JPH04162515A - 結晶基材の製造方法 - 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］ 本発明は結晶基材の製造方法に係り、特に基体表面及び
堆積膜表面の材料よりも核形成密度が十分大きく、且つ
堆積させる結晶材料の単一の核だけが成長する程度に十
分微細な異種材料を前記基体表面に形成し、この異種材
料に形成された単一の核を中心に成長させることによっ
て結晶を形成する結晶基材の製造方法に関する。

本発明は、例えばＳＯＩ技術に好適に用いられる。

【従来技術］ 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ことで
形成されていた。しかしながら、単結晶基板上に単結晶
薄膜をエピタキシャル成長させるには、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
係数との整合をとる必要があり、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、近年、半導体素子を基板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
上に素子をアレー状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
発も年々盛んになりつつある。

これらの研究開発に共通することは、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。

しかしながら、−射的に、５ｉ０２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り
、高品質の単結晶半導体を形成するのは、きわめて困難
であった。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
い状態のものであり、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ものであ
る。

以上述べたような、従来の問題点を解決するものとして
、特開昭６３−１０７０１６号公報において、堆積面に
、該堆積面の材料より核形成密度が十分大きく、かつ単
一の核だけが成長する程度に十分微細な異種材料が設け
られ、該異種材料に成長した単一の核を中心として、結
晶を成長させることによって結晶を形成する形成方法（
Ｔ、Ｙｏｎｅｈａｒａ　ｅｔａｌ　Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ
、Ｌｅｔｔ５２．１２３１（１９８８））が提案されて
おり、この方法を用いることにより、絶縁性非晶質基体
上にも単結晶形成が可能なことが示されている。なお、
この単結晶の形成方法については、後述する本発明の実
施態様例において説明する。

一方、上記の発明は、堆積面に単結晶を形成する場合に
は、単結晶特有のファセットを生じ、単結晶に回路素子
を形成するには、平坦化の必要があるため、例えば、特
開昭６３−１８２８０９号公報においては、基体に凹部
を形成して凹部に単結晶を形成した後に、微細加工の精
度を向上させるために、基体の表面のストッパー↓こ合
わせて単結晶を精度よく除去する結晶基材の製造方法が
提案されている。　　　　　　１・ ［発明が解決しようとする課題］ 結晶基材の凹部内部に単結晶を形成し、回路素子を形成
する場合、様々な大きさ、形の凹部が必要となる。この
ような場合、上記の結晶基材の製造方法を用いると、凹
部内部で成長する単結晶が、未だ単結晶が成長してきて
いない他の凹部内部領域にまで成長してしまい、結晶粒
界を生じてしまう課題があった。

本発明の目的は、上記課題に鑑み複数の様々な大きさ、
形の凹部内部に、結晶粒界の存在しない単結晶を形成す
ることが可能な結晶基材の製造方法を提供することにあ
る。

［課題で解決するための手段］ 本発明の結晶基材の製造方法は、選択研磨時にストッパ
ーとなる材料を表面に持つ基体上に堆積膜を形成する工
程と、 該堆積膜の一部及び該基体の一部を除去して複数の凹部
な形成する工程と、 前記複数の凹部の底面から単結晶を選択的に成長させる
工程と、 前記基体の上面を超えて形成された結晶を、前記堆積膜
とともに、基体の上面をストッパーとして選択的に研磨
して除去する工程と、 を有することを特徴とする。

