JPH06268157A - Composite functional element - Google Patents
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- JPH06268157A JPH06268157A JP5243393A JP5243393A JPH06268157A JP H06268157 A JPH06268157 A JP H06268157A JP 5243393 A JP5243393 A JP 5243393A JP 5243393 A JP5243393 A JP 5243393A JP H06268157 A JPH06268157 A JP H06268157A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路技術を
導入して、一つの基板上に異なる機能の素子を一体化さ
せた複合機能素子に関し、特に、ＭＭＩＣ（モノシリッ
クマイクロウェーブ集積回路）や、圧電素子や焦電素子
を利用したセンサと半導体制御部素子とを一体化した複
合機能素子に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a composite functional device in which semiconductor integrated circuit technology is introduced to integrate devices having different functions on one substrate, and more particularly to a MMIC (monolithic microwave integrated circuit) or The present invention relates to a composite function element in which a sensor using a piezoelectric element or a pyroelectric element and a semiconductor control element are integrated.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、複数の異なる素材により形成され
た機能の異なる素子を、高性能化、高集積化を目的に、
一つの基板上に形成した複合機能素子の開発が行われて
いる。2. Description of the Related Art In recent years, devices with different functions formed of a plurality of different materials have been used for the purpose of high performance and high integration.
Development of multi-functional devices formed on a single substrate is under way.
【０００３】この様な複合機能素子としては、ＳｎＯ2
の超微粒子膜をシリコン基板上に作製させ、ヒーターと
温度検出用のダイオードを同時に集積化したガスセンサ
が有る（寺田等：National Tect. Rept.,26.3, p457(19
80) ） ただ、現状では、シリコン基板上に一体化させ
る機能素子は、基板の面方向の影響をあまり受けない多
結晶膜の場合がほとんどである。As such a multi-functional element, SnO 2
There is a gas sensor in which the ultrafine particle film of the above is fabricated on a silicon substrate and a heater and a diode for temperature detection are integrated at the same time (Terada et al .: National Tect. Rept., 26.3, p457 (19
80)) However, at present, most of the functional elements integrated on a silicon substrate are polycrystalline films that are not so affected by the surface direction of the substrate.
【０００４】また、Ｃ軸配向膜のＡｌＮ膜を一体化させ
て、ＭＭＩＣを目指した複合機能素子としては、例え
ば、単結晶シリコン基板上に高周波増幅素子（または回
路）とその基板上の他の部分にＡｌＮなどの誘電体膜を
成膜し、表面弾性波フィルターを形成したものがある(T
osubouchi K;IEEETrans.Sonics.Ultrason Vol.32, No.
5,P634(1985))。Further, as a multi-functional device aiming at MMIC by integrating the AlN film of the C-axis orientation film, for example, a high frequency amplifying device (or circuit) on a single crystal silicon substrate and another on the substrate. There is a surface acoustic wave filter formed by forming a dielectric film such as AlN on the part (T
osubouchi K; IEEE Trans.Sonics.Ultrason Vol.32, No.
5, P634 (1985)).
【０００５】上述の複合機能素子では、高周波増幅素子
を基板である単結晶シリコンに作製しているため、高周
波増幅素子としての特性は十分であるとはいえない。高
周波増幅素子としては、シリコン基板に作製するよりも
ＧａＡｓなどの化合物半導体に作製する方が優れた特性
を得ることができることは周知である。In the above-mentioned multi-functional element, the high frequency amplifying element is made of the single crystal silicon which is the substrate, so that it cannot be said that the characteristics as the high frequency amplifying element are sufficient. It is well known that, as a high-frequency amplifying element, it is possible to obtain better characteristics when made of a compound semiconductor such as GaAs than when made of a silicon substrate.
【０００６】一つの基板、例えば単結晶シリコン基板上
に、異なる素材の素子作製用の膜を複数成膜するには数
々の問題がある。異なる素材の膜を結晶基板上に形成
し、その膜に素子を作製する場合には、でき得れば結晶
性のよいものを用いることが望まれる。そのために、単
結晶半導体基板上に形成される膜は、基板上に分子線エ
ピタキシー法やＲＦスパッタ法等によりヘテロエピタキ
シャル成長させることにより形成される。There are a number of problems in forming a plurality of films for producing elements of different materials on one substrate, for example, a single crystal silicon substrate. When films of different materials are formed on a crystal substrate and an element is formed on the films, it is desirable to use a film having good crystallinity if possible. Therefore, the film formed on the single crystal semiconductor substrate is formed by heteroepitaxial growth on the substrate by a molecular beam epitaxy method, an RF sputtering method, or the like.
