JPH04219395A - Formation of crystal - Google Patents

Formation of crystal

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JPH04219395A
JPH04219395A JP41130790A JP41130790A JPH04219395A JP H04219395 A JPH04219395 A JP H04219395A JP 41130790 A JP41130790 A JP 41130790A JP 41130790 A JP41130790 A JP 41130790A JP H04219395 A JPH04219395 A JP H04219395A
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JP
Japan
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crystal
seed
substrate
original
orientation
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JP41130790A
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Japanese (ja)
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Kenji Yamagata
憲二 山方
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Original Assignee
Canon Inc
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  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Abstract

PURPOSE:To homogeneously produce a singly directed single crystal having a large area in a state free from plurally directed crystals by bringing an original crystal seed into contact with a corner of a depression formed on the surface of a substrate, and having, that is, the mutually vertical surfaces, heating the original crystal seed and subsequently singly solidifying the melted seed, when the single crystalline seed crystal as a starting point is grown on the substrate. CONSTITUTION:A depression 11 having a bottom surface 15 and two side surfaces 13, 14 in a mutually vertical state is formed on a surface of an amorphous insulating substrate 10 consisting of SiO2, etc., and a fine original crystal seed 12 consisting of polycrystalline silicon, etc., is arranged at a corner of the depression in a state that the original crystal seed 12 contacts the three vertical surfaces 13-15. The original crystal seed 12 is heated to form a single crystalline seed crystal, from which as a starting point a single crystal is grown. The method thereby gives high quality single crystals usable for semiconductors, optical elements, etc., on amorphous insulating substrates.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体集積回路
、光集積回路、磁気回路などの電子素子、光素子、磁気
素子、圧電素子、あるいは表面音響素子等の材料として
使用する単結晶を形成する方法に関する。
[Industrial Application Field] The present invention is directed to the formation of single crystals used as materials for electronic devices such as semiconductor integrated circuits, optical integrated circuits, magnetic circuits, optical devices, magnetic devices, piezoelectric devices, surface acoustic devices, etc. Regarding how to.

【0002】0002

【従来の技術】従来、半導体素子や光素子などに用いら
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。
2. Description of the Related Art Conventionally, single crystal thin films used in semiconductor devices, optical devices, etc. have been formed by epitaxial growth on single crystal substrates.

【0003】例えば、Si単結晶基体(シリコンウエハ
)上に、Si、Ge、GaAsなどを液相、気相または
固相からエピタキシャル成長できることが従来より知ら
れており、また、GaAs単結晶基体上には、GaAs
、GaAlAsなどの単結晶をエピタキシャル成長でき
ることが知られている。
For example, it has been known that Si, Ge, GaAs, etc. can be epitaxially grown on a Si single crystal substrate (silicon wafer) from a liquid phase, a gas phase, or a solid phase. is GaAs
It is known that single crystals such as GaAlAs and GaAlAs can be grown epitaxially.

【0004】このようにして形成した半導体薄膜は、半
導体素子、集積回路、半導体レーザやLEDなどの発光
素子等、種々の分野に利用することができる。
The semiconductor thin film thus formed can be used in various fields such as semiconductor devices, integrated circuits, and light emitting devices such as semiconductor lasers and LEDs.

【0005】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など
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)などの高精度エ
ピタキシャル技術である。
[0005]Recently, there has been much research and development into ultra-high-speed transistors using two-dimensional electron gas and superlattice devices using quantum wells, but what has made these possible is
For example, these are high-precision epitaxial techniques such as MBE (molecular beam epitaxy) and MOCVD (metal-organic chemical vapor deposition) using ultra-high vacuum.

【0006】このような単結晶基体上にエピタキシャル
成長を行うには、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の整合をとる必
要がある。
In order to perform epitaxial growth on such a single crystal substrate, it is necessary to match the lattice constant and thermal expansion coefficient between the single crystal material of the substrate and the epitaxially grown layer.

【0007】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、格子定数のズレ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などが電子素子や回路へ応用す
る上での問題となっている。
For example, it is possible to epitaxially grow a Si single-crystal thin film on sapphire, which is an insulating single-crystal substrate, but crystal lattice defects at the interface due to lattice constant deviations and the epitaxial layer of aluminum, which is a component of sapphire, occur. Diffusion into other materials is a problem when applied to electronic devices and circuits.

【0008】このように、エピタキシャル成長による従
来の単結晶薄膜の形成方法は、その基体材料に大きく依
存することが分かる。Mathews などは、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(E
PITAXIAL GROWTH. Academic
 Press, NewYork,1975 edit
ed by J.W.Mathews)。
[0008] Thus, it can be seen that the conventional method of forming a single crystal thin film by epitaxial growth largely depends on the substrate material. Mathews et al. investigated combinations of substrate materials and epitaxially grown layers (E.
PITAXIAL GROWTH. Academic
Press, New York, 1975 edit
ed by J. W. Mathews).

【0009】また、基体の大きさは、現在Siウエハで
6インチ程度と小さく、GaAs、サファイア基体の大
型化はさらに遅れている。さらには、単結晶基体は製造
コストが高いため、チップ当りのコストが高くなる。
Furthermore, the size of the substrate is currently as small as about 6 inches for Si wafers, and the increase in the size of GaAs and sapphire substrates has been delayed even further. Furthermore, single crystal substrates are expensive to manufacture, resulting in a high cost per chip.

【0010】このように、従来の方法によって良質な素
子の作製が可能な単結晶層を形成するには、基体材料の
種類がきわめて狭い範囲に限定されるという問題点を有
していた。
[0010] As described above, in order to form a single-crystal layer capable of producing a high-quality device by the conventional method, there is a problem in that the type of substrate material is limited to an extremely narrow range.

【0011】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いる。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
の画素スイッチングトランジスタなどの大面積半導体装
置の研究開発も年々盛んになりつつある。
On the other hand, research and development of three-dimensional integrated circuits in which semiconductor elements are stacked in the normal direction of a substrate to achieve high integration and multifunctionality have been actively conducted in recent years. Furthermore, research and development of large-area semiconductor devices such as solar cells and liquid crystal pixel switching transistors in which elements are arranged in an array on inexpensive glass is becoming more popular year by year.

【0012】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などの
電子素子を形成する技術を必要とすることである。その
なかでも、特に、非晶質絶縁物の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。
What these two methods have in common is that they require a technique for forming a semiconductor thin film on an amorphous insulator and forming electronic elements such as transistors thereon. Among these, a technique for forming a high quality single crystal semiconductor on an amorphous insulator is particularly desired.

【0013】一般的に、SiO2 などの非晶質絶縁物
基体の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または多結
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)。
Generally, when a thin film is deposited on an amorphous insulating substrate such as SiO2, the crystal structure of the deposited film becomes amorphous or polycrystalline due to the lack of long-range order in the substrate material. Here, an amorphous film is one in which short-range order at the level of the nearest neighbor atoms is preserved, but no longer-range order, and a polycrystalline film is one that has a specific crystal orientation. (It is a collection of single crystal grains separated by grain boundaries).

