JPH03289130A - 結晶の形成方法 - Google Patents
結晶の形成方法Info
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- JPH03289130A JPH03289130A JP9044590A JP9044590A JPH03289130A JP H03289130 A JPH03289130 A JP H03289130A JP 9044590 A JP9044590 A JP 9044590A JP 9044590 A JP9044590 A JP 9044590A JP H03289130 A JPH03289130 A JP H03289130A
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Landscapes
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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。
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]
本発明は結晶の形成方法に係り、特に非晶質絶縁基体上
に単結晶を形成する結晶の形成方法に関する。
に単結晶を形成する結晶の形成方法に関する。
本発明は、半導体集積回路等の電子素子、特に高性能電
子素子用に使用されるSi単結晶膜の形成に好適に用い
られるものである。
子素子用に使用されるSi単結晶膜の形成に好適に用い
られるものである。
[従来の技術]
近年、高性能電子素子の開発のためにSOI(Sili
con On In5ulator)構造のSi膜が注
目されている。Si膜が結晶質(非晶質を除く)のもの
だけを取り上げても、かなり多くの形成方法があり、膜
質の性能別に多くのランクに分別される。
con On In5ulator)構造のSi膜が注
目されている。Si膜が結晶質(非晶質を除く)のもの
だけを取り上げても、かなり多くの形成方法があり、膜
質の性能別に多くのランクに分別される。
例えば、最も簡単な形はSigh等の絶縁物(膜)上に
CVD、スパッタ等で多結晶SLを堆積させるものであ
る。これは堆積時の基板温度にもよるが、平均粒径が数
百〜数千人に分布した多結晶膜となる。熱論、この多結
晶膜は粒(グレイン)の形、大きさ等は一切制御されて
いない。
CVD、スパッタ等で多結晶SLを堆積させるものであ
る。これは堆積時の基板温度にもよるが、平均粒径が数
百〜数千人に分布した多結晶膜となる。熱論、この多結
晶膜は粒(グレイン)の形、大きさ等は一切制御されて
いない。
さらに上記多結晶膜または非晶質膜を、レーザーや棒状
ヒーター等の熱エネルギーによって溶融固化させ、ミク
ロンあるいはミリメートル程度の大粒径多結晶膜を得る
方法も報告されている(Single Crystal
5ilicon on Non−single−No
n−5in In5ulators、Jornal o
f Crystal Growthvol、 63.
No、3.0ctober 1983 edited
by G、W。
ヒーター等の熱エネルギーによって溶融固化させ、ミク
ロンあるいはミリメートル程度の大粒径多結晶膜を得る
方法も報告されている(Single Crystal
5ilicon on Non−single−No
n−5in In5ulators、Jornal o
f Crystal Growthvol、 63.
No、3.0ctober 1983 edited
by G、W。
Cu11en)。
このようにして形成された各結晶構造の膜にトランジス
タを形成し、その特性から電子易動度を測定し、単結晶
シリコンにおける電子易動度と比較すると、溶融固化に
よる数μm〜数111fflの粒径を有する多結晶シリ
コンでは、単結晶シリコンの場合と同程度であり、数百
〜数千人の粒径分布を有する多結晶シリコンでは単結晶
シリコンの場合の10−3程度であり、また非晶質シリ
コンでは単結晶シリコンの場合の2XIO−’程度であ
った。
タを形成し、その特性から電子易動度を測定し、単結晶
シリコンにおける電子易動度と比較すると、溶融固化に
よる数μm〜数111fflの粒径を有する多結晶シリ
コンでは、単結晶シリコンの場合と同程度であり、数百
〜数千人の粒径分布を有する多結晶シリコンでは単結晶
シリコンの場合の10−3程度であり、また非晶質シリ
コンでは単結晶シリコンの場合の2XIO−’程度であ
った。
この結果から、結晶粒内の単結晶領域に形成された素子
と、粒界にまたがって形成された素子とは、その電気的