【０００７】この異種素材の結晶成長（ヘテロ成長）
は、その結晶を構成している原子間の格子定数が互いに
近いもの程起こりやすいとされている。また、近年、結
晶の持つ面方位を適宜選択することにより結晶の格子定
数がそれ程近いものでない場合（ミスフィット）でも良
好なヘテロ成長が得られることがわかってきた。このミ
スフィットと結晶成長との関係はさだかではないが、ミ
スフィットがある場合には、結晶膜を成長させる基板の
面方位をそこに成長させる結晶膜が成長しやすいものに
選択しなければない。Crystal growth of this different material (hetero growth)
Is said to occur more easily when the lattice constants between the atoms that make up the crystal are closer to each other. Further, in recent years, it has been found that good hetero-growth can be obtained by appropriately selecting the plane orientation of the crystal even when the crystal lattice constants are not so close (misfit). The relationship between this misfit and crystal growth is not critical, but if there is a misfit, the plane orientation of the substrate on which the crystal film is grown must be selected so that the crystal film on which it grows can grow easily. .
【０００８】しかしながら、一つの基板上に２つ以上の
複数の膜を形成することは、複数の膜と基板との格子定
数がすべて近いものであるか、または格子定数がミスフ
ィットの場合には膜の成長しやすい面方位を選択しなけ
れば、形成された膜の結晶性のよいものを得ることは困
難である。そして、多くの場合、異なる半導体膜や誘電
体膜を一つの基板上に形成しようとする場合には、形成
させようとする膜の良好な結晶成長をする面方位がそれ
ぞれ異なる。このため、基板の面方位が、複数の膜のど
れか一方には適した面方位であっても、他の膜にとって
は良好な結晶性の膜を得ることができない。たとえ複数
の異なる膜を形成できたとしても、膜自体の結晶性が悪
く結晶欠陥などが多く発生するため、それらの膜の素材
単体によって素子を形成した場合と比較して素子として
の特性が十分発揮できないなどといった問題があった。However, when two or more films are formed on one substrate, the lattice constants of the films and the substrate are all close to each other, or when the lattice constants are misfit. It is difficult to obtain a formed film with good crystallinity unless a plane orientation in which the film grows easily is selected. In many cases, when different semiconductor films or dielectric films are to be formed on one substrate, the plane orientations in which the films to be formed have good crystal growth are different. Therefore, even if the plane orientation of the substrate is suitable for one of the plurality of films, it is not possible to obtain a film having good crystallinity for the other films. Even if a plurality of different films can be formed, the crystallinity of the film itself is poor and many crystal defects etc. occur, so the characteristics as an element are sufficient compared to the case where the element is formed by the material of those films alone. There was a problem that it could not be demonstrated.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の目的
は、一つの半導体基板上に、異なる機能の素子を作製
し、集積化を目指す場合に、その素子としての機能を十
分発揮させる素材の膜を成膜し、該膜にそれぞれ異なる
機能を持つ素子を作製した複合機能素子を提供すること
である。SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to manufacture a device having different functions on one semiconductor substrate, and to aim at integration, the material is made to fully exhibit its function. It is intended to provide a multi-functional device in which a film is formed and devices having different functions are formed on the film.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】上記諸目的は、一つの半
導体基板上に、面方位の異なる面が複数形成され、該複
数の面方位の異なる面に、それぞれ半導体膜または誘電
体膜の内少なくとも一つ、あるいはそれらを積層した膜
が成膜され、該成膜された膜にそれぞれ機能素子が作製
されていることを特徴とする複合機能素子によって達成
される。The above-described objects are to provide a plurality of planes having different plane orientations on one semiconductor substrate, and the plurality of planes having different plane orientations are respectively covered with a semiconductor film or a dielectric film. This is achieved by a composite functional element characterized in that at least one or a film in which they are laminated is formed, and a functional element is produced on each of the formed films.
【００１１】さらに本発明は、前記半導体基板が単結晶
シリコン基板であり、前記複数の面方位の異なる面のう
ち少なくとも一つの面が（１００）面または（１１０）
面で、他の面が（１１１）面であることを特徴とする複
合機能素子である。Further, in the present invention, the semiconductor substrate is a single crystal silicon substrate, and at least one of the plurality of planes having different plane orientations is a (100) plane or a (110) plane.
In terms of planes, the other plane is a (111) plane, which is a multifunction device.
【００１２】[0012]
【作用】本発明の複合機能素子は、基板上に、異なる面
方位の面を複数形成する。すなわち、そこに成膜させる
機能素子を作製するための半導体膜または誘電体膜の結
晶の格子定数に近い面を一つの基板上に露出することに
よって、それぞれの機能素子を作製するための結晶性の
良好な膜を一つの基板上に複数成膜したものである。In the multi-function device of the present invention, a plurality of planes having different plane orientations are formed on the substrate. That is, by exposing the surface close to the lattice constant of the crystal of the semiconductor film or the dielectric film for producing the functional element to be formed on one substrate, the crystallinity for producing each functional element Is formed by forming a plurality of excellent films on one substrate.
