JPS5895838A - 単結晶シリコン領域を垂直に分離形成する方法 - Google Patents

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】 本発明は電子デバイス製作、より具体的には誘電体で分
離されたシリコン領域を含む電子デバイスに係る。

集積回路のようなほとんどの電子要素において、本質的
に単結晶のシリコンの領域間に、横方向の分離が行われ
る。単結晶シリコンというのは、た、とえば転位あるい
は積層欠陥のような直線状及び平面状欠陥の全量が、１
０”２ α　以下であるも−のである。この分離は、単結晶シリ
コンの領域間に、分離される単結晶の活性領域の深さ、
とほぼ等しい厚さをもつ電気的に絶縁性の材料の領域を
配置することによシ、実現される。（活性領域は、電子
デバイス構造を含むよう修正された単結晶シリコンの部
分である。活性領域は、一般的な電圧で動作するデバイ
スの場合、典型的な厚さが１μｍである。）このように
して、一つの単結晶領域すなわち一つの活性領域中に形
成されるトラ、ンジスタ又は他のデバイスは、電気的に
分離され、第２の活性領域中のデバイスとの相互作用が
防止される。

しかし、ある種の堵要な用途の場合、横方向の分離だけ
を用いたガでは、十分でない。

たとえば、ある種の例では、動作に用いる電圧は、しば
しば分離された活性領域間の相互作用を起すのに十分な
ほど大きい。この相互作用は荷電キャリヤ、が、一つの
活性領域下の基板を貫き、横方向分離領域下の基板を越
え、第２の活性領域まで昇ることにより起る。二つの活
性領域間のそのような好ましく力い電気的相互作用を防
止するため、横方向分離に加え、垂直方向の分離が用い
られる。垂直方向の分離は、下にある単結晶シリコン領
域のある程度、又はほとんど全てに、電気的に絶縁性材
料の領域をもたせることにより行える。

この対策によシ、高電圧においても、活性領域間の相互
作用が防止される。

垂直方向の分離はまた、より高い信頼性が望ましい一般
的な電圧で動作するデバイスに用いても有利である。垂
直方向の分離を実現するためにつけ加える絶縁性材料は
また、熱的な過程又はイオン化放射によシ下の基板中に
形成された電子−正孔対が、活性領域に移動し、従って
この領域中の電子デバイスにより処理されている情報に
、誤差を導入するのを防止する。加えて、垂直方向の分
離は、容量を減し、従ってよ６り速いデバイスの動作を
可能にする。

横方向及び垂直方向両方の分離を有する要素を作るため
に、各種のプロセスが用いられてきた。たとえば、誘電
体分離プロセスについては、ケイ・イー・ビーン（Ｋ、
　Ｅ、　Ｂｅａｎ　）及びダヴリュｅアール・ラニョン
（Ｗ、　Ｒ，Ｒｕｎｙｏｎ　）によシ、ジャーナル・オ
ヴ・ザ・エレクトロケミカル・ソサイアテイ（Ｊｏｕｒ
ｎａｌ　ｏｆ　ＴｈｅＥｌｅｃｔｒｏｅｈｅｍｉｃａｌ
　５ｏｃｉｅｔｙ　）、１２４　（１）、５０　（１９
７７）に述べられている。このプロセスは非常に欠陥密
度が低いシリコン基板を用い、−１添付した図面の第１
図に示されている。シリコン基板はシリコン酸化物３の
ような絶縁材料で被覆され、たとえばフォトリングラフ
ィの後、化学エツチングを行うような、通常の技術によ
シ酸化物中に、窓５が形成される。灰に、誘電材料中の
窓の下の露出されたシリコン部分に、溝Ｔがエッチされ
る。これらの溝７はＮ　ンリコン層８によシ、エピタキ
シャル的に被覆される。Ｎ＋シリコンはシリコン酸化物
のような絶縁体９で、被覆される。次に、絶縁体は多結
晶シリコン（ポリシリコン）層１０で、被覆される。生
成される構造は、第１Ｆ図に示されている。次に、構造
全体を逆にし、第１Ｇ図に示される構造が得られるまで
、シリコン基板は研摩される。