【0014】例えば、SiO2 上にSi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Siとなり、それ以上の温度であれば粒径が数
百〜数千  の多結晶Siとなる。ただし、多結晶Si
の粒径は形成条件によって大きく変化する。
For example, when Si is formed on SiO2 by the CVD method, if the deposition temperature is about 600°C or less, it becomes amorphous Si, and if the temperature is higher than that, it becomes amorphous Si with a grain size of several hundred to several thousand. It becomes crystalline Si. However, polycrystalline Si
The particle size varies greatly depending on the formation conditions.

【0015】さらに、非晶質または多結晶膜をレーザや
棒状ヒータなどのエネルギービームによって溶融固化さ
せることで、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(Single−Cry
stal silicon on non−singl
e−crystalinsulators.  Jou
rnal of crystal Growth vo
l.63, No.3, October, 1983
 edit−ed by G.W.Cullen)。
Furthermore, by melting and solidifying an amorphous or polycrystalline film using an energy beam such as a laser or a rod-shaped heater, a polycrystalline thin film with large grain sizes on the order of microns or millimeters can be obtained (Single-Cry).
stal silicon on non-singl
e-crystallinsulators. Jou
rnal of crystal growth vo
l. 63, No. 3, October, 1983
edited by G. W. Cullen).

【0016】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Siでは〜0.1cm2/V・se
c 、数百  の粒径を有する多結晶Siでは1〜10
cm2 /V・sec 、溶融固化による大粒径の多結
晶Siでは単結晶Siの場合と同程度の易動度が得られ
ている。
When a transistor is formed on the thin film of each crystal structure formed in this way and the electron mobility is measured from its characteristics, it is ~0.1 cm2/V·se for amorphous Si.
c, 1 to 10 for polycrystalline Si with a grain size of several hundred
cm 2 /V·sec, polycrystalline Si with a large grain size obtained by melting and solidification has a mobility comparable to that of single-crystal Si.

【0017】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かる。
From these results, it can be seen that there is a large difference in electrical characteristics between an element formed in a single crystal region within a crystal grain and an element formed across a grain boundary.

【0018】すなわち、非晶質上の堆積膜は非晶質また
は多結晶構造となり、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、光電変換素子などに限られている
In other words, the deposited film on an amorphous layer has an amorphous or polycrystalline structure, and the performance of devices fabricated thereon is significantly inferior to that of devices fabricated on a single crystal layer. . Therefore, its applications are limited to simple switching elements, solar cells, photoelectric conversion elements, etc.

【0019】[0019]

【発明が解決しようとする課題】非晶質基体上に結晶層
を堆積する方法には、大別して2つある。
[Problems to be Solved by the Invention] There are roughly two methods for depositing a crystal layer on an amorphous substrate.

【0020】1つは、基体に単結晶(たとえば、Si)
を用い、その上に、非晶質絶縁物(たとえば、SiO2
 )を被覆し、この被覆の一部を除去して下地単結晶表
面を表出させ、そこを種結晶として、気相、固相、液相
の横方向エピタキシャル成長させることにより、非晶質
絶縁物層の上に単結晶領域を形成する方法である。
One is a single crystal (for example, Si) on the substrate.
on which an amorphous insulator (for example, SiO2
), a part of this coating is removed to expose the underlying single crystal surface, and this is used as a seed crystal for lateral epitaxial growth in the gas phase, solid phase, and liquid phase. A method of forming a single crystal region on a layer.

【0021】そして、もう一つは、下地基体に単結晶を
用いずに、直接基体上に結晶薄膜を成長させる方法であ
る。
The other method is to grow a crystal thin film directly on a substrate without using a single crystal as the underlying substrate.

【0022】前述したように、非晶質基体表面には、単
結晶の基体表面のような長距離秩序が存在せず、短距離
秩序のみ保持されている。従って、堆積されたままの薄
膜の構造は、よくて粒界の位置が無秩序な多結晶にしか
ならない。また、非晶質基体表面には長距離秩序がない
ばかりか、結晶方位(基体法線方向および面内方位)を
規定する異方性が存在しないため、その上層の結晶方位
の制御は不可能であった。
As described above, the surface of an amorphous substrate does not have long-range order unlike the surface of a single crystal substrate, and only short-range order is maintained. Therefore, the structure of the as-deposited thin film is, at best, polycrystalline with disordered grain boundary positions. In addition, not only is there no long-range order on the surface of an amorphous substrate, but there is also no anisotropy that determines the crystal orientation (substrate normal direction and in-plane orientation), so it is impossible to control the crystal orientation of the upper layer. Met.

【0023】すなわち、非晶質基体上の堆積層の問題点
は、要約すると粒界位置と結晶方位の制御に尽きる。
That is, the problems with deposited layers on amorphous substrates boil down to control of grain boundary positions and crystal orientation.

【0024】粒界位置の制御については、核形成位置を
人工的にあらかじめ規定することにより粒界位置を決定
できることが示されており(特開昭63−107016
号公報)、Sentaxy (Selective N
ucleation based Epitaxy)と
名付けられた(T.Yonehara, Y.Nish
igaki, H.Mizutani, S.Kond
oh, K.Yamagata, T.Noma an
d T.Ishikawa, Applied Phy
sics Letters vol.12, pp.1
231, 1988)。この技術は、SiO2 上にS
i3 N4 を局在させ、そこが核形成サイトとなり、
Siの単一の結晶が成長し、隣接するサイトより成長し
た結晶と衝突することにより粒界が形成され粒界位置が
決定されるものである。
Regarding the control of the grain boundary position, it has been shown that the grain boundary position can be determined by artificially predefining the nucleation position (Japanese Unexamined Patent Publication No. 107016/1983).
Sentaxy (Selective N
(T. Yonehara, Y. Nish)
igaki, H. Mizutani, S. Kond
oh, K. Yamagata, T. Noma an
dT. Ishikawa, Applied Phys.
sics Letters vol. 12, pp. 1
231, 1988). This technology uses S on SiO2.
i3 N4 is localized and becomes a nucleation site,
A single crystal of Si grows and collides with a crystal grown from an adjacent site, thereby forming a grain boundary and determining the position of the grain boundary.

【0025】また、上述の様な核形成位置に自発的に発
生する「核」を利用する代わりに、非単結晶性の「原種
子(primary seed)」なる材料を予め基体
上にパターニングしておき、この原種子の凝集現象を利
用することによって単結晶に変質させて、これを「種結
晶」とする技術が示された(特開平1−132117号
公報)。
Furthermore, instead of using the "nuclei" spontaneously generated at the nucleation position as described above, a non-single-crystal "primary seed" material is patterned on the substrate in advance. A technique has been disclosed in which the seed crystal is transformed into a single crystal by utilizing the agglomeration phenomenon of the original seed, and this is used as a "seed crystal" (Japanese Patent Application Laid-open No. 1-132117).