特性に大きな差異のあることが分る。すなわち、溶融固
化を行わない従来の結晶の形成方法で得られていた非晶
質上の堆積膜は非晶質又は粒径分布をもった多結晶構造
となり、そこで作製された素子は、単結晶層に作製され
た素子に比べて、その性能が大きく劣るものとなる。そ
のために、用途としては簡単なスイッチング素子、太陽
電池、光電変換素子等に限られる。
と、粒界にまたがって形成された素子とは、その電気的
特性に大きな差異のあることが分る。すなわち、溶融固
化を行わない従来の結晶の形成方法で得られていた非晶
質上の堆積膜は非晶質又は粒径分布をもった多結晶構造
となり、そこで作製された素子は、単結晶層に作製され
た素子に比べて、その性能が大きく劣るものとなる。そ
のために、用途としては簡単なスイッチング素子、太陽
電池、光電変換素子等に限られる。
従って、高性能な電子素子を形成するためには、粒界が
無いか、もしくは粒界の位置の制御された半導体単結晶
膜が必要となる。
無いか、もしくは粒界の位置の制御された半導体単結晶
膜が必要となる。
粒界が無い非晶質上のSi単結晶膜の例としてS OS
(Silicon on 5apphire)やSI
MOX(Separation by Implant
ation of Oxygen)、貼り合わせ、酸化
分離(米国特許第4,361,600号)等が報告され
ており、粒界の位置の制御された半導体膜の形成方法と
しては、特開昭63−107016号公報に開示された
半導体膜の形成方法がある。
(Silicon on 5apphire)やSI
MOX(Separation by Implant
ation of Oxygen)、貼り合わせ、酸化
分離(米国特許第4,361,600号)等が報告され
ており、粒界の位置の制御された半導体膜の形成方法と
しては、特開昭63−107016号公報に開示された
半導体膜の形成方法がある。
SO8は基板にサファイヤ(単結晶A1□03)を使用
し、その表面にSiをヘテロエピタキシャル成長させる
ものである。この技術は、サファイヤ基板が非常に高価
であることと、Si膜中に基板の構成成分であるAIが
拡散してしまうという問題点を有していた。
し、その表面にSiをヘテロエピタキシャル成長させる
ものである。この技術は、サファイヤ基板が非常に高価
であることと、Si膜中に基板の構成成分であるAIが
拡散してしまうという問題点を有していた。
SIMOXは、Siウェハーに0“ (酸素イオン)を
高エネルギーで注入し、アニールすることによって表面
のSiの単結晶構造を保ったまま、ウェハ内にSiO□
の中間層を形成する技術である。この技術は非常に高エ
ネルギーで、しかも高濃度の酸素イオンを注入するため
スルーブツトが悪く、また高温のアニールが必要なため
に基板への応力が心配されている。
高エネルギーで注入し、アニールすることによって表面
のSiの単結晶構造を保ったまま、ウェハ内にSiO□
の中間層を形成する技術である。この技術は非常に高エ
ネルギーで、しかも高濃度の酸素イオンを注入するため
スルーブツトが悪く、また高温のアニールが必要なため
に基板への応力が心配されている。
また、貼り合わせ技術とは、表面が酸化された2枚のS
iウェハ、もしくは一方は酸化され他方は酸化されてい
ない組み合わせの2枚のSiウェハを、貼り合わせてア
ニールすることにより、原子レベルで密着させ、片方側
から研磨してSi層が所定の厚さとなったところで研磨
を止める単結晶Si膜の形成方法である。この方法は、
片方のウェハの殆どを研磨してしまうために、コストが
高くなることと、もともと厚さにバラツキのあるウェハ
を研磨し、僅かにSi層を残す位置で研磨を止めなけれ
ばならないので、その制御が非常に困難であった。
iウェハ、もしくは一方は酸化され他方は酸化されてい
ない組み合わせの2枚のSiウェハを、貼り合わせてア
ニールすることにより、原子レベルで密着させ、片方側
から研磨してSi層が所定の厚さとなったところで研磨
を止める単結晶Si膜の形成方法である。この方法は、
片方のウェハの殆どを研磨してしまうために、コストが
高くなることと、もともと厚さにバラツキのあるウェハ
を研磨し、僅かにSi層を残す位置で研磨を止めなけれ
ばならないので、その制御が非常に困難であった。
酸化分離は、Siウェハの表面に凹凸を形成し、凸部の
上面と側面にマスクを施してから全体を酸化するもので
ある。これによりマスクの施されていない部分から酸化
が進み、凸部全体が5iOzによって基板側と絶縁分離
されるものである。しかし、この方法ではSOIの構造
は得られるが、Si層が薄膜でなくバルク(塊状)に分
離される。これを研磨したとしても5iOiとSLの界
面が平坦でないため、Si単結晶膜は得られない。
