察するず同様に䞋郚ストリツプヒヌ
タに乗せる。この䞋郚ヒヌタをある手段図
瀺されおいないで䜜動させおシリコン融点に近
い枩床にする。぀いで䞊郚ストリツプヒヌタ
可動性であるを良く知られおいる手段図瀺
されおいないで䜜動させおSiO2局䞋のシ
リコンストリツプゟヌンの溶融を誘発す
る。぀いで䞊郚ヒヌタをサンプル䞊面を
通過䞊進させお溶融ゟヌンをヒヌタず䞀
緒に移動させおゟヌン溶融぀いで非晶質Si局
の固䜓を誘発しお単晶材䞭ぞの暪方向゚ピタキシ
ヌ成長倉換局を達成する。 䟋えば、䞋郚グラフアむトストリツプヒヌタを
抵抗加熱しお玄20秒埌に1100〜1300℃ずできる。
぀いで玄1KW電力の適力で䞊郚ストリツプヒヌ
タを急速加熱する。この䞊郚ストリツプヒヌタか
らの照射でサンプルを曎に加熱するず20〜40秒埌
にSiフむルムの䞀郚ずSi基䜓の䞊面の䞀
郚ずが狭い䞊郚ストリツプヒヌタの䞋に䜍眮
する狭いゟヌン内で溶融する。぀いでこのストリ
ツプヒヌタを玄0.5cm秒の速床でサンプル
の䞊を手で移動させるこずができる。この速床は
肉県芳察で、溶融ゟヌンが同䞀速床でサンプルを
暪切るに十分な皋にゆ぀くりすべきである。スト
リツプヒヌタず溶融ゟヌンがサンプルの遠端に達
した時に䞡ヒヌタぞの電力を切る。 第図の装眮ではストリツプヒヌタはスト
ラむプ貫通路に平行な方向に走査させる。堎
合によ぀おは、第図に瀺される劂く単䞀貫通路
に垂盎方向に走査させお連続シヌトを䞀方向
に成長させ問題を避けお぀の察向成長フロント
の亀わりに関連したこずが望たしいこずもある。
第図の装眮ではサンプルを䞋郚ヒヌタ図瀺さ
れおいないによりSiの融点に近づける。぀い
で、単䞀ストラむプ貫通路での溶融を、該貫
通路に䞊列しおおり、矢印方向に移動する䞊郚ヒ
ヌタで誘発する。ストラむプ貫通路での
溶融を誘発し、぀いで局の固化、゚ピタキシ
ヌ成長を、ヒヌタがサンプル衚面を暪切
る際に同方向に続ける。 第図の装眮を䜿うず単晶䞋の盞圓領域にわた
぀お単䞀連続絶瞁䜓が生じ、これは積局回路の生
産に有利である。成長局の結晶配向は基䜓
の配向で定たる。䟋えば、基䜓が100
平面䞭にあるならば局は100平面䞭で配
向成長する。 第図は参考䟋ずしお瀺す倖郚皮晶䜿甚䟋を瀺
す。この䟋では絶瞁マスク局䞭にストラむプ
は必芁ない。基䜓は播皮に䜿甚されない
ので単晶基䜓である必芁はなく、非結質や倚晶質
のシリコン或は、次埌の掻性半導䜓局を支持する
のに適圓な物質のいづれでもよい。 倚くの良く知られおいる手段のいづれかにより
倚晶質か非晶質のSiの局をSiO2局衚面
䞊に圢成し、SiO2局をSi局の䞊面䞊に
圢成しお前述の劂く湿最剀局ずしお圹立おる。し
かし、SiO2の䞊局の衚面䞊の䟿利な䜍眮䟋
えば端で局の䞀郚を陀去しお局衚面䞊に
ら旋状端郚を残す。単晶シリコンの圢の倖郚
皮晶を局の䞊面䞊に配眮しお回旋状端郚
に䞀郚重ねる。 前述態様ず同様にサンプルを䞋郚ストリツ
プヒヌタ図瀺されおいないでシリコン融点近
くの枩床に迄加熱する。 ぀いで䞊郚ストリツプヒヌタを䜜動させお
サンプルを、ヒヌタ隣接ゟヌン内でSiå±€
を溶融させる枩床ずする。この端は回旋しお
いるのでヒヌタからの茻射゚ネルギヌ局
䞋のSi局に容易に送られお局の溶融開始を容
易にする。぀いでヒヌタを、ヒヌタかサンプルの
いづれかを盞互に移動させるこずにより矢印方向
にサンプルを越えお䞊進させる。このため溶融ゟ
ヌンがサンプルを暪切぀お移動しお局の溶
融、固化が生ずる。局は倖郚皮晶から誘
導される単結晶状態で固化する。 倖郚皮晶を䜿うのでSi基䜓が単結晶である必芁
はない。埓぀お、第図は倖郚からの播皮
による、SiO2局′等の絶瞁局の衚面での暪方
向゚ピタキシヌ成長構造の別の参考䟋を瀺す。第
図の参考䟋では皮晶を非晶質Si局′の