【0026】この技術において、結晶の面方位(基体と
垂直方向の結晶方位)は、核発生時または原種子の凝集
時に基体となる非晶質界面との界面エネルギー(int
erfaci−al energy )の安定化、表面
エネルギー(free surface energy
)の安定化、内部応力の緩和などの要因により決定され
る。しかし、この方法によっても完全に単一の方位を得
るのは非常に困難であり、主面方位の他に複数の方位が
混在してしまうことが多い。特に面内結晶方位は、核形
成面もしくは凝集面が非晶質であり異方性が存在しない
ので単一には決定されない。
In this technique, the plane orientation of the crystal (crystal orientation perpendicular to the substrate) is determined by the interfacial energy (int
Stabilization of surface energy (free surface energy)
) is determined by factors such as stabilization and relaxation of internal stress. However, even with this method, it is very difficult to obtain a completely single orientation, and a plurality of orientations in addition to the main surface orientation often coexist. In particular, the in-plane crystal orientation cannot be determined solely because the nucleation plane or agglomeration plane is amorphous and has no anisotropy.

【0027】一方、1978年、H.I.Smith 
は非晶質基体表面に凸凹による異方性をリソグラフィに
よって人工的に付与することによって、その上に堆積す
るKClの結晶方位を制御できることを初めて示し、G
raphoepitaxy と名付けた(H.I.Sm
ith and D.C.Flanders, App
lied Physics Letters vol.
32, pp.349, 1978) (H.I.Sm
ith、米国特許 4,333,792号) 。
On the other hand, in 1978, H. I. Smith
showed for the first time that the crystal orientation of KCl deposited on an amorphous substrate could be controlled by artificially imparting anisotropy due to unevenness to the surface of the amorphous substrate using lithography, and G.
raphoepitaxy (H.I.Sm
ith and D. C. Flanders, App
Lied Physics Letters vol.
32, pp. 349, 1978) (H.I.Sm
ith, U.S. Pat. No. 4,333,792).

【0028】その後、Ge薄膜の粒成長(T.Yone
hara, H.I.Smith, C.V.Thom
pson and J.E.Palmer, Appl
ied Physics Letters  vol.
45, pp.631, 1984 )、Snの初期成
長(L.S.Darken and D.H.Lown
dere, Applied Physics Let
ters vol.40, pp.954,  198
7) にも、基体表面の人工レリーフパターンがその結
晶方位に影響を与えることが確認された。
After that, the grain growth of the Ge thin film (T. Yone
hara, H. I. Smith, C. V. Thom
pson and J. E. Palmer, Appl.
ied Physics Letters vol.
45, pp. 631, 1984), initial growth of Sn (L.S. Darken and D.H. Lown
Dere, Applied Physics Let
ters vol. 40, pp. 954, 198
7), it was also confirmed that the artificial relief pattern on the substrate surface affected its crystal orientation.

【0029】しかし、Graphoepitaxy に
おいてKCl、Snはその堆積初期の分離された結晶個
々の方位について効果が見出されたものであり、連続し
た層についてはSiを堆積後レーザーアニールにより結
晶成長したもの(M.W.Geis, D.A.Fla
ndersand H.I.Smith, Appli
ed Physics Letters vol.35
, pp.71, 1979)とGeの固相成長(T.
Yonehara, H.I.Smith, C.V.
Thompson and J.E.Palmer, 
Applied PhysicsLetters vo
l.45, pp.631, 1984 )が報告され
ている。
However, in graphoepitaxy, KCl and Sn were found to be effective for the orientation of individual crystals separated at the initial stage of deposition, and for continuous layers, crystals were grown by laser annealing after depositing Si ( M. W. Geis, D. A. Fla.
ndersand H. I. Smith, Appli
ed Physics Letters vol. 35
, pp. 71, 1979) and solid-phase growth of Ge (T.
Yonehara, H. I. Smith, C. V.
Thompson and J. E. Palmer,
Applied Physics Letters vo
l. 45, pp. 631, 1984) has been reported.

【0030】このSi、Geの場合においても、方位は
ある程度制御されるもののモザイク状に結晶群が並び、
さらにその結晶同士には結晶方位がわずかに異る結晶と
の粒界が存在し、その位置は無秩序であり、大面積に均
一に単結晶を得るに至っていなかった。この理由は、個
々の結晶の三次元的結晶方位が完全には一致していない
ことに加えて、表面レリーフパターンでは、その核発生
位置が制御されていないことによる。
In the case of Si and Ge, although the orientation is controlled to some extent, the crystal groups are arranged in a mosaic pattern,
Furthermore, grain boundaries exist between the crystals and crystals having slightly different crystal orientations, and the positions of these grain boundaries are disordered, making it impossible to obtain a single crystal uniformly over a large area. This is because, in addition to the fact that the three-dimensional crystal orientations of individual crystals do not completely match, the position of nucleation is not controlled in the surface relief pattern.

【0031】本発明は、上述の従来技術の課題を解決す
るためになされたものであり、その目的は、主面方位の
他に複数の方位が混在することの無い単一の方位の単結
晶を、大面積に均一かつ簡易に形成できる方法を提供す
ることにある。
The present invention has been made to solve the problems of the prior art described above, and its purpose is to provide a single crystal with a single orientation in which there is no coexistence of multiple orientations other than the principal plane orientation. The object of the present invention is to provide a method that can uniformly and easily form a large area.

【0032】[0032]

【課題を解決するための手段】本発明は、基体上に単結
晶性の種結晶を配し、該種結晶を起点として単結晶を成
長させる結晶の形成方法において、底面および二つの側
面から成る三面が互いに垂直面として接する角部を少な
くとも有する凹部を該基体の表面に形成し、該角部に原
種子を該三面に接触するよう配し、該原種子に熱処理を
施すことによって単一に凝集させて単結晶性の種結晶を
形成し、該単結晶性の種結晶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の形成方法である。
[Means for Solving the Problems] The present invention provides a method for forming a crystal in which a single crystal seed crystal is placed on a substrate and a single crystal is grown from the seed crystal as a starting point. A concave portion having at least a corner where the three sides touch each other as perpendicular surfaces is formed on the surface of the substrate, an original seed is placed in the corner so as to be in contact with the three sides, and the original seed is heat-treated to form a single recess. This method of forming a crystal is characterized in that a single crystal seed crystal is agglomerated to form a single crystal seed crystal, and a single crystal is grown using the single crystal seed crystal as a starting point.

【0033】先に述べたように、凝集後の結晶の面方位
は、通常、結晶の表面エネルギーや基体との界面エネル
ギー等の最小化を駆動力として決まる。例えば、多結晶
SiをSiO2 上で凝集させると、Siの表面エネル
ギーは(111)面で最小となるので、面方位を(11
1)に揃えようとする力が生じる。一方、SiとSiO
2 との界面エネルギーは(100)が安定なので、(
100)に揃えようとする力が生じる。
As mentioned above, the plane orientation of the crystal after aggregation is usually determined by the driving force of minimizing the surface energy of the crystal, the interfacial energy with the substrate, etc. For example, when polycrystalline Si is agglomerated on SiO2, the surface energy of Si is minimum at the (111) plane, so the plane orientation is changed to the (111) plane.
A force is generated that tries to align with 1). On the other hand, Si and SiO
The interfacial energy with 2 is stable at (100), so (
100) is generated.

