JPH0722313A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method thereof

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JPH0722313A
JPH0722313A JP18908293A JP18908293A JPH0722313A JP H0722313 A JPH0722313 A JP H0722313A JP 18908293 A JP18908293 A JP 18908293A JP 18908293 A JP18908293 A JP 18908293A JP H0722313 A JPH0722313 A JP H0722313A
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JP
Japan
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substrate
thin film
semiconductor device
seed
film
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Application number
JP18908293A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Miura
博 三浦
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Ricoh Research Institute of General Electronics Co Ltd
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Research Institute of General Electronics Co Ltd
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To provide the title manufacturing method of SOI structured semiconductor device capable of eliminating the complicated steps and specific substrate for creating the thermal environment in a seed part or increasing the design allowance as well as electrically insulating a substrate from a single crystalline semiconductor thin film perfectly. CONSTITUTION:The title semiconductor device adopts a (100) surface single crystalline Si substrate 1 as a single crystalline semiconductor substrate also CaF2 as a fluoride as well as an Si thin film as a semiconductor thin film 6. At this time, an insulating film 2 having a partial aperture part 4 is formed on the single crystalline Si substrate 1 so as to selectively grow a CaF2/Si dual layered film (Si (silicon) layer formed on a CaF2 layer). Finally, after the formation of the Si thin film 6 on the whole substrate 1, the Si thin film 6 formed on the CaF2/Si dual layered film is single-crystallized using the same as a seed part.

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、高集積LSI(三次元
集積回路),高耐圧デバイス,耐放射線デバイスなどに
利用される半導体装置およびその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device used for a highly integrated LSI (three-dimensional integrated circuit), a high breakdown voltage device, a radiation resistant device and the like, and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、半導体回路の高密度化,高速化お
よび消費電力の低減化を図るため、SOI(Semiconduc
tor On Insulator)デバイスの開発が進められている。
SOI構造を得る場合、絶縁層上に良質の単結晶薄膜を
形成することが重要であり、現在ではSi基板を種結晶
(シード)としてSOIの結晶方位を制御する方法が、
最も確実で広く採用されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, an SOI (Semiconducer) has been used to increase the density and speed of semiconductor circuits and reduce power consumption.
tor On Insulator) devices are under development.
When obtaining an SOI structure, it is important to form a good quality single crystal thin film on an insulating layer, and at present, a method of controlling the crystal orientation of SOI using a Si substrate as a seed crystal is used.
The most reliable and widely adopted.

【0003】図13はSi基板をシ−ドとしてSOIの
結晶方位を制御する方法を説明するための図である。図
13を参照すると、この方法では、単結晶Si基板10
1上に一部開口部104を有する絶縁膜102を形成
し、次いで、絶縁膜102上に多結晶もしくは非晶質S
i薄膜103を形成し、しかる後、このSi薄膜103
にレーザビーム105を照射して、レーザビームアニー
ルを行なうようになっている。この際、絶縁膜102の
開口部104により表面に露出したSi基板をシ−ドと
して、その結晶情報が開口部104のSi薄膜から絶縁
膜102上のSi薄膜に引き継がれることにより、Si
薄膜103の溶融再結晶化がなされ、単結晶Si薄膜を
作製することができる。
FIG. 13 is a diagram for explaining a method of controlling the crystal orientation of SOI using a Si substrate as a seed. Referring to FIG. 13, in this method, a single crystal Si substrate 10 is used.
1. An insulating film 102 having a partial opening 104 is formed on the insulating film 1, and then a polycrystalline or amorphous S film is formed on the insulating film 102.
The i thin film 103 is formed, and then the Si thin film 103 is formed.
The laser beam 105 is irradiated onto the substrate to perform laser beam annealing. At this time, the Si substrate exposed on the surface of the opening 104 of the insulating film 102 is used as a seed, and its crystal information is transferred from the Si thin film of the opening 104 to the Si thin film on the insulating film 102.
The thin film 103 is melted and recrystallized to form a single crystal Si thin film.

【0004】ところで、Si基板101をシ−ドとし横
方向エピタキシャル成長法によりSOI構造を形成する
場合には、Si基板101と絶縁膜102との熱伝導度
の違いにより、開口部104とその他の部分とで熱的環
境が著しく異なるため、レーザビームアニールの最適条
件の決定が非常に厳しくなるという問題がある。すなわ
ち、開口部104の下地はSi基板101であるために
熱伝導度が大きく熱が逃げ易いのに対して、絶縁膜10
2は熱伝導度が小さく、これにより、開口部104のS
i薄膜に比べて絶縁膜102上のSi薄膜には熱が蓄積
され易い。このように、開口部104とその他の部分と
で熱的環境が著しく異なるため(すなわち、シード部周
辺の熱環境が著しく異なるため)、レーザビームアニー
ルの最適条件の決定が非常に厳しくなるという問題があ
る。
By the way, when the SOI structure is formed by the lateral epitaxial growth method using the Si substrate 101 as a seed, the opening 104 and other portions are formed due to the difference in thermal conductivity between the Si substrate 101 and the insulating film 102. There is a problem that the optimum conditions for laser beam annealing are very difficult to determine because the thermal environments differ significantly between and. That is, since the base of the opening 104 is the Si substrate 101, the thermal conductivity is large and heat easily escapes, while the insulating film 10
2 has a low thermal conductivity, which causes the S of the opening 104 to
Heat is more likely to be accumulated in the Si thin film on the insulating film 102 than in the i thin film. As described above, since the thermal environment is significantly different between the opening 104 and other portions (that is, the thermal environment around the seed portion is significantly different), it is very difficult to determine the optimum conditions for laser beam annealing. There is.

【0005】また、Si基板を種結晶(シード)として
SOIの結晶方位を制御する上述の方法では、シード部
から離れるにつれて結晶の方位が連続的に変化し、この
ため、シード部の近くに作製したデバイスとシード部か
ら離れた位置に作製したデバイスとの間では、デバイス
特性にバラツキが生じ、例えば、Si基板の複数個所を
シ−ド部として、Si薄膜を再結晶化するときに、シー
ド間の間隔を広げることができないという問題がある。
Further, in the above-mentioned method of controlling the crystal orientation of SOI using the Si substrate as a seed crystal (seed), the crystal orientation continuously changes as the distance from the seed portion increases. The device characteristics are varied between the device manufactured at a position separated from the seed part and the device manufactured at a position separated from the seed part. There is a problem that the space between them cannot be widened.

【0006】さらに、下地Si基板を種結晶として横方
向エピタキシャル成長法によりSOI構造を形成する方
法では、基板と単結晶Si薄膜とを電気的に完全に分離
することができない。特に、線状のシードを用いた場合
には、その部分が障壁となり下地の活性領域を分割する
ために、デバイス配置の自由度が著しく低下するという
問題がある。
Further, in the method of forming the SOI structure by the lateral epitaxial growth method using the underlying Si substrate as a seed crystal, the substrate and the single crystal Si thin film cannot be electrically separated completely. In particular, when a linear seed is used, that portion serves as a barrier and divides the underlying active region, so that there is a problem that the degree of freedom in device arrangement is significantly reduced.

【0007】このような問題を解決するために、特開昭
63−81807号(以下、従来例1と称す),特開昭
63−102221号(以下、従来例2と称す),特開
平2−161717号(以下、従来例3と称す)に開示
されているような技術が提案されている。
In order to solve such a problem, Japanese Patent Laid-Open No. 63-81807 (hereinafter referred to as Conventional Example 1), Japanese Patent Laid-Open No. 63-102221 (hereinafter referred to as Conventional Example 2), and Japanese Patent Laid-Open No. Hei-2. A technique disclosed in No. 161717 (hereinafter referred to as Conventional Example 3) has been proposed.

