JPS63239928A - 集積回路 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は電子装置に利用される集積回路に関するもので
ある。

［従来の技術］ 従来、コンピュータなどの電子装置は、ガラス、エポキ
シなどの材料からなる基板（プリント基板）の表面に銅
はくなどでパターンをひき、該基板上にプラスチックあ
るいはセラミックなどでパッケージされた集積回路（Ｉ
　Ｃ）を半田づけするなどして構成されている。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、電子装置を構成する場合には、外来ノイズに
よって誤動作しないようにする配慮が必要である。特に
電源ラインは最も重要であり、アース、　Ｖｃｅ間のイ
ンピーダンスを十分に低くすることが、電子装置を安定
的に動作させる上で基本の技術となっている。一般にベ
タアース（即ち全面をアース）にすると前記インピーダ
ンスを十分に低くすることができる。

しかしながら、従来のプリント板においてはＩＣ間の配
線のパターンの制約からベタアースとすることが困難で
あった。

このことを解決するために、銅はくを多層構造にし、こ
のうちの一層をアースパターンとする多層基板が考案さ
れているが、片面あるいは表裏両面のみにパターンを形
成した基板に比べると非常にコストがかさみ広く普及す
るに至っていない。

あるいはまた、導体基板上にＩＣチップを貼付する方法
が考えられているが、導体基板上にＩＣチップを所望の
位置に精度よく貼付する作業、また多数個のチップを貼
付する場合においては、チップ間の配線をワイヤーボン
ディング等で行う作業等が必要であった。

従って、本発明は従来の上述したような問題点を解消し
、ベタアースすることが容易で、所定の位置にＩＣチッ
プを貼付等の作業の必要でない集積回路を提供すること
を目的とする。

［問題点を解決するための手段］ かかる目的を達成するために本発明の集積回路（ＮＤ）
が十分大きい材料で形成され、単一の核のみ成長する程
度に十分微細な面積を有する核形成面（ＳＮＤＬ）が設
けられ、該核形成面（ＳＮＤＬ）に単一的に成長した単
結晶を用いて半導体素子が形成されていることを特徴と
する。

［作　用］ 本発明によれば、導体基板上に結晶形成面を薄膜形成し
、結晶形成面上に結晶形成面の材料より核形成密度が十
分大きく、かつ単一の核だけが成長する程度に十分微細
な異種材料を設け、異種材料に成長した単一の核から結
晶を成長・形成させることで、半導体集積回路を作製す
るようにしたものである。

まず、堆積面上に選択的に堆積膜を形成する選択堆積法
について述べる。選択堆積法とは、表面エネルギ、付着
係数、脱離係数、表面拡散速度等という薄膜形成過程で
の核形成を左右する因子の材料間での差を利用して、基
板上に選択的に薄膜を形成する方法である。

第３図（Ａ）および（Ｂ）は選択堆積法の説明図である
。まず同図（Ａ）　に示すように、基板１上に、基板１
と上記因子の異なる材料から成る薄膜２を所望部分に形
成する。そして、適当な堆積条件によって適当な材料か
ら成る薄膜の堆積を行うと、薄膜３は薄膜２上にのみ成
長し、基板１上には成長しないという現象を生じさせる
ことができる。

この現象を利用することで、自己整合的に成形された薄
膜３を成長させることができ、従来のようなレジストを
用いたりソゲラフイエ程の省略が可能となる。

このような選択形成法による堆積を行うことができる材
料としては、例えば基板１としてＳｉｎ、、薄膜２とし
て５４％ＧａＡｓ、窒化シリコン、そして堆積させる薄
膜３としてＳｉ、Ｗ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等がある。

第４図は、５ｉｎ２の堆積面と窒化シリコンの堆積面と
の核形成密度の経時変化を示すグラフである。

同グラフが示すように、堆積を開始して間もなく　５ｉ
０２上での核形成密度は１０’Ｃ［Ｑ−２以下で飽和し
、２０分後でもその値はほとんど変化しない。

それに対して窒化シリコン（ＳｉｓＮ４）上では、〜４
　Ｘ　１０’ｃｍ−２で一旦飽和し、それから１０分は
ど変化しないが、それ以降は急激に増大する。なお、こ
の測定例では、　５ｉＣｕ４ガスをＨ２ガスで希釈し、
圧力１７５Ｔｏｒｒ　、温度１ｏｏｏ℃の条件下でＣＶ
Ｄ法により堆積した場合を示している。他にＳｉＨ４、
５ｔ）１２ｃＩｔ２　、５ｉＨＣｆ１３　、ＳｉＦ４等
を反応ガスとして用いて、圧力、温度等を調整すること
で同様の作用を得ることができる。また、真空蒸着でも
可能である。

この場合、Ｓｉｎ、上の核形成はほとんど問題とならな
いが、反応ガス中にＨＣｊ２ガスを添加することで、　
Ｓｉｎ、上での核形成を更に抑制し、５ｉ０２上でのＳ
ｔの堆積を皆無にすることができる。