この構造において、残った高品質シリコンは１２と記さ
れ、絶縁層は１４及び１５と、多結晶シリコンは１６と
記されている。従って、最終的な構造は、電気的に絶縁
性の材料上に、単結晶シリコン１２を有する。

この誘電体による垂直方向の分離プロセスが用いられて
きたが、それには確実な欠点がある。プロセス中、シリ
コン酸化物層９が成長するにつれ、シリコン酸化物層９
の頂点領域１７中に、著しい大きさの圧縮応力が生じる
。この応力は隣接する単結晶シリコン１２上に、付随す
る力を及ぼし、それは欠陥の形成を促進する。従って、
単結晶シリコン領域の品質は著しく劣化・する。

単結晶シリコンの垂直に分離された領域を生成する他の
試みの中には、多孔性シリコンを使用する方法が含まれ
る。（多孔性シリコンとその製作についての説明は、ヨ
シノブ及びスノハラ、ジャーナル・オブ・ザ・エレクト
ロケミカル・ソサイアテイ（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆＴｈ
ｅ　Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　５ｏｃｉｅｔｙ
　）　：ソリツドーステート・アンド　テクノロジー（
ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅ　５ｃｉｅｎｃｅ　Ｔｅｃｈｎｏ
ｌｏｇｙ　）、１２４　（２）、２８５（１９７７）を
参照のこと）たとえば、ソリッド−ステート・エレクト
ロニクス（５ｏｌｉｄ　５ｔａｔｅ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ
ｉｃｓ　）、２４．１５９（１９８１）中にイマイが述
べたプロセスの例において、添付した図面の第２図中の
、ｎ形単結晶シリコンの島２１は、イオン注入のような
通常の技術によシ、ｐ形シリコン基板中に作られる。次
に、基板はｐ形シリコンを多孔性シリコンに変えるが、
ｎ形シリコンは本質的に変化させない条件下で、ＨＦ水
溶液中で電解的に処理される。多孔性シリコンの形成は
表面２３で始まシ、多孔性シリコンの形成前面が、２０
図に示される構造を生成する位置に達するまで、第２図
の２Ｂ図に示されるように進む。多孔性シリコンは典型
的な場合、ｎ形の島の横方向の長さ２４の半分より大き
な深さまで、形成される。ｎ形の島は典型的な場合、横
方向の長さが１５μｍで、多孔性シリコンの深さは約８
μｍである。多孔性シリコンは次に酸化され、約９５０
℃の温度で、４００分間湿った酸素雰囲気中に多孔性シ
リコンを置くことにより、シリコン酸化物絶縁領域が形
成される。シリコン酸化物領域は、基板中に垂直に本質
的な深さまで延び、垂直な分離が実現される。しかし、
多孔性シリコン領域が形成される時、ｎ影領域の端部２
６における電解プロセス中の電流密度は、ｎ形の高量の
多孔性シリコンの中央領域２Ｔ中の電流密度より、著し
く大きい。電流密度が不均一であると、多孔性シリコン
の密度に、それに伴う空間的な不均一性が生じる。

（先に引用したアリタ及びスノハラの論文を参照のこと
）得られる多孔性シリコンが酸化される時、密度の高い
領域２８及び２９は膨張するが、密度の低い領域３０は
消滅する。

このように、一つの領域示膨張し、もう一方が収縮する
ことにより、隣接する単結晶シリコン中に著しい歪を生
じ、問題を起す。

請求の範囲で述べるように、本発明により、領域の過度
の歪を導入することなく、これまで報告されたものより
著しい大きなシリコンの単結晶領域の、垂直方向の分離
が可能になることを、見出した。更に、ｎ形又はｐ形シ
リコンのいずれかで成る基板を用いてよい。多孔性シリ
コンが酸化される時、寸法の変化は制御できる。従って
、変形により生じる単結晶シリコン中の欠陥は、本質的
に避けられる。