【0034】その他にも、多結晶Siそのものは、その
堆積温度にもよるが、概して(110)配向を有してい
るので、その初期状態の要因も加わってくる。この結果
、SiO2 上で凝集したSiは比較的(111)に強
く配向し、X線回折の反射強度によると(111)の約
1/2 〜1/3 の強度で(110)が存在する。そ
して、その他に(100)、(311)、(331)、
(422)等の微弱なピークが観測される。
In addition, since polycrystalline Si itself generally has a (110) orientation, although it depends on its deposition temperature, factors related to its initial state also come into play. As a result, the Si aggregated on SiO2 is relatively strongly oriented in (111), and according to the reflection intensity of X-ray diffraction, (110) exists with an intensity of about 1/2 to 1/3 of (111). In addition, (100), (311), (331),
(422) and other weak peaks are observed.

【0035】ここで(111)方位が支配的になる理由
は、凝集したSiは半球状の結晶となり、その表面積が
界面の面積に比べてかなり大きくなることや、方位を決
定する因子の中で表面エネルギーの安定化が最も強い要
因であることなどが考えられる。
The reason why the (111) orientation is dominant here is that the agglomerated Si becomes a hemispherical crystal whose surface area is considerably larger than the area of the interface, and that among the factors that determine the orientation, It is thought that stabilization of surface energy is the strongest factor.

【0036】先に述べた様な従来の方法、すなわち平坦
面上に原種子を配する方法では、凝集時において表面エ
ネルギーおよび界面エネルギー、その他の多くの因子が
影響を及ぼすので1つの方位を完全に制御することは極
めて困難であり、ましてや面内方位までも制御するのは
ほとんど不可能である。
[0036] In the conventional method as described above, that is, the method in which original seeds are placed on a flat surface, surface energy, interfacial energy, and many other factors affect the time of agglomeration, so one orientation cannot be completely fixed. It is extremely difficult to control the angle, and even more so, it is almost impossible to control the in-plane orientation.

【0037】一方、本発明の方法においては、従来の方
法におけるような平坦面上に位置する原種子を凝集させ
て種結晶を形成するのではなく、この原種子を、基体表
面の凹部の一角(底面と二つの側面とが互いに垂直面と
して交わっている角部)に配して凝集させるので、この
角部の三つの垂直面が凝集により形成される種結晶の安
定方位構造に等価な面として良好に作用する。すなわち
、界面エネルギーの安定化が凝集時の方位を決定する主
要因となり、面内方位をも制御できることとなる。また
、平面上に原種子を配した場合よりも原種子の露出面積
が小さいので、凝集時の表面エネルギーの安定化による
構造変化の影響を減少させるという作用をも奏する。 主にこの様な作用に因って、方位(面内も含む)の制御
が原種子の凝集という系の中で再現し、その結果単一の
方位の結晶を簡易かつ良好に形成できることとなる。
On the other hand, in the method of the present invention, instead of forming seed crystals by agglomerating original seeds located on a flat surface as in the conventional method, the original seeds are placed in one corner of the recess on the substrate surface. (the corner where the bottom surface and two side surfaces intersect each other as perpendicular planes) and agglomerate, so the three vertical planes of this corner are planes equivalent to the stable orientation structure of the seed crystal formed by agglomeration. It works well as a. In other words, stabilization of the interfacial energy is the main factor that determines the orientation during aggregation, and the in-plane orientation can also be controlled. Furthermore, since the exposed area of the original seeds is smaller than when the original seeds are arranged on a flat surface, it also has the effect of reducing the influence of structural changes due to stabilization of surface energy during aggregation. Mainly due to this kind of action, control of orientation (including in-plane) is reproduced in the system of aggregation of original seeds, and as a result, crystals with a single orientation can be formed easily and well. .

【0038】以下、図面を参照しつつ本発明を詳細に説
明する。
The present invention will be explained in detail below with reference to the drawings.

【0039】図1は、基体に形成する凹部(結晶成長領
域)とその凹部中に形成する原種子を例示する模式図で
ある。図2は、図1に例示した凹部および原種子の部分
断面図である。
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a recess (crystal growth region) formed in a substrate and an original seed formed in the recess. FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the recess and the original seed illustrated in FIG. 1.

【0040】この図1および図2に示す例においては、
原種子12は、凹部(結晶成長領域)11の側面13,
14と底面15に接するよう形成されている。本発明に
おいては、側面13,14、底面15の各面は互いに垂
直面として位置する必要がある。そして、この三つの面
13〜15が、先に述べたように凝集の際に良好に作用
するのである。
In the example shown in FIGS. 1 and 2,
The original seed 12 has a side surface 13 of the recess (crystal growth region) 11,
14 and the bottom surface 15. In the present invention, the side surfaces 13, 14 and the bottom surface 15 need to be located perpendicular to each other. These three surfaces 13 to 15 function well during aggregation as described above.

【0041】この面13〜15が互いに垂直面であると
は、厳密なる垂直のみでなく、実質的に垂直であること
をも含む意味である。例えば、通常のフォトリソグラフ
ィー工程やエッチング工程等で生じるパターンエッジの
「だれ」またはオーバーエッチングによる設計値からの
ずれなどにより、角度にして数度以内の誤差が生じても
本発明でいう垂直であり、この場合でも本発明の効果は
得られる。
The expression that the surfaces 13 to 15 are perpendicular to each other means not only strictly perpendicular but also substantially perpendicular. For example, even if an error within a few degrees occurs due to deviations from the design value due to pattern edge droop or over-etching that occurs in normal photolithography processes, etching processes, etc., it is not perpendicular in the sense of the present invention. , the effects of the present invention can be obtained even in this case.

【0042】仮に、面13〜15をほぼ完全に垂直な面
角度に形成したとしても、数多くの単結晶化した種結晶
の方位は数秒角のずれもなく特定方位になることはあり
得ない。したがって本発明においては、具体的に多くの
結晶領域においてそれぞれ素子を作製した際に、方位の
バラツキに起因する素子特性のバラツキが生じない程度
に垂直であれば良い。
Even if the planes 13 to 15 are formed with almost completely vertical plane angles, it is impossible for the orientations of many single crystal seed crystals to be in a specific orientation without a deviation of several arcseconds. Therefore, in the present invention, it is sufficient that the perpendicularity is perpendicular to such an extent that, when devices are specifically manufactured in many crystal regions, variations in device characteristics due to variations in orientation do not occur.

【0043】原種子12の形状は特に限定されない。た
だし、原種子12は図1に示す様に三つの面13〜15
に接触するよう配されているので、原種子12のその接
触部分は必然的に三つの垂直面となる。面13〜15と
接触していない部分の原種子12の形状については特に
限定されず、形成の容易な形状とすればよい。
[0043] The shape of the original seed 12 is not particularly limited. However, the original seed 12 has three sides 13 to 15 as shown in FIG.
Since the original seed 12 is arranged so as to be in contact with the original seed 12, the contact portions of the original seed 12 are necessarily three vertical planes. The shape of the portion of the original seed 12 that is not in contact with the surfaces 13 to 15 is not particularly limited, and may be any shape that is easy to form.

