JPH05129200A - 半導体膜の製造方法 - Google Patents
半導体膜の製造方法Info
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- JPH05129200A JPH05129200A JP3289886A JP28988691A JPH05129200A JP H05129200 A JPH05129200 A JP H05129200A JP 3289886 A JP3289886 A JP 3289886A JP 28988691 A JP28988691 A JP 28988691A JP H05129200 A JPH05129200 A JP H05129200A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 絶縁基板の基板材料に制約をうけることなく
該絶縁基板上に単結晶半導体膜を形成する。 【構成】 非晶質Si薄膜3’の表面側から、結晶軸の
揃った単結晶Siウエハ4の突起4aによるシードを供
給し、このシードから固相成長させる。これにより、単
結晶Siウエハ4できまる所定の方位を有する単結晶S
i薄膜3が形成される。その後、2枚のウエハ1,4を
貼り合わせたまま酸化し、接触部に酸化膜5を形成し、
HF水溶液に浸漬することで該酸化膜5をエッチング除
去する。これにより、単結晶Si薄膜3が形成されたウ
エハ1とシード用単結晶Siウエハ4とが分離される。
該絶縁基板上に単結晶半導体膜を形成する。 【構成】 非晶質Si薄膜3’の表面側から、結晶軸の
揃った単結晶Siウエハ4の突起4aによるシードを供
給し、このシードから固相成長させる。これにより、単
結晶Siウエハ4できまる所定の方位を有する単結晶S
i薄膜3が形成される。その後、2枚のウエハ1,4を
貼り合わせたまま酸化し、接触部に酸化膜5を形成し、
HF水溶液に浸漬することで該酸化膜5をエッチング除
去する。これにより、単結晶Si薄膜3が形成されたウ
エハ1とシード用単結晶Siウエハ4とが分離される。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、SOI(Silicon On I
nsulator)構造における半導体薄膜,特に、単結晶半導
体薄膜の製造方法に関するものである。
nsulator)構造における半導体薄膜,特に、単結晶半導
体薄膜の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、SOI構造を実現する方法が
各種提案されている。代表的な製造方法として、絶縁基
板上に非晶質半導体を堆積後、低温(600℃前後)で
長時間熱処理をして、結晶化する方法がある(固相成長
法)。
各種提案されている。代表的な製造方法として、絶縁基
板上に非晶質半導体を堆積後、低温(600℃前後)で
長時間熱処理をして、結晶化する方法がある(固相成長
法)。
【0003】この場合、結晶成長時の核を持たない場合
には非晶質膜中にランダムに核が発生し、多結晶の膜と
なってしまうという問題がある。一方、絶縁基板を単結
晶基板と絶縁膜とで構成し、絶縁膜に設けた開口部を介
して下地の単結晶面をシードに用いて結晶成長させる方
法がある。この場合には下地基板の結晶性を継承した単
結晶膜を形成することができる。しかしながら、単結晶
シードからの成長距離には限界があるため周期的に下地
開口部を設けなければならず、有効なSOI領域が限定
されてしまう。また、下地シードを用いる必要性から基
板材料が限定されてしまうという問題点も有している。
には非晶質膜中にランダムに核が発生し、多結晶の膜と
なってしまうという問題がある。一方、絶縁基板を単結
晶基板と絶縁膜とで構成し、絶縁膜に設けた開口部を介
して下地の単結晶面をシードに用いて結晶成長させる方
法がある。この場合には下地基板の結晶性を継承した単
結晶膜を形成することができる。しかしながら、単結晶
シードからの成長距離には限界があるため周期的に下地
開口部を設けなければならず、有効なSOI領域が限定
されてしまう。また、下地シードを用いる必要性から基