衚面に配眮埌に湿最剀局を皮晶䞊に圢成し、
党皮晶をカプセル封入の圢ずする。第図では
非晶質Si局′ずSiO2最滑剀局ずを共に、
皮晶をSiO2絶瞁基䜓′衚面に乗せた埌に
皮晶䞊に圢成する。第図蚘茉のサン
プルを぀いで、前蚘態様に関連しお蚘茉の劂く熱
凊理に付しお非晶質Si局′を、単晶の皮晶
が播皮された゚ピタキシ−シリコン局に倉換す
る。 以䞊に蚘茉の装眮では単䞀のSiO2湿最剀局を
䜿぀おいる。第図に瀺す参考䟋ではCVD等
により窒化シリコンSi3N4局をSiO2局䞊
に远加圢成する。他の党おの点においおサンプル
は第図のサンプルず同䞀であり、同様に
熱凊理される。远加されたSi3N4局はSiO2単局に
比べお耇合構造物の湿最性を曎に匷化するず思わ
れる。この远加のSi3N4局は第図の劂くSiO2
局䞊面䞊に䜍眮させるこずも又、SiO2局の䞋に
Si局ず隣接させお䜍眮させるこずもできる。 所望ならば、堎合によ぀おは第図第
図䞭の郚材に察応する郚材は同䞀数字で瀺しお
あるに図瀺の劂くSiO2絶瞁マスクの䞊面に湿
最剀を圢成するず望たしいこずがある。䟋えば、
第図には単結晶物質からなるシリコン基䜓
が瀺され、これから二酞化シリコンからなる
酞化物補絶瞁マスクが圢成され、この二酞化
シリコン補マスクの䞊面には窒化シリコン局
が圢成され、これは非晶質又は倚晶質のシリコン
の局が゚ピタキシヌ結晶局に倉換する間の湿
最剀ずしお圹立おるこずができる。 窒化シリコンは薬品蒞着、スパツタヌ等の良く
知られた手段のいづれかにより局䞊に圢成で
きる。 非晶質又は倚晶質のシリコン局の䞊面に前
述の態様ず同様に第の二酞化シリコン湿最剀局
を圢成する。぀いでサンプルを第図に瀺す
劂く前述ず同様に熱凊理に付しお、播皮固化に起
因する暪方向゚ピタキシヌ成長によるシリコン基
䜓の結晶構造により非晶質又は倚晶質のシリ
コン局を゚ピタキシヌシリコン局に倉換す
る。 播皮固化によるくがみを有するSiO2暪方向゚
ピタキシヌは第〜に図瀺されおいる。こ
れにより、平面的に瀺されおはいるが実際には軞
方向成長が開始されるストラむプにわずかな平坊
域を圢成する前述の態様ずは察照的に平面゚ピタ
キシヌ構造物が生成される。この態様では第
図に瀺される劂く良く知られた手段で窒化シリ
コンストラむプが単結晶シリコン基䜓䞊
に圢成される。぀いでサンプルを熱酞化に付
しお、第図に図瀺の劂くSi基䜓䞊に
SiO2局を圢成する。぀いでむオンビヌムが
薬品食刻でSi3N4を遞択的に食刻しお第図
に瀺される劂くSiO2局の間にむき出しのSi
からなる溝を圢成する。぀いでサンプル
を衚面食刻に付しおその衚面が第図に瀺さ
れる劂く平坊になる迄酞化物を陀く。最埌に、第
図に図瀺の劂く、非晶質Si局をサンプ
ル䞊に圢成し、SiO2キダツプ局䞊に圢
成しお第図に瀺す通りの平面構造䜓を䜜り
出す。これでサンプルを前述の劂く熱凊理しお非
晶質Si局を゚ピタキシヌに倉換する準備が完
了したこずになる。 第図の方法、装眮で提䟛される平面゚ピタ
キシヌ構造䜓の利点に加え、単結晶構造䜓界面は
SiO2局の䞊面ず共延なので溶融なSiO2局
の䞊面に達すればよいこずも特蚘されたい。こ
れは、Si基䜓界面がSiO2局の底ず共延であ
る第図の態様ずは察照的である。曎に、成長は
第図のくがみを有する面ではなく平面で生ず
るので結晶欠損が生ずる傟向は少なくなるこずが
ある。 第図は本明现曞蚘茉の方法で補造された
SiO2基䜓衚面に構成された元半導䜓装眮の䞀
郚略図を瀺す。第図の装眮はLOCOS酞化
物で絶瞁されおいるMOSFETである。
MOSFETは金属酞化物半導䜓電界効果トランゞ
スタを意味する。LOCOSはシリコンの局所酞化
を意味する。MOSFETは良く知られた装眮であ
り、アメリカその他で倧量に䜜られおいる。 第図は本発明によるMOSFETの圢成法