【0008】すなわち、従来例1,従来例2に開示の発
明は、シード部周辺の熱環境を整えるためになされたも
のであって、従来例1の発明は、先ず、単結晶シリコン
基板の露出したドット状の領域上にのみ、絶縁膜の厚さ
とほぼ同等の膜厚で非単結晶シリコンを埋め込み、さら
に全面に単結晶化したい非単結晶シリコン薄膜を形成す
る。次に反射防止膜を形成し、非単結晶シリコンを埋め
込んだ領域に光ビームを照射してこの領域の非単結晶シ
リコンを予め単結晶シリコン基板の結晶方位と一致した
単結晶にしておく。次にその反射防止膜上に単結晶化し
た埋め込みシリコン部を覆うようにストライプ状のシリ
コン被膜を形成する。このストライプ状シリコン被膜の
ストライプ幅より広い光ビームを照射することにより予
め単結晶化した埋め込みシリコンをシ−ドとして絶縁膜
上の非単結晶シリコン薄膜を単結晶化し、単結晶シリコ
ン基板と結晶方位の一致した単結晶シリコン膜を得るよ
うにしている。
That is, the inventions disclosed in the conventional example 1 and the conventional example 2 were made to adjust the thermal environment around the seed portion. In the invention of the conventional example 1, first, the single crystal silicon substrate is exposed. Non-single-crystal silicon having a film thickness almost equal to the thickness of the insulating film is embedded only on the dot-shaped region, and a non-single-crystal silicon thin film to be single-crystallized is formed on the entire surface. Next, an antireflection film is formed, and a region where the non-single-crystal silicon is embedded is irradiated with a light beam to preliminarily make the non-single-crystal silicon in this region into a single crystal that matches the crystal orientation of the single-crystal silicon substrate. Next, a stripe-shaped silicon film is formed on the antireflection film so as to cover the single-crystallized embedded silicon portion. By irradiating a light beam wider than the stripe width of this stripe-shaped silicon film, the non-single-crystal silicon thin film on the insulating film is single-crystallized using the embedded silicon that has been previously single-crystallized as a seed, and the single-crystal silicon substrate and the crystal orientation To obtain a single crystal silicon film.

【0009】また、従来例2の発明は、絶縁物基板上に
絶縁分離形成された非単結晶半導体島を形成するに際
し、非単結晶半導体島の一部を光反射膜で覆い、レーザ
ビームを照射して溶融,単結晶化する時には、光反射膜
直下の非単結晶半導体島をシ−ドとして未溶融のまま残
した状態で単結晶化を行ない、両方位制御された単結晶
化半導体島を得るようにしている。
Further, according to the invention of Conventional Example 2, when a non-single-crystal semiconductor island is formed on the insulator substrate in an insulatingly separated manner, a part of the non-single-crystal semiconductor island is covered with a light reflecting film, and a laser beam is applied. When irradiated to melt and single crystallize, the non-single crystal semiconductor island immediately below the light-reflecting film is used as a seed and single crystallization is performed in a state where it remains unmelted. Trying to get.

【0010】また、従来例3の発明は、シードの近くに
作製したデバイスとシードから離れた位置に作製したデ
バイスとの間でのシード間隔を広げデバイスの設計余裕
度を向上させるためになされたものであって、この目的
を達成するために、シリコン基板として、(001)面
に対して〔100〕軸を回転軸として〔0 -11〕方向
へ20°以内傾斜した方位を有するものを用いるように
している。
Further, the invention of Conventional Example 3 was made in order to widen the seed interval between the device manufactured near the seed and the device manufactured at a position distant from the seed to improve the design margin of the device. In order to achieve this object, a silicon substrate having an orientation tilted within 20 ° in the [0-11] direction with the [100] axis as a rotation axis with respect to the (001) plane is used. I am trying.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
1,従来例2の発明では、シード部の熱環境を整えるた
めに、単結晶薄膜の作製工程が複雑となり、スループッ
トが低下するなどの欠点があった。
However, in the inventions of Conventional Example 1 and Conventional Example 2, there are drawbacks such that the production process of the single crystal thin film is complicated and the throughput is lowered because the thermal environment of the seed portion is adjusted. there were.

【0012】また、従来例3の発明では、デバイスの設
計余裕度を向上させるため、使用する基板が制限され、
汎用性に乏しいという欠点があった。
Further, in the invention of Conventional Example 3, the substrate used is limited in order to improve the design margin of the device,
It had the drawback of poor versatility.

【0013】さらに、上記従来例1,従来例2,従来例
3のいずれも、基板と半結晶Si薄膜とを電気的に完全
に分離することができない。
Further, in any of the above-mentioned conventional example 1, conventional example 2 and conventional example 3, the substrate and the semi-crystalline Si thin film cannot be electrically separated completely.

【0014】本発明は、上述したような従来の欠点を解
決するためになされたものであって、シード部の熱環境
を整え、また、デバイスの設計余裕度を向上させるの
に、複雑な工程,特別な基板を用いる必要性をなくし、
かつ、基板と単結晶半導体薄膜とを電気的に完全に分離
することの可能なSOI構造の半導体装置およびその製
造方法を提供することを目的としている。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned conventional drawbacks, and it involves complicated steps for adjusting the thermal environment of the seed portion and improving the design margin of the device. , Eliminates the need to use a special substrate,
Moreover, it is an object of the present invention to provide a semiconductor device having an SOI structure capable of electrically completely separating a substrate and a single crystal semiconductor thin film, and a manufacturing method thereof.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】図1は本発明に係る半導
体装置の構成例を示す図である。この半導体装置は、単
結晶半導体基板1と、単結晶半導体基板1上に、一部に
開口部4を設けて形成された絶縁膜2と、上記開口部4
において露出している基板1の表面上にエピタキシャル
成長により形成されたフッ素化合物3と、フッ素化合物
3および絶縁膜2上に形成された半導体薄膜6とを有し
ていることを特徴としている。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a semiconductor device according to the present invention. This semiconductor device includes a single crystal semiconductor substrate 1, an insulating film 2 formed by partially providing an opening 4 on the single crystal semiconductor substrate 1, and the opening 4 described above.
It is characterized in that it has a fluorine compound 3 formed by epitaxial growth on the surface of the substrate 1 which is exposed at 1 and a semiconductor thin film 6 formed on the fluorine compound 3 and the insulating film 2.

【0016】図1の半導体装置は、例えば、単結晶半導
体基板1として(100)面の単結晶Si基板を用い、
また、フッ素化合物3としてCaF2を用い、半導体薄
膜6としてSi薄膜を用いる場合、単結晶Si基板1上
に一部開口部4を有する絶縁膜2を形成し、この部分に
ヘテロエピタキシャル成長法によりCaF2/Siの二
層膜(CaF2層上にSi(シリコン)層が形成された
膜)を選択的に成長し、次いで、基板全体にSi薄膜を
形成した後、CaF2/Siの二層膜をシード部とし
て、その上に積層されたSi薄膜を単結晶化することが
できる。すなわち、基板1の結晶情報を、先ず、CaF
2層に引き継がせ、次にCaF2層上のSi層に反映さ
せ、シード部を含めた基板全域に堆積した多結晶もしく
は非晶質Si薄膜6をレーザビームあるいは電子線等の
熱源を用いてアニールし、CaF2層上のSi層を種結
晶(シ−ド)とした横方向成長によりSOI構造を形成
することができる。
In the semiconductor device of FIG. 1, for example, a (100) plane single crystal Si substrate is used as the single crystal semiconductor substrate 1,
When CaF 2 is used as the fluorine compound 3 and a Si thin film is used as the semiconductor thin film 6, the insulating film 2 having a partial opening 4 is formed on the single crystal Si substrate 1, and CaF 2 is formed on this portion by a heteroepitaxial growth method. After selectively growing a 2 / Si bilayer film (a film in which a Si (silicon) layer is formed on a CaF 2 layer) and then forming a Si thin film on the entire substrate, a CaF 2 / Si bilayer is formed. By using the film as a seed portion, the Si thin film laminated thereon can be single-crystallized. That is, the crystal information of the substrate 1 is first set to CaF.
Take over the two layers, then it is reflected in the Si layer on the CaF 2 layer, a polycrystalline or amorphous Si thin film 6 deposited on the whole substrate including the seed unit with a laser beam or heat sources such as electron beams The SOI structure can be formed by annealing and lateral growth using the Si layer on the CaF 2 layer as a seed crystal (seed).