【0044】原種子12のサイズは、単一に凝集するに
充分微小であれば良い。図1に示すように原種子12が
直方体形状をとる場合には、その底面の2辺aおよびb
は、各々2μm以下であることが望ましく、1μm以下
であることが好ましく、0.5 μm程度が最適である
。このa、bが2μmを越えると、原種子12が単一体
でなく複数個に分断して凝集してしまう場合がある。こ
の様に複数個になった結晶は、単結晶を成長させるため
の種結晶には成り得ない。但し、原種子12が凝集時に
分断するかしないかは、原種子の厚さ(高さ)cの値に
よって大きく左右される。a又はbとcとのアスペクト
比(縦横比)が大きいと凝集の際に分断し易くなる。
The size of the original seeds 12 may be small enough to aggregate into a single seed. When the original seed 12 has a rectangular parallelepiped shape as shown in FIG.
is preferably 2 μm or less, preferably 1 μm or less, and optimally about 0.5 μm. If these a and b exceed 2 μm, the original seeds 12 may not be a single body but may be divided into a plurality of pieces and aggregated. Such a plurality of crystals cannot serve as a seed crystal for growing a single crystal. However, whether or not the original seeds 12 are divided during aggregation is largely influenced by the value of the thickness (height) c of the original seeds. If the aspect ratio between a or b and c is large, it will be easy to divide during aggregation.

【0045】また、aおよびbは 0.1μm以上であ
ることが望ましい。これらが 0.1μm未満になると
、底面積が極端に小さくなり、界面の安定化エネルギー
に起因する方位制御が困難になる傾向にある。また、通
常のフォトリソグラフィー装置を用いる場合は、0.1
 μm未満のパターニングは困難である。そして、必ず
しもa=bである必要はない。
[0045] Furthermore, it is desirable that a and b be 0.1 μm or more. When these are less than 0.1 μm, the base area becomes extremely small, and orientation control due to the stabilization energy of the interface tends to become difficult. In addition, when using a normal photolithography device, 0.1
Patterning smaller than μm is difficult. And it is not necessarily necessary that a=b.

【0046】原種子12の厚さ(高さ)cは、0.05
μm以上 0.5μm以下が望ましく、0.1 μm以
上 0.4μm以下が好ましい。このcの最適な値は、
aおよびbの大きさによって決まる。実際には、cの値
が小さい程、即ち原種子12が薄ければ薄い程凝集は容
易に起こる。しかし、cが 0.1μm以下になると、
先に述べた様に凝集の際に分断しないようにa、bの値
も小さくしなければならず、面内方位を制御するための
側面13〜15の影響が小さくなってしまう。また、一
般のフォトプロセスの適用も困難になる。また、cの値
が 0.5μmを越えると凝集が起こり難くなる傾向に
ある。
The thickness (height) c of the original seed 12 is 0.05
The thickness is preferably 0.1 μm or more and 0.4 μm or less, and preferably 0.1 μm or more and 0.4 μm or less. The optimal value of this c is
Determined by the sizes of a and b. In fact, the smaller the value of c, that is, the thinner the original seeds 12, the easier aggregation occurs. However, when c becomes 0.1 μm or less,
As mentioned above, the values of a and b must be made small so as not to break apart during aggregation, and the influence of the side surfaces 13 to 15 for controlling the in-plane orientation becomes small. Furthermore, it becomes difficult to apply a general photo process. Furthermore, when the value of c exceeds 0.5 μm, aggregation tends to be difficult to occur.

【0047】なお、原種子12の形状が直方体形状でな
い場合であっても、各面13〜15と直接接触する部位
については上述の値に準ずるサイズが好適値であり、こ
れを目安とすればよい。
[0047] Even if the shape of the original seed 12 is not a rectangular parallelepiped, the suitable size for the parts that come into direct contact with the surfaces 13 to 15 is similar to the above-mentioned values, and if this is used as a guide, good.

【0048】原種子12の材料としては、Si、Ge、
Sn等の半導体元素、Au、Ag、Cu、Pt、Pd等
の金属、合金、化合物、混合物など、従来より原種子の
材料として知られる各種材料が使用可能である。
Materials for the original seeds 12 include Si, Ge,
Various materials conventionally known as raw seed materials can be used, such as semiconductor elements such as Sn, metals such as Au, Ag, Cu, Pt, and Pd, alloys, compounds, and mixtures.

【0049】凹部11を有する基体10は、SiO2 
、SixNy 、SiONx 等の非晶質絶縁物など、
従来より結晶形成用の基体として知られる各種のものが
使用可能であり、基体全体または表面のみが核形成密度
の比較的小さい基体を用いた場合に有用であり、更に具
体的には、基体全体または表面のみが非晶質絶縁体から
成る基体を用いた場合に特に有用である。
The base 10 having the recess 11 is made of SiO2
, SixNy, SiONx and other amorphous insulators,
Various types of substrates conventionally known as substrates for crystal formation can be used, and it is useful when the entire substrate or only the surface has a relatively low nucleation density.More specifically, the entire substrate Alternatively, it is particularly useful when using a substrate whose only surface is made of an amorphous insulator.

【0050】次に、本発明の方法の各工程を図3を用い
て例示する。
Next, each step of the method of the present invention will be illustrated using FIG.

【0051】まず、図3(A) に示すように、基体3
0に結晶成長領域となる凹部31を形成する。凹部31
の面形状は、後に原種子を配する部分が所望の角部とし
てパターニングされればかまわないが、正方形または長
方形が好ましい。凹部31の深さは任意であるが、後に
成長する結晶の使用膜厚と同じ値にするとよい。この凹
部31の形成方法に特に限定は無いが、例えば、エッチ
ング液を用いた所謂ウェットエッチングよりも、RIE
(反応性イオンエッチング)等の方法の方が、凹部31
の側面33等が底面に対してより垂直となるので好まし
い。
First, as shown in FIG. 3(A), the base 3
A recess 31 that will become a crystal growth region is formed at 0. Recess 31
The shape of the surface may be square or rectangular as long as the portion where the original seeds will be placed later is patterned as a desired corner. Although the depth of the recess 31 is arbitrary, it is preferable to set it to the same value as the thickness of the crystal to be grown later. There is no particular limitation on the method for forming the recess 31, but for example, RIE is preferable to so-called wet etching using an etching solution.
(reactive ion etching) etc.
This is preferable because the side surfaces 33 and the like are more perpendicular to the bottom surface.

【0052】次いで図3(B) に示すように、原種子
の材料32’を堆積する。この材料としては先に述べた
ようにSi、Ge、Sn等を用いることができ、多結晶
であっても非晶質であってもかまわない。堆積膜厚等の
好適値は前述したとおりであるが、凹部31の深さより
も大きな値にならないようにする。この堆積方法には、
蒸着法、スパッタ法、CVD法等があるが、後の工程に
おいて凹部31の側面に原種子材料32が不必要に残存
するのは好ましくないので、却ってステップカバレージ
の悪い蒸着法やスパッタ法の方が好適である。
Next, as shown in FIG. 3(B), original seed material 32' is deposited. As described above, Si, Ge, Sn, etc. can be used as this material, and it does not matter if it is polycrystalline or amorphous. Suitable values for the deposited film thickness and the like are as described above, but the values should not be larger than the depth of the recess 31. This deposition method includes
There are vapor deposition methods, sputtering methods, CVD methods, etc., but since it is undesirable for the original seed material 32 to remain unnecessarily on the side surfaces of the recesses 31 in later steps, vapor deposition methods and sputtering methods with poor step coverage are preferable. is suitable.