以下の、本発明の結晶基材の製造方法について、本発明
の一実施態様例を基に説明する。

（実施態様例） 第１図（Ａ）〜（Ｃ）は本発明による結晶基材の製造方
法の一実施態様例を示す概略的製造工程図である。

まず、第１図（Ａ）に示すように、成長させる堆積物に
対し核形成密度の低い物質で、選択研磨のストッパー材
となる材料を表面に持つ基体１１上に堆積膜１２を形成
する。基体１１はある基体の表面に膜を形成した基体で
もよく、機能素子が形成されたもの良い、この堆積膜１
２の表面も基体表面と同様に核形成密度の低い物質であ
ることが必要である。堆積物がＳＬである場合、堆積膜
１２としてＳｔｏｗを用いることができるが、もちろん
ＳｉＯ□に限定されるものではなく核形成密度の低い材
料ならば良い。次に第１図（Ｂ）に示すように、単結晶
を成長させたい位置にフォトエツチングなどにより、形
、大きさの異なる複数の凹部を形成する。デバイス作成
領域の厚さは基体材料に形成された凹部の段差により規
定される。凹部の底面に単結晶を選択的に成長させるに
は、基体１１の凹部底面に凹部表面の材料より核形成密
度が十分大きく、かつ単一の核だけが成長する程度に十
分微細な核形成面１３を形成し、この核形成面１３を中
心として単結晶を成長させる結晶成長方法が用いられる
。

なお、第１図（Ｃ）においては、例えばＳｉＪ＜（窒化
シリコン）膜や、Ｓｉ０ｇ上に局所的にＳＬやＫなどを
イオン注入して過剰にＳｉやＮなどを有する領域を作製
することで核形成面１３を形成しているが、多結晶Ｓｉ
を堆積、バターニングした後、Ｈ８雰囲気中などで凝集
反応を起こさせ単結晶とし、この単結晶を核形成面１３
としてもよい（かかる方法は特開平１−１３２１１７号
公報に開示されている）、さらにはＳ　Ｅ　Ｇ　（ｓｅ
ｌｅｃｔｉｖｅ　ｅｐｉｔａｘｉａｌｇｒｏｕｔｈ）の
ようなパターン、即ち下地の単結晶傾城の一部を除いて
酸化膜の形成等により他の部分を覆ったパターンを形成
し、露出している単結晶領域を核形成面１３としてもよ
い。

核形成面１３を形成した後、第１図（Ｄ）に示すように
、核形成面１３を中心として、堆積物の単一の核を成長
させ、この単一の核を中心として単結晶１４を堆積させ
る。この時、単結晶１４は特有のファセットが存在し、
それに沿って結晶成長が行われるが、第１図（Ｅ）に示
すように、大きさの異なる隣接した凹部領域では、凹部
端面までの横方向成長距離の短い凹部領域の端面まで結
晶成長が行なわれた時に凹部端面までの横方向成長距離
の長い凹部領域では、まだ端面まで成長しきれない状態
となっている。その後凹部間凸部領域を超えようと成長
を続けていくが、堆積膜１２の厚さの分だけ堆積膜１２
がない場合よりもオーバークロスする時間がかかり、結
局隣接して成長する単結晶どうしが衝突し結晶粒界を形
成する位置は凹部内部素子形成領域以外の場所となる（
第１図（Ｆ））。なお、このような核形成面１３を中心
として単結晶を成長させる結晶の形成方法の詳細につい
ては後述する。

次に成長した単結晶の上方から選択研磨法を行ない基板
表面にて研磨を終点とする。なお、単結晶の選択研磨工
程以前にエツチング等の工程が入っても構わない、これ
により膜厚の揃った単結晶膜を得ることができる（第１
図（Ｇ）　）　。

選択研磨の方法は機械化学研磨法や機械研磨法（特開昭
６３−２４７８１９号）等があり、基体表面材料の研磨
速度が形成された単結晶堆積物材料の研磨速度よりも非
常に遅い研磨法を用いることにより上方より堆積させた
単結晶を研磨する際に、基体表面をストッパーとし基体
表面の高さで研磨の終点とすることが可能となる。

第２図に選択研磨の一例として、コロイダルシリカ（平
均粒径０．１μ閣を含んだ加工液を用しく通常用いられ
るシリコンウェハの表面研磨装置にて圧力３．６ｋｇ／
ｃが、温度３０〜４０″℃で研磨した時の（１００）面
単結晶ＳＬ、溶融石英、５ｉｓＮ＜のそれぞれの研磨速
度を示すｅ　Ｓｌに比べて溶融石英、５ｉｓＮ４は研磨
速度が十分に遅＜Ｓｉに対してストッパーとして好まし
いことがわかるが、他のものでものならばストッパーと
して問題な（用いることができる。