を瀺しおいる。たず単結晶シリコンからなるシリ
コン基䜓を酞化しお二酞化シリコンマスク
を圢成する。぀いで非晶質が倚晶質のシリコン
材をSiO2マスク䞊に圢成し、SiO2から
なる湿最剀局を第局䞊に圢成する。぀
いで前蚘態様により非晶質又は倚晶質の局を
熱凊理により実質䞊゚ピタキシヌの局即ち膜
に倉換する。぀いでSiO2湿最剀局を䟋えば薬品
食刻で陀く。 ぀いで、第図に瀺される劂く、装眮の掻
性領域を良く知られた方法で圢成された
LOCOS酞化物で他掻性領域図瀺されおい
ないから単離する。぀いで掻性Si局の衚面
に熱酞化物局を圢成する。ポリシリコンゲヌ
トを薬品蒞着により酞化物局䞊に圢成す
る。このゲヌトは写真平板ず食刻技術で定め
られる。぀いで掻性領域の゜ヌス領域ず
ドレむン領域ずぞのむオン移入により適圓な
ドヌパントを導入するための窓をゲヌトを有する
酞化物局に開ける。最埌にアルミニりム被芆
で゜ヌス郚材、ゲヌト郚材、ドレむン郚材ぞの接
点を圢成する。 第図の装眮は本明现曞開瀺の方法を䜿い
圢成できる倚くのタむプの積局回路即ち半導䜓構
造物の䟋にすぎないこずを匷調する。 第〜図には、再結晶化すべき局が溶融
枩床適甚開始埌は皮晶ず物理的に接觊しおいる必
芁のない点で前蚘態様ず有意に異なる本発明の別
態様が蚘茉されおいる。本発明のこの態様では方
法は第図に瀺される劂く、䞀般に次に劂く蚘
茉できる。 たず結晶基䜓を圢成する。この結晶基䜓は第
図ので瀺される前蚘単結晶基䜓に実質䞊䌌お
いおよい。 ぀いでSiO2等の絶瞁局を基䜓䞊面党䜓䞊に圢
成する。前蚘第図の局の堎合ずは異なり
この絶瞁局には薬品食刻を䜿い貫通路を提䟛する
必芁はない。この絶瞁第局を基䜓䞊に圢成埌に
倚晶質又は非晶質材でできた第局を良く知られ
た手段で絶瞁局䞊に圢成する。この第局が本発
明の教瀺により再結晶させお゚ピタキシヌ成長を
圢成させる局である。この局は䟋えば、第図
に関連しお述べた局の劂く非晶質シリコンで
よい。぀いで第局䞊に、第局より高い溶融枩
床を持぀こずが奜たしい材料でできた第、局
を圢成する。これら第、局は前述の劂く湿最
剀局であり、SiO2局それに続くSi3N4局で構成さ
れる。最終結果は第図ず関連させお前述した
ものず同様な構造䜓であるが、SiO2絶瞁局
に貫通路はない。 次工皋は第、、、局を通぀お基䜓に達
する貫通路を構成するためであり、これはサンプ
ルを基䜓に達する迄機械的にけがくこずにより行
なうず奜たしい。構成が容易なので奜たしい態様
では機械的けがきを䜿぀た。しかし、本発明はそ
のように限定されるものではなく、マスキング、
食刻、レヌザヌけがきその他の他貫通路圢成手段
も䜿甚できる。 ぀いでサンプルを、第局が溶融、固化する枩
床に付しお、単晶材でできた第局にそ぀おの結
晶構造物の゚ピタキシヌ成長を基䜓ぞの開口で暪
方向ぞ開始させる。 第図に瀺される劂く、加工装眮は第図ず
関連させお述べたものず非垞に良く䌌おいる。第
図に瀺す通りの断面の圢ず構成を持ち、第
図の方法で構成されたり゚フアヌを䞋郚ストリ
ツプヒヌタに乗せる。この䞋郚ヒヌタをある
手段図瀺されおいないで䜜動させおシリコン
融点に近い枩床ずする。 ぀いで可動性の䞊郚ストリツプヒヌタを良
く知られた手段図瀺されおいないで䜜動させ
お、Si3N4局、SiO2局の䞋のシリコンのスト
リツプゟヌンの溶融を誘発する。 ぀いで䞊郚ヒヌタをサンプル䞊面を通
぀お䞊進させおけがき郚分又はその前で溶
融ゟヌンをヒヌタず䞀緒に移動させおゟ
ヌン溶融぀いで非晶質シリコン局の固化を誘
発しお暪方向゚ピタキシヌ成長ず、単晶材ぞの局
の倉換を達成する。 奜たしくは、加熱装眮を出入口の備わ぀たステ
ンレススチヌル宀内に配眮する。この宀は氎冷す
るず奜たしい。䞋郚グラフアむトヒヌタは兞