板材料が限定されてしまうという問題点も有している。
【0004】また、絶縁基板上に所定の方位を有する結
晶のみを残し、これをシードとして結晶成長させる方法
(特開昭63−292617号公報参照)がある。この
方法によれば、絶縁基板の基板材料に制約をうけること
もなく、また形成するSOI領域の自由度も大きくする
ことが可能である。しかしながら、シードの位置制御は
不可能であり、また個々のシードにおいて軸方向は揃っ
ても、面内において結晶軸が回転することについては制
御できないという問題がある。
晶のみを残し、これをシードとして結晶成長させる方法
(特開昭63−292617号公報参照)がある。この
方法によれば、絶縁基板の基板材料に制約をうけること
もなく、また形成するSOI領域の自由度も大きくする
ことが可能である。しかしながら、シードの位置制御は
不可能であり、また個々のシードにおいて軸方向は揃っ
ても、面内において結晶軸が回転することについては制
御できないという問題がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記種々の問
題を鑑みてなされたものであり、絶縁基板の基板材料に
制約をうけることなく該絶縁基板上に単結晶半導体膜を
形成することができ、しかも、SOI素子のレイアウト
の自由度を向上して集積度を向上させ、単結晶膜の結晶
方位も制御することができる半導体薄膜の製造方法を提
供することを目的とする。
題を鑑みてなされたものであり、絶縁基板の基板材料に
制約をうけることなく該絶縁基板上に単結晶半導体膜を
形成することができ、しかも、SOI素子のレイアウト
の自由度を向上して集積度を向上させ、単結晶膜の結晶
方位も制御することができる半導体薄膜の製造方法を提
供することを目的とする。
【0006】
【発明の概要】あらかじめ表面に非晶質半導体膜を形成
した絶縁基板と、これとは別に表面が複数の突起形状と
なるように加工された単結晶半導体基板とを用意する。
そして非晶質半導体膜表面と突起形状を有する面とが対
向するように両基板を配置して接触させた後、これを熱
処理する。
した絶縁基板と、これとは別に表面が複数の突起形状と
なるように加工された単結晶半導体基板とを用意する。
そして非晶質半導体膜表面と突起形状を有する面とが対
向するように両基板を配置して接触させた後、これを熱
処理する。
【0007】このとき突起部と接触した非晶質半導体領
域では突起部をシードとしてこの結晶性を継承しながら
順次結晶成長していく。この複数ある突起部相互の位置
関係を制御しておけば、ランダムな核発生が起こる前に
固相成長した結晶同士が結合することになる。ここで、
突起部は単結晶であるためにその結晶方位は揃ってお
り、固相成長した結晶同士の結合面において粒界を形成
することはない。
域では突起部をシードとしてこの結晶性を継承しながら
順次結晶成長していく。この複数ある突起部相互の位置
関係を制御しておけば、ランダムな核発生が起こる前に
固相成長した結晶同士が結合することになる。ここで、
突起部は単結晶であるためにその結晶方位は揃ってお
り、固相成長した結晶同士の結合面において粒界を形成
することはない。
【0008】次に、これら接触状態にある両基板を互い
の接触点が酸化膜により分離するまで熱酸化する。そし
て、この酸化膜を介して貼り合せられた基板をエッチャ
ント中に浸漬することより該酸化膜をエッチング除去
し、単結晶化薄膜の形成された絶縁基板とシードとして
用いた単結晶半導体基板とを分離する。
の接触点が酸化膜により分離するまで熱酸化する。そし
て、この酸化膜を介して貼り合せられた基板をエッチャ
ント中に浸漬することより該酸化膜をエッチング除去
し、単結晶化薄膜の形成された絶縁基板とシードとして
用いた単結晶半導体基板とを分離する。
【0009】このように、位置制御され且つ結晶軸の完
全に揃ったシードを非晶質半導体膜の表面側から供給す
るようにしているため、このシードから固相成長を施す
ことにより絶縁基板の全面に所定の方位を有する単結晶
膜を形成することができる。また、下地からシードを供
給しないため、絶縁基板の材質も特に選ばない。