基体に堆積させる堆積物の厚さｙは、凹部端面までの距
離の長い凹部内の素子作成領域内、すなわち凹部内部全
面でかつ基体表面の高さ（第３図に示すｄ）まで結晶が
成長する以前に他の凹部領域から結晶が成長してくるこ
とのないような障壁となる厚さ以上ならばよく、具体的
には堆積物の厚さｙは、第３図（Ａ）に示すように、単
結晶成長が必要な隣接する凹部の隣接する端面から結晶
成長の起点までの距離をそれぞれａ、ｂとし、凹部間の
凸部幅をＣとすると、 となるような厚さとすればよい。

以下、第３図（Ａ）〜（Ｃ）を用いて上記関係式■につ
いて説明する。今、第３図（Ａ）に示すように凹部端面
までの距離が長い凹部をＡ、凹部端面までの距離が短い
凹部をＢとする。

凹部Ａにおいて、凹部Ａ内部全面で、基体表面の高さ（
第３図（Ａ）に示すｄ）までの結晶成長は、まず第３図
（Ｂ）に示すように核形成面１３から凹部Ａ内の端部ま
で縦方向とともに距離９だけ横方向に結晶が成長し、さ
らに第３図（Ｃ）に示すように、縦方向に高さｄだけ結
晶が成長することで行われる。

一方、凹部Ｂから凹部Ａの基体表面の高さｄまでの結晶
成長は、第３図（Ｂ）に示すように、まず核形成面１３
から凹部Ｂ内の端部まで縦方向とともに距離すだけ横方
向に結晶が成長し、次に縦方向に（基体表面の高さ）＋
（堆積膜の厚さ）たる（ｄ＋ｙ）だけ結晶が成長し、次
に第３図（Ｃ）に示すように、縦方向とともに堆積膜表
面上を距離Ｃだけ横方向に結晶が成長し、次に堆積膜の
側面を距離ｙだけ縦方向に結晶が成長することで行われ
る。

横方向の結晶成長速度と縦方向の結晶成長速度は略等し
いと考えられるので、凹部Ａ内部全面で且つ基体表面の
高さｄまで結晶が成長する以前に、凹部Ｂから結晶が成
長してくることがない条件は、 ｂ＋ｄ＋ｙ＋ｃ＋ｙ≧ａ＋ｄ となる。

ここで隣接する凹部Ａ、Ｂの距離ａ、ｂの大小関係が不
定とすると、 となる、このように関係式■を導き出すことができる。

基体を溶融石英や合成石英の石英ガラスなどの非晶質絶
縁物とし、このようにして形成された大きさ数μ■〜数
十μ−で粒界を含まないたとえば単結晶シリコン層に、
電界効果トランジスタを形成すると、単結晶シリコンウ
ェハに形成したものに劣らない特性を示した。

また、隣接する単結晶シリコン層とはＳｉＯ□によって
電気的に分離されているために、相補型電界効果トラン
ジスタ（Ｃ−ＭＯＳ）を構成しても、相互の干渉がない
、また、素子の活性層の厚さが、Ｓｔウェハを用いた場
合より薄いために、放射線を照射された時に発生するウ
ェハ内の電荷による誤動作がなくなる。更に、寄生容量
が低下するために、素子の高速化が図れる。また、任意
の基板が使用できるために、Ｓｉウェハを用いるよりも
、大面積基板上に単結晶層を低コストで形成することが
できる。更に、他の半導体、圧電体、誘電体等の基板上
にも単結晶を形成できるために多機能の三次元集積回路
を実現することができる。

次に、基体１１の凹部に核形成面を中心として選択的に
単結晶を成長させる単結晶成長法についてシリコンを例
にとって詳述する。

まず、堆積面上に選択的に堆積膜を形成する選択堆積法
について述べる。選択堆積法とは、表面エネルギ、付着
係数、脱離係数、表面拡散速度等という薄膜形成過程で
の核形成を左右する因子の材料間での差を利用して、基
板上に選択的に薄膜を形成する方法である。