本発明のいくつかの実施例について、添付した図面の第
３図及び第４図を参照しながら、述べる。

説明すべきプロセスは、シリコンの基板に対して実施す
ると有利である。ｎ形及びｐ形シリコンの両方が使用さ
れる。誘電体分離された単結晶シリコン領域が最終的に
形成される基板の領域は、０．５ないし３０μｍの範囲
の厚さをもつ多孔性シリコン領域が生成するよう処理さ
れる。用いる厚さは絶縁体に変換された時、その領域が
もつべき最終の厚さに依存する。一方、この最終の厚さ
は、必要な絶縁性の程度に依存する。典型的な場合、高
電圧デバイス、すなわち１００ないし１０００Ｖの範囲
の電圧で動作するデバイスの場合、２００ないし５００
０Ｖの範囲の降伏電圧を有するシリコン酸化物層が望ま
しい。これらの降伏電圧はここで説明するプロセスによ
り生成するような高品質酸化物から成る一般に１μｍ以
上の酸化物層を用いれば達成できる。

いわゆる電圧回路のような用途の場合、降伏電圧は重要
でなく、典型的な場合０．５μｍないし１０μｍの範囲
の厚さを有するシリコン酸化物層が、所望の特性を得る
ために適している。いずれの場合も、酸化物層は少くと
も０．１μ、（１ｏｏｏＡ）の厚さをもつ必要がある。

第３図において、単結晶シリコン４４が上にある多孔性
シリコン領域４３は、本質的に密度が一様である必要が
ある。すなわち、領域４４下の多孔性シリコンの体積中
の密度は、所望の降伏電圧を生じるように１あるいは低
電圧デバイスの場合、改善された特性が生じるように、
１０パーセントも密度が変化してはならない。好ましく
は５パーセント以下、２パーセント以下が最も好ましい
。（下の多孔性シリコンは単結晶領域の輪郭を規定する
線と交差する基板表面に垂直な第３図中の点線で示され
る仮想面によシ規定される。）密度に対する条件は、シ
リコン基板の全表面を、多孔性シリコンに変換すること
にょシ、簡単に満足させるのが有利である。（実際の場
合を考えると、基板の本当の端部は、電解法による多孔
性シ′リコン形成中、基板を電解液中に支持するよう設
計された定着済にょシ、一般に隠される。従って、隠さ
れたわずかの領域は、一般には多孔性にならない。しか
し、それは本発明において、層板全体を処理するという
場合に含められる。）たとえば端部からＩ　１１１以内
のように、多孔性にされる領域の端部に近い多孔性シリ
コンのみが、電解法による多孔性シリコン形成中、基板
の他の部分とは、電流密度が異る。従って、基板周辺部
の非常に限られた領域を除いて、均一な材料密度が得ら
れる。密度に対する条件を満たすためには、周辺部分で
はない多孔性シリコン上に、単結晶領域を生成すること
だけが必要である。

全基板表面を多孔性シリコンに変換することが簡単であ
るにもかかわらず、全表面よりは小さいが、上にある単
結晶シリコン領域よりは著しく大きい領域を、変換する
ことが可能である。多孔性シリコンが全基板上に形成さ
れるとともに、多孔性シリコン領域の端部には、ある程
度の密度勾配ができる。（密度勾配が含まれ・る横方向
の距離は、隣接する非多孔性シリコン領域の物理的な大
きさに依存する。多孔性シリコン領域中の密度勾配は、
光学的な観察によシ容易、に見ることができ、この領域
は重なってはならない。たとえば、２分の１センチメー
トルの非多孔性シリコン境界をもつ基板の端部において
、勾配領域は多孔性シリコンの端部から、約Ｉ　ＩＩの
距離だけ横方向に延びる。）有利な実施例において、単
結晶シリコン領域は、最初に単結晶シリコンの層を、基
板の本質的に全表面上に形成することにより生成される
。単結晶シリコン層の適当な部分が、次に通常の技術に
ょシ除去される。たとえば、多孔性シリコン領域に対し
、適当な空間的油係にあるばらばらの所望の単結晶シリ
コン領域を生成するために、適当なリングラフィと組合
された化学エツチング又はプラズマエツチングを用いる
。

