JPS58500048A - ４族半導体材料を基礎とした構造の成長 - 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】 ■族半導体材Ｆｌ基礎とした構造の成長本発明は絶縁薄膜上に単結晶■族半導体 領域を形成するプロセスに係る。

電気的に絶縁された半導体領域内にデバイスを築（こと（−より、シリコンのよ うな■族元素に基礎金おくデバイスを製作することが望ましいことは、長い間理 解されてきた。そのように絶縁されたデバイスは、シリコン基板上に直接形成さ れた通常のデバイスに対し、多くの利点を有する。通常のデバイスＣ二おいて、 アルファ粒子のような放射は導電性基板中ｌニキャリャ全発生させ、これらのキ ・ヤリャは半導体デバイスの活性領域中に寄生信号を誘導する。それに対し、絶 縁性デバイスの場合、そのような放射はシリコン基板中にキャリヤを発生させる が、これらのキャリヤは絶縁層を貫いて移動することができない。従って、活性 領域中の寄生信号は発生しない。

更Ｃ二、絶縁体上に築かれたデバイスは、容量を下る可能性従って通常のデバイ スより速いスイッチング時間が得られる可能性を有する。最後に、絶縁されたデ バイスの活性半導体領域は電気的に絶縁されているｎ・ら、これらの分離された 領域は好ましくない相互作用をすることなく、異なる電位に保たれる。

■族半導体材料を用いた絶縁されたデバイスの利点を得るために、多（の技術が 開発された。しｎ・し、これらすべての方法は実験室での製作技術以上Ｃ二は容 易にならないプロセスを考案した。たとえば、サファイヤ基板上（−シリコンデ バイスを形成するためＣ二、多くの実験的な努力が払われた。サファイヤ基板上 に高品質のシリコンエピタキシャル層を生成することは、きわめて困難で費用が 力・かる。

同様（二、二酸化シリコンのような絶縁体上に単結晶シリコンを生成するための 技術が開発された。こカル べられている。）誘電体分離は第１図Ｃ二本された多くの工程の精巧なプロセス を必要とする。最初Ｃ二、高品質のシリコンが準備される。第１図（ＩＡ）と示 されているこのシリコン基板は、二酸化シリコンのような絶縁材料（３）ｌ二よ り被覆され、開口又は窓（５）がたとえばフォトリングラフィとそれに続く非等 方性化学エツチングのような通常の技術Ｃ二よシ、形成される。誘電体材料中の 穴の下のシリコンの露出したシリコン部分中（二、次に溝（７）がエラチングさ れる。これらの溝（７）はＮ＋シリコン（８）の層でエピタキシャル成長（二よ り被覆される。次にＮ＋シリコンは二酸化シリコンのような絶縁体（９）で被覆 される。次に、絶縁体は再び多結晶シリコン層（ｌＯ）で被覆される。生成した 構造は第１図中で（ＩＦ）と記されている。次（二構造全体がひつくり返され、 （ｌＧ）と示される構造が得られるまで研摩により削りとられる。この構造Ｃ二 おいて、残った高品質のシリコンは（１２）と記され、絶縁層は（１４）及び（ １５）で、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（二組縁された材料上に、単結晶シリコン（１２）ｋ有する。このよう （二して、シリコンデバイスの活性領域は電気的Ｃ二組縁され、寄生信号と・ス イッチング時間は減少する。

以上の説明及び第１図かられかるように、誘電体分離は多くの複雑なプロセス工 程を含む。従って、この技術は特性（二厳密さを必要とし、価格が二次的なデバ イスの製作に要求される利用法にのみ用いられてきた。電気的ｆ二組縁された■ 族半導体領域内にデバイスを形成することは多くの利点をもつように示されてき たが、実験室のプロセス以外にも容易（二連用できるプロセスによって、そのよ うなデバイス全形成することは困難であった。

本発明Ｃ１従うと、これらの問題は上に述べたようなプロセスにより解決される 。本発明は単結晶■族半導体基板の表面上に絶縁薄膜を形成する工程、基板の表 面の一部を露出する工程、露出された基板の一部及び絶縁薄膜の一部上に■族半 導体を含む非単結晶材料の予備層を形成する工程、核形成位置として基板を用い 、予備層中Ｃ二車結晶■族半導体の成長全開始させる工程及び該予備層中に該成 長を広げ、該単結晶領域を完成させる工程全特徴とする。