第４図（Ａ）および（Ｂ）は選択堆積法の説明図である
。

まず同図（Ａ）に示すように、基板１６上に、基板１６
と上記因子の異なる材料から成る薄膜１７を所望部分に
形成する。そして、適当な堆積条件によって適当な材料
から成る薄膜の堆積を行うと、薄膜１８は薄膜１７上に
のみ成長し、基板１６上には成長しないという現象を生
じさせることができる。この現象を利用することで、自
己整合的に成形された薄膜１８を成長させることができ
、従来のようなレジストを用いたりソゲラフイエ程の省
略が可能となる。

このような選択形成法による堆積を行うことができる材
料としては、たとえば基板１６としてＳｉｎｇ、薄膜１
７としてＳｉ、　ＧａＡｓ、窒化シリコン、そして堆積
させる薄膜１８としてＳＬ、　Ｗ、　ＧａＡｓ、　Ｉｎ
Ｐ等がある。

第５図は、５ｉｆｔの堆積面と窒化シリコンの堆積面と
の核形成密度の経時変化を示すグラフである。

同グラフが示すように、堆積を開始して間もなく　Ｓｉ
Ｏ□上での核形成密度は１０　”Ｃｍ−”以下で飽和し
、２０分後でもその値はほとんど変化しない。

それに対して窒化シリコン　（ＳｉｓＮ４）上では、〜
４　Ｘ　１０　’ｃｍ−”で−旦飽和し、それから１０
分はど変化しないが、それ以降は急激に増大する。

なお、この測定例では、５ｉＣ１４ガスをＨ８ガスで希
釈し、圧力１７５　Ｔｏｒｒ　、温度１０００℃の条件
下でＣＶＤ法により堆積した場合を示している。他にＳ
ｉＨ４、ＳｉＨ＊Ｃ１ｇ　、５ｉＨＣ１ｓ、５ＬＦａ等
を反応ガスとして用いて、圧力、温度等を調整すること
で同様の作用を得ることができる。また、真空蒸着でも
可能である。

この場合、Ｓｉ０ｇ上の核形成はほとんど問題とならな
いが、反応ガス中にＨＣＩガスを添加することで、Ｓｉ
ｎ、上での核形成を更に抑制し、５１０ｍ上でのＳｉの
堆積を皆無にすることができる。

このような現象は、Ｓｉｎｇおよび窒化シリコンの材料
表面のＳＬに対する吸着係数、離脱係数、表面拡散係数
等の差によるところが大きいが、ＳＬ原子自身によって
Ｓｉｎｇが反応し、蒸気圧が高い一酸化シリコン（Ｓｉ
ｆｔ）が生成されることで５ｉＯｚ自身がエツチングさ
れ、窒化シリコン上ではこのようなエツチング現象は生
じないということも選択堆積を生じさせる原因となって
いると考えられる（Ｔ。

Ｙｏｎｅｈａｒａ、Ｓ、Ｙｏｓｈｉｏｋａ、Ｓ、Ｍｉｙ
ａｚａｗａ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆＡｐｐｌｆｅｄ　Ｐ
ｈｙｓｆｃｓ　５３，６８３９．１９８２）　。

このように堆積面の材料としてＳｉＯｘおよび窒化シリ
コンを選択し、堆積材料としてシリコンを選択すれば、
同グラフに示すように十分に大きな核形成密度差を得る
ことができる。なお、ここでは堆積面の材料として非晶
質の５ｉｎｓが望ましいが、これに限らず非晶質Ｓｉｎ
ヨ、５ＩＸＮＦ等の絶縁性材料であっても核形成密度差
を得ることができる。

勿論、これらの材料に限定されるものではな（、核形成
密度の差が同グラフで示すように核の密度で１０８倍以
上であれば十分であり、後に例示するような材料によっ
ても堆積膜の十分な選択形成を行うことができる。