【0053】次いで図3(C) に示すように、結晶成
長領域内の所望の角部に原種子32を残して他をエッチ
ングする。エッチングはRIEを使ったドライ法でも溶
液を使ったウェット法でもかまわない。原種子32のサ
イズ等の好適値は、先に図1を用いて述べたとおりであ
る。
Next, as shown in FIG. 3C, the original seeds 32 are left at desired corners in the crystal growth region, and the rest are etched. Etching may be performed by a dry method using RIE or by a wet method using a solution. Suitable values for the size and the like of the original seeds 32 are as described above using FIG. 1.

【0054】次いで図3(D) に示すように、原種子
32を水素雰囲気中で熱処理し、凝集を生起させると、
面方位、面内方位とも揃った単結晶性の種結晶36が形
成できる。熱処理の条件は原種子32の材料やその体積
にもよるが、原種子材料がSi、Ge等の半導体元素で
ある場合は、その温度は大抵700〜1100℃程度で
ある。また圧力は常圧でも良いが、減圧(数Torr〜
200Torr)で行なった方が凝集を生起させ易い。 また原種子32に不純物(リン、ヒ素、ホウ素等)を多
量にドープすると、凝集の開始する温度を下げる効果が
ある。
Next, as shown in FIG. 3(D), the original seeds 32 are heat-treated in a hydrogen atmosphere to cause aggregation.
A single-crystalline seed crystal 36 with uniform plane orientation and in-plane orientation can be formed. The conditions for heat treatment depend on the material of the original seed 32 and its volume, but when the original seed material is a semiconductor element such as Si or Ge, the temperature is usually about 700 to 1100°C. Also, the pressure may be normal pressure, but reduced pressure (several Torr to
200 Torr) is more likely to cause aggregation. Further, doping a large amount of impurities (phosphorus, arsenic, boron, etc.) into the original seeds 32 has the effect of lowering the temperature at which aggregation starts.

【0055】次いで図3(E) に示すように、種結晶
36を中心に、結晶37をCVD法等により選択成長さ
せる。例えば、CVD法によりSiの結晶を成長させる
ならば、SiH4 、Si2 H6 等のシラン系、S
iH2 Cl2 、SiHCl3 、SiCl4 等の
クロロシラン系、SiH2 F2 、SiF4 等のフ
ロロシラン系のソースガスを用いればよく、これとHC
l、HF等のエッチングガスをH2 希釈ガス中で混合
させて結晶成長を行なうことができる。CVD法におけ
る温度は800〜1200℃程度の範囲内で、また圧力
は数Torr〜200Torr程度の範囲内で行なえば
よい。成長は結晶成長領域の凹部31を完全に埋めつく
すまで行なうとよい。成長した結晶37は、単結晶特有
のファセットをもって成長する。この結晶37は、単結
晶特有のファセットをもって成長する。また、この様に
成長結晶37は、凹部31の大きさと形状によって容易
に決定できる。
Next, as shown in FIG. 3(E), a crystal 37 is selectively grown using the CVD method or the like, centering on the seed crystal 36. For example, if Si crystals are grown using the CVD method, silane-based materials such as SiH4, Si2 H6, S
It is sufficient to use a chlorosilane-based source gas such as iH2 Cl2, SiHCl3, SiCl4, or a fluorosilane-based source gas such as SiH2 F2, SiF4.
Crystal growth can be performed by mixing an etching gas such as H2, HF, etc. in a H2 diluent gas. The temperature in the CVD method may be within a range of approximately 800 to 1200°C, and the pressure may be within a range of approximately several Torr to 200 Torr. The growth is preferably carried out until the recess 31 in the crystal growth region is completely filled. The grown crystal 37 grows with facets unique to single crystals. This crystal 37 grows with facets unique to single crystals. Further, as described above, the growth crystal 37 can be easily determined by the size and shape of the recess 31.

【0056】次いで図3(F) に示すように、凹部3
1からはみ出た部分の結晶37を除去し、基体30と結
晶37とを平坦化すれば、この平坦面上に素子等を容易
かつ良好に形成でき、また回路化が容易であるので好ま
しい。
Next, as shown in FIG. 3(F), the recess 3
It is preferable to remove the portion of the crystal 37 that protrudes from the substrate 1 and flatten the base 30 and the crystal 37, because elements and the like can be easily and satisfactorily formed on this flat surface, and circuits can be easily formed.

【0057】この平坦化は、例えば選択研摩法により行
なう事が好ましい。選択研摩法には主に2種類方法があ
る。1つは、アルカリ系溶液を使ってSiとの化学反応
を起こしながら反応生成物を除去していく「メカノケミ
カル研摩」である(濱口、遠藤、応用物理学会誌;第5
6巻、第11号、1480頁その他)。もう1つは、機
械的研摩速度差を利用して、機械的研摩速度の大きい被
研摩物質(図3の結晶37に相当)のみをコロイダルシ
リカ等の砥粒で研摩し、機械的研摩速度の小さいストッ
パー面(図3の基体30に相当)で研摩を終了させる「
メカニカル研摩」である(特開平2−209730号等
)。これらのうち、結晶方位がランダムである場合は後
者のメカニカル研摩が有利であるが、本発明の結晶は方
位が揃っているので、どちらの方法を用いることができ
、この点からも本発明の方法は優れている。
[0057] This planarization is preferably performed by, for example, a selective polishing method. There are mainly two types of selective polishing methods. One is ``mechanochemical polishing,'' which removes reaction products while causing a chemical reaction with Si using an alkaline solution (Hamaguchi, Endo, Journal of the Japan Society of Applied Physics, Vol. 5).
Volume 6, No. 11, page 1480, etc.). The other method is to utilize the difference in mechanical polishing speed to polish only the material to be polished (corresponding to crystal 37 in Figure 3) with a high mechanical polishing speed with abrasive grains such as colloidal silica. Finish the polishing at a small stopper surface (corresponding to the base 30 in Figure 3).
"Mechanical polishing" (Japanese Unexamined Patent Publication No. 209730/1999). Of these, the latter mechanical polishing is advantageous when the crystal orientation is random, but since the crystals of the present invention have aligned orientations, either method can be used, and from this point of view, the present invention is advantageous. The method is excellent.

【0058】[0058]

【実施例】以下、本発明を実施例により更に詳細に説明
する。 実施例1 まず、図3(A) に示すように、4インチ溶融石英基
体30の表面に20×20μm2の正方形状をパターニ
ングした。そしてこの部分を深さ 0.4μmまでRI
Eによりエッチングし、結晶成長領域としての凹部31
を形成した。
[Examples] The present invention will be explained in more detail below with reference to Examples. Example 1 First, as shown in FIG. 3(A), a square shape of 20×20 μm 2 was patterned on the surface of a 4-inch fused silica substrate 30. Then, RI this part to a depth of 0.4 μm.
Etched by E to form a recess 31 as a crystal growth region.
was formed.