型的には玄むンチ17.78cm長、むンチ
10.16cm幅、0.04むンチ0.1016cm厚である。
䞊郚ヒヌタは玄4.5むンチ11.43cm長、0.04ã‚€
ンチ0.1016cm幅、0.1むンチ0.254cm厚で
ある。り゚フアヌは盎埄〜むンチ5.08〜
7.62cm、厚さ玄0.015むンチ0.0381cmであり、
盎埄が又はむンチ5.08cm又は7.62cmで、
䞋郚ヒヌタの䞭心での深さが玄0.01むンチ
0.0254cmである環圢凹所内にある第図
参照。䞊郚ヒヌタはり゚フアヌの䞊面より
玄mm高く䜍眮させるべきである。 コンピナヌタコントロヌルモヌタ図瀺されお
いないで䞊郚ヒヌタをり゚フアヌを暪切぀お走
査させる。䞡ヒヌタはマむクロプロセツサでモニ
タヌ、コントロヌルされる〜300A迄の亀流で
抵抗加熱される。り゚フアヌの䞭心、䞡端の枩床
は䞋郚ヒヌタ埋入の良く知られた熱電察でモニタ
ヌする。シリコン補り゚アヌは第図の断
面図に瀺される劂く、数字で瀺される玄1ÎŒ
厚の熱SiO2局で䞊が被われた単晶100り゚
フア10である。 0.5Ό厚のシリコン膜を薬品蒞着でSiO2
局、Si局の党䞊面に付着させる。 ぀いで硝酞シリコンずSiO2のカプセル封入䜓
を良く知られた手段でシリコン局䞊に付着さ
せる。SiO2局は、Si3N4局はで瀺され
る。前述の劂くり゚フアヌ構成埌に単晶基䜓
に至る貫通路を奜たしくは、第図の
で瀺される劂くり゚フアヌを機械的にけがく
こずにより䜜る。このけがきは第図に瀺され
る劂く100平坊郚に平行でも、或は100平
面にそ぀お平坊郚ず45゜の角床に配眮しおもよい。
このけがきは第図に瀺される劂き断面圢状を
持ち、深さが玄〜8Όである。 このけがき貫通路により、ゟヌン溶融がけがき
貫通路前にり゚フアヌの衚面から始たる限り単晶
シリコン基䜓が非晶質シリコン局の再結
晶に䟿利な皮晶ずなるこずが可胜になる。換蚀す
れば、ゟヌン溶融はけがき貫通路に達する
前に開始されねばならない。぀いで、溶融ゟヌン
がけがき貫通路に達するかそこで生ず
るに぀れお䞀定量がけがき貫通路䞭を䞋降流動し
お、固化によりシリコン基䜓がシリコン膜
ず結合する。けがき貫通路の様々な圢状
寞法が䜿甚できるこずがわか぀おおり、䟋えばり
゚フアヌの瞁を囲む半環圢けがきによりり゚フア
ヌのより倧郚分に播皮するこずが可胜である。こ
の播皮技術を䜿えばむンチ225.8cm2を越える
暪方向で゚ピタキシヌの播皮固化膜が埗られ、倧
きな角床を持぀粒子からなる境界かない。 以䞊たずめるず、盎埄が少くずもむンチ
7.62cmのSiO2被芆シリコン補り゚フアヌ䞊に
Si膜をルヌチンで制埡可胜な方匏で再結晶させる
ための方法ず装眮が瀺されおいる。 第〜図の方法ず装眮は、第〜
を参照しお蚘茉した耇雑なくがみ圢成法を䜿わな
くおも生成構造䜓が平面であるずいう利点を持
぀。曎に、けがき技術を䜿うならば、第〜
の装眮では必芁ずされる写真平板の必芁が避けら
れる。以前の態様においおは掻性Si゚ピタキシヌ
局圢成埌で本䜓を曎に加工する前に湿最剀局
を食刻で陀くこずが奜たしいこずがあ
るこずを特蚘する。 前述の劂く、蚘茉した態様の本発明の方法も装
眮もシリコンの堎合に限定されない。䟋えばヒ化
ガリりムを本方法で非晶質又は倚晶質の状態から
゚ピタキシヌ状態に倉換できる。ヒ化ガリりムに
適圓な湿最剀の膜即ち局は二酞化シリコンSiO2、
窒化シリコンSi3N4、タングステン又はモリブデ
ンである。同様にゲルマニりムも前蚘方法で非晶
質か倚晶質の状態から゚ピタキシヌ結晶膜に倉換
できる。ゲルマニりムの堎合は適圓な湿最剀は窒
化シリコン、モリブデン又はタングステンであ
る。 又、シリコンの堎合に圹立぀前蚘湿最剀の他
に、シリコンを倚晶者から゚ピタキシヌ膜に倉換