この核形成密度差を得る他の方法としては、既に述べた
ように、Ｓｉ０ｇ上に局所的にＳｔやＮ等をイオン注入
して過剰にＳｉやＮなどを有する領域等を形成してもよ
い。

このような選択堆積法を利用し、堆積面の材料より核形
成密度の十分大きい異種材料を単一の核だけが成長する
ように十分微細に形成することによって、その微細な異
種材料の存在する箇所だけに単結晶を選択的に成長させ
ることができる。

なお、単結晶の選択的成長は、堆積面表面の電子状態、
特にダングリングボンドの状態によって決定されるため
に、核形成密度の低い材料（たとえばＳｉＯｘ）はバル
ク材料である必要はなく、任意の材料や基板等の表面の
みに形成されて上記堆積面を成していればよい。

第６図（Ａ）〜（Ｃ）は、単結晶形成方法の−桝を示す
形成工程図である。

まず、第６図（Ａ）に示すように選択堆積を可能にする
核形成密度の小さい基体表面上に核形成密度に大きい異
種材料を十分微細に形成して核形成面２１をする。核形
成密度の小さい基体は、ある気体１９の表面に選択堆積
を可能にする核形成密度の低い膜２０を形成したもので
もよく、その場合基体は大きさ、結晶構造および組成は
任意のものでよ（機能素子が形成された基体であっても
よい。また、核形成面２１とは、上述したように、Ｓｉ
やＮ等を薄膜２０にイオン注入して形成される過剰にＳ
ｉやＮ等を有する変質領域等も含めるものとする。

次に、適当な堆積条件によって核形成面２１だけに薄膜
材料の単一の核が形成される。すなわち、核形成面２１
は、単一の核のみが形成される程度に十分微細に形成す
る必要がある。核形成面２１の大きさは、材料の種類に
よって異なるが、数ミクロン以下であればよい、更に、
核は単結晶構造を保ちながら成長し、第６図（Ｂ）に示
すように島状の単結晶粒２２となる。島状の単結晶粒２
２が形成されるためには、すでに述べたように、薄膜２
０上で全く核形成が起こらないように条件を決めること
が必要である。

単結晶Ｓｔの結晶成長の条件を例にとると、まずガス系
はＨ３をキャリアガスとして、Ｓｉソースガスが５ｉＣ
１４，５ｉＨＣ１ｓ、５ｉＨｚＣ１□等のクロロシラン
系、又はＳｉＨ，，５ｉｚｌ（＋を等のシラン系が使用
できる。また添加ガスとしてエツチング作用のあるＨＣ
Ｉガス等を使用する場合が多い。

温度は使用するガスによって最適温度領域が太き（異な
るが、はぼ８００〜１２００℃の範囲で行なわれる。

圧力は数Ｔｏｒｒから２５０Ｔｏｒｒの範囲内で行なう
のが好ましく、より好ましくは８０〜１７０Ｔｏｒｒの
範囲である。これは、圧力が低いと選択性が良くなる反
面、成長レートが遅くなり、圧力が高いと選択性が悪く
なることから、上記のような圧力範囲が決定される。最
適圧力は使用するガス種、温度によって異なる。

このような結晶成長条件により、さらに単結晶粒２２の
成長を続けていくと、第６図（Ｃ）に示すように単結晶
２３が形成される。

［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７図（Ａ）〜（Ｉ）は本発明による結晶基材の製造方
法の第１実施例を示す概略的製造工程図である。

基体として、溶゛融石英６１に厚さ３００人の５ｉｓＮ
４（窒化シリコン膜）を減圧ＣＶＤ法で堆積させた。堆
積条件は５ｉＨｘＣ１＊　：ＮＨ＊＝２０ｓｃｃ＋ａ：
　８０ｓｃｃｍ。

０、３Ｔｏｒｒ、　８００℃、１０分である。第７図（
Ａ）に示すように基体６１上にＮＳＣ（ノンドープシリ
コングラス、すなわち５ｉｎｓ）　６２を約１μ■、常
圧ＣＶＤ法により、４００℃、　ＮＳ希釈（７）ＳｉＨ
４ガス９１０分間で堆積させた。