ｐ形及びｎ形シリコンの両方において、多孔性シリコン
を生成するためのプロセスについては、ワイ・ワタナベ
（Ｙ、　Ｗａｔａｎａｂｅ　）他１ジャーナル・オブ・
ザエレクトロケミカル・ソサイアテイ（Ｊｏｕｒｎａｌ
　ｏｆ　Ｔｈｅ　ＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＳｏ
ｃｉｅｔｙ）　：ソリッド・ステート・サイエンス・ア
ンドテクノロジー（５ｏｌｉｄ−８ｔａｔｅ　５ｃｉｅ
ｎｃｅａｎｄ　Ｔａｃｈｎｏｌｏｇｙ　）、１２２（１
０）、１３５１（１９７５）に述べられている。基本的
には、このプロセスはＨＦを基礎とした電解液に、多孔
性にすべき領域が電解液に露出されるように、対向電極
とｎ形又はｐ形シリコン基板を浸すことを含む。次に、
シリコン基板から対向電極に電流を流す。用いる電流密
度及び基板の抵抗率が、得られる多孔性シリコンの密度
を決定する。典型的な場合、５００ないし０．００５Ω
／ｃＩＩＬの範囲の抵抗率を有する基板では、０．１　
ｍＡ／ｃ！ｔないし２００　ｍＡ／ｆｆｌの範囲の電流
密度によＦ）、０．７１１／ｃｄないし１．６．ｊｉｒ
／ｃ１１Ｆの範囲の材料密度が生じる。（上で引用した
ワタナベらの論文に述べられているように、高抵抗ｎ形
基板の場合、基板は電解エツチング′中、光照射される
。）ある抵抗率を有する基板を変換する時、所望の材料
密度を得るだめの適当な電流密度を決定するために、条
件設定用の試料を用いる。（基板抵抗率はシリコンのド
ーピングレベルを調整することによシ、制御できる。） ０．７ないし１．６．９／ｃＩ／ｌの範囲の材料密度に
より、有用なシリコン酸化物領域に変換可能な多孔性シ
リコンが生じる。しかし、たとえば高電圧回路のように
、要求される用途によっては１．０．９ないし１．１１
ｉ／ｃＪの範囲の密度を有する多孔性シリコンを用いる
のが好ましい。密度が減少するとともに、得られるシリ
コン酸化物は幾分ひつばシ応力が増し、降伏電圧は下る
。０．７．！７／ｄまで下っても有用ではあるが、この
値以下では、基板に対する多孔性シリコンの粘着性が低
くなシ好ましくない。密度が増すにつれ、酸化物材料中
の圧縮応力が増す。１．６．！ｉ’／ｃｒＩｌまでの密
度を有する材料は使うことができる。しかし、これ以上
になると、典型的な横方向の寸法を有する単結晶シリコ
ン領域の下にある多孔性シリコン領域を、横方向の大き
さ全体に渡シ酸化することが、一般に不可能である。