するのに炭玠かシリコンカヌバむドも湿最剀ずし
お圹立぀こずも発芋された。 䞀般に、倉換䞭に溶融を避けられるに十分高い
融点を持ち、倉換察象膜ずの盞互䜜甚は少いが前
蚘定矩通りの“湿最剀”ずしお圹立぀十分な盞互
䜜甚を持぀ものが適圓な湿最剀であるこずが発芋
された。 本明现曞に明蚘した態様の均等物は倚数あり、
かかる均等物も請求の範囲に含たれる。䟋えば、
倚くの䟋で非晶質か倚晶質の膜即ち局が述べられ
おいるが甚語“膜”ず“局”は盞互倉換しお䜿甚
できる。又、皮晶材が基䜓の党䜓を占める必芁は
なく、結晶化される膜即ち局ず接觊する郚分のみ
を構成すればよい。正に、皮晶は基䜓の䞀郚であ
る必芁はなく、局所熱凊理による等の局所結晶化
により膜䞭に圢成できる。曎に、皮晶材は結晶化
すべき物質ず同䞀組成である必芁はない。䟋え
ば、非晶質ゲルマニりムに単晶シリコンを播皮で
きる。 曎に、成長はストラむプ貫通路に察する熱源の
垂盎の動きに基いお暪方向に進むず瀺されおいる
が、堎合によ぀おはこの加熱郚材をストラむプ貫
通路に斜亀する方向で移動させおも有利である。
以䞊に述べた加熱郚材はグラフアむトで構成され
おいるが、電子ビヌム、レヌザヌビヌムその他の
茻射源も䜿甚できる。

Claims (1)

  1. 【特蚱請求の範囲】  䞭間絶瞁局によ぀お芆われた少なくずも䞀぀
    の単結晶材料からなる領域を有する基䜓の䞊に、
    局をなした半導䜓構造を圢成する方法であ぀お、 前蚘䞭間絶瞁局によ぀お前蚘単結晶材料領域か
    ら離隔されおはいるが前蚘基䜓の䞊を芆うように
    非晶質又は倚晶質の半導䜓材料局を圢成し、 前蚘半導䜓材料局を圢成した埌に、前蚘半導䜓
    材料局を前蚘単結晶材料にさらすために前蚘䞭間
    絶瞁局に少なくずも䞀぀の開口を蚭け、 前蚘半導䜓材料局及び䞭間絶瞁局の䞊を芆うよ
    うに別の局を付着させ、このずき前蚘別の局は、
    前蚘半導䜓材料のも぀溶融時に溶球を圢成する傟
    向を劚害すべく湿最剀ずしお働く材料からなり、 前蚘開口に近い半導䜓材料局の少なくずも䞀郚
    分を加熱しお、この郚分を溶融し䞔぀この溶融し
    た郚分の前蚘単結晶材料からなる領域ぞの流れを
    達成し、それによ぀お前蚘半導䜓材料局ず前蚘単
    結晶材料からなる領域ずの配向接觊を達成し、 前蚘開口に隣接する半導䜓材料局の溶融した郚
    分を、前蚘単結晶材料からなる領域によ぀お播皮
    された倧きな結晶粒の実質的に単結晶の材料に再
    結晶させるべく、前蚘開口に隣接する半導䜓材料
    局の溶融した郚分を固化させる、こずからなる方
    法。  少なくずも䞀぀の開口が、前蚘半導䜓材料局
    ず前蚘別の局ずの䞡方を貫通しお延圚するように
    蚭けられる、第請求項蚘茉の方法。  その䞀郚が単結晶であり䞔぀前蚘単結晶材料
    からなる領域を構成する基䜓が䜿甚され、絶瞁材
    料が前蚘䞭間絶瞁局ずしお前蚘基䜓䞊に付着さ
    れ、前蚘半導䜓材料が前蚘絶瞁局䞊に付着され、
    前蚘基䜓の単結晶材料からなる領域の結晶化床
    は、前蚘溶融した半導䜓材料の有向結晶化を達成
    しそれによ぀お所定の配向を有する倧きな結晶粒
    で実質的に単結晶の局を埗べく遞択される、第
    請求項蚘茉の方法。  そこから前蚘別の局が圢成される材料が前蚘
    半導䜓材料より高い融点を有し、前蚘加熱過皋
    が、前蚘半導䜓局を溶融するが前蚘別の局は溶融
    しないようになされる、第請求項蚘茉の方法。  前蚘別の局の隣接しお曎に別の局が圢成さ
    れ、該曎に別の局は前蚘半導䜓材料のための湿最
    剀ずしお働く別の材料からなる、第請求項蚘茉
    の方法。  そこから前蚘別の局が圢成される材料及び前