次いでレジストマスクをした後第７図（Ｂ）に示すよう
に、ＲＩＥ法（リアクティブイオンエツチング法）によ
りＮ５ＧＩμ履と溶融石英のｄ＝　・３０００人を凹部
型となるようにエツチングした。ここで隣接する凹部の
大きさ２ａ、２ｂをそれぞれ６μｍと３μ■、凹部間凸
部の幅を１μ−とした、なお、基体である溶融石英の凹
部深さ６２３０００人が実際に素子を形成する場合の膜
厚となる。

その後、再び厚さ３００人の５ｉＪ４　（窒化シリコン
）膜６３を減圧ＣＶＤ法等で堆積させた。堆積条件は前
述した通りである。

第７図（Ｃ）に示すように、凹部底面に１μｍ角の大き
さとなるように５ｉｓＮ４膜をパターニングした後に、
第７図（Ｄ）に示すように、ＣＶＤ装置で上記５ｉｓＮ
４からＳＬ単結晶６４を選択成長させた。

この時の堆積条件は、５ｉＨｚＣ１□：Ｈ，：ＨＣ１＝
０．５３：１００：１．２（１／ｗｉｎ）、６０Ｔｏｒ
ｒであり約７分間で第７図（Ｅ）に示すように小さい方
の凹部内では結晶が完全に埋まる。さらに成長を続ける
と、この結晶はさらに上方に結晶成長が続き、凹部間凸
部を乗り超え成長するが、この時間の間に大きい凹部内
の結晶も凹部を埋めつくしているために、２０分の成長
で結晶がぶつかりあうが結晶粒界は素子形成領域外に形
成された（第７図（Ｆ））。

ついで、５ｉｎｓのコロイダルシリカ（平均粒径０．１
　ｕａ　）を含んだ加工液を用い、通常用いられるシリ
コンウェハの表面研磨装置にて圧力３．６ｋｇ／ａｍ２
．温度３０〜４０℃の範囲にて研磨した。

この時、ＮＳＣがストッパーとなり、ＮＳＣ表面が露出
した所で研磨が止まる（第７図（Ｇ））。次に、ＨＦ：
Ｈ，０＝１：１０の溶液により、２μｍのＮＳＣ膜をエ
ツチングし、’５ｉＪ４である基体表面を露出させた（
第７図（Ｈ））。

その後、前記研磨装置において同様の研磨を再び行い、
５ｉＪ４をストッパーとし基体表面と同じ高さになるま
でＳｉ単結晶を上方から研磨することにより、表面が平
坦で隣接する素子作成領域が完全に絶縁分離され、かつ
隣接する異なる大きさの凹部素子領域内に結晶粒界の全
（存在しない結晶領域を作成することができた（第７図
（１））。

第８図は本発明による結晶基材を用いた通常の半導体プ
ロセスを用いて作成したＣＭＯ３型Ｏ３ンジスタの概略
的平面図である。

同図において、６６．６７はｎＭＯ３トランジスタのソ
ース・ドレインでｎ型半導体領域であり、６８．６９は
ｐＭＯｓ　トランジスタのソース・トレインでｐ型半導
体領域である。それぞれ本発明による凹部７０．７１内
結晶基材にＡｓ、Ｂをイオン注入して形成した。

６５はゲート酸化膜上に形成されるゲート電極である。

ゲート長し、ゲート幅ＷはｎＭＯ３トランジスタ、ｐＭ
Ｏｓ　トランジスタでそれぞれＬ／Ｗ　＝３μｍ７３μ
ｍ、　　３μｍ　／６μｍとしたため凹部の大きさを変
えたが、結晶粒界は凹部的素子領域に全くなくＣＭＯＳ
特性も単結晶シリコンウェハに形成したものに劣らない
良好な特性を示した。