【0017】しかしながら、通常の方法で、CaF2
平坦なSi基板1(表面が(100)面)に成長させた
場合には、図2に示すようにCaF2層702の表面に
は(111)面で囲まれるピラミット形状の大きさの不
均一なマイクロファセット703が形成される。この状
態のCaF2層702上にSi薄膜をヘテロエピタキシ
ャル成長あるいは溶融再結晶化によって横方向に成長さ
せると、成長状態が不均一となり欠陥が発生し易くな
る。
However, when CaF 2 is grown on the flat Si substrate 1 (the surface is the (100) plane) by the usual method, the surface of the CaF 2 layer 702 is (111) as shown in FIG. ) A non-uniform micro-facet 703 having a pyramid-shaped size is formed. If a Si thin film is laterally grown by heteroepitaxial growth or melt recrystallization on the CaF 2 layer 702 in this state, the growth state becomes nonuniform and defects are likely to occur.

【0018】このような問題を回避するためには、図1
に示すように、先ず最初に、開口部4において露出して
いるSi基板1の表面に、(111)面のV字形溝5を
形成し、また、このV字形溝5以外のSi基板1の表面
上に形成されているSiO2等の絶縁膜2上にCaF2
成長しないように絶縁膜2を処理するのが良い。すなわ
ち、極性の強いフッ化物結晶は(111)面の表面自由
エネルギーが他の面よりも小さいので、フッ素化合物
3,すなわちCaF2をV字形溝5上に成長させると
き、その成長は常に(111)面が表面を向くように進
行する。さらに、CaF2は、絶縁膜2によって横方向
への成長が抑制され、V字形溝5の部分にのみ選択的に
成長し、その結果、成長したCaF2のV字形溝5表面
と対向する表面((111)面)10は逆V字形の形状
となる。この逆V字形の形状は結晶構造的に安定である
ために、Si薄膜6を精度良く大面積に形成できる。な
お、この逆V字形の形状は、後述のように、100〜1
20°の範囲の頂角を有するのが良い。このように、本
発明の方法によれば、CaF2ファセットの形状は、S
i基板1上の絶縁膜2の開口部4の寸法により決定さ
れ、ホトリソグラフィーの精度内で均一な形状のCaF
2シード部を形成することができる。
In order to avoid such a problem, FIG.
As shown in FIG. 1, first, a V-shaped groove 5 of (111) plane is formed on the surface of the Si substrate 1 exposed in the opening 4, and the Si substrate 1 other than the V-shaped groove 5 is formed. It is preferable to treat the insulating film 2 so that CaF 2 does not grow on the insulating film 2 such as SiO 2 formed on the surface. That is, since the fluoride crystal having a strong polarity has the surface free energy of the (111) plane smaller than that of the other planes, when the fluorine compound 3, that is, CaF 2 is grown on the V-shaped groove 5, the growth is always (111). ) Proceed so that the surface faces the surface. Further, CaF 2 is prevented from growing laterally by the insulating film 2 and selectively grows only in the V-shaped groove 5, and as a result, the surface of the grown CaF 2 facing the surface of the V-shaped groove 5 is opposed. The ((111) plane) 10 has an inverted V shape. Since this inverted V-shape is stable in crystal structure, the Si thin film 6 can be accurately formed in a large area. It should be noted that this inverted V-shaped shape is 100 to 1 as described later.
It is good to have an apex angle in the range of 20 °. Thus, according to the method of the present invention, the shape of the CaF 2 facet is S
CaF having a uniform shape within the accuracy of photolithography, which is determined by the size of the opening 4 of the insulating film 2 on the i substrate 1.
Two seeds can be formed.

【0019】図3(a),(b)はそれぞれ、本発明に
よる半導体装置の作製時,従来の半導体装置(図13の
半導体装置)の作製時における再結晶化過程での熱の流
れを示す図である。従来では、熱は図3(b)に符号H
2で示すように流れるので、シ−ド部周辺の熱環境が
著しく異なるものとなるが、本発明では、単結晶Si基
板1とSi薄膜6との界面のシード部分には、フッ素化
合物3,すなわちCaF2が存在し、CaF2はSiと比
較して熱伝導率が小さい(Si:0.34cal/cm・sec・d
eg CaF2:0.02cal/cm・sec・deg)ので、熱は図
3(a)に符号HT1で示すように流れ、シード部で熱
が基板1に逃げるのを抑制できて、シード部周辺の熱環
境が著しく異なるという事態を有効に防止することがで
きる。
3 (a) and 3 (b) respectively show the heat flow in the recrystallization process at the time of manufacturing the semiconductor device according to the present invention and at the time of manufacturing the conventional semiconductor device (semiconductor device of FIG. 13). It is a figure. Conventionally, heat is designated by the symbol H in FIG.
Since it flows as shown by T 2 , the thermal environment around the seed portion is remarkably different. However, in the present invention, the fluorine compound 3 is formed in the seed portion at the interface between the single crystal Si substrate 1 and the Si thin film 6. , That is, CaF 2 exists, and CaF 2 has a smaller thermal conductivity than Si (Si: 0.34 cal / cm ・ sec ・ d
eg CaF 2 : 0.02 cal / cm · sec · deg), heat flows as shown by reference numeral HT 1 in FIG. 3 (a), and the heat can be suppressed from escaping to the substrate 1 at the seed portion, and the seed portion can be suppressed. It is possible to effectively prevent a situation where the surrounding thermal environment is significantly different.

【0020】さらに、本発明の構成では、Si薄膜6の
溶融再結晶化の際に、固液界面となるSi薄膜6の(1
11)面とCaF2層とが成長方向に対して均一に接す
る構造を実現することができる。このために、CaF2
層に一旦蓄積された熱をSi薄膜6へ均一に供給するこ
とができる。さらに、CaF2層の部分での横方向への
熱拡散によって、レーザビーム等の熱源の出力のバラツ
キによる再結晶化への影響を緩和することができる。そ
の結果、溶融再結晶化過程において、SOI部分とシー
ド部分とでの熱環境の変動を低減することができて、S
i薄膜6の結晶性が低下するのを抑制することができ
る。
Further, in the structure of the present invention, when the Si thin film 6 is melted and recrystallized, the (1) of the Si thin film 6 which becomes a solid-liquid interface is formed.
11) It is possible to realize a structure in which the plane and the CaF 2 layer are in uniform contact with each other in the growth direction. For this reason, CaF 2
The heat once accumulated in the layer can be uniformly supplied to the Si thin film 6. Further, the lateral thermal diffusion in the CaF 2 layer portion can mitigate the influence on the recrystallization due to the variation in the output of the heat source such as the laser beam. As a result, it is possible to reduce the fluctuation of the thermal environment between the SOI part and the seed part in the melt recrystallization process,
It is possible to prevent the crystallinity of the i thin film 6 from decreasing.