【００１３】これは、それぞれの機能素子を作製するた
めの半導体膜または誘電体膜が、最も結晶成長しやすい
面方位の面を一つの基板上に形成することにより、この
それぞれの面方位に成長しやすい膜を形成することによ
り、機能素子を作製するための膜を結晶性よく（結晶欠
陥が少なく）成膜することができるものである。このた
め、その膜に作製される機能素子の特性が、機能素子を
作製する膜の素材単体に作製したものと比較しても遜色
のない良好な素子特性のものである。This is because the semiconductor film or the dielectric film for producing each functional element grows in the respective plane orientations by forming the planes of the plane orientations in which crystal growth is most likely to occur on one substrate. By forming a film that is easy to form, a film for manufacturing a functional element can be formed with good crystallinity (with few crystal defects). For this reason, the characteristics of the functional element formed on the film are excellent and have excellent element characteristics comparable to those of the functional element on which the functional element is formed.
【００１４】このように本発明の複合機能素子は、素子
特性の良好な機能素子を複数一つの基板に収めた集積度
の高い複合機能素子である。As described above, the multi-function device of the present invention is a multi-function device having a high degree of integration in which a plurality of function devices having good device characteristics are housed in one substrate.
【００１５】[0015]
【実施例】以下、本発明を実施例により詳細に説明す
る。EXAMPLES The present invention will be described in detail below with reference to examples.
【００１６】本発明の複合機能素子は、基板として、例
えば単結晶シリコン基板やＧａＡｓ基板、ＧａＡｓＩｎ
基板、ＧａＰ基板等の化合物半導体基板を用いる。The multi-functional device of the present invention has a substrate, for example, a single crystal silicon substrate, a GaAs substrate, or GaAsIn.
A compound semiconductor substrate such as a substrate or a GaP substrate is used.
【００１７】本発明の複合機能素子では、まず、上記基
板上に異なる面方位の面を複数形成する。この複数の異
なる面方位の面は、例えば、単結晶シリコン基板の場合
には、基板表面の面方位が（１００）面または（１１
０）面のものを用いて、これに、（１１１）面を形成す
る。また、ＧａＡｓ基板の場合には、（００１）面のも
のを用いて（０１１）面を形成する。ＧａＡｓＩｎ基板
やＧａＰ基板等の場合もＧａＡｓ基板と同様に、（００
１）面と（０１１）面を形成する。In the multifunction device of the present invention, first, a plurality of planes having different plane orientations are formed on the substrate. For example, in the case of a single crystal silicon substrate, the plurality of planes having different plane orientations are (100) planes or (11) planes.
A (111) plane is formed on the (0) plane. In the case of a GaAs substrate, the (001) plane is used to form the (011) plane. In the case of a GaAsIn substrate, a GaP substrate, or the like, (00
The 1) plane and the (011) plane are formed.
【００１８】そして、これら面方位の異なる面に、それ
ぞれ半導体膜または誘電体膜を形成する。形成する半導
体膜としては、例えば単結晶シリコン、ＧａＡｓ、Ｇａ
ＡｓＩｎ膜等であり、また、形成する誘電体膜として
は、ＡｌＮ、ＺｎＯ、ＬｉＴａＯ3 、ＬｉＮｂＯ3 、Ｐ
ｂＴｉＯ3 、（ＰｂＬａ）（ＺｎＴｉ）Ｏ3 およびＺ
ｎＯ系、ＳｒＴｉＯ3 系等である。Then, a semiconductor film or a dielectric film is formed on each of the surfaces having different plane orientations. The semiconductor film to be formed is, for example, single crystal silicon, GaAs, Ga
An AsIn film or the like, and as a dielectric film to be formed, AlN, ZnO, LiTaO 3 , LiNbO 3 , P
bTiO 3 , (PbLa) (ZnTi) O 3 and Z
Examples include nO type and SrTiO 3 type.
【００１９】これら成膜した結晶膜に、それぞれその機
能として最適な素子を作製する。作製する素子として
は、例えばＧａＡｓ膜には、高周波増幅素子、超高速デ
バイス素子、さらには直接遷移を利用した発光素子など
であり、また、誘電体膜上に作製される機能素子として
は、表面弾性波フィルタ、誘電体メモリ、焦電センサ、
圧電センサおよび圧電アクチュエータ、光導波路素子等
である。An optimum element is prepared for each of the formed crystal films as its function. The elements to be produced include, for example, a high-frequency amplifier element, an ultra-high-speed device element, and a light-emitting element utilizing direct transition in a GaAs film, and a functional element produced on a dielectric film has a surface. Acoustic wave filter, dielectric memory, pyroelectric sensor,
Examples include piezoelectric sensors, piezoelectric actuators, optical waveguide devices, and the like.
【００２０】本発明の複合機能素子は、上記例示したよ
うな機能の素子を一つの基板上に良好な特性が得られる
ように作製したものである。The multi-functional element of the present invention is an element having the above-exemplified function, which is produced on one substrate so that good characteristics can be obtained.
【００２１】ここで、各機能素子を作製するための基板
の面方位とその面において最も良好な特性の得られる機
能素子の作製について説明する。Now, the plane orientation of the substrate for producing each functional element and the production of the functional element having the best characteristics in the plane will be described.