多孔性シリコンが形成された後、所望の単結晶シリコン
領域が製作される。これらの領域は化学気相堆積（ＣＶ
Ｄ）、分子線エピタキシー又はレーザー溶融のような周
知の技術により生成される。典型的な化学気相堆積技術
は、シラン及び水素キャリヤを含む気体流を有する垂直
ホットウォール反応容器を用いる。（このＣＶＤプロセ
スについては、エフ・エフ・ワイ・ワン（Ｆ、　Ｆ、　
Ｙ、　Ｗａｎｇ　）編シリコン中への不純物ドーピング
プロセス、ノースーホランド・パブ（Ｎｏｒｔｈ　Ｈｏ
１ｌａｎｄ　ｐｕｂ　）ニューヨーク（１９８１）、第
６章、“シリコンのＣｖＤ　ドーピング”　ｐｐ　２５
８　３１４　Ｋ記載されたマクドナルド　ロピンソン（
ＭｃＤｏｎａｌｄＲｏｂｉｎｓｏｎ）の解説を参照のこ
と）堆積気体は９００ないし１１５０℃の範囲の温度に
加熱された工ないし複数の基板上を通過する。あるいは
、分子線エピタキシープロセスにおいては、上で引用し
たシリコン中への不純物ドーピング　プロセスの第４章
、ジエイ・シー・ビーン（Ｊ、Ｃ６Ｂｅａｍ）による“
分子線エピタキシーによるドープされたシリコン層の成
長”に述べられているように、６５０ないし１０００℃
の範囲の基板温度が用いられる。

単結晶シリコンの領域を生成するために、多孔性シリコ
ンの領域を溶融する目的で、レーザーを用いることがで
きる。１０ないし５００ナノセカンドのパルス長を有す
るパルスレーザ−を用いると有利である。レーザーのパ
ワーは、多孔性シリコンが溶融される厚さが、生成され
るべき単結晶シリコンの厚さの約２倍になるようにセッ
トされる。パルスよシ導入された溶融及び固化プロ セスを通し、単結晶シリコン領域が形成される。（高欠
陥密度シリコンから単結晶シリコンを生成するために用
いる等価なプロセスの説明は、米国特許第４，２３４，
３５８号を参照のこと）レーザー溶融製作技術において
、多孔性シリコン領域は、９−ザー溶融プロセスの後、
単結晶シリコン領域下に適当な厚さの多孔性シリコンが
残るように、多孔性シリコン領域は十分厚い必要がある
。

単結晶シリコン領域が形成された後、単結晶シリコン下
の多孔性シリコンは、酸化され絶縁性材料の垂直に絶縁
された領域が形成される。先に述べたように、単結晶シ
リコン領域を規定するために、単結晶シリコンの層をエ
ッチするのが有利である。領域４８中の多孔性シリコン
４５が、単結晶シリコン領域４９の境界のすぐ下に露出
されるように、仁のエツチングプロセスを続けるのもま
た有利である。この方法を通して酸化媒体は単結晶シリ
コン領域下の多孔性シリコン材料の端部まで、より容易
に入る。

このプロセスで有用な典型的な酸化媒体は、０２又は０
２と水蒸気の混合体である。（もし必要ならば、キャリ
ヤガスに酸化媒体を混合することが可能である。）酸化
プロセスを通して多孔性シリコンを絶縁体に変換する工
程は、比較的遅い速度で最初変換が始まり、次に変換速
度がゆつくシ増加するように行うべきである。もしこの
ようにしないと、最辺に変換された材料の膨張によシ、
多孔性シリコン領域の端部が封じられる危険性が、著し
く増す。（圧力が高くなると、一般に酸化が急速に起り
すぎるため、０２又は０２プラス水蒸気の分圧が１　ａ
ｔｍ又はそれ以下になるように制限することも有利であ
る）。

変換プロセスにおける適当な酸化速度の傾斜を生みだす
有利な方法は、たとえば０２又は０２及び蒸気のような
酸化雰囲気とともに、５００ないし６００℃の範囲の温
度を最初に用いることを含む。次に、１５分ないし２時
間の時間に渡り、温度を１ｏｏｏないし１２５０℃の範
囲の温度まで、“徐々に上げる。

温度上昇にかかる時間が長くなるほど、多孔性シリコン
材料の酸化を延ばすことが可能な横方向の領域は長くな
る。たとえば、１．１ｇ／ｃＩＩの密度を有する多孔性
シリコンを処理スチーム媒体を用いると、７０μｍない
し１５０μｍの横方向寸法を有する酸化物領域が生じる
。それに対し、２時間にすると、２００μｍないし４０
０μｍの寸法になる。