図面において、 °第１図は電気的Ｃ二分離され７’（ＩＶ族材料を生成するために用いられる技 術を示す図、 第２図ないし第７図は本発明の例を示す図である。

電気的（１絶縁された基体上に築かれる■族半導体材料のデバイスは、生産性が ある。これらの基体は最初Ｃ１高品質の結晶材料、たとえばシリコンの基板を用 い、その上（二所望の■族生導体材＃＋ヲエビタキシャル成長させることにより 製作するのが好ましい。

電気的に絶縁性の組成、たとえば窒化シリコン又は二酸化シリコンが、基板上に 形成される。通常の技術（二より絶縁材料中に孔があけられ、それによって下の 基板の一部が露出されるようにする。予備材料が次（１得られた構造上に形成さ れ、それζ二よりそれは孔葡通して基板の露出部分と接触し、絶縁材料まで延び 少くともその一部を被覆する。開口を通して予備材料をレーザ溶融させるような 技術（二より、開口の部分の予備材／基板界面で結晶成長が始る。この成長はゾ ーン精製に用いられるような通常の技術Ｃ二より、予備材（−広がる。

予備層から形成されたシリコン結晶は、孔とそれを占める結晶材料を、エツチン グのような技術により除去し、その後熱酸化のような技術で不活性化することに よって、電気的に絶縁される。このプロセスにより所望のシリコン分離構造が生 成する。

有用な構造はまた、基板と予備層から生成した材料間の接続を維持することによ り形成される。すると、基板中及び予備材料から生成した材料中の両方に、デバ イスを製作することが可能に・なる。開口及びこの開口を占める材料は、二つの デバイス層間の電気的及び熱的接続として働く。

説明のために、開口の形成とともに適当な基板上に絶縁層を形成することについ て、最初に述べる。

次（二、予備材から形成された絶縁体上の単結晶材料の形成ζ二ついて述べる。

１、基板、絶縁体及び開口形成 単結晶シリコン又はゲルマニウムのような単結晶■族半導体材料を基板として用 いるのが最も好ましい。（■族半導体材料の核形成を誘導させる限り、基板の組 成は重要ではない。容易（１得られるため、■族半導体材料それ自身を用いるの が最も便利である。）基板の主表面は絶縁層上に最終的１１重なる半導体材料の 所望の結晶方向と一致させる必要がある。

たとえば、もし絶縁材料上（二（１００）結晶方向をもった単結晶を形成するこ とが望ましいならば、（１００）結晶面に広がる主表面をもつシリコン基板が用 いられる。適当な結晶面を有するこの基板を形成することは、通常の技術により 実現される。好ましい実施例Ｃ二おいて、バルクがチョクラルスキ法のような技 術Ｃ二より成長され、所望の結晶面を生じるように切り出される。（シリコンの ような材料のの面を用いることが与えられた用途（二対して重要でないならば、 開口において露出された基板領域が単結晶である限り、基板の方向もまた重要で はない。

加えて、１個以上の開口から始めて予備領域に形成すべき単結晶材料の部分を除 いて、開口部で被覆されない基板の部分のみが単結晶であれば、基板全体は単結 晶である必要はない。しかし、本質的に単結晶である基板使用いるのが一般的に はより便利である。

絶縁層は基板の主表面上Ｃ二形成される。絶縁層の組成は重要ではない。しかし 、異なる絶縁層は異なる熱伝導率を有し、従って成長プロセスに影響を与える。

プロセス中基板が予備層より著しく低温である場合Ｃ二は、０．１　Ｗ／ｃｍ　 Ｋより小さな熱伝導率？！″有する絶縁体を用いると、開口部で予備層全溶解さ せるのに、余分のパワー全必要とする。この現象は絶縁体が基板への熱の伝達を 妨げ、基板は予備層より著しく低温のままＣ二なり、従って予備層が直接基板と 接する開口部において、熱は１＠、速に除去される。