【００２２】まず、シリコン基板上を半導体膜を成膜
し、この半導体膜に素子を作製した場合について説明す
る。例えば半導体膜としてＧａＡｓ膜の場合には、その
電子移動度がシリコンの約６倍と高速であるため計算機
用のＩＣや高周波回路素子として好適に使用されるが、
これらをシリコン基板上に作製して集積化する場合、シ
リコン基板の上に、歪みを最小限に抑えて単結晶半導体
膜を成膜しなければならない。この時シリコン基板の面
方位としては、（１００）面上にエピタキシャル成長さ
せた場合が、他の面方位である（１１０）面や（１１
１）面に成膜した場合と比較して最も界面の歪みが小さ
くなり、半導体膜に導入される転位密度を最小に抑える
ことができ、素子を作製した時に優れた特性が得られ
る。First, a case where a semiconductor film is formed on a silicon substrate and an element is formed on this semiconductor film will be described. For example, in the case of a GaAs film as a semiconductor film, its electron mobility is about 6 times as high as that of silicon, so that it is suitable for use as a computer IC or high frequency circuit element.
When these are manufactured on a silicon substrate and integrated, a single crystal semiconductor film must be formed over the silicon substrate with minimum strain. At this time, as the plane orientation of the silicon substrate, when the epitaxial growth is performed on the (100) plane, the other plane orientations are the (110) plane and the (11) plane.
As compared with the case where the film is formed on the 1) surface, the strain at the interface is minimized, the dislocation density introduced into the semiconductor film can be suppressed to the minimum, and excellent characteristics can be obtained when the device is manufactured.
【００２３】次に、シリコン基板上に誘電体薄膜を成膜
した場合について説明する。例えば誘電体膜としてＡｌ
Ｎ膜は、表面弾性波素子を作製した場合、表面弾性波の
位相速度が５０００ｍ／ｓとダイヤモンドに次いで早
く、高周波対応の表面弾性波フィルタを作製するための
素材として期待されている。しかしそのためには、十分
な電気機械結合係数（Ｋ2 ）を持たせるために（電気機
械結合係数が小さいことは、電極を介しての伝幡ロスが
大きいことを意味し、フィルタ特性が不十分となる）、
Ｃ軸配向度を制御するか単結晶膜上に形成する必要があ
る。シリコン基板上にＡｌＮ膜のＣ軸配向膜を成膜して
調べた結果、（１００）面方位の場合にはｋ2 ＝０．０
２程度と小さく、（１１０）および（１１１）面方位の
場合にはｋ2 ＝０．００５程度となるため、（１１０）
または（１１１）面方位に成膜した方がより特性のよい
表面弾性波フィルタを作製できる。Next, the case where a dielectric thin film is formed on a silicon substrate will be described. For example, as a dielectric film, Al
When the surface acoustic wave device is manufactured, the N film has a phase velocity of the surface acoustic wave of 5000 m / s, which is second highest to that of diamond, and is expected as a material for manufacturing a high frequency compatible surface acoustic wave filter. However, for that purpose, in order to have a sufficient electromechanical coupling coefficient (K 2 ), a small electromechanical coupling coefficient means a large transmission loss through the electrodes, and the filter characteristics are insufficient. ,),
It is necessary to control the degree of C-axis orientation or to form it on a single crystal film. As a result of examining by forming a C-axis orientation film of an AlN film on a silicon substrate, k 2 = 0.0 in the case of (100) plane orientation.
It is as small as about 2, and in the case of (110) and (111) plane orientations, k 2 is about 0.005, so (110)
Alternatively, it is possible to manufacture a surface acoustic wave filter having better characteristics by forming a film in the (111) plane orientation.
【００２４】また、例えば誘電体膜としてＰｂＴｉＯ3
膜は優れた焦電、圧電特性を持ち、また、誘電体メモリ
素子として有望視されているので、シリコン基板上に他
の素子と一体化することにより、幅広い分野での応用が
可能となる。しかしながら、ＰｂＴｉＯ3 膜もＡｌＮ膜
同様に結晶性の良好な単結晶膜を得られなけば優れた特
性を発揮することはできない。シリコン基板上へＰｂＴ
ｉＯ3 膜を成膜する場合には、シリコン基板の（１１
１）面方位での原子配列は１．９２オングストロームでFurther, for example, PbTiO 3 is used as the dielectric film.
Since the film has excellent pyroelectric and piezoelectric properties and is considered as a promising dielectric memory device, it can be applied in a wide range of fields by integrating it with other devices on a silicon substrate. However, like the AlN film, the PbTiO 3 film cannot exhibit excellent characteristics unless a single crystal film having good crystallinity is obtained. PbT on silicon substrate
When forming an iO 3 film, (11
1) The atomic arrangement in the plane orientation is 1.92 angstrom.
