JPS5893221A - 半導体薄膜構造とその製造方法 - Google Patents

半導体薄膜構造とその製造方法

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JPS5893221A
JPS5893221A JP56190628A JP19062881A JPS5893221A JP S5893221 A JPS5893221 A JP S5893221A JP 56190628 A JP56190628 A JP 56190628A JP 19062881 A JP19062881 A JP 19062881A JP S5893221 A JPS5893221 A JP S5893221A
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single crystal
crystal
amorphous
substrate
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English (en)
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Kazumichi Omura
大村　八通
Yoshiaki Matsushita
松下　嘉明
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Original Assignee
Toshiba Corp
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • Y10S438/973—Substrate orientation

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の属する技術分野 本発明は単結晶表面の一部に存在する絶縁性薄膜上に、
半導体表面から単結晶半導体薄膜を延在せしめる構造と
その製造方法に関する。
従来技術とその問題徹 絶縁基板上の単結晶薄膜は５ＯＳ（サファイアトのシリ
コン）の例でも判るように次のような利点を有する。（
り薄膜を島状に分離し又は誘電体分離により素子間の分
離が容易１士つ完全に出来る。（り拡散、イオン注入等
で不純物を絶縁膜界面まで導入するときはｐ−ｎ接合の
面積を著しく小さく出来るため浮遊容量が従って小さく
高速動作が可能。
（りこの薄膜上にＭＯＳインバータを作るときは基板バ
イアス効果がないことからスイッチング速度が大きい等
である。絶縁基板が半導体単結晶上の誘電体薄膜であり
、その開孔部で一醍体薄膜上の半導体膜と基板半導体と
連結する構造の場合、子導体基板からの電気抵抗が単結
晶のため低いといっだ利点があり、抵抗の高い多結晶を
堆積したものより優れている。
このような薄膜構造は最近発達したレーザーアニール法
で部分的に可能となっている。すなわち第１図に示す様
に堆積ＳＩとして真空蒸着のアモルファスＳＩケＦ記単
結晶（開面および１ｆ４接５ｌｏｔ　ｔ１２１　ｈに延
在して堆積し、固相成長せしめることによりまず単結晶
上をエピタキシャル単結晶化し、次に８ＩＯ＊ヒアモル
ファスＳＩｔ＋３＋をも横方向から単結晶化スル方法で
ある。アモルファスＳＩの代りに多結晶３ｉを堆積後、
ＳＩ等をイオン注入してアモルファス化しても良い。そ
して、成長温度を５〜６００−０と低くすることが出来
、Ｓ’Ｏｘ下に形成した素子に損傷を与えないといった
利点を有する。しかし、単結晶アモルファスＳｉがエビ
タキンヤル成長し、これが横方向に延びて事納晶化が進
行する一方で絶縁膜上や膜端部で基板Ｓｉの方位と関係
のない結晶が発生し、絶縁膜上は、基板と連続格子を有
する単結晶と、多結晶゛が混在し、特に絶縁膜端では、
単結晶上で垂直にエビタギシャル成長した結晶が方向を
変えて横方向に成長せねばならない為か、これを基点と
して基板と無関係な方位の結晶が発生ｉ−易いことが判
った。　　　　１ 発明の目的 本発明は上記事情ｙｃ鑑みて為されたもので、均一な単
結晶薄膜を得る事を目的とする。