【0059】次いで図3(B) に示すように、LPC
VD法により多結晶Si(原種子の材料32’)を 0
.1μm堆積した。
Next, as shown in FIG. 3(B), LPC
0 polycrystalline Si (original seed material 32') by VD method
.. A thickness of 1 μm was deposited.

【0060】次いで図3(C) に示すように、凹部3
1の角部の1ケ所に、通常のフォトリソグラフィープロ
セスを用いて 1.0μm× 1.0μmの島状領域を
パターニングし、他の部分を HF : HNO3 :
 CH3COOH=1:40:40  の溶液によりエ
ッチングして、残された島状領域を原種子32とした。
Next, as shown in FIG. 3(C), the recess 3
A 1.0 μm x 1.0 μm island-like region was patterned at one corner of No. 1 using a normal photolithography process, and the other portions were patterned using HF:HNO3:
Etching was performed using a solution of CH3COOH=1:40:40, and the remaining island-like regions were used as original seeds 32.

【0061】次いで図3(D) に示すように、原種子
32を施した基体30を、水素雰囲気中、1050℃、
100Torrで3分間熱処理した。すると原種子32
は半球状に凝集し、その結晶性を多結晶から単結晶へ変
化させた。そしてこの凝集した単結晶36を「種結晶」
とした。
Next, as shown in FIG. 3(D), the substrate 30 on which the original seeds 32 were applied was heated at 1050° C. in a hydrogen atmosphere.
Heat treatment was performed at 100 Torr for 3 minutes. Then the original seed 32
aggregated into a hemispherical shape, and its crystallinity changed from polycrystalline to single crystalline. This aggregated single crystal 36 is then used as a “seed crystal”.
And so.

【0062】次いで図3(E) に示すように、凝集に
より形成された種結晶36を起点として、Si単結晶(
成長結晶37)を選択成長させた。成長の条件は、ソー
スガスとしてSiH2 Cl2 、エッチングガスとし
てHCl、キャリアガスとしてH2 をそれぞれ 0.
53 : 1.6 : 100 (l/min) の割
合で用い、これを混合ガスとして1030℃、100T
orrで55分間堆積した。その結果、Si単結晶(成
長結晶37)は種結晶36を施した角部の対角に達し、
更にその角部を越えて平面上にまで成長した。そして凹
部31内はSi単結晶(成長結晶37)によって完全に
埋めつくされた。
Next, as shown in FIG. 3(E), starting from the seed crystal 36 formed by aggregation, a Si single crystal (
Growth crystal 37) was selectively grown. The growth conditions were as follows: SiH2 Cl2 as a source gas, HCl as an etching gas, and H2 as a carrier gas.
53 : 1.6 : 100 (l/min), and this was used as a mixed gas at 1030°C and 100T.
orr for 55 minutes. As a result, the Si single crystal (grown crystal 37) reaches the corner diagonal to the corner where the seed crystal 36 is applied.
It also grew beyond the corner and onto a flat surface. The inside of the recess 31 was completely filled with Si single crystal (grown crystal 37).

【0063】次いで図3(F) に示すように、凹部3
1を越えて成長した結晶部を研摩により削り取り、平坦
なSi単結晶38を得た。この研摩は「メカニカルポリ
ッシング」によって選択的に行なった。この条件として
は、砥粒として平均粒径0.01μmのコロイダルシリ
カを用い、これを水に懸濁させたものを研摩剤とした。 一方、基体上には研摩布を敷き、研摩剤を少量ずつ注入
しながら、成長結晶37を研摩布と摩擦させ研摩した。 このときの圧力は220g/cm2、温度は30〜40
℃だった。
Next, as shown in FIG. 3(F), the recess 3
The crystal portion that had grown beyond 1 was removed by polishing to obtain a flat Si single crystal 38. This polishing was selectively performed by "mechanical polishing". Under these conditions, colloidal silica having an average particle diameter of 0.01 μm was used as the abrasive grains, and a suspension of this in water was used as the abrasive. On the other hand, an abrasive cloth was placed on the substrate, and while an abrasive was injected little by little, the grown crystal 37 was rubbed against the abrasive cloth and polished. At this time, the pressure is 220g/cm2 and the temperature is 30-40
It was ℃.

【0064】この成長結晶37の研摩面が溶融石英基体
30の表面まで達すると、上記研摩条件に於ける石英、
即ちSiO2 の研摩速度がSiに比べ著しく小さいた
め、研摩終了を認知することができる。
When the polished surface of the grown crystal 37 reaches the surface of the fused silica substrate 30, the quartz under the above polishing conditions,
That is, since the polishing speed of SiO2 is significantly lower than that of Si, it is possible to recognize the completion of polishing.

【0065】以上の様にして結晶成長領域を複数個形成
し、結晶成長及び研摩を行なうことで、各結晶間で面方
位、面内方位とも方位制御され、かつ基体全面に亘って
平坦なSOI結晶群が得られた。
By forming a plurality of crystal growth regions as described above, and performing crystal growth and polishing, an SOI can be formed in which both the in-plane and in-plane orientations are controlled between each crystal, and which is flat over the entire surface of the substrate. A crystal group was obtained.

【0066】得られた結晶は基体と垂直方向に(100
)に配向しており、X線回折で測定したところ、他の方
位は観察できなかった。また、面内方位に関してはEC
P(Electron Channeling Pat
tern )で解析したところ、結晶成長領域凹部の辺
に沿って(100)等価方向に対して±12°以内に揃
っていた。 実施例2 まず、図3(A) に示すように、4インチSiウェハ
の表面を1μm酸化したものを基体30として用い、そ
の酸化表面に、縦15μm、横4μmの長方形状をパタ
ーニングした。そしてこの部分を深さ 0.3μmまで
RIEによりエッチングし、結晶成長領域としての凹部
31を形成した。
The obtained crystal is oriented perpendicularly to the substrate (100
), and when measured by X-ray diffraction, no other orientation could be observed. Also, regarding the in-plane direction, EC
P (Electron Channeling Pat
tern), it was found that the crystal growth regions were aligned within ±12° with respect to the (100) equivalent direction along the sides of the concave portions. Example 2 First, as shown in FIG. 3A, a 4-inch Si wafer whose surface was oxidized to 1 μm was used as the base 30, and a rectangular shape of 15 μm in length and 4 μm in width was patterned on the oxidized surface. This portion was then etched by RIE to a depth of 0.3 μm to form a recess 31 as a crystal growth region.

【0067】次いで図3(B) に示すように、EB蒸
着法によりGe膜(原種子の材料32’)を 0.2μ
m堆積した。
Next, as shown in FIG. 3(B), a Ge film (original seed material 32') was deposited to a thickness of 0.2 μm by EB evaporation.
m deposited.