【００２５】[0025]
【外１】 [Outer 1]
【００２６】１．９オングストロームの原子間隔をもつ
ＰｂＴｉＯ3 膜を成膜するのに適している。ところがシ
リコン基板の（１００）面方位では原子間隔が３．１３
８オングストロームとなり、良好なＰｂＴｉＯ3 膜を成
膜するには不適当である。It is suitable for forming a PbTiO 3 film having an atomic spacing of 1.9 Å. However, in the (100) plane orientation of the silicon substrate, the atomic spacing is 3.13.
It is 8 angstroms, which is not suitable for forming a good PbTiO 3 film.
【００２７】次に、本発明の複合機能素子の製造方法に
ついて、具体例を挙げて説明する。ここでは、一例とし
て、（１００）面方位の単結晶シリコン基板を用い、こ
の基板上に、（１１１）面を形成し、（１００）面上に
ＧａＡｓを成膜して、高周波増幅素子を形成し、（１１
１）面にＡｌＮを成膜して表面弾性波フィルターを形成
した複合機能素子として高周波回路素子を形成する製造
方法である。Next, a method for manufacturing the multi-functional device of the present invention will be described with reference to specific examples. Here, as an example, a single crystal silicon substrate having a (100) plane orientation is used, a (111) plane is formed on this substrate, and a GaAs film is formed on the (100) plane to form a high frequency amplification element. Then, (11
1) A manufacturing method of forming a high-frequency circuit element as a multi-functional element in which an AlN film is formed on the surface to form a surface acoustic wave filter.
【００２８】まず、（１００）単結晶シリコン基板１上
に、図１ａに示すように、マスク材２としてＳｉＯ2 ま
たはＳｉＮ等を成膜し、その一部を除去して、ＧａＡｓ
３を形成するためのシリコン面を露出する。First, as shown in FIG. 1a, SiO 2 or SiN or the like is formed as a mask material 2 on a (100) single crystal silicon substrate 1 and a part thereof is removed to form GaAs.
The silicon surface for forming 3 is exposed.
【００２９】次に、図１ｂに示すように、ＭＯＣＶＤ法
によりＧａＡｓ３をヘテロエピタキシャル成長させ、マ
スク材２を除去する。そして、形成したＧａＡｓ３に高
周波増幅素子を通常のＬＳＩ製造方法によって形成す
る。Next, as shown in FIG. 1b, GaAs3 is heteroepitaxially grown by the MOCVD method, and the mask material 2 is removed. Then, a high frequency amplifying element is formed on the formed GaAs 3 by a normal LSI manufacturing method.
【００３０】次に、図１ｃに示すように、ＧａＡｓ３に
形成した高周波増幅素子を保護するためのパシベーショ
ン膜４として、ＳｉＯ2 またはＳｉＮを成膜し、（１１
１）面を形成するための領域のパシベーション膜４を除
去する。Next, as shown in FIG. 1c, SiO 2 or SiN is formed as a passivation film 4 for protecting the high frequency amplification element formed on GaAs 3, and (11)
1) The passivation film 4 in the region for forming the surface is removed.
【００３１】次に、図１ｄに示すように、シリコン基板
１をＫＯＨ水溶液などの異方性エッチング液に浸漬する
ことにより、パシベーション膜４を除去したシリコン面
をエッチングすることにより、（１１１）面を露出す
る。このとき、ＫＯＨ水溶液等の異方性エッチング液を
用いることによりシリコン基板１は、（１１１）面方向
へのエッチングは進行しないため、（１１１）面が露出
した状態でエッチングはほぼ停止する。なお、異方性エ
ッチング液としては、ＫＯＨ水溶液以外に、例えばヒド
ラジン水溶液およびエチレンジアミンピロカテコール液
等を用いることもできる。Next, as shown in FIG. 1d, the silicon substrate 1 is dipped in an anisotropic etching solution such as a KOH aqueous solution to etch the silicon surface from which the passivation film 4 has been removed. To expose. At this time, since the silicon substrate 1 is not etched in the direction of the (111) plane by using an anisotropic etching solution such as a KOH aqueous solution, the etching is almost stopped with the (111) plane exposed. In addition to the KOH aqueous solution, for example, a hydrazine aqueous solution and an ethylenediaminepyrocatechol solution may be used as the anisotropic etching solution.
【００３２】次に、図１ｅに示すように、露出させた
（１１１）面にスパッタ法などによりＡｌＮ５のＣ軸配
向膜を成膜し、これにＡｌ等を成膜して、くし形にパタ
ーニングし、表面弾性波フィルタを作製する。また、必
要に応じて、ＡｌＮ膜を成膜する前に、Ａｌ2 Ｏ3 のエ
ピタキシャル成長膜を介してＡｌＮ単結晶膜を成膜し、
表面弾性波フィルタを作製してもよい。そして、基板上
に形成されたＧａＡｓ３による高周波増幅素子に配線す
るために、パシベーション膜４の配線に必要な部分を開
口し、高周波増幅素子および表面弾性波素子に所定の配
線を行って、複合機能素子である高周波回路素子が完成
する。Next, as shown in FIG. 1e, a C-axis alignment film of AlN5 is formed on the exposed (111) surface by a sputtering method or the like, and then Al or the like is formed thereon and patterned into a comb shape. Then, a surface acoustic wave filter is manufactured. Further, if necessary, before forming the AlN film, an AlN single crystal film is formed through an Al 2 O 3 epitaxial growth film,
A surface acoustic wave filter may be produced. Then, in order to connect to the high frequency amplifying element made of GaAs 3 formed on the substrate, a portion of the passivation film 4 required for the wiring is opened, and a predetermined wiring is provided to the high frequency amplifying element and the surface acoustic wave element to perform a complex function. A high-frequency circuit element, which is an element, is completed.