このような現象は、５ｊ０２および窒化シリコンの材料
表面のＳｔに対する吸着係数、脱離係数、表面拡散係数
等の差によるところが大きいが、Ｓｔ原子自身によって
５ｉＯｚが反応し、蒸気圧が高い一酸化シリコンが生成
されることで５ｉｎ２自身がエツチングされ、窒化シリ
コン上ではこのようなエツチング現象は生じないという
ことも選択堆積を生じさせる原因となっていると考えら
れる（Ｔ、Ｙｏｎｅｈａｒａ。

Ｓ、Ｙｏｓｈｉｏｋａ、Ｓ、Ｍｉｙａｚａｗａ、　Ｊｏ
ｕｒｎａｌ　ｏｆ　ＡｐｐｌｊｅｄＰｈｙｓｉｃｓ　Ｖ
ｏｌ、５３．６８３９．１９８２）　。

このように堆積面の材料として５ｉ（ｈおよび窒化シリ
コンを選択し、堆積材料としてシリコンを選択すれば、
同グラフに示すように十分に大きな核形成密度差を得る
ことができる。なお、ここでは堆積面の材料としてＳｉ
Ｏ□が望ましいが、これに限らす５ｉＯｘ（０＜ｘ　＜
２）であっても核形成密度差を得ることができる。

勿論、これらの材料に限定されるものではなく、核形成
密度の差が同グラフで示すように核′の密度で１０’倍
以上であれば十分であり、後に例示するような材料によ
っても堆積膜の十分な選択形成を行うことができる。

この核形成密度差を得る他の方法としては、５ｉ０２上
に局所的にＳｔやＮ等をイオン注入して過剰にＳｔやＮ
等を有する領域を形成しても良い。

このような選択堆積法を利用し、堆積面の材料より核形
成密度の十分大きい異種材料を単一の核だけが成長する
ように十分微細に形成することによって、その微細な異
種材料の存在する箇所だけに単結晶を選択的に成長させ
ることができる。

なお、単結晶の選択的成長は、堆積面表面の電子状態、
特にダングリングボンドの状態によって決定されるため
に、核形成密度の低い材料（たとえば５ｔ０２）はバル
ク材料である必要はなく、任意の材料や基板等の表面の
みに形成されて上記堆積面を成していればよい。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明に係る結晶の形成方法
の実施例を示す形成工程図であり、第２図（＾）および
　（Ｂ）は、それぞれ第１図（Ａ）および（Ｄ）におけ
る基板の斜視図である・ まず、第１図（Ａ）および第２図（Ａ）　に示すように
導体基板４上に、選択堆積を可能にする核形成密度の小
さい薄１１！５を形成し、その上に核形成密度の大きい
異種材料１２を薄く堆積させ、リソグラフィ等によって
パターンニングすることで、距離ぶを隔てて異種材料１
２を十分微細に形成・配置させる。この距＠Ｘは例えば
半導体素子を形成するために必要な単結晶領域の大きさ
以上に設定される。

次に適当な条件によって異種材料１２だけに薄膜材料の
単一の核が形成される。即ち、異種材料１２は単一の核
のみが形成される程度に十分微細に形成する必要がある
。異種材料１２の大きさは、材料の種類によって異なる
が、数ミクロン以下であればよい。更に、核は単結晶構
造を保ちながら成長し、第１図（Ｂ）に示すように島状
の単結晶粒１３となる。島状の単結晶粒１３が形成され
るためには、薄膜５上で全く核形成が起こらないように
条件を決めることが必要である。

島状の単結晶粒１３は更に成長して第１図（Ｃ）に示す
ように隣りの単結晶粒１３と接触し、中間位置に結晶粒
界１４が形成される。

続いて、単結晶粒１３は三次元的に成長するが、成長速
度の遅い結晶面がファセットとして現われるために、エ
ツチングまたは研磨によって表面の平坦化を行い更に粒
界１４の部分を除去して第１図（Ｄ）および第２図（Ｂ
）に示すように粒界を含まない単結晶の薄膜１５を格子
状に形成する。この単結晶薄膜の大きさは、上述したよ
うに異種材料１２の間隔１によって決定される。即ち異
種材料１２の形成パターンを適当に定めることによって
、粒界の位置を制御することができ、所望の大きさの単
結晶を所望の配列で形成することができる。

次に、単結晶層の具体的形成方法を述べる。導体基板（
ここでは銅板）４上に、スパッタ法ＣＶＯ法、真空蒸着
法等を用いて５ｉｎ２薄膜５を形成する。堆積面材料と
しては５ｉ０２が望ましいが、５ｉＯｘ（０＜Ｘ＜２）
の値を変化させたものでもよい。