【0021】また、CaF2は絶縁物であるために、単
結晶Si薄膜と下地Si基板1とを、SiO2等の絶縁
膜とCaF2層とによって電気的に完全に分離すること
ができる。これにより、従来では不可能であったシード
部上へのデバイスの形成が可能となり、デバイスの設計
自由度をも大幅に向上させることができる。
Since CaF 2 is an insulator, the single crystal Si thin film and the underlying Si substrate 1 can be completely electrically separated by the insulating film such as SiO 2 and the CaF 2 layer. As a result, it becomes possible to form a device on the seed portion, which has been impossible in the past, and the degree of freedom in designing the device can be greatly improved.

【0022】なお、上述の例では、単結晶Si基板1上
にCaF2/Si積層構造のシード部を設けて単結晶S
i薄膜6のSOI構造を得たが、その他にも各材料間の
格子定数差や融点等を考慮することにより、使用目的に
応じて次表に示すような構成をとることが可能である。
In the above example, the seed portion of the CaF 2 / Si laminated structure is provided on the single crystal Si substrate 1 to form the single crystal S.
Although the SOI structure of the i thin film 6 was obtained, in addition to this, by taking into consideration the lattice constant difference between each material, the melting point, and the like, it is possible to take the configuration shown in the following table according to the purpose of use.

【0023】[0023]

【表1】 [Table 1]

【0024】図4(a)乃至(c),図5(a)乃至
(c)は本発明による単結晶Si薄膜の製造工程例を示
す図である。図4(a)乃至(c),図5(a)乃至
(c)を参照すると、先ず、Si,Ge,GaAs,I
nP,GaP等の単結晶基板1の(100)面上に、絶
縁膜2を堆積する。なお、絶縁膜としては、SiO2
Si34,SiON等の材料を単層もしくは多層で用い
る。この中で好ましい材料としては、表1に示したよう
に、例えば、Siの単結晶基板とSiO2の絶縁膜の組
み合わせを用いることができる。次に、ホトリソグラフ
ィーにより絶縁膜2に部分的に開口部4を設け、単結晶
基板1の表面の一部を露出する(図4(a))。なお、
開口部4は、図示のように、基板1の〔100〕方向と
平行にストライプ状に形成され、その幅wは1μm〜5
0μm,好ましくは1.5μm、また、そのピッチPは
10μm〜1mm,好ましくは100μmである。次
に、開口部4において露出している基板1の表面部分を
加工してV字形溝5を形成する(図4(b)。なお、こ
の加工は、KOH等のアルカリ溶液を用いたウェットエ
ッチングにより行なうことができる。基板1に例えばS
i基板を用いる場合、Siは、アルカリ溶液に対して
(111)面のエッチング速度が他の面よりも遅いため
に、(111)面で形成された約110±10°の頂角
θ1を有するV字形溝5を形成することができる。
4 (a) to 4 (c) and 5 (a) to 5 (c) are views showing an example of a manufacturing process of a single crystal Si thin film according to the present invention. Referring to FIGS. 4A to 4C and 5A to 5C, first, Si, Ge, GaAs, I
An insulating film 2 is deposited on the (100) plane of a single crystal substrate 1 made of nP, GaP or the like. As the insulating film, SiO 2 ,
A material such as Si 3 N 4 or SiON is used in a single layer or multiple layers. As a preferable material among them, as shown in Table 1, for example, a combination of a single crystal substrate of Si and an insulating film of SiO 2 can be used. Next, the opening 4 is partially provided in the insulating film 2 by photolithography to expose a part of the surface of the single crystal substrate 1 (FIG. 4A). In addition,
As shown, the openings 4 are formed in stripes in parallel with the [100] direction of the substrate 1 and have a width w of 1 μm to 5 μm.
0 μm, preferably 1.5 μm, and its pitch P is 10 μm to 1 mm, preferably 100 μm. Next, the surface portion of the substrate 1 exposed in the opening 4 is processed to form a V-shaped groove 5 (FIG. 4B). This processing is wet etching using an alkaline solution such as KOH. It is possible to carry out by using S.
When the i substrate is used, Si has an apex angle θ 1 of about 110 ± 10 ° formed on the (111) plane because the etching rate of the (111) plane is slower than that of other surfaces with respect to an alkaline solution. The V-shaped groove 5 having can be formed.

【0025】次いで、このように形成されたV字形溝5
上にCaF2,SrF2,BaF2,CaxSr1-x2等の
フッ素化合物3を選択的に成長させる(図4(c))。
基板1としてSiを用いた場合には、フッ素化合物3の
好ましい材料としてはSiと格子整合性の良いCaF2
を用いることができる。選択的に成長したCaF2は、
頂角θ2が100〜120°の範囲にある逆V字形の形
状となる。また、Si基板1表面からの高さは、開口部
4の幅wで決定される。
Next, the V-shaped groove 5 thus formed
A fluorine compound 3 such as CaF 2 , SrF 2 , BaF 2 , and Ca x Sr 1-x F 2 is selectively grown on it (FIG. 4C).
When Si is used as the substrate 1, CaF 2 having a good lattice matching with Si is a preferable material for the fluorine compound 3.
Can be used. The selectively grown CaF 2 is
The apex angle θ 2 has an inverted V shape with a range of 100 to 120 °. The height from the surface of the Si substrate 1 is determined by the width w of the opening 4.

【0026】次に、この逆V字形形状のフッ素化合物
3,すなわちCaF2上にSi薄膜6’を選択的に成長
させる(図5(a))。非極性材料であるSiは、Ca
2の逆V字形形状を被覆するように(111)面配向
でエピタキシャル成長し、100Å〜1μmの範囲,好
ましくは1000Å程度の膜厚のSi薄膜6’として形
成する。以上の方法により、絶縁膜2で被覆されたSi
基板1上にストライプ状に逆V字形形状を有するCaF
2/Si積層構造(3,6’)をシード部として形成す
ることができる。次に、基板全体にSi薄膜6を100
0Å〜10μm,好ましくは3000Å程度の膜厚に堆
積する(図5(b))。ここで、Si薄膜6は、シード
部(3,6’)上ではエピタキシャル成長し、絶縁膜2
上では多結晶もしくは非晶質となる。次に、上記Si薄
膜6上にSiO2,Si34,SiON等の材料,好ま
しくはSiO2を単層もしくは多層構成で保護膜7とし
て5000Å〜10μm,好ましくは1μm程度の膜厚
に形成する。最後に、レーザビーム8を照射し、多結晶
もしくは非晶質のSi薄膜6を溶融再結晶化する(図5
(c))。前述のように、本発明による方法では、再結
晶化のための熱は、Si薄膜6の表面とシード部の逆V
字形形状のCaF2とから供給され、シード部分での熱
の変動を抑制することができる。さらに逆V字形形状の
CaF2がストライプ状に形成されている場合には、レ
ーザビームの出力のバラツキを拡散する働きもするため
に、広い領域で均一な温度分布が得られ、固液界面(結
晶成長面)での再結晶化が均一に進行する。従って、本
発明による方法では、安定した結晶成長が実現できる。
Next, the Si thin film 6'is selectively grown on the inverted V-shaped fluorine compound 3, that is, CaF 2 (FIG. 5A). Si, which is a non-polar material, is Ca
Epitaxial growth is performed in the (111) plane orientation so as to cover the inverted V-shape of F 2 , and is formed as a Si thin film 6 ′ having a film thickness in the range of 100Å to 1 μm, preferably about 1000Å. Si coated with the insulating film 2 by the above method
CaF having an inverted V-shaped stripe on the substrate 1
The 2 / Si laminated structure (3, 6 ′) can be formed as a seed portion. Next, the Si thin film 6 is deposited on the entire substrate by
It is deposited to a film thickness of 0 Å to 10 μm, preferably about 3000 Å (FIG. 5B). Here, the Si thin film 6 is epitaxially grown on the seed portion (3, 6 ′), and the insulating film 2
Above it becomes polycrystalline or amorphous. Next, a material such as SiO 2 , Si 3 N 4 , or SiON, preferably SiO 2 is formed as a protective film 7 on the Si thin film 6 as a protective film 7 with a thickness of 5000 Å to 10 μm, preferably about 1 μm. To do. Finally, a laser beam 8 is irradiated to melt and recrystallize the polycrystalline or amorphous Si thin film 6 (FIG. 5).
(C)). As described above, in the method according to the present invention, the heat for recrystallization causes reverse V between the surface of the Si thin film 6 and the seed portion.
It is supplied from V-shaped CaF 2 and can suppress the heat fluctuation in the seed portion. Further, when the inverted V-shaped CaF 2 is formed in a stripe shape, it also functions to diffuse the variation in the output of the laser beam, so that a uniform temperature distribution can be obtained in a wide area and the solid-liquid interface ( Recrystallization on the crystal growth surface) proceeds uniformly. Therefore, the method according to the present invention can realize stable crystal growth.