上面と側面にマスクを施してから全体を酸化するもので
ある。これによりマスクの施されていない部分から酸化
が進み、凸部全体が5iOzによって基板側と絶縁分離
されるものである。しかし、この方法ではSOIの構造
は得られるが、Si層が薄膜でなくバルク(塊状)に分
離される。これを研磨したとしても5iOiとSLの界
面が平坦でないため、Si単結晶膜は得られない。
また、以上の様な基板の材質が限定される方式に対して
、特開昭63−107016号公報のように基板の材質
が限定されず、粒界位置の制御された半導体単結晶膜を
得る方法もある。これは核形成密度の異なる2種類の非
晶質材料を用いて、任意の点に半導体単結晶の核を形成
し、選択的に成長させて、成長した結晶どうしを任意の
位置で衝突させ、粒界を形成し得るものである。粒界が
形成されるということは、少なくとも各結晶粒の面内方
位は揃っていないことを示している。
、特開昭63−107016号公報のように基板の材質
が限定されず、粒界位置の制御された半導体単結晶膜を
得る方法もある。これは核形成密度の異なる2種類の非
晶質材料を用いて、任意の点に半導体単結晶の核を形成
し、選択的に成長させて、成長した結晶どうしを任意の
位置で衝突させ、粒界を形成し得るものである。粒界が
形成されるということは、少なくとも各結晶粒の面内方
位は揃っていないことを示している。
[発明が解決しようとしている課題1
以上の様に上記従来の結晶の形成方法はそれぞれが優れ
た特徴を有している反面、多くの問題点をかかえていた
。
た特徴を有している反面、多くの問題点をかかえていた
。
本発明の目的は、安価な非晶質絶縁基板上の任意の位置
に、任意の面方位に揃った単結晶膜を形成することの可
能な結晶の形成方法を提供することにある。
に、任意の面方位に揃った単結晶膜を形成することの可
能な結晶の形成方法を提供することにある。
[課題を解決するための手段]
本発明の結晶の形成方法は、単結晶面を有する基体の該
単結晶面上に選択エピタキシャル成長のマスクとなるマ
スク層を形成する工程と、該マスク層の一部に開口部を
形成し、該開口部より前記マスク層表面をこえて単結晶
を選択的にエピタキシャル成長させる工程と、 前記マスク層を除去する工程と、 非晶質絶縁基体の面と選択的にエピタキシャル成長させ
た前記単結晶の成長面とを密着する工程と、 選択的にエピタキシャル成長させた単結晶の成長端と、
前記単結晶面を有する基体とが酸化絶縁分離されるまで
酸化する工程と、 酸化部分を除去し、前記単結晶面を有する基体と前記非
晶質絶縁基体とを分離する工程と、分離された非晶質絶
縁物基体に残された単結晶を種として選択的に結晶成長
を行なう工程と、を備えたことを特徴とする。
単結晶面上に選択エピタキシャル成長のマスクとなるマ
スク層を形成する工程と、該マスク層の一部に開口部を
形成し、該開口部より前記マスク層表面をこえて単結晶
を選択的にエピタキシャル成長させる工程と、 前記マスク層を除去する工程と、 非晶質絶縁基体の面と選択的にエピタキシャル成長させ
た前記単結晶の成長面とを密着する工程と、 選択的にエピタキシャル成長させた単結晶の成長端と、
前記単結晶面を有する基体とが酸化絶縁分離されるまで
酸化する工程と、 酸化部分を除去し、前記単結晶面を有する基体と前記非
晶質絶縁基体とを分離する工程と、分離された非晶質絶
縁物基体に残された単結晶を種として選択的に結晶成長
を行なう工程と、を備えたことを特徴とする。
なお、本願において、単結晶面を有する基体とは、単結
晶からなる基体の他、非単結晶基体上に単結晶面を形成
した基体をも含むものとする。
晶からなる基体の他、非単結晶基体上に単結晶面を形成
した基体をも含むものとする。
[作 用]
本発明の結晶の形成方法は、単結晶面を有する基体から
選択エピタキシャル成長(以下、SEGという)した単
結晶部分を非晶質絶縁基体に貼り合わせ、5EGL、た
単結晶部分を酸化処理し、単結晶の非酸化部分を残して
酸化部分をエツチングし、前記単結晶面を有する基体と
非晶質絶縁基体を分離するとともに、単結晶の非酸化部
分を非晶質絶縁基体側に移し、これを種として単結晶を
選択的に結晶成長させることにより非晶質絶縁基板に方
位の制御された単結晶膜を成長させるものである。
選択エピタキシャル成長(以下、SEGという)した単
結晶部分を非晶質絶縁基体に貼り合わせ、5EGL、た
単結晶部分を酸化処理し、単結晶の非酸化部分を残して
酸化部分をエツチングし、前記単結晶面を有する基体と
非晶質絶縁基体を分離するとともに、単結晶の非酸化部
分を非晶質絶縁基体側に移し、これを種として単結晶を
選択的に結晶成長させることにより非晶質絶縁基板に方
位の制御された単結晶膜を成長させるものである。
[実施例]