【００３３】以上説明した複合機能素子の製造方法で
は、（１００）面方位の単結晶シリコン基板上に、異方
性エッチング液により（１１１）面方位を形成したが、
単結晶シリコン基板を基板として用いた場合には、この
他に、ｎ型の単結晶シリコン基板に所望する面方位が露
出するように、単結晶シリコン基板内に、ｐ型層を設
け、基板のｎとｐ型層によるｐｎ接合をシリコン基板内
に形成し、この基板に−１Ｖ以上の電圧を掛けながらＫ
ＯＨ水溶液に浸漬することにより、電気化学的方法によ
って、ｐ型層部分のみをエッチングすることにより、所
望の面方位を形成することも可能である。また、エッチ
ング速度を制御して、他の面方位を得るためには、Ｂ
（ホウ素）を斜めにイオン注入し、歪みをシリコン基板
内に発生させ、歪みのある部分とない部分でのエッチン
グ速度の差を利用することによっても可能である。In the method of manufacturing a multifunctional device described above, a (111) plane orientation is formed on a single crystal silicon substrate having a (100) plane orientation by an anisotropic etching solution.
When a single crystal silicon substrate is used as the substrate, in addition to this, a p-type layer is provided in the single crystal silicon substrate so that a desired plane orientation is exposed in the n-type single crystal silicon substrate. A pn junction composed of n and p-type layers is formed in a silicon substrate, and K is applied to the substrate while applying a voltage of -1V or more.
It is also possible to form a desired plane orientation by immersing it in an OH aqueous solution and etching only the p-type layer portion by an electrochemical method. Further, in order to control the etching rate and obtain another plane orientation, B
It is also possible to obliquely ion-implant (boron), generate strain in the silicon substrate, and utilize the difference in etching rate between the strained portion and the strained portion.
【００３４】また、上述した複合機能素子の製造方法で
は、（１００）面方位の単結晶シリコン基板１にＧａＡ
ｓ３を形成し、シリコン基板上に（１１１）面方位を露
出させ、ＡｌＮ５を形成したものであるが、本発明の複
合機能素子は、これに限定されるものではなく、シリコ
ン基板を用いた場合には、シリコン基板に直接シリコン
による半導体素子または回路を形成し、シリコン基板上
に機能素子として好適なシリコン面を露出させて半導体
膜や誘電体膜を形成することにより複合機能素子を作製
してもよい。Further, in the above-described method for manufacturing a multi-functional device, GaA is formed on the single crystal silicon substrate 1 having the (100) plane orientation.
s3 is formed, the (111) plane orientation is exposed on the silicon substrate, and AlN5 is formed. However, the multi-functional device of the present invention is not limited to this, and when a silicon substrate is used. , A semiconductor device or circuit made of silicon is directly formed on a silicon substrate, and a silicon film suitable for a functional device is exposed on the silicon substrate to form a semiconductor film or a dielectric film to form a composite functional device. Good.
【００３５】さらに、本発明の複合機能素子は、半導体
基板として、単結晶シリコン基板を用いる場合に限定さ
せるものではなく、前述したように、例えば、ＧａＡｓ
基板に（００１）面と（０１１）面を形成し、（００
１）面にはさらにＧａＡｓ系膜を成膜して発光素子など
を作製し、（０１１）面にはＬｉＮＢＯ3 膜等を成膜し
て導波路素子を作製し、モノシリックＯＥＩＣ素子を得
るなども可能である。Further, the multi-functional device of the present invention is not limited to the case where a single crystal silicon substrate is used as a semiconductor substrate, and as described above, for example, GaAs.
A (001) plane and a (011) plane are formed on the substrate, and (00
For example, a GaAs-based film is further formed on the 1) plane to form a light emitting element, and a LiNBO 3 film is formed on the (011) plane to form a waveguide element to obtain a monolithic OEIC element. It is possible.
【００３６】[0036]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の複合機能
素子は、一つの半導体基板上に形成される複数の機能素
子を、その素子としての特性が十分発揮することのでき
る素材を、一つの基板上に形成した面方位のことなる面
に形成することにより、各素子としての性能を十分発揮
させることが可能となり、これまで、単一基板上では実
現し得なかったような組み合わせの素子同士を一つの半
導体基板上に形成することができる。これにより、それ
ぞれの素子を単体で用いる場合と比較して、高度に素子
の集積化を行うことができ、より信頼性の高い装置を構
成することが可能となる。As described above, the composite functional element of the present invention is made of a material capable of sufficiently exhibiting the characteristics of a plurality of functional elements formed on one semiconductor substrate. By forming the elements on different planes formed on one substrate, it is possible to fully demonstrate the performance of each element, and the combination of elements that could not be realized on a single substrate up to now. They can be formed on one semiconductor substrate. As a result, compared to the case where each element is used alone, the elements can be highly integrated, and a device with higher reliability can be configured.