温度上昇時間及び単結晶シリコン領域下の多孔性シリコ
ン領域の最初の密度の°両方が、酸化可能な最大横方向
寸法を決定する。所望の横方向寸法に対する適当な密度
及び時間を決定するために、調整用の試料が用いられる
。

乾燥酸化雰囲気・０２は、単結晶シリコン領域下に浸透
する横方向の寸法がより大きくなるので好ましい。湿っ
た酸化雰囲気０２／スチームは、一般によシ高い降伏電
圧を有する酸化物を生成する。二つの雰囲気の組合せも
可能である。たとえば、浸透させるために、低温で最初
に乾燥酸素を用い、酸化物の品質を改善するために、次
に高温で湿った酸素を用いる。

下の多孔性シリコンの酸化によシ、第４図中の４Ｂに示
されるような形状ができる。

（酸化領域は５２と記されている。）酸化皮膜が単結晶
シリコン領域の表面上に形成されることに注意すべきで
ある。この皮膜は単結晶シリコン中にデバイスを形成す
るプロセス中、皮膜中に窓がエッチされるまで、単結晶
表面を保護する。多孔性シリコンは酸化される前は本質
的に空孔を有するため、酸化プロセスは好ましくない体
積変化を起すことはない。加えて、単結晶シリコン領域
に近接した多孔性シリコンは、本質的に一様な密度を有
するため、酸化プロセス中、好ましくない応力や欠陥が
導入されない。、４Ｂ中の形状に到達した後、空孔５３
を満すことにより、表面を平坦にするのが望ましい。（
空孔を満すことによつｆ４１また、横方向の分離が加わ
る。）これはＣＶＤ酸化物堆積及び堆積した酸化物を平
坦にするために、反応性・イオンエツチングを行うこと
により得られる。（ＣＶＤ酸化物堆積の説明は、エイ・
シー・アダムズ（Ａ。

Ｃ，Ａｄａｍｓ　）及びシー・ディー・キャピオ（Ｃ。

Ｄ、　Ｃａｐｉｏ　）、ジャーナル・オブ・ザ・エレク
トロケミカル・ソサイアテイ（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆＴ
ｈｅ　Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　）、１２６．
１０４２（１，９８０）を、また反応性イオンエツチン
グによる平坦化についての説明は、エイ・シー・アダム
ズ（Ａ、　Ｃ，Ａｄａｍｓ　）及びシー・デイーキャピ
オ（Ｃ，Ｄ、　Ｃａｐｉｏ　）、ジャーナル・オブφザ
・エレクトロケミカル・ソサイアテイ（Ｊｏｕｒｎａｌ
　ｏｆ　Ｔｈｅ　Ｅｌｅｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　５
ｏｃｉｅｔｙ　）１２８．４２３　（１９８１）を参照
のこと）得られるもの全体を、所望の電子デバイスを形
成するため、次に通常の方法で処理する。

たとえば、単結晶領域中のトランジスタ、キャパシタあ
るいは抵抗のいずれかあるいは全部及−びこれらのデバ
イスへの電気的接触を作るためである≦ 以下の例はプロセスで用いられる典型的な条件を示す。

第１例 ０．００６Ω／ｃｍの抵抗率を有する１００面のホウ素
ドープ、３インチ径のウェハが、電解処理のため基板支
持具に置かれた。基板支持具は２つのテフロン部分を有
する。第１の部分は深さが２分の１センチメートルで直
径が約６センチメードル（２，５インチ）の井戸を含ん
だ。１つの部分はこの井戸をこの試料支持部の、縁に接
続した。基板は試料支持具のこの部分に置かれ、本質的
に井戸全体の中心と合うように置かれた。約２．５イン
チの内径を有するテフロンリングが、ウェハ上に中心を
合わせて置かれた。この第２の試料支持部分は二基板の
端部を越えた点で、第１の試料支持部にボルトでとめら
れるように、十分広かった。これらのテフロン部分がと
もにテフロンのねじでとめられると、基板の裏の井戸は
、出力口を通して、蒸留された水銀で満された。