    蚘曎に別の局が圢成される材料が、前蚘半導䜓材
    料よりも高い融点を有し、前蚘加熱過皋が、前蚘
    半導䜓材料局を溶融するが前蚘別の局及び前蚘曎
    に別の局は溶融しないようになされる、第請求
    項蚘茉の方法。  前蚘基䜓自䜓が単結晶である、第請求項蚘
    茉の方法。  前蚘䞭間絶瞁局がSiO2からなり、前蚘半導
    䜓材料局が付着Siであり、前蚘別の局がSiO2で
    あり、前蚘基䜓が単結晶Siである、第請求項蚘
    茉の方法。  前蚘別の局が前蚘固化過皋の埌に陀去され
    る、第請求項蚘茉の方法。  前蚘基䜓がSiであり、前蚘半導䜓材料局が
    Siであり、前蚘別の局及び前蚘曎に別の局が
    SiO2、Si3N4、及びSiCから遞択されるたもの
    である、第又は第請求項蚘茉の方法。  第のヒヌタを䜿甚しお前蚘基䜓を前蚘半
    導䜓材料局の融点より若干䜎い枩床たで䞊げ、前
    蚘開口に先立぀おある領域より開始しお前蚘基䜓
    の衚面を暪切぀お第のヒヌタを移動させお、前
    蚘半導䜓局内の材料領域をその融点ずし、かかる
    溶融した領域をこの局に沿぀お移動させお播皮固
    化によ぀お前蚘単結晶領域から前蚘半導䜓材料の
    暪方向゚ピタキシダル成長を達成する、第請求
    項蚘茉の方法。  前蚘開口が前蚘基䜓䞊に暪たわる党おの局
    を貫通しお圢成される、第請求項蚘茉の方法。 〔技術分野〕 本発明は材料分野に関し、より詳现には、シヌ
    ト状の半導䜓材料等の非晶質又は倚晶質の材料を
    シヌト状の実質䞊単晶の半導䜓材料に転化するこ
    ずに関する。 〔背景技術〕 珟圚の技術の倚くは固状基䜓衚面に固䜓薄膜を
    䜿぀おいる。かかる薄膜の付着には熱蒞発、DC
    スパツタヌ、γfスパツタヌ、むオンビヌム付着、
    薬品蒞着、メツキ、分子ビヌム付着、液盞からの
    付着等、倚数の方法が䜿甚されおいる。 薄膜構造は非晶質即ち、膜原子はいかなる結
    晶秩序にも配列されおいない、倚晶質即ち、
    膜は倚くの小領域から構成され、各領域では原子
    は芏則正しい結晶秩序で配列しおいるが、結晶軞
    盞互は䞀列ではない、奜たしい配向即ち膜は
    倚くの小領域からなり、倚領域で原子は芏則正し
    い結晶秩序に配列し、該領域の倧倚数の結晶軞の
    ぀以䞊が平行である、゚ピタキシヌ即ち膜
    は䞻ずしお単結晶配向をしおいるのいづれでも
    よい。゚ピタキシヌ即ち単晶の膜は奜たしい配向
    の䞀特向であり、小領域の党おの察応結晶軞が本
    質的に同䞀方向に配向しおいる。薄膜は基䜓ず同
    䞀物質即ち同䞀の元玠か化合物でもよく、
    又、化孊組成が別でもよい。膜が゚ピタキシヌな
    ら前者の堎合を“ホモ゚ピタキシヌ”、埌者の堎
    合を“ヘテロ゚ピタキシヌ”ず呌ぶ。 倚くの固定電子デバむスではその掻性容量は薄
    いシヌト、膜又は局の圢の晶質半導䜓材料単晶
    か非晶質が奜たしい内にある。この掻性容量は
    絶瞁基䜓䞊に圢成される。これは特に、ヒ化ガリ
    りム、シリコン、ゲルマニりム、リン化むンゞり
    ム、テルル化カドミりム等の半導䜓から圢成され
    る集積回路の堎合に真実である。珟圚迄のかかる
    デバむスの構成技術では䞻ずしおサフアむダ等の
    高玔床の単結晶材料の比范的厚い基䜓の衚面から
    の薬品蒞着により結晶䜓のシヌトやフむルムを成
    長させる必芁がある。各シヌト補造のためにかか
    る基䜓を䜿うずシヌト補造コストが異垞に高たる
    傟向がある。曎に、かくお圢成された゚ピタキシ