【図１】 本発明の複合機能素子の製造方法を説明する
ための断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining a method for manufacturing a multifunctional device according to the present invention.
１…基板、 ２…マス
ク材、３…ＧａＡｓ、 ４
…パシベーション膜、５…ＡｌＮ。1 ... Substrate, 2 ... Mask material, 3 ... GaAs, 4
... passivation film, 5 ... AlN.
─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成５年４月１６日[Submission date] April 16, 1993
【手続補正１】[Procedure Amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００１８[Correction target item name] 0018
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【００１８】そして、これら面方位の異なる面に、それ
ぞれ半導体膜または誘電体膜を形成する。形成する半導
体膜としては、例えば単結晶シリコン、ＧａＡｓ、Ｇａ
ＡｓＩｎ膜等であり、また、形成する誘電体膜として
は、ＡｌＮ、ＺｎＯ、ＬｉＴａＯ3 、ＬｉＮｂＯ3 、Ｐ
ｂＴｉＯ3 、（ＰｂＬａ）（ＺｒＴｉ）Ｏ3 およびＺｎ
Ｏ系、ＳｒＴｉＯ3 系等である。Then, a semiconductor film or a dielectric film is formed on each of the surfaces having different plane orientations. The semiconductor film to be formed is, for example, single crystal silicon, GaAs, Ga
An AsIn film or the like, and as a dielectric film to be formed, AlN, ZnO, LiTaO 3 , LiNbO 3 , P
bTiO 3, (PbLa) (Z r Ti) O 3 and Zn
O-based, SrTiO 3 based, etc.
【手続補正２】[Procedure Amendment 2]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００２２[Name of item to be corrected] 0022
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【００２２】まず、シリコン基板上に半導体膜を成膜
し、この半導体膜に素子を作製した場合について説明す
る。例えば半導体膜としてＧａＡｓ膜の場合には、その
電子移動度がシリコンの約６倍と高速であるため計算機
用のＩＣや高周波回路素子として好適に使用されるが、
これらをシリコン基板上に作製して集積化する場合、シ
リコン基板の上に、歪みを最小限に抑えて単結晶半導体
膜を成膜しなければならない。この時シリコン基板の面
方位としては、（１００）面上にエピタキシャル成長さ
せた場合が、他の面方位である（１１０）面や（１１
１）面に成膜した場合と比較して最も界面の歪みが小さ
くなり、半導体膜に導入される転位密度を最小に抑える
ことができ、素子を作製した時に優れた特性が得られ
る。[0022] First, a semiconductor film is formed on a silicon substrate will be described for the case of manufacturing a device in the semiconductor film. For example, in the case of a GaAs film as a semiconductor film, its electron mobility is about 6 times as high as that of silicon, so that it is suitable for use as a computer IC or high frequency circuit element.
When these are manufactured on a silicon substrate and integrated, a single crystal semiconductor film must be formed over the silicon substrate with minimum strain. At this time, as the plane orientation of the silicon substrate, when the epitaxial growth is performed on the (100) plane, the other plane orientations are the (110) plane and the (11) plane.
As compared with the case where the film is formed on the 1) surface, the strain at the interface is minimized, the dislocation density introduced into the semiconductor film can be suppressed to the minimum, and excellent characteristics can be obtained when the device is manufactured.
【手続補正３】[Procedure 3]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００２３[Name of item to be corrected] 0023
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【００２３】次に、シリコン基板上に誘電体薄膜を成膜
した場合について説明する。例えば誘電体膜としてＡｌ
Ｎ膜は、表面弾性波素子を作製した場合、表面弾性波の
位相速度が５０００ｍ／ｓとダイヤモンドに次いで早
く、高周波対応の表面弾性波フィルタを作製するための
素材として期待されている。しかしそのためには、十分
な電気機械結合係数（Ｋ2 ）を持たせるために（電気機
械結合係数が小さいことは、電極を介しての伝幡ロスが
大きいことを意味し、フィルタ特性が不十分となる）、
Ｃ軸配向度を制御するか単結晶質的に形成する必要があ
る。シリコン基板上にＡｌＮ膜のＣ軸配向膜を成膜して
調べた結果、（１００）面方位の場合にはｋ2 ＝０．０
２程度と小さく、（１１０）および（１１１）面方位の
場合にはｋ2 ＝０．００５程度となるため、（１１０）
または（１１１）面方位に成膜した方がより特性のよい
表面弾性波フィルタを作製できる。Next, the case where a dielectric thin film is formed on a silicon substrate will be described. For example, as a dielectric film, Al
When the surface acoustic wave device is manufactured, the N film has a phase velocity of the surface acoustic wave of 5000 m / s, which is second highest to that of diamond, and is expected as a material for manufacturing a high frequency compatible surface acoustic wave filter. However, for that purpose, in order to have a sufficient electromechanical coupling coefficient (K 2 ), a small electromechanical coupling coefficient means a large transmission loss through the electrodes, and the filter characteristics are insufficient. ,),
It is necessary to C-axis orientation degree control whether monocrystalline qualitatively formation. As a result of examining by forming a C-axis orientation film of an AlN film on a silicon substrate, k 2 = 0.0 in the case of (100) plane orientation.