以下、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明
する。
する。
まず、本発明の詳細な説明に先立って、本発明の概念を
最もよく表わす本発明の実施態様例について説明する。
最もよく表わす本発明の実施態様例について説明する。
(実施態様例〉
第1図(a)〜(h)は本発明の結晶の形成方法の一実
施態様例を示す工程図である。
施態様例を示す工程図である。
第1図(a)に示すように、単結晶面を有する基体とな
るSiウェハー10の表面にSEG用のマスク11を形
成し、次いで、マスク11に開口部12を形成する。
るSiウェハー10の表面にSEG用のマスク11を形
成し、次いで、マスク11に開口部12を形成する。
マスク11の材料は、Siウェハーを酸化したもの(S
in2) 、 CV D法、スパッタ法等で堆積したS
iO2,StN、 5zONその他が用いられる。マス
ク11の厚さは、1μm以上10μm以下が好ましく、
より好ましくは2μm以上5μm以下、最適には3μm
程度である。これは、後の工程でSiウェハー10と別
の基板を貼り合わせる際に、2枚の基板のすき間を酸化
雰囲気に保つ必要があるが、このすき間の大きさがマス
ク11の厚さに近いため前記の最適値が決まる。
in2) 、 CV D法、スパッタ法等で堆積したS
iO2,StN、 5zONその他が用いられる。マス
ク11の厚さは、1μm以上10μm以下が好ましく、
より好ましくは2μm以上5μm以下、最適には3μm
程度である。これは、後の工程でSiウェハー10と別
の基板を貼り合わせる際に、2枚の基板のすき間を酸化
雰囲気に保つ必要があるが、このすき間の大きさがマス
ク11の厚さに近いため前記の最適値が決まる。
開口部12の大きさは、直径にして0.5μm以上4μ
m以下が好ましく、より好ましくぼ1μm以上3μm以
下、最適には1.5μm程度である。
m以下が好ましく、より好ましくぼ1μm以上3μm以
下、最適には1.5μm程度である。
これは後の工程でSEG部分の単結晶13を酸化してS
EG先端部13゛とSiウェハー10を酸化分離する必
要があるが、開口部12が大きすぎると、酸化分離の際
に多大な時間を費してしまい、また小さすぎると、SE
Gの成長がしにくいといった不都合が起こるために、前
記の最適値が決まる。
EG先端部13゛とSiウェハー10を酸化分離する必
要があるが、開口部12が大きすぎると、酸化分離の際
に多大な時間を費してしまい、また小さすぎると、SE
Gの成長がしにくいといった不都合が起こるために、前
記の最適値が決まる。
次に、第1図(b)に示すように、Si選択エピタキシ
ャル成長法により、結晶がマスク11の表面を越えて、
横方向に成長するまで結晶成長処理を施す。尚、どの程
度まで横方向成長させるかは任意であるが、通常は開口
部12の大きさの1.5〜3倍程度が好ましい、1.5
倍より小さい場合には、SEGの成長部分を完全酸化し
たときに、後に5eedとなる未酸化部分が安定的に得
られなくなり、また3倍より大きい場合には、元の開口
部の大きさにもよるが、SEG先端部13°の平面が消
失し、多角錐形のファセットに覆われてしまうからであ
る。従って、より好ましくは開口部12の大きさの2倍
程度が望ましい。
ャル成長法により、結晶がマスク11の表面を越えて、
横方向に成長するまで結晶成長処理を施す。尚、どの程
度まで横方向成長させるかは任意であるが、通常は開口
部12の大きさの1.5〜3倍程度が好ましい、1.5
倍より小さい場合には、SEGの成長部分を完全酸化し
たときに、後に5eedとなる未酸化部分が安定的に得
られなくなり、また3倍より大きい場合には、元の開口
部の大きさにもよるが、SEG先端部13°の平面が消
失し、多角錐形のファセットに覆われてしまうからであ
る。従って、より好ましくは開口部12の大きさの2倍
程度が望ましい。
次に、第1図(c)に示すように、マスク11をエツチ
ングする。この際エッチャントはマスク11の材料によ
って異なる。
ングする。この際エッチャントはマスク11の材料によ
って異なる。
次に、第1図(d)に示すように、Siウェハー10の
結晶成長面と非晶質絶縁基板14とを密着させる。
結晶成長面と非晶質絶縁基板14とを密着させる。
次に、第1図(e)に示すように、密着した2枚の基板
を酸化雰囲気中に曝し、Siウェハー10の表面を酸化
する。このとき、SEGの成長部分の単結晶13が完全
に酸化され、且つSEG先端部13゛の中に未酸化部分
のSi単結晶16が残るような条件で酸化を行なう。
を酸化雰囲気中に曝し、Siウェハー10の表面を酸化
する。このとき、SEGの成長部分の単結晶13が完全
に酸化され、且つSEG先端部13゛の中に未酸化部分