【0027】すなわち、本発明では、シード部分にヘテ
ロエピタキシャル成長法により形成したCaF2等のフ
ッ素化合物薄膜を用いることにより、溶融再結晶の過程
でシード部付近での温度分布の偏りを小さくすることが
でき、さらに、(111)面で形成されるCaF2スト
ライプがレーザビーム等の熱源の出力の変動を緩和する
ことにより、結晶成長の開始点となるシード部の熱環境
を広い範囲で均一にすることができて、良好な結晶成長
が大面積になされる。また、CaF2等のフッ素化合物
は絶縁物であるため、基板と溶融再結晶化により形成し
た単結晶半導体薄膜とを電気的に完全に分離することが
可能となり、シード部分に近接してデバイスを形成する
こともでき、デバイス配置への制限を少なくすることが
できる。従って、シード部を複数箇所に設ける場合、シ
ード部間の間隔を狭くすることができ、これによって、
溶融再結晶化過程での単結晶半導体薄膜の結晶軸の回転
を抑制し、面方位の基板内変化を小さくすることも可能
となる。
That is, in the present invention, by using a fluorine compound thin film such as CaF 2 formed by the heteroepitaxial growth method in the seed portion, it is possible to reduce the deviation of the temperature distribution in the vicinity of the seed portion during the process of melt recrystallization. Further, the CaF 2 stripe formed by the (111) plane alleviates the fluctuation of the output of the heat source such as the laser beam, so that the thermal environment of the seed portion, which is the starting point of the crystal growth, can be made uniform in a wide range. Therefore, good crystal growth can be achieved in a large area. Further, since the fluorine compound such as CaF 2 is an insulator, it is possible to electrically completely separate the substrate and the single crystal semiconductor thin film formed by the melt recrystallization, and the device can be placed close to the seed portion. It can also be formed, and restrictions on device arrangement can be reduced. Therefore, when the seed parts are provided at a plurality of positions, the interval between the seed parts can be narrowed, and by this,
It is also possible to suppress the rotation of the crystal axis of the single crystal semiconductor thin film during the melt recrystallization process and reduce the change in the plane orientation within the substrate.

【0028】[0028]

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。実施例1 実施例1では、図6(a)乃至(e),図7(a)乃至
(c)に示す工程で、半導体装置を作製した。すなわ
ち、単結晶Si基板21の(100)面上に、熱酸化に
よって5000Åの膜厚のSiO2薄膜22を形成し、
次いで、ホトリソグラフィーによりSiO2薄膜22に
1.5μm幅のストライプ状の開口部24を100μm
ピッチで形成した(図6(a))。
EXAMPLES Examples of the present invention will be described below. Example 1 In Example 1, a semiconductor device was manufactured through the steps shown in FIGS. 6A to 6E and FIGS. 7A to 7C. That is, the SiO 2 thin film 22 having a thickness of 5000 Å is formed on the (100) plane of the single crystal Si substrate 21 by thermal oxidation,
Then, a 1.5 μm wide stripe-shaped opening 24 of 100 μm is formed in the SiO 2 thin film 22 by photolithography.
It was formed with a pitch (FIG. 6A).

【0029】次に上記基板21をKOH溶液に浸漬し、
基板21のSi露出部分を加工して、頂角が約110°
をなすV字形溝25を形成した(図6(b))。この状
態で基板21をフッ酸溶液に浸漬し、V字形溝25の表
面およびSiO2薄膜22の表面を水素原子34で終端
した(図6(c))。なお、図8(a),(b)には、
それぞれ、V字形溝25表面上,SiO2薄膜22表面
上の水素原子34の結合状態がより詳細に示されてい
る。図中、符号35はSi原子,符号36はO原子であ
る。
Next, the substrate 21 is dipped in a KOH solution,
By processing the exposed Si portion of the substrate 21, the apex angle is about 110 °.
Forming a V-shaped groove 25 (FIG. 6B). In this state, the substrate 21 was dipped in a hydrofluoric acid solution to terminate the surface of the V-shaped groove 25 and the surface of the SiO 2 thin film 22 with hydrogen atoms 34 (FIG. 6C). 8 (a) and 8 (b),
The bonding states of hydrogen atoms 34 on the surface of the V-shaped groove 25 and on the surface of the SiO 2 thin film 22 are shown in more detail. In the figure, reference numeral 35 is a Si atom, and reference numeral 36 is an O atom.

【0030】しかる後、CaF2/Si積層構造のシー
ド部を選択成長させた。ここで、SiおよびCaF2
成長には分子線エピタキシャル成長法(MBE法)を用
いた。すなわち、MBE装置に上記基板を挿入し、成長
室を10-10(Torr)のオーダーの背圧まで排気し、次
に、基板表面を赤外線ランプで短時間加熱した。この
際、基板表面のSiO2部分とSi部分では、赤外線の
透過率が異なるために基板表面に図9に示す温度分布が
形成できる。これにより、高温となるV字形溝25の表
面の水素原子34は脱離し、SiO2薄膜22上の水素
原子34だけが残留する(図6(d))。
Then, the seed portion of the CaF 2 / Si laminated structure was selectively grown. Here, the molecular beam epitaxial growth method (MBE method) was used for the growth of Si and CaF 2 . That is, the substrate was inserted into the MBE apparatus, the growth chamber was evacuated to a back pressure of the order of 10 −10 (Torr), and then the substrate surface was heated for a short time with an infrared lamp. At this time, since the transmittance of infrared rays is different between the SiO 2 portion and the Si portion on the substrate surface, the temperature distribution shown in FIG. 9 can be formed on the substrate surface. As a result, the hydrogen atoms 34 on the surface of the V-shaped groove 25, which has a high temperature, are desorbed, and only the hydrogen atoms 34 on the SiO 2 thin film 22 remain (FIG. 6D).