全に揃ったシードを非晶質半導体膜の表面側から供給す
るようにしているため、このシードから固相成長を施す
ことにより絶縁基板の全面に所定の方位を有する単結晶
膜を形成することができる。また、下地からシードを供
給しないため、絶縁基板の材質も特に選ばない。
【0010】従って本発明の製造方法によれば、絶縁基
板の基板材料に制約をうけることなく該絶縁基板上に単
結晶半導体膜を形成することができ、しかも、SOI素
子のレイアウトの自由度を向上して集積度を向上させ、
単結晶膜の結晶方位も制御することができるという優れ
た効果が奏される。
板の基板材料に制約をうけることなく該絶縁基板上に単
結晶半導体膜を形成することができ、しかも、SOI素
子のレイアウトの自由度を向上して集積度を向上させ、
単結晶膜の結晶方位も制御することができるという優れ
た効果が奏される。
【0011】
【実施例】以下,本発明を具体化した実施例を図面に従
って説明する。図1,図2は本発明第1実施例を適用し
たシリコン(Si)単結晶SOI薄膜の製造工程を説明
するのに供する図である。以下、図面を参照しつつ本実
施例の製造工程を説明する。
って説明する。図1,図2は本発明第1実施例を適用し
たシリコン(Si)単結晶SOI薄膜の製造工程を説明
するのに供する図である。以下、図面を参照しつつ本実
施例の製造工程を説明する。
【0012】まず、図1(a)に示すように、主表面が
(100)面,オリエンテーションフラットが<110
>軸方向であるような単結晶Siウエハ4表面にSiO
2 膜などのマスク材料6を形成し、該マスク材料6を公
知のフォトリソグラフィによりパターニングし、<11
0>方向に対して平行および垂直な辺を有する正方形状
のマスクパターンを形成する。そして、KOH水溶液等
によってSiウエハ4表面をエッチングする。
(100)面,オリエンテーションフラットが<110
>軸方向であるような単結晶Siウエハ4表面にSiO
2 膜などのマスク材料6を形成し、該マスク材料6を公
知のフォトリソグラフィによりパターニングし、<11
0>方向に対して平行および垂直な辺を有する正方形状
のマスクパターンを形成する。そして、KOH水溶液等
によってSiウエハ4表面をエッチングする。
【0013】この結果、図1(b)に示すように、結晶
面のエッチング速度の違いによって(111)面のみで
構成されるピラミッド状の突起4aをウエハ表面に形成
することができる。
面のエッチング速度の違いによって(111)面のみで
構成されるピラミッド状の突起4aをウエハ表面に形成
することができる。
【0014】また、別途用意したSiウエハ1の主表面
側全面に、SiO2等の絶縁膜2および非晶質Si薄膜
3’を順次堆積する。そして、このSiウエハ1とSi
ウエハ4とを各々HF等で表面の酸化膜を除去した後、
図2(a)に示すように、その非晶質Si薄膜3’を形
成した主表面側と突起4aを形成した主表面側とにおい
て対向させて突起4aにて接触させ、その後、熱処理を
行い、非晶質Si薄膜3’を結晶化させる。このとき突
起4aと接触した非晶質Si薄膜3’は、突起4aをシ
ードとしてこの結晶性を継承しながら順次結晶成長し、
単結晶Si薄膜3を形成する。
側全面に、SiO2等の絶縁膜2および非晶質Si薄膜
3’を順次堆積する。そして、このSiウエハ1とSi
ウエハ4とを各々HF等で表面の酸化膜を除去した後、
図2(a)に示すように、その非晶質Si薄膜3’を形
成した主表面側と突起4aを形成した主表面側とにおい
て対向させて突起4aにて接触させ、その後、熱処理を
行い、非晶質Si薄膜3’を結晶化させる。このとき突
起4aと接触した非晶質Si薄膜3’は、突起4aをシ
ードとしてこの結晶性を継承しながら順次結晶成長し、
単結晶Si薄膜3を形成する。
【0015】ここで、ピラミッド状の突起4aの相互の
位置関係を制御しておけば、ランダムな核発生が起こる
前に固相成長した結晶同士が結合することになる。この
突起4aの間隔は熱処理(600℃前後)における結晶
の成長距離によって設定できるものであるが、完全な単
結晶とするには5μm以下とするのが望ましい。また、