    ヌのシヌトやフむルムの欠陥密床が高く、サフア
    むダの誘電率が高いので埗られるデバむスの性胜
    は制限される。 別法ではサフアむダや溶融シリカSiO2䞊
    に前も぀お付着させたSi等の半導䜓材料の無定圢
    又は倚晶質のシヌト又はフむルムを走査レヌザヌ
    ビヌムを䜿぀お加熱しお倧粒のシヌト又はフむル
    ムを圢成しおいる。䟋えば米囜特蚱4059461号公
    報を参照されたい。50ミクロン未満の小粒子はこ
    の方法で埗られ、膜ずしおSiO2䞊に重ねた時に
    亀裂を生ずる傟向がある。サフアむダに重ねた時
    には盞互䜜甚しお劣化する。 ゚ピタキシヌ膜成長に関する最近の発明は、シ
    リコン膜䞊にSiO2の膜即ち“キダツプ”を重ね
    るグラフオ゚ピタキシヌにより非晶質シリコンを
    シリコンモザむク膜に倉換するこずに関する、
    1980幎月日発行のAppl.Phys.Lett.37(5)䞭の
    M.W.Geis、D.A.Antoniadis、D.J.Silversmith、
    R.W.Mount−ain、MenryI.Smith共著の論文
    “Silcon Gra−phoepitaxy Using  Strip−
    Heater Oven”に蚘茉されおいる。この方法は
    1980幎月25日出願の“Graphoepitaxy by
    Encapsulation”ずいう名称のアメリカ特蚱第
    181102号出願の明现曞にも蚘茉されおいる。 グラフオ゚ピタキシヌ法では基䜓衚面䞊に幟䜕
    暡様の人工の衚面レリヌフ段差又は点状欠損郚を
    わざず䜜぀お基䜓衚面䞊での膜の圢成、成長を所
    定方法で制埡する必芁がある。この幟䜕暡様は䞀
    般には簡単な栌子や粒子を配向させお所定方法で
    結晶成長を促進させるものである。 グラフオ゚ピタキシヌ法では基䜓の結晶配向
    が、䞻ずしお衚面レリヌフ構造で決たる結晶の配
    向や成長に積極的圹割をはたす。 前蚘Appl.Phys.Lett.の455頁に報告されおいる
    劂く、キダツプがあ぀たずしおもシリコン膜がグ
    ラフオ゚ピタキシヌに十分に溶融するず結晶状膜
    の衚面組織も配向も芳察されない。明らかに、グ
    ラフオ゚ピタキシヌでのSiO2キダツプの機胜は
    SiずSiO2ずの間の熱膚匵率の結果ずしお剪断応
    力を䜜り出しおSiを異方性に導き、結晶化により
    レリヌフ栌子に関連した100衚面組織や均䞀
    配向を生じさせおいる。 曎に、最近は、1980幎月10日出願のアメリカ
    特蚱出願138891号出願には、結晶状基䜓の衚面䞊
    に圢成された絶瞁䜓の孔を通じおの播皮固化無
    定圢Siの溶融、再凍結による暪方向゚ピタキシ
    ヌ成長の達成法が開瀺されおいる。成長停止埌に
    シヌト状の結晶物を開裂その他の方法で基䜓再
    䜿甚できるから分離する。この方法を䟿宜䞊
    CLEFT法、その適甚をCLEFT適甚ず呌ぶ。 CLEFT法は本発明完成時の圓業界の氎準にた
    さる有意な進歩性を瀺すず考えられるが、高品質
    で欠損がない゚ピタキシヌフむルムの連続生産ぞ
    のその適甚にはある問題が生じおいる。曎に特定
    すれば、䜕らかの理由で暪方向゚ピタキシヌ成長
    が䞍連続だず以埌の成長には出発点ずなる結晶配
    合がなく、そのためランダム倚晶状に成長するの
    で゚ピタキシヌ成長はもはやなくなる。埓぀お、
    結晶基䜓衚面䞊に圢成された絶瞁マスク䞭の貫通
    路を通じおの゚ピタキシヌフむルムの暪方向成長
    の䞍連続性を最小にするための方法ず装眮に察す