発明の概璧 即ち本発明は、立方晶牟結晶半導体基板表面に選択形成
した被膜の辺方向が＜１００＞或は（２１１ン方向と直
角になる様にしたものである。
発明の効果 アモルファス状態の立方晶半導体は、＜１００ン或いは
＜２１１＞方向に固相エビタキノヤル成長し易くこの様
に被膜の辺方向が（１００＞或は＜２１１＞に直角にな
る様に選ぶことにより、半導体基板から固相エビタキン
ヤル成長した結晶は被膜上に連続形成されたアモルファ
ス半導体を速やかに単結晶化するので、先述多結晶が生
じ難く均一な単結晶膜を得る事が出来る。
発明の実施例 以下、本発明の実施例を図面を参照しながら詳述する。
〔実施例１〕　　：′□ 第２図に示す様に、オリエンチー７ヨ７カツト方向が（
１１０）方向を持つ（１１１）　Ｓｉつ■二・・−Ｑυ
を用意し、乾燥酸素中１０００’Ｏで２．５時間程度酸
化し約１（）（川λの熱酸化膜（ｓｉｏ＋）−２を形成
する。オリエンテーションカット方向すなわち（１１０
）方向に平行に巾３μｍの開孔溝が出来るよう、光蝕刻
で酸化膜（シｚをエッチオフする。エッチしないＳ＊Ｏ
Ｉ巾は（支）μｍであった。開孔部８１の表面処理を良
く行ない清浄化し、この構造のウニ・・上に減圧ＣＶＤ
で多結晶８１膜を３０００λ堆積する。１０００’Ｏで
側分熱処理後、射影飛程が単結晶、多結晶界面になる様
な、２００　ＫＶで５　Ｘ　１０１６／ｃｍのＳＬイオ
ン注入を行ない堆積多結晶をアモルファス化する。との
ウエノ・金歯中で６００’０．６０００分熱処理した。
其の後、基板単結晶側からエッチ１−てウエノ・厚をう
す＜１．ｓＩｏ、上堆積Ｓｉを透過亀子顕微鏡で観察し
た１、その結果Ｓ＋Ｏｍ上面檀の約８０係が（１１１）
而の単結晶薄膜であった。残りの約２０％は５ｉｆｔ上
および５ｈｏｔ帯の端部で結晶核生成が起ったと見られ
る。基板と無関係な方位の結晶粒であった（＞　８１０
ｍ帯方向が（１ｉｏ）方向から５゜以トずれるとｓ　ｉ
ｏｔ上の（１１１）面の単結晶薄膜部分が減少するのが
観察された。Ｓ　１０　宜帯方向が〔１〒０〕方向と垂
直方向すなわち（１１２）方向即ち〈２１１ン方向の場
合５１０．上の（ｉｌｌ）方位の単結晶薄膜部分は５ｆ
）％であった。これは５ｌｏｔ帯端より横方向に固相エ
ピタキシャル成長が起る際に帯長さ方向と垂直に成長の
早い（１１２３方向がある場合に横方向固相エピタキシ
ャル成長が具合良く行われることを示すものと言える。
この様にして形成したｓ　ｉｏ、上ＳＩ膜（ハ）に第３
図のようにチャネル長およびチャネル中央々４および６
μｍのｎチャネルＭＯ８）ランラスタ（３１）を製作ｌ
−だ。単結晶膜部分に形成されたトランジスタの電子電
界効果易動度μＦＢの最大は５００　ｆｆｌ／ｖ　、　
ｓ　ｅｃで、パルクル型（１１１）　ｓ１上に形成され
たｎチャネルＭＯ８）ランラスタのμ、Ｂの最大値６５
０７／ｖ−ｓｅｃに近い値であった。
〔実施例２〕 次に（１１０）ウェハに適用した結果を述べる（第４図
）。（１１０）ウェハ（４１）を前述と同じく乾燥酸素
で酸化しｘｏｏｏＡの酸化膜０２）を形成、オリエンテ
ーションカッ）　（１１０）方向に平行に巾３μｍの開
孔溝が出来るよう、光蝕刻で酸化膜０２）をエッチオフ
する。残したｓ　ｉｏｘ部１１】は前回機関μｍである
。
■■ｒ’　：　Ｎ２０　＝　１　：　ｔｏｏの水ｆ６液
でウェハを処理した後水溶液を払い落し、真空蒸着装置
に入れｌＸ１０’”ｆｏｒｒに真空引きを行なった０電
子ビ一ム蒸着で８１を毎秒１５大の速度で３０００！蒸
着した。このウェハを６００°０で６０００分ＮＩ中で
熱処理を行ない同相エピタキシャル成長させた。実施例
１と同じくウニ・・の裏面よりエッチして薄くし透過電
子顕微鏡で観察した。その結果ｓｉｏ雪上の５ｉｆＩＮ
の約８５チが（１１０）の単結晶膜で開孔部の単結晶基
板部と連続していた。残りの加係の部分は３〜２０μｍ
の結晶粒であるがその方位、配向は基板（１１０）とは
関係のない多結晶部分であった。開孔溝方向をオリエン
テーションカット方向すなわち〔１丁Ｏ〕方向から少し
づつ傾けて行き、約６°を越えるとＳｌＯ＊単結晶部が