こうして形成された５ｉｎ２薄膜５上に減圧気相成長法
によって窒化シリコン層（ここではＳｉ、Ｎ。

層）を異種材料として堆積させ、通常のりソグラフィ技
術又はＸ線、電子線、もしくはイオン線を用いたりソグ
ラフィ技術で窒化シリコン層をバターニングし、数ミク
ロン以下望ましくは１μｍ以下の微小な異種材料１２を
形成する。

続いて、ＨＣｕとＨ２と　５ｉｔ（２ＣＪ２２　、５ｉ
ＣＪ２４　。

５ｉＨＣｕ　、、ＳｉＦ４もしくはＳｉＨ４との混合ガ
スを用いて上記基板４上にＳｔを選択的に成長させる。

この際の温度と圧力の条件はそれぞれ７００〜１１００
’ｅ、　１００Ｔｏｒｒ程度であるが銅の融点を考慮し
て銅板が融解してしまわないように温度管理を行う。

数十分程度の時間で、ＳｉＯ□上の窒化シリコンの微細
な異種材料１２を中心として、単結晶のＳｉの結晶粒１
３が成長し、最適の成長条件とすることで、その大きさ
は数十μｍ以上に成長する。

続いて、Ｓｔと５ｆＯ２との間にエツチング速度差があ
る反応性イオンエツチング（ＲＩＥ）　によフてＳｔの
みをエツチングして平坦化することで、粒径制御された
多結晶シリコンが形成され、更に粒界部分を除去して島
状の単結晶シリコン層１５が形成される。このようにし
て形成された大きさ数十μｍ以上の粒界を含まない単結
晶シリコン層１５に、周知の半導体素子形成技術を用い
てトランジスタなどの素子を１個または複数個形成し、
個々の単結晶シリコン層に形成された素子と素子の間は
へ１等のパターンで接続することで、所望の集積回路を
作製することができる。またこの時、基板４は集積回路
の共通アースに接続する。

以上説明してきたように、本実施例によれば選択的結晶
成長法を用いて、導体基板上に結晶を成長・形成し、結
晶に半導体素子を形成して集積回路を作製すると共に集
積回路の共通アースを前記導体基板に接続することで、
アース、　Ｖｃｅ間のインピーダンスが十分に低い（即
ちノイズに強い）集積回路、ひいては電子装置を提供し
つるものである。

また、更に隣接する単結晶シリコン層１５同志は、５ｉ
ｎ２によって電気的に分離されているために、相補型電
界効果トランジスタ（ｃ−ｆｆｌａｓ　）を構成しても
相互干渉がないという効果も有している。

堆積面材料、異種材料および堆積材料の組み合せは、前
述実施例に示したものだけでなく、十分な核形成密度を
有する材料の組み合せであればよいことは言うまでもな
い。従って、選択堆積可能なＧａＡｓやＩｎＰ等の化合
物半導体からなる集積回路の場合であっても本発明を応
用することができる。

また、以上のような様々な半導体材料からなる素子を同
一の基板上に混合させて集積回路を構成させることもで
き、多機能でかつノイズに強い集積回路を実現すること
ができる。

し発明の効果］ 以上説明してきたように、本発明によれば、選択堆積法
を用いて導体基板上に結晶を成長・形成し、結晶に半導
体素子を形成して集積回路を作成すると共に該集積回路
の共通アースを前記導体基板に接続することでアース、
Ｖｃｅ間のインピーダンスが十分に低い（即ちノイズに
強い）集積回路ひいては電子装置を実現することができ
る。

また、従来のＳｔクエ八へどの上に半導体素子を形成す
る場合に比べて下地基板が金属等の導体であるから、大
面積集積回路を容易に作製できる。

また半導体基板上に直接半導体素子を形成することがで
きるため、ウェハのカッティング、カッティングしたＩ
Ｃチップの貼付といった作業は必要ない。

しかも、本発明を実施するに当って特別な製造装置は必
要でなく、通常の半導体プロセスで使用される装置を用
いることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は結晶の成長過程を示す図、 第３図は選択堆積法の説明図、 第４図は５ｉｎ２の堆積面と窒化シリコンの堆積面との
核形成密度の経時変化を示す図である。 １・・・基板、 ２．３．５・・・薄膜、 ４・・・導体基板、 １２・・・異種材料、 １３・・・単結晶粒、 １４・・・粒界、 １５・・・単結晶薄膜。 第２図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　導電性を有する層上に設けられた絶縁性材料からなる
   結晶形成面に、該結晶形成面より核形成密度（ＮＤ）が
   十分大きい材料で形成され、単一の核のみ成長する程度
   に十分微細な面積を有する核形成面（Ｓ＿Ｎ＿Ｄ＿Ｌ）
   が設けられ、該核形成面（Ｓ＿Ｎ＿Ｄ＿Ｌ）に単一的に
   成長した単結晶を用いて半導体素子が形成されているこ
   とを特徴とする集積回路。