    るニヌズがある。 暪方向成長が盞互に出䌚う堎合、即ち、䞀方向
    の暪方向成長が別方向の暪方向成長ず出䌚う時に
    は転䜍欠損が生ずる傟向があるこずも発芋され
    た。これは恐らくは぀の結晶フロントが出䌚぀
    た時創生される歪や応力に起因する。 これら及び他の理由により、成長䞍連続や結晶
    転䜍が最小であり、比范的操䜜が簡単でコストが
    安い非晶質半導䜓材料においお暪方向゚ピタキシ
    ヌ成長を達成する方法ず装眮の開発が倧いに望た
    しい。 〔発明の開瀺〕 本発明においおは、無定圢又は倚晶質の半導䜓
    材料の゚ピタキシヌ材料ぞの倉圢は倉圢すべき材
    料の結晶枩床より高い融点を持぀こずが奜たしい
    湿最剀の局を䜿぀お達成する。この湿最剀局は倉
    圢すべき半導䜓材ず接觊状態で配眮する。この半
    導䜓材は単晶の皮晶材ずも接觊及び又は隣接し
    おいる。“湿最剀”は半導䜓材をその䞋又は䞊に
    密に接觊しおいる面䞊に拡げる物質又は組成物を
    意味する。この湿最剀局に関連した珟象の正確な
    性質は珟圚完党には理解されおいないが、この局
    は、゚ピタキシヌ成長䞭に結晶フロントが暪方向
    に成長する際の半導䜓材の集塊化ビヌズ化又は
    ボヌル化の防止に圹立぀ず思われる。 成長䞭の半導䜓材の集塊化即ち“ボヌル化”は
    膜即ち局の空隙即ち䞍連続郚の原因になるので避
    けるべきである。䞀旊空隙が生ずるず゚ピタキシ
    ヌ成長皮晶ずの連続性に基づくは劚害され
    る。 本発明における湿最剀局の機胜は埓来のグラフ
    オ゚ピタキシヌ法のずころで蚀及した“キダツ
    プ”ずは根本的に異なり、区別される。本発明で
    は湿最剀局の䞻目的は結晶化すべき材料ず皮晶材
    ずの間の衚面の湿最化である。皮晶材は生成結晶
    特性の䞻決定因子である。䞀方、グラフオ゚ピタ
    キシヌ“キダツプ”は“湿最剀”ずしお意図され
    おいるのではなく、結晶配向及び成長物質の組織
    特性に掻発に寄䞎するこずを意図されおいる。 本発明の方法は、基䜓内に皮結晶を含む所謂内
    郚播皮による方法である。尚、埌に参考䟋ずしお
    瀺すが、播皮固化による暪方向゚ピタキシヌ成長
    の方法ずしおは基䜓倖郚から皮結晶を播皮する所
    謂倖郚播皮による方法も考えられる。倖郚播皮に
    よる方法においおは、成長は前蚘CLEFT法ず同
    様に基䜓の䞀郚ではない皮晶から始たる。“皮晶”
    ぱピタキシヌ成長の出発点ずなる単晶半導䜓材
    の本䜓である。しかし、CLEFT法での埋入単晶
    材ずは異なり、倖郚からの播皮による成長は、単
    晶材ぞ倉換される非晶質材の倖面即ち衚面䞊に提
    䟛される単晶成長材の本䜓を始点ずしお達成され
    る。倖郚から播皮するこの態様では絶瞁局に貫通
    路を蚭けおその䞋の単晶皮晶材に到達させる必芁
    はない。曎に、成長は倖郚から䞎えられた皮晶を
    起点ずし、非晶材の面にそ぀お䞀方向に結晶フロ
    ントを成長させるこずで達成できる。この態様及
    び、远぀お蚘茉する他態様においおは平行隣接ス
    トラむプ貫通路の堎合ず同様に結晶フロントは逆
    方向からの結晶フロントずは出䌚うこずはなく、
    かかる出䌚いに起因する朜圚的な結晶転䜍は避け
    られる。
JP57501707A 1981-04-16 1982-04-14 播皮固化による暪方向゚ピタキシ−成長 Granted JPS58500609A (ja)

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