もし十分な量のパワーが余分に加えられないと、開口の中央（二おける予備層は 溶解しない・。すると、多結晶の開口中央部は、開口周辺で起っている単結晶成 長の伝搬を妨げる。たとえば、比較的低パワーのレーザを用いるなど特別のパワ ーが使える場合には、後に述べるように、そのような問題を解決するための手段 が得られ、なお低熱伝導率ｋＷする絶縁体が使用できる。明らかに、予備層を単 結晶に形成するために用いられる方法が、使用できるパワーの量で制限されない かあるいは基板が予備層より著しく低温に保たれなければ、発生する熱が本質的 に基板を溶解するのに十分なほど大きくない限り、低伝導率の絶縁体が使用でき る。

選択される絶縁材料の必要な電気的特性は、デバイスの最終的な用途（二依存す る。たとえば、もしデバイスが高電圧の分離を必要とする用途（１使用されるな らば、材料は少くとも１０６Ｖ／ｃｒｎの誘電体強度を一般（二必要とする。あ るいは、ディジタル信号処理のように構造が低電流及び電圧で用いられるならば 、１０’　Ｖ／α以上の誘電体強度が一般に適している。（！れらの誘電体強度 は約１０００ないしＩ　Ｏ，０００オングストロームの範囲の厚さを有する絶縁 層を用いることを仮定している。厚さが著しく異なる場合には、誘電体強度は適 当に調整する必要がある。）最後に、絶縁層は予備材中（１核形成を起させる組 成であってはならない。もしこの条件が満・されないと、単結晶音形成するため に開口（二おいて開始させた結晶成長の仏殿は困難になる。一般（二、この条件 はアモルファスの絶縁体では容易（−満される。しかし、多結晶絶縁体は典型的 な場合不利である。更に、論理回路で用いるような低信号用途に用いるデバイス （二おいては、絶縁体とデバイスの活性領域として用いられる■族材料の領域の 界面Ｃ二おいて発生する電荷状態の数は１０　”’／ｃｍ＋２　以下（ニすべき である。たとえば、ＳＩとアモルファス二酸化シリコンのような■族と絶縁材料 は、そのような要求の用途に適している。

所望の絶縁体が選択されると、それは通常の技術Ｃ二より基板上に形成される。

たとえば、もしシリコン基板を用いるならば、酸素雰囲気中で基板表面の上部を 加熱することが可能で、従って基板上に二酸化シリコン薄膜が形成される。同様 （二、窒化シリコン絶縁材料が必要ならば、所望の薄膜を堆積させるのＣ二、プ ラズマ堆積のような技術を用いることかで化学気相堆積のような他の技術もまた 、所望の絶縁体形成に使用できる。

絶縁領域の厚さはやはり最終的な用・途Ｃ二依存する。

絶縁材料は基板を土の結晶材料から分離するの（二必要な抵抗及び降伏電圧が得 られないほど薄くてはならない。一般Ｃ二、はとんどの低電流用途の場合、基板 及びデバイス活性領域間の漏れ電流は、１０−６アンペア以下にすべきである。

この条件を満すため（二、１０６Ω−ｍ以上の抵抗率とＩＯＶ以上の降伏電圧を 有する絶縁層が、典型的な場合必要である。典型的な絶縁層の場合、１００オン グストロームないし１０μｍの範囲の厚さ、好ましくは１０００オングストロー ムないし１μｍの範囲の犀さが、所望の抵抗を得るために一般（−用いられる。

絶縁材料は基板−絶縁体合成構造の表面が絶縁体と基板の両方の領域を含むよう （二、すなわち開口が形成される。（絶縁層を貫く多数の開口を形成することが 可能である。）開口の寸法は厳密でなくてよい。

しかし、大きな断面積をもつ開口は絶縁体領域の量全制限し、従って下の基板か ら分離された単結晶■族半導体材料の量を制限する。そのため、経済的な理由に より、典型的な場合、断面積が誘電体層厚の１ないし１０倍の範囲になるように 開口形成を制限するのが望ましい。非常【１小さな断面積すなわちｌる有用な面 積が少く、熱的な問題が減少するからである。しかし、現在のりソグラフイ技° 術は多くの用途で、開口の寸法を通常１μｍ以上Ｃ−制限する。

開口はリングラフィ技術Ｃ二より形成される。第１に開口という用語は第２Ｃ図 Ｃ二示される構造とともに、第３Ｃ１４Ｄ及び５Ｂ図Ｃ二示されるような構造に 対応することを注意する必要がある。第２図（二おいて、基板（２０）’に露出 するために、開口が絶縁体（２１）中に作られる。第３図において、基板（３０ ）は絶縁材料（３１）’に貫いて延び、開口（３９）で露出される。（事実、基 板が開口を経て峠縁体上まで延びることは可能である。）そのような１ 開口を形成するために、多くの方法が使用できる。