突起4aは単結晶であるためにその結晶方位は揃ってお
り、固相成長した結晶同士の結合面において粒界を形成
することはない。なお、熱処理時には非晶質Si薄膜
3’と突起4aとの接触を確実にするため、荷重をかけ
るようにするとよい。
位置関係を制御しておけば、ランダムな核発生が起こる
前に固相成長した結晶同士が結合することになる。この
突起4aの間隔は熱処理(600℃前後)における結晶
の成長距離によって設定できるものであるが、完全な単
結晶とするには5μm以下とするのが望ましい。また、
突起4aは単結晶であるためにその結晶方位は揃ってお
り、固相成長した結晶同士の結合面において粒界を形成
することはない。なお、熱処理時には非晶質Si薄膜
3’と突起4aとの接触を確実にするため、荷重をかけ
るようにするとよい。
【0016】次に、図2(b)に示すように、この2枚
のウエハ1,4を貼り合わせたまま酸化する。これによ
り突起4aの先端を介して接触する2枚のウエハ1,4
は、接触部に酸化膜5が介在することになる。
のウエハ1,4を貼り合わせたまま酸化する。これによ
り突起4aの先端を介して接触する2枚のウエハ1,4
は、接触部に酸化膜5が介在することになる。
【0017】次に、この貼り合せウエハをHF水溶液に
浸漬することで、上述の図2(b)の工程で形成された
酸化膜5はエッチング除去され、図2(c)に示すよう
に、2枚のウエハ1,4が分離される。
浸漬することで、上述の図2(b)の工程で形成された
酸化膜5はエッチング除去され、図2(c)に示すよう
に、2枚のウエハ1,4が分離される。
【0018】以上のように、本実施例の製造方法によれ
ば、非晶質Si薄膜3’の表面側から、結晶軸の揃った
単結晶Siウエハ4の突起4aによるシードを供給し、
このシードから固相成長するようにしているため、単結
晶Siウエハ4できまる所定の方位を有する単結晶Si
薄膜3を得ることができる。
ば、非晶質Si薄膜3’の表面側から、結晶軸の揃った
単結晶Siウエハ4の突起4aによるシードを供給し、
このシードから固相成長するようにしているため、単結
晶Siウエハ4できまる所定の方位を有する単結晶Si
薄膜3を得ることができる。
【0019】また、従来のように下地からシードを供給
するものではないため、絶縁基板の材質も特に選ばず、
例えばガラス基板でもよい。またシード形成時に従来構
成していた開口部に起因して発生する凹凸も低減でき、
平坦化も期待できる。
するものではないため、絶縁基板の材質も特に選ばず、
例えばガラス基板でもよい。またシード形成時に従来構
成していた開口部に起因して発生する凹凸も低減でき、
平坦化も期待できる。
【0020】なお、上記実施例では突起をピラミッド状
としてその先端を点状としたが、これを線状としても非
晶質Si薄膜3’との接触面積が小さければ分離酸化の
際に形成する酸化膜厚は薄くでき、接合部と非接合部で
のSi薄膜の差を小さくできる。
としてその先端を点状としたが、これを線状としても非
晶質Si薄膜3’との接触面積が小さければ分離酸化の
際に形成する酸化膜厚は薄くでき、接合部と非接合部で
のSi薄膜の差を小さくできる。
【0021】次に、図3,図4を用いて本発明の第2実
施例を説明する。まず、シードを供給する単結晶Siウ
エハ4の主表面にレジストを塗布し、電子ビーム露光に
より微細ドットパターンを形成する。その後、異方性ド
ライエッチングによりSiをエッチングして、図3に示
すように、突起4bを形成する。その後、図4(a)〜
(c)に示すように、上述の図2(a)〜(c)に示す
工程と同様にして、2枚のウエハ1,4を貼り合わせ、
熱処理して分離酸化を行い、HF水溶液によるウエハ分
離を行うことで、単結晶SOI薄膜3を形成した絶縁基
板を得ることができる。
施例を説明する。まず、シードを供給する単結晶Siウ
エハ4の主表面にレジストを塗布し、電子ビーム露光に
より微細ドットパターンを形成する。その後、異方性ド
ライエッチングによりSiをエッチングして、図3に示
すように、突起4bを形成する。その後、図4(a)〜
(c)に示すように、上述の図2(a)〜(c)に示す