It is as small as about 2, and in the case of (110) and (111) plane orientations, k 2 is about 0.005, so (110)
Alternatively, it is possible to manufacture a surface acoustic wave filter having better characteristics by forming a film in the (111) plane orientation.
【手続補正４】[Procedure amendment 4]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００２４[Name of item to be corrected] 0024
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【００２４】また、例えば誘電体膜としてＰｂＴｉＯ3
膜は優れた焦電、圧電特性を持ち、また、誘電体メモリ
素子として有望視されているので、シリコン基板上に他
の素子と一体化することにより、幅広い分野での応用が
可能となる。しかしながら、ＰｂＴｉＯ3 膜もＡｌＮ膜
同様に結晶性の良好な膜を得られなけば優れた特性を発
揮することはできない。シリコン基板上へＰｂＴｉＯ3
膜を成膜する場合には、シリコン基板の（１１１）面方
位での原子配列は１．９２オングストロームでFurther, for example, PbTiO 3 is used as the dielectric film.
Since the film has excellent pyroelectric and piezoelectric properties and is considered as a promising dielectric memory device, it can be applied in a wide range of fields by integrating it with other devices on a silicon substrate. However, like the AlN film, the PbTiO 3 film cannot exhibit excellent characteristics unless a film having good crystallinity is obtained. PbTiO 3 on silicon substrate
When forming a film, the atomic arrangement in the (111) plane orientation of the silicon substrate is 1.92 angstrom.
【手続補正５】[Procedure Amendment 5]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００３５[Correction target item name] 0035
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【００３５】さらに、本発明の複合機能素子は、半導体
基板として、単結晶シリコン基板を用いる場合に限定さ
せるものではなく、前述したように、例えば、ＧａＡｓ
基板に（００１）面と（０１１）面を形成し、（００
１）面にはさらにＧａＡｓ系膜を成膜して発光素子など
を作製し、（０１１）面にはＬｉＮｂＯ3 膜等を成膜し
て導波路素子を作製し、モノシリックＯＥＩＣ素子を得
るなども可能である。Further, the multi-functional device of the present invention is not limited to the case where a single crystal silicon substrate is used as a semiconductor substrate, and as described above, for example, GaAs.
A (001) plane and a (011) plane are formed on the substrate, and (00
A GaAs-based film is further formed on the (1) plane to form a light emitting device or the like, and a LiN b O 3 film or the like is formed on the (011) plane to form a waveguide device to obtain a monolithic OEIC device. It is also possible.
Claims (2)
面が複数形成され、該複数の面方位の異なる面に、それ
ぞれ半導体膜または誘電体膜のうち少なくとも一つ、あ
るいはそれらを積層した膜が成膜され、該成膜された膜
にそれぞれ機能素子が作製されていることを特徴とする
複合機能素子。1. A plurality of planes having different plane orientations are formed on one semiconductor substrate, and at least one of a semiconductor film and a dielectric film, or a laminate thereof, is laminated on each of the plurality of planes having different plane orientations. A composite functional element, wherein a film is formed and a functional element is produced on each of the formed films.
あり、前記複数の面方位の異なる面のうち少なくとも一
つの面が（１００）面または（１１０）面で、他の面が
（１１１）面であることを特徴とする請求項１記載の複
合機能素子。2. The semiconductor substrate is a single crystal silicon substrate, at least one of the plurality of planes having different plane orientations is a (100) plane or a (110) plane, and the other plane is a (111) plane. The multi-function device according to claim 1, wherein
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5243393A JPH06268157A (en) | 1993-03-12 | 1993-03-12 | Composite functional element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5243393A JPH06268157A (en) | 1993-03-12 | 1993-03-12 | Composite functional element |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06268157A true JPH06268157A (en) | 1994-09-22 |
Family
ID=12914625
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5243393A Withdrawn JPH06268157A (en) | 1993-03-12 | 1993-03-12 | Composite functional element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06268157A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006120765A (en) * | 2004-10-20 | 2006-05-11 | Murata Mfg Co Ltd | Layer structure of dielectric material film and varactor using same |
-
1993
- 1993-03-12 JP JP5243393A patent/JPH06268157A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006120765A (en) * | 2004-10-20 | 2006-05-11 | Murata Mfg Co Ltd | Layer structure of dielectric material film and varactor using same |
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