のSi単結晶16が残るような条件で酸化を行なう。
例えば、開口部12が直径1.2μmの円形であったな
らば、必然的にSEGの成長部分の単結晶13の直径も
1,2μmとなる。そして、通常Siを0.6μm酸化
する条件で、同基板を酸化すれば、SEGの成長部分の
単結晶工3は完全に酸化されるが、SEG先端部13゛
は開口部12の径より大きいので完全には酸化されず、
未酸化部分のSi単結晶16が残る。酸化は通常の熱酸
化法(Ht+OsまたはO,)でかまわない。
らば、必然的にSEGの成長部分の単結晶13の直径も
1,2μmとなる。そして、通常Siを0.6μm酸化
する条件で、同基板を酸化すれば、SEGの成長部分の
単結晶工3は完全に酸化されるが、SEG先端部13゛
は開口部12の径より大きいので完全には酸化されず、
未酸化部分のSi単結晶16が残る。酸化は通常の熱酸
化法(Ht+OsまたはO,)でかまわない。
次に、第1図(f)に示すように、上記密着した2枚の
基板をフッ酸溶液に浸し、Siウェハー10の表面に形
成された酸化膜15をエツチングすることにより、2枚
の基板を分離する。このとき非晶質絶縁基板14の表面
にSi単結晶の種(seed)16aが残る。
基板をフッ酸溶液に浸し、Siウェハー10の表面に形
成された酸化膜15をエツチングすることにより、2枚
の基板を分離する。このとき非晶質絶縁基板14の表面
にSi単結晶の種(seed)16aが残る。
次に、第1図(g)に示すように、非晶質絶縁基板14
上のSi単結晶の種16aを選択成長させ、Si単結晶
17を形成する。
上のSi単結晶の種16aを選択成長させ、Si単結晶
17を形成する。
次に、第1図(h)に示すように、素子形成時に、必要
に応じてSi単結晶17を研磨し、平坦な素子領域18
を形成する。
に応じてSi単結晶17を研磨し、平坦な素子領域18
を形成する。
以下、本発明の実施例について説明する。
(第1実施例)
なお、本実施例の工程において、第1図(a)〜(c)
の工程は、同様であるので第1図(a)〜(clを引用
して説明するものとし、その後の工程については第2図
(a)〜(e)を用いて説明するものとする。
の工程は、同様であるので第1図(a)〜(clを引用
して説明するものとし、その後の工程については第2図
(a)〜(e)を用いて説明するものとする。
第2図(a)〜(e)は本発明の第1実施例の工程図で
ある。
ある。
まず、第1図(alに示すように、4インチ(100)
方位Siウェハー10上に常圧CVD法を用いてSiO
□11を2LLm堆積した。このときCVD条件はSi
H+/ Oz = 50 / 60 (sccm)、4
00℃、20分間で堆積した。
方位Siウェハー10上に常圧CVD法を用いてSiO
□11を2LLm堆積した。このときCVD条件はSi
H+/ Oz = 50 / 60 (sccm)、4
00℃、20分間で堆積した。
次に、通常のフォトリソグラフィー工程を用いて直径1
.2μmの開口部12を501J、 m間隔の格子点上
に形成した。
.2μmの開口部12を501J、 m間隔の格子点上
に形成した。
次に、第1図(b)に示すように、上記Siウェハーl
Oに選択エピタキシャル成長処理を施し、単結晶13を
成長させ、SiO2マスク11の表面を越えて横方向に
SEG先端部13゛がIum程度オーバーグロースした
時点で成長を止めた。この時の成長条件は、5iHz
C氾/HC,Q/H2=0.53/1.6 / 100
(s(2ml、990℃、150Torr、240秒で
あった。
Oに選択エピタキシャル成長処理を施し、単結晶13を
成長させ、SiO2マスク11の表面を越えて横方向に
SEG先端部13゛がIum程度オーバーグロースした
時点で成長を止めた。この時の成長条件は、5iHz
C氾/HC,Q/H2=0.53/1.6 / 100
(s(2ml、990℃、150Torr、240秒で
あった。
次に、第1図(c)に示すように、上記成長処理を施し
たSiウェハー10を濃フッ酸溶液に10分間浸して5
iOzllをエツチング除去し、単結晶13を有するS
iウェハー10を得た。
たSiウェハー10を濃フッ酸溶液に10分間浸して5
iOzllをエツチング除去し、単結晶13を有するS
iウェハー10を得た。
一方、上記処理を施したSiウェハー10を貼り合わせ
る基板には、第2図(a)に示すように、4インチの溶
融石英基板24を用いた。この石英基板24は、表面に
LPGVDで5isN<膜29を0.2μm堆積した後
、40IimX40μmの正方形で、深さ1μmの凹部
を10μm間隔に形成したものを用いた。
る基板には、第2図(a)に示すように、4インチの溶
融石英基板24を用いた。この石英基板24は、表面に