【0068】次いで図3(C) に示すように、凹部3
1の角部の1ケ所に、1.5 μmの正方形領域をパタ
ーニングし、他の部分をRIEによりエッチングして、
残された正方形状領域を原種子32とした。
Next, as shown in FIG. 3(C), the recess 3
A 1.5 μm square area was patterned at one corner of 1, and the other parts were etched by RIE.
The remaining square area was used as the original seed 32.

【0069】次いで図3(D) に示すように、Geの
原種子32を施した基体30を、水素雰囲気中、750
℃、80Torrで3分間熱処理することによって、原
種子32を凝集せしめ、単結晶Geの種結晶36を得た
Next, as shown in FIG. 3(D), the substrate 30 coated with the original Ge seeds 32 was heated for 750 min in a hydrogen atmosphere.
By heat-treating at 80 Torr for 3 minutes, the original seeds 32 were aggregated to obtain single-crystal Ge seed crystals 36.

【0070】次いで図3(E) に示すように、Geの
種結晶36を起点としてSi結晶(成長結晶37)を選
択的に気相より成長させ、約20μmの大きさにした。 このときの成長条件は・SiH2 Cl2 /HCl/
H2 =0.53/1.05/100、80Torr、
900℃、60分とした。
Next, as shown in FIG. 3E, a Si crystal (grown crystal 37) was selectively grown in the vapor phase using the Ge seed crystal 36 as a starting point to a size of about 20 μm. The growth conditions at this time are ・SiH2 Cl2 /HCl/
H2 =0.53/1.05/100, 80Torr,
The temperature was 900°C for 60 minutes.

【0071】次いで図3(F) に示すように、Si結
晶37を実施例1と同様の方法にて研摩し、平坦なSO
I結晶を得た。
Next, as shown in FIG. 3(F), the Si crystal 37 was polished in the same manner as in Example 1 to form a flat SO
I crystal was obtained.

【0072】得られた結晶は基体と垂直方向(100)
に配向しており、X線回折で測定したところ、他の方位
は観察できなかった。また、面内方位に関してはECP
で解析したところ、凹部の辺方向に沿った(100)等
価方向に対して±10°以内に揃っていた。
The obtained crystal is perpendicular to the substrate (100)
When measured by X-ray diffraction, no other orientation could be observed. Also, regarding the in-plane direction, ECP
When analyzed, it was found that they were aligned within ±10° with respect to the (100) equivalent direction along the side direction of the recess.

【0073】[0073]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の方法によ
れば、基体の凹部における角部の三つの垂直面が凝集に
より形成される種結晶の安定方位構造に等価な面として
良好に作用するので、主面方位の他に複数の方位が混在
することの無い単一の方位の単結晶を、大面積に均一か
つ簡易に形成することができる。
Effects of the Invention As explained above, according to the method of the present invention, the three perpendicular faces of the corners in the concave portion of the substrate act well as faces equivalent to the stable orientation structure of the seed crystal formed by agglomeration. Therefore, it is possible to uniformly and easily form a single crystal having a single orientation in which there is no coexistence of multiple orientations other than the principal plane orientation over a large area.

【0074】更には、本発明は溶融による種結晶形成法
に比べて低温で実施でき、かつ凝集と核成長を連続工程
で実施できるという利点を有する。
Furthermore, the present invention has the advantage that it can be carried out at a lower temperature than the seed crystal formation method by melting, and that aggregation and nucleus growth can be carried out in a continuous process.

【0075】本発明により得た単一方位の単結晶は電気
的特性等の諸特性に優れるので、電子素子、光素子、磁
気素子、圧電素子など種々の素子に良好に利用できる。
[0075] Since the unidirectional single crystal obtained by the present invention has excellent properties such as electrical properties, it can be favorably used in various devices such as electronic devices, optical devices, magnetic devices, and piezoelectric devices.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】基体に形成する凹部(結晶成長領域)とその凹
部中に形成する原種子を例示する模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a recess (crystal growth region) formed in a substrate and an original seed formed in the recess.

【図2】図1に例示した凹部および原種子の部分断面図
である。
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the recess and the original seed illustrated in FIG. 1;

【図3】本発明の方法の各工程を例示する模式的部分断
面図である。
FIG. 3 is a schematic partial cross-sectional view illustrating each step of the method of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10    基体 11    凹部(結晶成長領域) 12    原種子 13    凹部側面 14    凹部側面 15    凹部底面 30    基体 31    凹部(結晶成長領域) 32    原種子 32’  原種子の材料 33    凹部側面 35    凹部底面 36    凝集した単結晶性種結晶 37    成長結晶 10 Base 11 Concavity (crystal growth region) 12 Original seeds 13   Concave side surface 14   Concave side surface 15 Bottom of recess 30 Base 31 Concavity (crystal growth region) 32 Original seeds 32' Original seed material 33   Concave side surface 35 Bottom of recess 36 Agglomerated single crystal seed crystal 37 Growing crystal

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  基体上に単結晶性の種結晶を配し、該
種結晶を起点として単結晶を成長させる結晶の形成方法
において、底面および二つの側面から成る三面が互いに
垂直面として接する角部を少なくとも有する凹部を該基
体の表面に形成し、該角部に原種子を該三面に接触する
よう配し、該原種子に熱処理を施すことによって単一に
凝集させて単結晶性の種結晶を形成し、該単結晶性の種
結晶を起点として単結晶を成長させることを特徴とする
結晶の形成方法。
Claim 1: In a method of forming a crystal in which a single crystal seed crystal is placed on a substrate and a single crystal is grown from the seed crystal as a starting point, an angle where three faces consisting of a bottom face and two side faces touch each other as perpendicular faces. A concave portion having at least a portion is formed on the surface of the substrate, an original seed is placed at the corner so as to be in contact with the three sides, and the original seed is heat-treated to aggregate into a single crystalline seed. A method for forming a crystal, comprising forming a crystal and growing the single crystal using the single crystal seed crystal as a starting point.
【請求項2】  基体は、少なくとも核形成密度の小さ
い表面を有する請求項1に記載の結晶の形成方法。
2. The method for forming a crystal according to claim 1, wherein the substrate has at least a surface with a low nucleation density.
【請求項3】  基体は、少なくとも非晶質絶縁体から
成る表面を有する請求項2に記載の結晶の形成方法。
3. The method for forming a crystal according to claim 2, wherein the substrate has a surface made of at least an amorphous insulator.
【請求項4】  熱処理の温度は、原種子の融点以下で
ある請求項1〜3の何れかに記載の結晶の形成方法。
4. The method for forming crystals according to claim 1, wherein the temperature of the heat treatment is below the melting point of the original seed.
【請求項5】  熱処理は、水素雰囲気中で行なう請求
項1〜4の何れかに記載の結晶の形成方法。
5. The method for forming a crystal according to claim 1, wherein the heat treatment is performed in a hydrogen atmosphere.
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CA002055400A CA2055400C (en) 1990-11-15 1991-11-14 Method of forming crystal
DE69126949T DE69126949T2 (en) 1990-11-15 1991-11-14 Process for producing a single-crystal layer
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