【0031】この状態でCaF2層23の成長を開始す
る。水素原子34で終端されたSiO2薄膜22の表面
は非常に不活性なためにCaF2は吸着しない。従っ
て、CaF2層23はV字形溝25上に選択的に成長
し、前述のように、その形状は、V字形溝25表面と対
向する表面((111)面)が約110°の頂角の逆V
字形形状となる(図6(e))。また、Si基板21か
らCaF2層23上端までの高さhは約1μmである。
通常、ヘテロエピタキシャル成長法により異種材料間の
接合を形成した場合は、材料間の格子不整合や熱膨張係
数差等の影響を受け、格子間隔等に微妙なズレが生じ
る。しかし、Si基板の(100)面上のCaF2層の
成長では、基板とCaF2層との界面付近においては、
格子不整合の影響を受けるが、成長が進行するに従っ
て、より安定なCaF2自体の構造へと移行する。従っ
て、CaF2層表面の(111)面ファセットのなす頂
角は精度良く再現できる。
In this state, the growth of the CaF 2 layer 23 is started. Since the surface of the SiO 2 thin film 22 terminated by hydrogen atoms 34 is very inactive, CaF 2 does not adsorb. Therefore, the CaF 2 layer 23 selectively grows on the V-shaped groove 25, and as described above, its shape is such that the surface ((111) plane) facing the surface of the V-shaped groove 25 has an apex angle of about 110 °. Reverse V
It becomes a letter shape (Fig. 6 (e)). The height h from the Si substrate 21 to the upper end of the CaF 2 layer 23 is about 1 μm.
Usually, when a junction between dissimilar materials is formed by the heteroepitaxial growth method, it is affected by the lattice mismatch between the materials, the difference in the coefficient of thermal expansion, and the like, and a slight deviation occurs in the lattice spacing and the like. However, in the growth of the CaF 2 layer on the (100) plane of the Si substrate, near the interface between the substrate and the CaF 2 layer,
It is affected by lattice mismatch, but as the growth progresses, it shifts to a more stable structure of CaF 2 itself. Therefore, the apex angle formed by the (111) facet on the CaF 2 layer surface can be accurately reproduced.

【0032】次に、上記CaF2層23上にSi層2
6’をCaF2層23の成長と同様のMBE装置を用い
て成長させる(図7(a))。ここで、CaF2層23
成長後もSiO2薄膜22の表面は、水素原子34で終
端されているので、Si層26’もCaF2層23上に
CaF2層23の逆V字形状を反映して選択的に成長す
る。ここで、Si層26’の膜厚は1000Åとする。
Next, the Si layer 2 is formed on the CaF 2 layer 23.
6 ′ is grown using the same MBE apparatus as that for growing the CaF 2 layer 23 (FIG. 7A). Here, the CaF 2 layer 23
Surface after growth SiO 2 film 22, because it is terminated with hydrogen atoms 34, Si layer 26 'is also selectively grown to reflect the inverted V-shaped CaF 2 layer 23 on the CaF 2 layer 23 . Here, the film thickness of the Si layer 26 'is 1000 Å.

【0033】次に、上記基板の上全面に多結晶Si膜2
6をCVD(Chemical Vapor Depositon)法を用いて堆
積する(図7(b))。なお、このときの成膜条件とし
ては、原料ガスがSiH2Cl/H2,成膜温度が100
0℃、成膜圧力が20Torrであった。ここで、成膜温度
を1000℃とすることにより、CaF2/Si積層構
造の選択成長中にSiO2薄膜22の表面を終端してい
た水素原子34は脱離する。その結果、多結晶Si薄膜
26は基板全面に堆積する。
Next, the polycrystalline Si film 2 is formed on the entire surface of the substrate.
6 is deposited using the CVD (Chemical Vapor Depositon) method (FIG. 7B). The film forming conditions at this time are as follows: the source gas is SiH 2 Cl / H 2 , and the film forming temperature is 100.
The film formation pressure was 0 ° C. and 20 Torr. Here, by setting the film forming temperature to 1000 ° C., the hydrogen atoms 34 terminating the surface of the SiO 2 thin film 22 during the selective growth of the CaF 2 / Si laminated structure are desorbed. As a result, the polycrystalline Si thin film 26 is deposited on the entire surface of the substrate.

【0034】このようにして、多結晶Si薄膜26を3
000Åの膜厚で堆積し、最後に、SiH4/N2O/H
2を原料ガスとしたCVD法により保護膜27としての
SiO2膜を1μmの膜厚で堆積して、溶融再結晶化用
基板を完成させた後、多結晶Si薄膜26をアルゴンレ
ーザを用い、レーザビームアニールによって溶融再結晶
化する(図7(c))。ここで、アルゴンレーザは、出
力が5Wで、レーザビーム28のビーム径を50μmに
集光して基板表面に照射し、ストライプ上のシードに対
して垂直方向,すなわち矢印Aの方向に5cm/secの走査
速度で、シード部の位置からビームの走査を開始して再
結晶化した。すなわち、多結晶Si薄膜26は、溶融−
固化の過程でシードとしたCaF2薄膜上のSiの結晶
情報を受け継いで横方向にエピタキシャル成長した。こ
のようにして、実施例1の半導体装置を完成させた。図
10には、電子線回折による回折斑点の広がりから、図
6(a)乃至(e),図7(a)乃至(c)のようにし
て作製した実施例1の半導体装置におけるSi薄膜26
のシード部からの距離に対する〔100〕軸の傾きの分
布を評価した結果を示した。なお、比較のため、Si基
板をシードとして作製した従来の半導体装置におけるS
i薄膜のシード部からの距離に対する〔100〕軸の傾
きの分布も示した。ここで、電子線は、ストライプ状の
シードに対して垂直方向,すなわち〔001〕方向から
入射させ、100mmの領域での分布を測定した。図10
からわかるように、実施例1の半導体装置では、Si薄
膜26の〔100〕軸の傾き角を従来に比べて小さくす
ることができ、シード部間の間隔が100μm以下で
は、傾き角を±1゜以下にすることができた。
In this way, the polycrystalline Si thin film 26
Deposited to a film thickness of 000Å, and finally SiH 4 / N 2 O / H
After depositing a SiO 2 film as the protective film 27 with a film thickness of 1 μm by the CVD method using 2 as a source gas to complete the substrate for melting recrystallization, the polycrystalline Si thin film 26 is used with an argon laser. Melt recrystallization is performed by laser beam annealing (FIG. 7C). Here, the output of the argon laser is 5 W, and the beam diameter of the laser beam 28 is condensed to 50 μm and irradiated on the surface of the substrate, and 5 cm / sec in the direction perpendicular to the seed on the stripe, that is, in the direction of arrow A. The beam scanning was started from the position of the seed portion at the scanning speed of 1 to recrystallize. That is, the polycrystalline Si thin film 26 is melted-
During the solidification process, the crystal information of Si on the CaF 2 thin film used as a seed was taken over and laterally epitaxially grown. Thus, the semiconductor device of Example 1 was completed. FIG. 10 shows the Si thin film 26 in the semiconductor device of Example 1 manufactured as shown in FIGS. 6A to 6E and FIGS. 7A to 7C from the spread of diffraction spots by electron beam diffraction.
The result of evaluating the distribution of the slope of the [100] axis with respect to the distance from the seed part of is shown. For comparison, S in a conventional semiconductor device manufactured using a Si substrate as a seed is used.
The distribution of the slope of the [100] axis with respect to the distance from the seed portion of the i thin film is also shown. Here, the electron beam was incident on the stripe-shaped seed in the direction perpendicular to the seed, that is, in the [001] direction, and the distribution in the region of 100 mm was measured. Figure 10
As can be seen from the above, in the semiconductor device of Example 1, the tilt angle of the [100] axis of the Si thin film 26 can be made smaller than that of the conventional one, and the tilt angle is ± 1 when the spacing between the seed portions is 100 μm or less. It was possible to make it less than °.