LPGVDで5isN<膜29を0.2μm堆積した後
、40IimX40μmの正方形で、深さ1μmの凹部
を10μm間隔に形成したものを用いた。
次に、第2図(a)に示すように、上記石英基板24と
、上記結晶成長及びマスクエツチング処理を施したSi
ウェハー10を密着させた。密着は特に表面の処理は行
わず、単に面と面を接触させるのみとした。貼り合わせ
た二枚の基板は溝をきざんである石英の治具に垂直に立
てた。密着させた際にSiウェハー10のSEG成長部
分の単結晶13が石英基板24の凹部22のほぼ中心に
くるように調節した。
、上記結晶成長及びマスクエツチング処理を施したSi
ウェハー10を密着させた。密着は特に表面の処理は行
わず、単に面と面を接触させるのみとした。貼り合わせ
た二枚の基板は溝をきざんである石英の治具に垂直に立
てた。密着させた際にSiウェハー10のSEG成長部
分の単結晶13が石英基板24の凹部22のほぼ中心に
くるように調節した。
次に、第2図(b)に示すように、上記貼り合わせた基
板を水素雰囲気中、950℃で20分間熱処理した後に
、これを酸化雰囲気中に置き、Siウェハーを酸化した
。酸化条件は、H,10,=4.5 /3.0 (sj
2m)、1000℃、115分間で行なった。SEG結
晶部分の単結晶13は完全に酸化され、且つSEG結晶
の中に未酸化部分のSi単結晶16が残った。
板を水素雰囲気中、950℃で20分間熱処理した後に
、これを酸化雰囲気中に置き、Siウェハーを酸化した
。酸化条件は、H,10,=4.5 /3.0 (sj
2m)、1000℃、115分間で行なった。SEG結
晶部分の単結晶13は完全に酸化され、且つSEG結晶
の中に未酸化部分のSi単結晶16が残った。
次に、第2図(c)に示すように、上記酸化処理を施し
た基板をHF:H,O=2 : 1のフッ酸溶液に浸し
てSingをエツチングすることによりSiウェハー1
0と石英基板24とを分離し、単結晶の種16aが配さ
れた石英基板24を得た。
た基板をHF:H,O=2 : 1のフッ酸溶液に浸し
てSingをエツチングすることによりSiウェハー1
0と石英基板24とを分離し、単結晶の種16aが配さ
れた石英基板24を得た。
尚、石英基板24も成分が5L(hであるため、フッ酸
処理により多少エツチングされるが、SLの熱酸化膜に
比ベエッチング速度が極めて遅く、また多少エツチング
されても構造上特に問題はない。
処理により多少エツチングされるが、SLの熱酸化膜に
比ベエッチング速度が極めて遅く、また多少エツチング
されても構造上特に問題はない。
次に、第2図(d)に示すように、石英基板24上のS
i単結晶の種16aを選択成長し、Si単結晶17を成
長させた。このときの成長条件は、 5iHi Cβ/
HC尼/ H2= 0.53/1.6 /10100(
sj2.1000℃、100Torr、80分間であっ
た。この結果、面方位が(100)に揃ったSi単結晶
が成長した。
i単結晶の種16aを選択成長し、Si単結晶17を成
長させた。このときの成長条件は、 5iHi Cβ/
HC尼/ H2= 0.53/1.6 /10100(
sj2.1000℃、100Torr、80分間であっ
た。この結果、面方位が(100)に揃ったSi単結晶
が成長した。
次に、第2図(e)に示すように、SiJ<膜29をス
トッパーとした選択研磨を行ない、平坦で且つ島状に分
離された素子領域28を得た。
トッパーとした選択研磨を行ない、平坦で且つ島状に分
離された素子領域28を得た。
この時折なった選択研磨法は、コロイダルシリカを研磨
砥粒として用いたメカニカルボリシング(特願平1−2
55503号)で行なった。
砥粒として用いたメカニカルボリシング(特願平1−2
55503号)で行なった。
(第2実施例)
本実施例は、アルミナ基体上にSiウェハーを接着し、
第1図(a)〜(h)を用いて説明した工程で結晶を形
成するものである。
第1図(a)〜(h)を用いて説明した工程で結晶を形
成するものである。
第3図(a)は、アルミナ基体上にSiウェハーを接着
した状態を示す説明図であり、第3図(b)は、非晶質
絶縁基体上に形成された単結晶膜を示す説明図である。
した状態を示す説明図であり、第3図(b)は、非晶質
絶縁基体上に形成された単結晶膜を示す説明図である。
第3図(a)に示すように、支持体として縦横20cm
X8cm、厚さ0.5cmのアルミナ基板30を用意し
た。このアルミナ基板30の表面にLPGVD法で多結
晶SLを0.4μm堆積した。更に両面が研磨され、且
つ厚みが揃った8 cmX 6 cmの(100) S
iウェハー31と、8cmX4cmの(111) Si
ウェハー32を交互に2枚ずつ並べて、Siウェハー3