減少する事が判−た。開孔溝方向が〔１丁０〕と直角方
向になると５ｉｏｔ上単結晶Ｓ１部分は約５０％に減少
した。
これは、開孔溝方向が（１１０）方向のとき、単結晶開
孔部分から５ｉｌｌ　Ｆへの方向がこれと直角の（００
１）即ち（ＩＱＱ）方向となるので成長容易な方向であ
り且つ（１１０）面がその場合の成長しやすい組合せ面
方位であるのでＳｔｏｗ−ヒへの単結晶化が良く行なわ
れたものと考えられる。
〔実施例３〕 次に（１００）ウエノ・を使用しｆｃ９１１を述べる（
第５図）。（１００）ウニ・・（５１）を前同様熱酸化
により１０００λの酸化膜（５２）を成長せしめ、３μ
ｍ巾の開孔溝を加μｍ巾の５１０１帯（５２）を介して
形成する。実施例１と同じ表面処理を行ない、真空蒸着
でアモルファス８１を３０００に堆積した。５９０　’
０　、６０００分、Ｎ２中で熱処理し、固相エピタキシ
ャル成長させ、透過電子顕微鏡で観測した。開孔溝方向
が（００１）方向であるときは５１０１上Ｓ１薄膜は約
８５％が（１００）単結晶であり、開孔部基板単結晶と
連続であ昏っだ。
しかじ開孔溝方向が（００１）方向からずれるとこの割
合は減少１〜、（０１１）方向となると約５０係となっ
たＯ ：：：。
この様に、＜１００ン或いは（２１１／一方向と直角な
辺を持つ様に絶縁膜を設けておくことによりエピタキシ
ャル成長が速やかに進み、単結晶膜の均一性を高める事
が出来る。
上記実施例では絶縁膜を一部に設けたが、ウェハ全面を
単結晶化するには、例えばウェハ全面に絶縁膜をストラ
イブ状に設ければ良い。
以Ｆの説明では基板の面は（１ｔｏ）、　（ｔｔｏ　）
、　（ｔｏｏ）について述べたが、　（１００：＞や＜
２１１ンを含む面はこれに限らない事は言うまでもない
。又、３ｉの他、同様な結晶構造を有する（）ｅにも適
用出来、これらダイヤモンド形結晶の他、■−ｖ族半導
体のような閲岨鉛鉱形結晶でも同様の効果を有する。即
ち立方晶半導体であれば良い。
上記実施例では絶縁膜として酸化膜について述べたが、
窒化膜等、他の被膜でも良いし、半導体絶縁膜で充填す
る様にしても良い。又、半導体膜被層に際Ｌ　、アモル
ファス又は多結晶半導体を堆積させたが、気相エピタキ
シャル成長により開口部には単結晶を、絶縁膜上には多
結晶半導体を成長させ、其の後、イオン注入により全体
をアモルファス化してから固相成長させる事も出来る。
その際、開孔部上に半導体膜が周囲より厚く被着された
時は、イオン注入後、開口部下層にアモルファス化され
ない単結晶層が残ることになるが、この単結晶層も基板
表面とみなすことができる。又適当な基板表面に単結晶
膜を形成した半導体基板にも本発明を適用する事が出来
る。又、レーザービーム等、エネルギービーム照射によ
り固相エピタキシャル成長させる様にしても良い。
上記実施例では−１−のみの単結晶化について述べたが
、これを繰り返して単結晶膜を絶縁膜を介して多層に積
層すれば３次元構造のＩＣを製作する事が出来る。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来例を説明する為の断面図、第２図第３図、
第４図及び第５図は本発明の詳細な説明する為の図であ
る。 ｊｉ’！２　　図 ［ｔｙ２］ 第４図 第５図 １１４−

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. ＋１．ｌ半導体単結晶基板と、この基板表面に形成され
    、＜１００＞或いは＜２１Ｄ方向に直角な辺を持つ絶縁
    膜上、前記基板表面から絶縁膜上に区って形成（２）半
    導体単結晶基板表面に＜１００ン或いは（２１１）方向
    に直角な辺を持つ被膜を形成する工程と、前記基板表面
    から被膜上に暇って立方晶半導体のアモルファス薄膜を
    形成する工程と、アニールにより前記アモルファス薄膜
    を基板側から固相エピタキンヤル成長して単結晶化する
    工程とを備えて成る事を特徴とする半導体薄膜構造の製
    造方法。
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