【0035】実施例2 実施例2では、図11(a)乃至(c),図12(a)
乃至(c)に示すように、実施例1のようにして作製し
た半導体装置のSi薄膜26上にさらにGe単結晶薄膜
を形成した。すなわち、先ず、最初に、実施例1による
方法でSi単結晶薄膜26を形成する(図11
(a))。次に、熱酸化により上記Si単結晶薄膜26
上にSiO2薄膜42を5000Åの膜厚で形成し、し
かる後、ホトリソグラフィーによりSiO2薄膜42に
ストライプ状の開口部43を形成し、Si薄膜26の溶
融再結晶化の際にシードとして用いたCaF2を露出さ
せる(図11(b))。ここで、開口部43の幅は1.
0μmとし、下部絶縁層22の開口部24の幅よりも狭
くする。また、CaF2を露出させるのに、CaF2上の
Si薄膜26を除去するが、この除去処理は、CaF2
とSiとの選択比が十分大きなエッチャントを用いたウ
ェットエッチングにより行なう。
Example 2 In Example 2, FIGS. 11 (a) to 11 (c) and 12 (a) are used.
As shown in (c) to (c), a Ge single crystal thin film was further formed on the Si thin film 26 of the semiconductor device manufactured as in Example 1. That is, first, the Si single crystal thin film 26 is formed by the method according to the first embodiment (FIG. 11).
(A)). Next, the Si single crystal thin film 26 is thermally oxidized.
An SiO 2 thin film 42 having a thickness of 5000 Å is formed on the SiO 2 thin film 42, and then a stripe-shaped opening 43 is formed in the SiO 2 thin film 42 by photolithography to be used as a seed for melting and recrystallization of the Si thin film 26. The exposed CaF 2 is exposed (FIG. 11 (b)). Here, the width of the opening 43 is 1.
The width is set to 0 μm and is narrower than the width of the opening 24 of the lower insulating layer 22. Further, to expose the CaF 2, but removing the Si thin film 26 on the CaF 2, the removal process, CaF 2
Wet etching using an etchant having a sufficiently large selection ratio between Si and Si.

【0036】次に、シードとして用いるCaxSr1-x
2/Ge積層構造を実施例1と同様の処理によって選択
成長させた。すなわち、MBE装置に上記基板を挿入
し、成長室を10-10(Torr)のオーダーの背圧まで排
気した後、基板表面を短時間赤外線ランプで加熱し、S
iO2薄膜42上にのみ水素原子を残す。この状態で、
CaxSr1-x2層45の成長を開始する(図11
(c))。すわわち、CaxSr1-x2層45を、Ca
2原料とSrF2原料とを異なる蒸発元から供給するこ
とにより形成する。この際、蒸発元の温度を制御するこ
とにより、CaxSr1-x2層45の組成xを0.4と
する。ここで、成長後のCaxSr1-x2層45の形状
は、実施例1のCaF2層23と同様に、頂角が約11
0°の逆V字形形状となる。次に、基板温度を一旦80
0℃に昇温しSiO2薄膜42上の水素原子を除去す
る。その後、同一のMBE装置内にてGe薄膜46を3
000Åの膜厚に成長させる(図12(a))。Ge薄
膜46は、CaxSr1-x2層45上ではエピタキシャ
ル成長して単結晶となり、SiO2薄膜42上では多結
晶薄膜となる。
Next, Ca x Sr 1-x F used as a seed
The 2 / Ge laminated structure was selectively grown by the same process as in Example 1. That is, after inserting the above substrate into the MBE apparatus and evacuating the growth chamber to a back pressure of the order of 10 -10 (Torr), the substrate surface is heated by an infrared lamp for a short time, and S
Hydrogen atoms are left only on the iO 2 thin film 42. In this state,
The growth of the Ca x Sr 1-x F 2 layer 45 is started (FIG. 11).
(C)). That is, the Ca x Sr 1-x F 2 layer 45 is
It is formed by supplying the F 2 raw material and the SrF 2 raw material from different evaporation sources. At this time, the composition x of the Ca x Sr 1-x F 2 layer 45 is set to 0.4 by controlling the temperature of the evaporation source. Here, the shape of the Ca x Sr 1-x F 2 layer 45 after growth has an apex angle of about 11 as in the CaF 2 layer 23 of the first embodiment.
It becomes an inverted V shape with 0 °. Next, the substrate temperature is once set to 80
The temperature is raised to 0 ° C. and hydrogen atoms on the SiO 2 thin film 42 are removed. After that, the Ge thin film 46 is set to 3 in the same MBE apparatus.
The film is grown to a film thickness of 000Å (FIG. 12 (a)). The Ge thin film 46 epitaxially grows on the Ca x Sr 1-x F 2 layer 45 to become a single crystal, and becomes a polycrystalline thin film on the SiO 2 thin film 42.

【0037】最後に、SiH4/N2O/H2を原料ガス
としたCVD法によりSiO2薄膜47を1.0μmの
膜厚で堆積し、溶融再結晶化用の基板を完成させた(図
12(b))。
Finally, a SiO 2 thin film 47 having a thickness of 1.0 μm was deposited by a CVD method using SiH 4 / N 2 O / H 2 as a source gas to complete a substrate for melt recrystallization ( FIG. 12B).

【0038】次に、多結晶Si薄膜46をアルゴンレー
ザを用いレーザビームアニールによる溶融再結晶化する
(図12(c))。ここで、アルゴンレーザは出力1W
で、レーザビーム48のビーム径を100μmに集光し
て基板表面に照射し、ストライプ上のシードに対して垂
直方向,すなわち矢印Aの方向に10cm/secの走査速度
でシード部の位置からビームの走査を開始して再結晶化
した。すなわち、多結晶Ge薄膜46は、溶融−固化の
過程でシードとしたCaxSr1-x2層45上のGeの
結晶情報を受け継いで横方向にエピタキシャル成長し、
単結晶Ge薄膜が得られた。このようにして、複数の半
導体薄膜の積層構造を形成することができた。
Next, the polycrystalline Si thin film 46 is melted and recrystallized by laser beam annealing using an argon laser (FIG. 12 (c)). Here, the output of the argon laser is 1 W
Then, the beam diameter of the laser beam 48 is converged to 100 μm and irradiated onto the substrate surface, and the beam is emitted from the position of the seed portion at a scanning speed of 10 cm / sec in the direction perpendicular to the seed on the stripe, that is, in the direction of arrow A. Was started to recrystallize. That is, the polycrystalline Ge thin film 46 inherits the crystal information of Ge on the Ca x Sr 1 -x F 2 layer 45 used as the seed in the process of melting and solidifying, and epitaxially grows in the lateral direction.
A single crystal Ge thin film was obtained. In this way, a laminated structure of a plurality of semiconductor thin films could be formed.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上に説明したように、請求項1乃至請
求項4記載の発明によれば、単結晶半導体基板と、該単
結晶半導体基板の表面上に一部に開口部を設けて形成さ
れた絶縁膜と、前記開口部において露出している基板の
表面上にエピタキシャル成長により形成されたフッ素化
合物と、前記フッ素化合物および絶縁膜上に形成された
単結晶半導体薄膜とを有しているので、デバイスの設計
余裕度を向上させることができ、かつ、基板と単結晶半
導体薄膜とを電気的に完全に分離することができて、良
好なデバイスを容易に得ることができる。
As described above, according to the first to fourth aspects of the invention, a single crystal semiconductor substrate is formed, and an opening is partially formed on the surface of the single crystal semiconductor substrate. And a fluorine compound formed by epitaxial growth on the surface of the substrate exposed in the opening, and a single crystal semiconductor thin film formed on the fluorine compound and the insulating film. In addition, the design margin of the device can be improved, and the substrate and the single crystal semiconductor thin film can be electrically separated completely, and a good device can be easily obtained.