（実施例２） 以下、本発明に基づきＳｉ結晶粒を形成した実施例２を
示す。

（１）Ｓｉウェハを基体とし、その上に熱酸化法により
、酸化シリコン膜を１ｏｏｏｏ人堆積して非核形成面と
した。

（２）ついで窒化シリコン膜をＬＰＣＶＤ法により、３
００人堆積し、さらに常圧ＣＶＤ法によりＮＳＧを１μ
ｍ堆積させた。

（３）ついで、通常の半導体プロセスにおけるフォトリ
ソグラフィー及びＲＩＨによりＮＳＣ。

５ｉＪ４及び熱酸化膜をエツチングし、実施例１で示し
た凹部を形成し熱酸化シリコン膜は深さ３０００人まで
エツチングした。

（４）次に窒化シリコン膜をＬＰＣＶＤ法により、３０
０人堆積した。ギの後、通常の半導体プロセスにおける
フォトリソグラフィー及び、反応性イオンエツチング（
ＲＩ　Ｅ）により、大きさ１μｍ角で窒化シリコン膜が
凹部底面熱酸化膜上に残るように窒化シリコン膜をエツ
チングし、この窒化膜を核形成面とした。

（５）ジクロルシラン、塩化水素、水素を用いたＣＶＤ
法により、上記基体に結晶形成処理を施した。成長条件
は以下のとおり。

ＳｉＨ，Ｃ１＊　：ＨＣｌ　：Ｈ＊”０．５３／１．２
／１００　（１／ｌｌ１ｉｎ）　、　９９０　”Ｃ。

０Ｔｏｒｒ １０分間行うことで隣接する結晶は完全に衝突する。

（６）ついで５ｉＯｚのコロイダルシリカ（平均粒径０
．１μｍ）を含んだ加工液を用い通常用いられるシリコ
ンウェハの表面研磨装置にて圧力３．６ｋｇ／ｃｍ”、
温度３０℃〜４０”Ｃの範囲で研磨した。

この時ＮＳＣがストッパーとなりＮＳＣ表面が露出した
所で研磨が止まった。

（７）次にＨＦ：Ｉ（２０＝１：１０の溶液により１μ
ｍのＮＳＣ膜をエツチングし５Ｌ３Ｎ４膜を露出させた
。

（８）その後、再び前記研磨装置において研磨を行い、
５ｉｓＮ４膜をストッパーとし、５ｉｓＮ４露出面と同
じ高さになるまでＳｉ単結晶を上方から研磨することに
より表面が平坦で、隣接する凹部内の素子作成領域が完
全に絶縁分離され、がっ隣接する異なる大きさの凹部素
子作成領域内に結晶粒界の全（存在しない結晶領域を作
成することができた。

（実施例３） 以下、本発明の第３実施例について説明する。

（１）溶融石英基板に減圧ＣＶＤ法により多結晶シリコ
ンを１μｍ堆積させた。このときの堆積条件は、Ｓ：Ｈ
＜：５０ｓｃｃｍ、０．３Ｔｏｒｒ、６２０　’Ｃ，１
００分とした。

（２）ついで通常の半導体プロセスにおけるフォトリソ
グラフィー及びＲＩＨにより多結晶ＳＬ及び溶融石英を
エツチングし実施例１で示した凹部を形成した。

（３）続いて酸素雰囲気中９５０℃、２２分間の酸化工
程を行い約１５０人の酸化膜を多結晶シリコン表面に形
成し、非核形成面とした。

（４）その上に多結晶シリコン膜をＬＰＣＶＤ法により
、１０００人堆積した後、通常の半導体プロセスにおけ
るフォトリソグラフィー、及び、反応性イオンエツチン
グ（ＲＩ　Ｅ）により、大きさ１．２μｍ角で残し、原
種子とした。