容積で１の水と容積で２のＨＦ溶液を組合せることによ
り、電界液を用意した。（ＨＦ溶液は水の中に重量で４
８パーセントのＨＦ溶液を含む濃ＨＦであった。）基板
を有する基板支持具は、基板は被覆されるが、水銀のだ
めの出力口は電界液の表面上に出るように、電界液中に
浸された。電解液中に２インチ平方の白金シートを浸す
ことにより、対向電極を用意した。タングステンリード
線がパワー源の正端子に、電気的に接続され、基板の裏
の井戸中の水銀に接するように、水銀部分に挿入された
。導電体がパワー源の負端子に、電気的に接続され、圧
着により対向電極につけられた。基板及び対向電極間に
、１．６アンペアの全電流（電流密度は約５０　ｍＡ／
ｃｉ　）を、２分間流した。次に電流を止め、試料支持
具を溶液から除き、脱イオン水中で基板を洗った。つ、
エバの露出部分に渡って生じた多孔性シリコンは、光学
顕微鏡で観察すると、約５μｍの深さであった。

次に、基板は約７Ｐａ（５０ミリトール）及び２００℃
の温度の真空オーブン中で、約１０分間流なましされた
。このプロセスは多孔性シリコンの孔から、残留してい
る電解液を除去するために行われた。次に、基板は垂直
ホットウォール化学堆積反応容器の試料支持具申に置か
れた。反応容器は１１００℃に加熱され、１気圧の水素
を反応容器中に導入した。この処理は１０分間続けられ
、次に水素を容器から除去した。温度は１０００℃に調
節され、９５１／分の水素ガス流量と１５０ｓｅｃｍ（
１分当り基準ｃ！ｔ）のシランを、約１気圧で反応容器
中に導いた。シラン／水素混合物を約１０分間流し続け
、流れを止め、残ったシランを含むガスが容器から除去
された。

このプロセスにより、約１０　＋／ｃｌの欠陥密度を有
する１、５ミクロンの厚さのエピタキシャル薄膜が生じ
た。（欠陥密度は通常のエッチャントを用い、得られた
エッチピットを走査電子顕微鏡で観察することにより、
測定した。）アビニシンＷワックス（アビニシン社の製
品）を、トリクロロエタンに溶かした。溶液の小さな液
滴を、約３ないし４１１１１の直径を有する玉を形成す
るよ゛うな間隔で、基板上に置いた。トリクロロエタン
を蒸発させるために、基板を雰囲気の中に放置した。ト
リクロロエタンの蒸発により、直径約３ないし４ＩＩＩ
１１！のアビニシンＷワックスの領域が残った。

容積にして１の濃硝酸、容積にして１の濃塩酸及び容積
で６の氷酢酸を組合せて、シリコンエツチング液を用意
した。基板はエツチング液中に浸され、マスクされない
単結晶シリコンの部分とこれらの部分の下の多孔性シリ
コンが除去されてしまうまで、エツチング液中に維持さ
れた。（除去プロセスの停止時刻は、エッチされている
基板領域の反射率の変化から、容易にわかる。エツチン
グプロセス全体で、約１０秒かかった。）基板は脱イオ
ン水中で洗い、トリクロロエタンを用いて、ワックスを
除去した。

基板は６００℃の炉の中に置かれた。９０℃に保たれた
水バブラに、酸素を流し始めた。

得られる水で飽和した酸素が、炉を通して基板上に流さ
れた。酸素を流し始めてからできるだけ早く、１分画シ
２０℃の速度で、直線的に温度を上げた。１０００℃に
達するまで温度を上げ、この温度を４５分間保った。