【0040】また、請求項5,請求項6の発明によれ
ば、開口部において露出している基板の表面に所定の頂
角を有するV字形溝を形成し、該V字形溝上にのみ選択
的にシード部のフッ素化合物を成長形成するので、シー
ド字部の熱環境を整え、また、デバイスの設計余裕度を
向上させるのに、複雑な工程,特別な基板を用いる必要
性をなくし、かつ、基板と単結晶半導体薄膜とを電気的
に完全に分離することが可能である。
According to the fifth and sixth aspects of the invention, a V-shaped groove having a predetermined apex angle is formed on the surface of the substrate exposed in the opening, and only the V-shaped groove is selectively formed. Since the fluorine compound of the seed portion is grown and formed on the substrate, the heat environment of the seed portion is adjusted, and in order to improve the design margin of the device, the complicated process and the necessity of using a special substrate are eliminated, and It is possible to electrically and completely separate the substrate and the single crystal semiconductor thin film.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る半導体装置の構成例を示す図であ
る。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a semiconductor device according to the present invention.

【図2】CaF2を平坦なSi基板に成長させた状態を
示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a state in which CaF 2 is grown on a flat Si substrate.

【図3】(a),(b)はそれぞれ、本発明による半導
体装置の作製時,従来の半導体装置の作製時における再
結晶化過程での熱の流れを説明するための図である。
3 (a) and 3 (b) are diagrams for explaining a heat flow in a recrystallization process in manufacturing a semiconductor device according to the present invention and in manufacturing a conventional semiconductor device, respectively.

【図4】(a)乃至(c)は本発明による単結晶シリコ
ン薄膜の製造工程例を示す図である。
4A to 4C are diagrams showing an example of a manufacturing process of a single crystal silicon thin film according to the present invention.

【図5】(a)乃至(c)は本発明による単結晶シリコ
ン薄膜の製造工程例を示す図である。
5A to 5C are diagrams showing an example of a manufacturing process of a single crystal silicon thin film according to the present invention.

【図6】(a)乃至(e)は実施例1の半導体装置の製
造工程を示す図である。
6A to 6E are views showing a manufacturing process of the semiconductor device of the first embodiment.

【図7】(a)乃至(c)は実施例1の半導体装置の製
造工程を示す図である。
7A to 7C are diagrams showing the manufacturing process of the semiconductor device of the first embodiment.

【図8】(a),(b)は、V字型溝表面上,SiO2
薄膜表面上の水素原子の結合状態を示す図である。
8A and 8B are SiO 2 on the surface of a V-shaped groove.
It is a figure which shows the bonding state of the hydrogen atom on the thin film surface.

【図9】図6の製造工程において、基板表面を赤外線ラ
ンプで短時間加熱したときの基板表面の温度分布を示す
図である。
9 is a diagram showing a temperature distribution on the substrate surface when the substrate surface is heated for a short time by an infrared lamp in the manufacturing process of FIG.

【図10】図6(a)乃至(e),図7(a)乃至
(c)の工程で作製した実施例1の半導体装置における
Si薄膜のシード部からの距離に対する〔100〕軸の
傾きの分布の評価結果を示す図である。
FIG. 10 is a tilt of the [100] axis with respect to the distance from the seed portion of the Si thin film in the semiconductor device of Example 1 manufactured by the steps of FIGS. 6A to 6E and FIGS. 7A to 7C. It is a figure which shows the evaluation result of distribution.

【図11】(a)乃至(c)は実施例2の半導体装置の
製造工程を示す図である。
11A to 11C are views showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment.

【図12】(a)乃至(c)は実施例2の半導体装置の
製造工程を示す図である。
12A to 12C are views showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment.

【図13】従来のSOI構造を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a conventional SOI structure.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 単結晶半導体基板 2 絶縁膜 3 フッ素化合物 4 V形溝 5 Si薄膜 6 半導体装置 7 保護膜 10 開口部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Single crystal semiconductor substrate 2 Insulating film 3 Fluorine compound 4 V-shaped groove 5 Si thin film 6 Semiconductor device 7 Protective film 10 Opening

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 単結晶半導体基板と、該単結晶半導体基
板の表面上に形成された絶縁膜と、該絶縁膜の一部に設
けられた開口部において露出している基板の表面上にエ
ピタキシャル成長により形成されたフッ素化合物と、前
記フッ素化合物および絶縁膜上に形成された半導体薄膜
とを有していることを特徴としている半導体装置。
1. A single crystal semiconductor substrate, an insulating film formed on the surface of the single crystal semiconductor substrate, and an epitaxial growth on the surface of the substrate exposed in an opening provided in a part of the insulating film. A semiconductor device comprising: a fluorine compound formed by the method described above; and a semiconductor thin film formed on the fluorine compound and an insulating film.
【請求項2】 請求項1記載の半導体装置において、前
記単結晶半導体基板および半導体薄膜は、Si,Ge,
GaAs,InP,GaPのうちの少なくとも一つによ
り形成されていることを特徴とする半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the single crystal semiconductor substrate and the semiconductor thin film are made of Si, Ge,
A semiconductor device comprising at least one of GaAs, InP, and GaP.
【請求項3】 請求項1記載の半導体装置において、前
記フッ素化合物は、Ca,Sr,Baのうちの少なくと
も一つの元素を含有していることを特徴とする半導体装
置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the fluorine compound contains at least one element of Ca, Sr, and Ba.
【請求項4】 請求項1記載の半導体装置において、前
記フッ素化合物は、100〜120°の範囲の頂角を有
する逆V字形の形状であることを特徴とする半導体装
置。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the fluorine compound has an inverted V-shape having an apex angle in the range of 100 to 120 °.
【請求項5】 単結晶半導体基板上に一部開口部を有す
る絶縁膜を形成し、絶縁膜の開口部において露出してい
る基板の表面上に、フッ素化合物層と半導体層との2層
を少なくとも有するシード部を選択的にエピタキシャル
成長させ、シード部を含めた基板全域に多結晶あるいは
非晶質半導体薄膜を堆積し、レーザビームあるいは電子
線等により、シード部の半導体層を種結晶として前記半
導体薄膜を溶融再結晶化することにより、単結晶半導体
薄膜を得るようになっていることを特徴とする半導体装
置の製造方法。
5. An insulating film having a partial opening is formed on a single crystal semiconductor substrate, and two layers of a fluorine compound layer and a semiconductor layer are formed on the surface of the substrate exposed at the opening of the insulating film. At least the seed portion having the seed portion is selectively epitaxially grown, and a polycrystalline or amorphous semiconductor thin film is deposited on the entire substrate including the seed portion, and the semiconductor layer of the seed portion is used as a seed crystal by a laser beam or an electron beam. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein a single crystal semiconductor thin film is obtained by melting and recrystallizing the thin film.
【請求項6】 請求項5記載の半導体装置の製造方法に
おいて、前記開口部において露出している基板の表面に
所定の頂角を有するV字形溝を形成し、該V字形溝上に
のみ選択的に前記シード部のフッ素化合物層を成長形成
することを特徴とする半導体装置の製造方法。
6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein a V-shaped groove having a predetermined apex angle is formed on the surface of the substrate exposed in the opening, and only the V-shaped groove is selectively formed. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the fluorine compound layer of the seed portion is grown and formed on.
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