（５）次にこの基体を水素雰囲気中１０００℃、１００
Ｔｏｒｒで１０分間熱処理した。その結果、各原種子は
それぞれ単一体に凝集し、単結晶種子となった。

（６）ジクロルシラン、塩化水素、水素を用いたＣＶＤ
法により、上記基体に結晶形成処理を施した。成長条件
は以下のとおり。

ＳｉＨ，Ｃ１，／ＨＣＩ／Ｈ２：０．５３／１．３／１
００　（１／ｗｉｎ）　、　１０８０’Ｃ，１００Ｔｏ
ｒｒ １０分間行うことで隣接する結晶は完全に衝突する。

（７）ついでＳｉＯ□のコロイダルシリカ（平均粒径０
．１μ１１１）を含んだ加工液を用い、通常用いられる
シリコンウェハの表面研磨装置にて圧力３゜６ｋｇ／ｃ
ｍ”、温度３０℃〜４０℃の範囲で研磨し、溶融石英を
ストッパーとし溶融石英表面まで多結晶Ｓｉ及び単結晶
Ｓｉを研磨することにより、表面が平坦で隣接する凹部
内の素子作成領域が完全に絶縁分離されかつ隣接する異
なる大きさの凹部素子作成領域内に結晶粒界の全く存在
しない結晶領域を作成することができた。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明の結晶基材の製造方法によれ
ば、簡易な製造方法で形、大きさの異なる隣接する凹部
内に結晶粒界の存在しない単結晶領域を作成することか
できるので、絶縁材料上に前述した様に高性能な素子を
形成することができる。また結晶基材の表面を平坦化し
て形成できるので、この結晶基材を用いて回路素子を形
成する場合の微細加工を構成度に形成することができ、
集積化が容易となるうえ、互いの凹部内単結晶領域は完
全に分離して形成できるため、電気的に完全に分離され
た回路素子を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）〜（Ｇ）は、本発明による結晶基材の製造
方法の一実施態様例を示す概略的製造工程図である。 第２図は、研磨速度を表わす特性図である。 第３図（Ａ）〜（Ｃ）は本発明で用いる堆積膜の厚さの
条件を説明するための概略的説明図である。 第４図は選択堆積法の説明図である。 第５図は、ＳｉＯｘの堆積面と窒化シリコンの堆積面と
の核形成密度の経時変化を示すグラフである。 第６図（Ａ）〜（Ｃ）は、単結晶形成方法の一例を。 示す形成工程図である。 第７図は本発明による結晶基材の製造方法の第１実施例
を示す概略的製造工程図である。 第８図は本発明による結晶基材を用いたＣＭＯＳトラン
ジスタの概略的平面図である。 １１．６１：基体　　　１２，６２：堆積膜１３．６３
：核形成面　１４，６４：単結晶１６：基板　　　　　
　１７：薄膜 １８：薄膜　　　　　　１９：基板体 ２０：核形成密度の低い膜 ２１：核形成面　　　　２２：単結晶粒２３：単結晶　
　　　　６５：ゲート電極６６二〇型半導体領域（ソー
ス） ６７：ｎ型半導体領域（ドレイン） ６８：ｐ型半導体領域（ソース） ６９：ｐ型半導体領域（ドレイン） ７０：凹部領域　　　　７１：凹部領域。 代理人　弁理士　　山　下　穣　平 第１図 第２図 時間（ｆｐｔｉｎ） 第３図 第４図 （Ａ） （Ｂ） 第５図 時間（分２ 第６図 （Ａ’） （Ｃ，） 第８図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）選択研磨時にストッパーとなる材料を表面に持つ
   基体上に堆積膜を形成する工程と、 該堆積膜の一部及び該基体の一部を除去して複数の凹部
   を形成する工程と、 前記複数の凹部の底面から単結晶を選択的に成長させる
   工程と、 前記基体の上面を超えて形成された結晶を、前記堆積膜
   とともに、基体の上面をストッパーとして選択的に研磨
   して除去する工程と、 を有する結晶基材の製造方法。
2. （２）前記堆積の厚さ（ｙ）を、 隣接して設けられた前記凹部内の隣接する側の端面から
   結晶成長の起点までのそれぞれの距離をａ、ｂ、凹部間
   の凸部幅をｃとしたときに、ｙ≧（｜ａ−ｂ｜−ｃ）／
   ２ となるような厚さとした請求項１記載の結晶基材の製造
   方法。
3. （３）前記ストッパーとなる材料を所望の下地材料上に
   形成することで前記基体を形成した請求項１又は２記載
   の結晶基材の製造方法。
4. （４）前記ストッパーとなる材料が非晶質材料である請
   求項１、２又は３記載の結晶基材の製造方法。