1.32とアルミナ基板30とを接着させるために水素
雰囲気中、950℃で20分間熱処理を行なった。
X8cm、厚さ0.5cmのアルミナ基板30を用意し
た。このアルミナ基板30の表面にLPGVD法で多結
晶SLを0.4μm堆積した。更に両面が研磨され、且
つ厚みが揃った8 cmX 6 cmの(100) S
iウェハー31と、8cmX4cmの(111) Si
ウェハー32を交互に2枚ずつ並べて、Siウェハー3
1.32とアルミナ基板30とを接着させるために水素
雰囲気中、950℃で20分間熱処理を行なった。
更に全体の平面性を得るために、−法化されたアルミナ
−3i基板のSL面を通常のSiウェハーの最終研磨工
程と同じ内容で研磨し、完全な同一平面を得た。
−3i基板のSL面を通常のSiウェハーの最終研磨工
程と同じ内容で研磨し、完全な同一平面を得た。
次に、第1実施例で行なったのと同じ条件で、常圧CV
D法で5i02膜を24zm堆積し、SiO2膜に開口
部を設けた。開口部の大きさは、(100)Si、(1
11)Si共に直径を1.5μmとし、その間隔は(1
00)Siが縦横50μmX50μm、(111)Si
が縦横80μmX50tLmとした。
D法で5i02膜を24zm堆積し、SiO2膜に開口
部を設けた。開口部の大きさは、(100)Si、(1
11)Si共に直径を1.5μmとし、その間隔は(1
00)Siが縦横50μmX50μm、(111)Si
が縦横80μmX50tLmとした。
次に、上記基板を第1実施例と同じ条件で選択エピタキ
シャル成長を行なった。
シャル成長を行なった。
次に、第1実施例の工程と同様にして、上記選択エピタ
キシャル成長を行なった基板を縦横20cmX8cm、
厚さ0.2cmのアルミナセラミックス基板に密着させ
、その後は第1実施例の各工程と同じ要領で酸化、エツ
チング、選択成長を行なった。
キシャル成長を行なった基板を縦横20cmX8cm、
厚さ0.2cmのアルミナセラミックス基板に密着させ
、その後は第1実施例の各工程と同じ要領で酸化、エツ
チング、選択成長を行なった。
成長したSi結晶の研磨は、通常のSiウェハーの研磨
工程と同じ手順で行ない、第3図(b)に示したような
厚さ3μmで縦横50μmX50μmの単結晶領域が格
子状に並んだ(100)Si単結晶膜35と、同じ<8
0gmx50tLmの(111)Si単結晶膜36が同
一基板上に形成された。
工程と同じ手順で行ない、第3図(b)に示したような
厚さ3μmで縦横50μmX50μmの単結晶領域が格
子状に並んだ(100)Si単結晶膜35と、同じ<8
0gmx50tLmの(111)Si単結晶膜36が同
一基板上に形成された。
尚、ここで使用したアルミナ支持体に貼り付いたSiウ
ェハーは、使用後簡単な平坦化処理を行なうことにより
再生し、100回以上くり返し使用することが可能であ
る。
ェハーは、使用後簡単な平坦化処理を行なうことにより
再生し、100回以上くり返し使用することが可能であ
る。
[発明の効果]
以上説明したように、本発明の結晶の形成方法によれば
、単結晶面を有する基体から成長した微小な結晶を非晶
質絶縁基体に移し変え、これを選択成長させることによ
り、次のような効果がもたらされる。
、単結晶面を有する基体から成長した微小な結晶を非晶
質絶縁基体に移し変え、これを選択成長させることによ
り、次のような効果がもたらされる。
(1)開口部の位置を所望の位置に設定することで、単
結晶面を有する基体の所望の設定された位置から結晶成
長させることができ、非晶質絶縁基体上に移し変えられ
た微小な一部の単結晶も所望の設定された位置に配置さ
れるので、粒界位置の制御された単結晶膜を形成するこ
とかできる。
結晶面を有する基体の所望の設定された位置から結晶成
長させることができ、非晶質絶縁基体上に移し変えられ
た微小な一部の単結晶も所望の設定された位置に配置さ
れるので、粒界位置の制御された単結晶膜を形成するこ
とかできる。
(2)単一の単結晶面を有する基体から成長した結晶の
一部を非晶質絶縁基体に移し変えて、単結晶膜を形成す
れば、面方位はもとより面内方位も完全に制御された結
晶膜を作製することが可能である。
一部を非晶質絶縁基体に移し変えて、単結晶膜を形成す
れば、面方位はもとより面内方位も完全に制御された結
晶膜を作製することが可能である。
また、面方位の異なる複数の単結晶面を有する基体から
成長した結晶の一部を非晶質絶縁基体に移し変えて、単
結晶膜を形成すれば、同−基体上に面方位の異なる結晶
領域を形成することも可能である。
成長した結晶の一部を非晶質絶縁基体に移し変えて、単
結晶膜を形成すれば、同−基体上に面方位の異なる結晶
領域を形成することも可能である。