試料は島を通してへき関され、それらが光学的に観察で
きるようにした。単結晶シリコン領域下の酸化の横方向
の広がりは、約７０ないし１５０μｍと観測された。

第２例 酸化プロセス中温度を６００℃から１０００℃まで、１
分画シ３度の速度で直線的に上昇させたことを除き、第
１例で述べたものと同じプロセスに従った。このプロセ
スにより、横方向の広がシは２００ないし４００μｍと
なった。

第３例 ＣＶＤプロセスにおいて、各種の基板温度を用いたほか
は、第、１例のプロセスに従った。

これらの温度は９００ないし１１００℃であつた。加え
て、シランの代シに四塩化シリコンを用いた。得られた
単結晶シリコンは、第１例で述べたものとほぼ同じ品質
であった。

第４例 分子線エピタキシープロセスにより単結晶シリコンを成
長させたことを除き、第１例のプロセスに従った。基板
は分子線エピタキシー装置の試料支持具申に置かれた。

試料室は約５　Ｘ　１０　　Ｔｏｒｒの圧力まで排気さ
れた。次に、基板を８５０℃の温度まで、急速に上昇さ
せた。１００ないし１０００人の材料を除去することに
より、表面を浄化するために、アルゴンイオンで基板表
面をスパッタエッチした。基板温度を６５０℃まで下げ
た。基板に向うシリコン流を生成するため、電子ビーム
で純粋なシリコンの入った容器を加熱した。

１５分間基板にシリコン流を照射することにより、約１
μｍの厚さの単結晶シリコンが得られた。単結晶シリコ
ンの表面における欠陥密度は、本質的にゼロで、この欠
陥密度は多孔性シリコシ材料との界面における約１０’
／ｃｄまで増加した。

第５例 レーザー溶融により単結晶シリコンを生成させたことを
除き、第１例のプロセスに従った。基板は３５０℃に加
熱された試料支持具上に置かれた。約０．５３ミクロ−
ンの波長において、シングル、ガウンアンモードで動作
する倍周ニオジウムＹＡＧレーザーを用いた。

レーザーは約９５ナノセカンドの長さをもつパルスで、
２５０ｋＨｚにおいて変調した。大きさが約４０μｍで
、基板表面における平均パワーが約２５ミリラツトのス
ポットで、各′点が約３０μｍだけ前の点に重なるよう
に、基板表面を走査した。レーザーによシ導入された溶
融によシ、約１′０ｃＩｌの領域が完全に処理されるま
で、レーザー、は折り返し、往復させて走査した。単結
晶領域は電子チャネリングにより調べられ、チャネリン
グの量により、実際に単結晶領域が形成されたことが示
された。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は誘電体分離に関する既知の方法の説
明図、 第３図及び第４図は本発明の実施例を示す説明図である
。 〔主要部分の符号の説明〕 ４３・・・多孔性シリコン ４４・・・単結晶シリコンの領域 ４８・・・多孔性シリコン部分 出願人　　　ウェスターン　エレクトリックカムパニー
、インコーポレーテッド

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、単結晶シリコン領域の下に多孔性シリコンの領域を
   形成し、多孔性シリコンを酸化させる、単結晶シリコン
   領域を垂直に分離形成す、る方法において、　　　　。 単結晶シリコンの領域形成前に、多孔性シリコンが形成
   され、単結晶シリコンの領域は、その下に設けた多孔性
   シリコン部分が、少くとも０．１マイクロメータの深さ
   まで、値が１０パーセント以上変化しない密度を有する
   ように、多孔性シリコンの領域の横方向の領域内に入る
   ことを特徴とする方法。 ２、特許請求の範囲第１項に記載された方法において、 酸化に先立ち、単結晶シリコンの領域の下に設けた多孔
   性シリコン部分の外の多孔性シリコンを除去することを
   特徴とする方法。 ３、　　＃許請求の範囲第１項又は第２項に記載された
   方法において、 酸ｊヒは５００ないし６００℃の範囲の温度で開始され
   、酸化中１０００ないし １２５０℃の範囲まで、徐々に温度が上昇されることを
   特徴とする方法。