工程と同様にして、2枚のウエハ1,4を貼り合わせ、
熱処理して分離酸化を行い、HF水溶液によるウエハ分
離を行うことで、単結晶SOI薄膜3を形成した絶縁基
板を得ることができる。
【0022】なお、上記第1実施例のようにアルカリ溶
液による異方性エッチングを用いて突起を形成する場合
には、マスクパターンサイズにバラツキがあるとピラミ
ッド状突起の高さがバラツクことがある。その場合、非
晶質Si薄膜との接触を行った時に部分的に接触しない
箇所ができることがある。しかしながら、本実施例では
ウエハの主表面を維持したまま突起4bを形成できるた
め、複数ある突起の高さを均一に揃えることができる。
ここで、本実施例では接触領域が面となるためこの面積
を極力低減する必要があるが、電子ビーム描画を用いる
ようにすれば線幅として数100A程度のパターンを加
工でき、後工程の分離酸化において酸化膜5により両基
板を良好に分離することができ、問題は起こらない。な
お、電子ビームのかわりにFIB装置をもちいて直接S
iウエハ4を加工するようにしてもよい。また、突起4
bの高さは酸化工程で酸素の供給の妨げにならないよ
う、数1000Å程度以上とすることが望ましい。
液による異方性エッチングを用いて突起を形成する場合
には、マスクパターンサイズにバラツキがあるとピラミ
ッド状突起の高さがバラツクことがある。その場合、非
晶質Si薄膜との接触を行った時に部分的に接触しない
箇所ができることがある。しかしながら、本実施例では
ウエハの主表面を維持したまま突起4bを形成できるた
め、複数ある突起の高さを均一に揃えることができる。
ここで、本実施例では接触領域が面となるためこの面積
を極力低減する必要があるが、電子ビーム描画を用いる
ようにすれば線幅として数100A程度のパターンを加
工でき、後工程の分離酸化において酸化膜5により両基
板を良好に分離することができ、問題は起こらない。な
お、電子ビームのかわりにFIB装置をもちいて直接S
iウエハ4を加工するようにしてもよい。また、突起4
bの高さは酸化工程で酸素の供給の妨げにならないよ
う、数1000Å程度以上とすることが望ましい。
【0023】図5および図6は本発明の第3実施例によ
る,シード用単結晶Siウエハ4の加工方法を説明する
図である。本実施例は単結晶Siの突起を陽極化成処理
によって形成するものである。図5に示すように、単結
晶Si基板4を用意し、単結晶Si基板4の裏面側にア
ルミ電極板7を配置し、単結晶Si基板4の表面が露出
するようにアルミ電極板7を保護用ワックス8で覆う。
そして、この単結晶Si基板4を濃度約25%のHF水
溶液12に浸し、白金電極9を対向配置する。そして、
単結晶Si基板4を陽極とし、白金電極9を陰極として
定電流源10から電流を流して、単結晶Si基板4の表
面を陽極化成処理する。
る,シード用単結晶Siウエハ4の加工方法を説明する
図である。本実施例は単結晶Siの突起を陽極化成処理
によって形成するものである。図5に示すように、単結
晶Si基板4を用意し、単結晶Si基板4の裏面側にア
ルミ電極板7を配置し、単結晶Si基板4の表面が露出
するようにアルミ電極板7を保護用ワックス8で覆う。
そして、この単結晶Si基板4を濃度約25%のHF水
溶液12に浸し、白金電極9を対向配置する。そして、
単結晶Si基板4を陽極とし、白金電極9を陰極として
定電流源10から電流を流して、単結晶Si基板4の表
面を陽極化成処理する。
【0024】これは、HF水溶液12中においてO2-と
OH- が単結晶Si基板4に引きつけられ、単結晶Si
基板4の表面においてO2-とOH- の電子が奪われ活性
な酸素が発生する。そして、この活性な酸素によりSi
O2 が単結晶Si基板4の表面に形成され、このSiO
2 がHF水溶液12にて溶解される。このようなメカニ
ズムのもとに陽極化成処理が進み、図6に示すように単
結晶Si基板4の表面において多孔質Si層4cが形成
される。この多孔質Si層4cは径が数nm程度の量子
細線よりなっている。なお、図5中、11は電流計であ
る。
OH- が単結晶Si基板4に引きつけられ、単結晶Si
基板4の表面においてO2-とOH- の電子が奪われ活性