(3)非晶質絶縁基体に結晶種を形成させるためのSi
ウェハーは、数百回の再生利用を行なうことら可能であ
り、経済的である。
ウェハーは、数百回の再生利用を行なうことら可能であ
り、経済的である。
第1図(a)〜(h)は本発明の結晶の形成方法の一実
施態様例を示す工程図である。 第2図(a)〜(e)は本発明の第1実施例の工程図で
ある。 第3図(a)は、本発明の第2実施例のアルミナ基体上
にSiウェハーを接着した状態を示す説明図であり、第
3図(b)は、絶縁基体上に形成された単結晶膜を示す
説明図である。 16a・・・Si単結晶の種 17・・・成長したSi単結晶 18.28・・・素子領域 29・・・Si窒化膜(SiJ4) 31・・・(100)Siウェハー 32・・・ (111)Siウェハー 35・・・(100)Si単結晶膜 36・・・(111)Si単結晶膜 0.20・・・Siウェハー ト・・SEG用のマスク 2・・・開口部 3・・・SEGの成長部分の単結晶 3°・・・SEG先端部 4・・・非晶質絶縁基板 4・・・石英基板 0.34・・・アルミナ基板 5・・・SL酸化膜(Si(h) 6・・・未酸化部分のSi単結晶
施態様例を示す工程図である。 第2図(a)〜(e)は本発明の第1実施例の工程図で
ある。 第3図(a)は、本発明の第2実施例のアルミナ基体上
にSiウェハーを接着した状態を示す説明図であり、第
3図(b)は、絶縁基体上に形成された単結晶膜を示す
説明図である。 16a・・・Si単結晶の種 17・・・成長したSi単結晶 18.28・・・素子領域 29・・・Si窒化膜(SiJ4) 31・・・(100)Siウェハー 32・・・ (111)Siウェハー 35・・・(100)Si単結晶膜 36・・・(111)Si単結晶膜 0.20・・・Siウェハー ト・・SEG用のマスク 2・・・開口部 3・・・SEGの成長部分の単結晶 3°・・・SEG先端部 4・・・非晶質絶縁基板 4・・・石英基板 0.34・・・アルミナ基板 5・・・SL酸化膜(Si(h) 6・・・未酸化部分のSi単結晶
Claims (3)
- (1)単結晶面を有する基体の該単結晶面上に選択エピ
タキシャル成長のマスクとなるマスク層を形成する工程
と、 該マスク層の一部に開口部を形成し、該開口部より前記
マスク層表面をこえて単結晶を選択的にエピタキシャル
成長させる工程と、 前記マスク層を除去する工程と、 非晶質絶縁基体の面と選択的にエピタキシャル成長させ
た前記単結晶の成長面とを密着する工程と、 選択的にエピタキシャル成長させた単結晶の成長端と、
前記単結晶面を有する基体とが酸化絶縁分離されるまで
酸化する工程と、 酸化部分を除去し、前記単結晶面を有する基体と前記非
晶質絶縁基体とを分離する工程と、分離された非晶質絶
縁物基体に残された単結晶を種として選択的に結晶成長
を行なう工程と、を備えたことを特徴とする結晶の形成
方法。 - (2)前記単結晶面を有する基体が、面方位の異なる複
数の単結晶面を有する基体である請求項1記載の結晶の
形成方法。 - (3)前記非晶質絶縁基体に凹部を設け、この凹部に選
択的に単結晶を、前記非晶質絶縁基体面をこえて結晶成
長させ、前記非晶質絶縁基体面を基準として除去してな
る請求項1記載の結晶の形成方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9044590A JPH03289130A (ja) | 1990-04-06 | 1990-04-06 | 結晶の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9044590A JPH03289130A (ja) | 1990-04-06 | 1990-04-06 | 結晶の形成方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03289130A true JPH03289130A (ja) | 1991-12-19 |
Family
ID=13998820
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9044590A Pending JPH03289130A (ja) | 1990-04-06 | 1990-04-06 | 結晶の形成方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03289130A (ja) |
-
1990
- 1990-04-06 JP JP9044590A patent/JPH03289130A/ja active Pending
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