な酸素が発生する。そして、この活性な酸素によりSi
O2 が単結晶Si基板4の表面に形成され、このSiO
2 がHF水溶液12にて溶解される。このようなメカニ
ズムのもとに陽極化成処理が進み、図6に示すように単
結晶Si基板4の表面において多孔質Si層4cが形成
される。この多孔質Si層4cは径が数nm程度の量子
細線よりなっている。なお、図5中、11は電流計であ
る。
【0025】本第3実施例によれば高価なEB露光装置
やFIB装置を用いなくても簡単に安価に微細突起を形
成できる。
やFIB装置を用いなくても簡単に安価に微細突起を形
成できる。
【図1】図(a),(b)は本発明第1実施例に使用す
る単結晶Si基板4の製造方法を説明するために供する
図である。
る単結晶Si基板4の製造方法を説明するために供する
図である。
【図2】図(a)〜(c)は本発明第1実施例の製造工
程順における断面図である。
程順における断面図である。
【図3】本発明第2実施例に使用する単結晶Si基板4
の製造方法を説明するために供する図である。
の製造方法を説明するために供する図である。
【図4】図(a)〜(c)は本発明第2実施例の製造工
程順における断面図である。
程順における断面図である。
【図5】本発明第3実施例に使用する単結晶Si基板4
の製造方法を説明するために供する図である。
の製造方法を説明するために供する図である。
【図6】本発明第3実施例に使用する単結晶Si基板4
の製造方法を説明するために供する図である。
の製造方法を説明するために供する図である。
1 Si基板 2 絶縁膜 3’ 非晶質Si薄膜 3 単結晶Si薄膜 4 単結晶Si基板 4a,4b,4c 突起 5 酸化膜
Claims (1)
- 【請求項1】 絶縁基板と、その表面に複数の突起が形
成された単結晶半導体基板とを用意し、前記絶縁基板上
に非晶質半導体膜を形成する工程と、 前記非晶質半導体膜表面に対向して前記単結晶半導体基
板を前記突起の形成された表面側において配置し、両者
を接触させる工程と、 前記非晶質半導体膜および前記単結晶半導体基板を熱処
理して単結晶半導体基板の突起先端部をシードとして前
記非晶質半導体膜を結晶化させる工程と、 該結晶化半導体膜と前記単結晶半導体基板の接する領域
が酸化物により完全分離するまで酸化する工程と、 該酸化物をエッチング除去することにより、前記結晶化
半導体膜の形成された絶縁基板と前記単結晶半導体基板
とを分離する工程とを含むことを特徴とする半導体膜の
製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3289886A JPH05129200A (ja) | 1991-11-06 | 1991-11-06 | 半導体膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3289886A JPH05129200A (ja) | 1991-11-06 | 1991-11-06 | 半導体膜の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05129200A true JPH05129200A (ja) | 1993-05-25 |
Family
ID=17749047
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3289886A Withdrawn JPH05129200A (ja) | 1991-11-06 | 1991-11-06 | 半導体膜の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05129200A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004260145A (ja) * | 2003-02-03 | 2004-09-16 | Mitsubishi Electric Corp | 結晶膜の製造方法 |
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