たとえば、第２図（１示されるようＣ二、レジスト材料（２３）は絶縁層（２１ ）上に堆積される。次に、開口を形成すべき絶縁材料の部分が被覆されないよう Ｃ二、このレジスト材料中Ｃニパターンが描かれる。

（得られる構造が（２Ｂ）に示されている。）絶縁材料の被覆されない部分は、 反応性イオンエツチング賞ヲ参照のこと）エツチングはパターンが描かれた下の 基板からカバーがとれ、（２Ｃ）の構造が得られるまで続けられる。（予備層（ ２４・）は以下で述べるように、（２Ｄ）の構造が生じるようＣ二導入される。

）この基板のある程度のエツチングが起る可能性があり、一般に得られる結果全 損わない。しかし、基板／絶縁材料界面における基板の結晶方向を損うよつｔｘ 　４オンビームスバツタエツチングのような技術は望ましくない。

開ロケ形成する他の方法が、第３図、第４図及び第５図に示されている。第３図 に示されるように、第２図中の（２Ｃ）及び第３図の（３Ａ）に示され、る構造 から始めて、開口を形成することが可能である。次に、基板の形成に用いたのと 同じ材料の層を、化学気相堆積のような通常の技術により、次に構造の上に堆積 させる。堆積によって、基板上にはエピタキシャル層（３４）が形成され、絶縁 材料上に多結晶材料（３５）が形成される。多結晶材料は次に通常の化学的方法 ζ二より選択的Ｃニエッチングされ、基板が絶縁層を貫＜（３Ｃ）−１示される 構造が得られる。

あるいは、第４図Ｃ二本されるように、Ｓｉ３Ｎ４のような保護材のパターン形 成された層を、化学気相堆積のような通常の技術によって、開口が最終的（二く る位置において、保護材（４２）が基板（４ｏ）の領域全被覆するように堆積さ せる。基板の露出された部分が酸化され、絶縁体（４１）が形成される。

たとえば、シリコン基板の場合、熱酸化が行われる。

次Ｃ二、保護層（４２）が除去される。これにより（４Ｃ）ｆ１示される構造が 生じ、この場合領域（４１）は熱的に形成した二酸化シリコンζ二対応する。こ のように形成された開口は、もし第３図で示したプロセスで得られるプレーナ表 面が望ましいならば、構造の上に延びる二酸化シリコンの部分が、部分的なエツ チングにより除去され、（４１）のプレーナ構造が得られるよう（＝用いること ができる。

（４Ｄ）−１示されるように得られる表面は、それ自身で有用であるがその後の プロセスでも有用である。第５図に示されるように、（４Ｄ）で得られ（５Ａ） で再生成される構造は、単結晶領域（二変換されるべき予備層（５２）全形成す ることＣ二より更に加工される。窒化シリコン層のような保護層が次に堆積され 、電気的に分離されｆ（Ｗ族半導体の領域を必要とする所（二保護層が形成され るよう１ニパターン形成される。予備多結晶層の領域（５５）は絶縁領域（５６ ）’を形成するために予備層を通して酸化される。このようにして得られた構造 は（５Ｃ）に示されており、（５７）で示される開口を有する。

この構造はそのままあるいは保護層（５３）が最適な状態Ｃ二除去されるように 用いられる。得られる開口の構造の平面図が第６図Ｃ二足されており、（６６） は（５Ｄ）中の領域（５６）に対応し、仮想の点線は予備層（６２）下の開口（ ６７）の外郭を表し、それぞれ開口（５７）と予備層（５２）に対応する。

この実施例の利点は突出した絶縁体（６６）が予備層の液体部分全通して誘電体 を形成し、そのため液体組成を閉じ込める他の手段の必要性がなくなる。

しかし、（５Ｅ）−１示されるようなプレーナ構造を得るために、絶縁体の露出 された部分をエツチングすることは可能である。

２　予備層の形成及び予備層の単結晶材料への変換固相又は液相の予備材料音用 いることが可能である。たとえば、多結晶材料は絶縁層上に堆積される。

この多結晶材料は所望の単結晶層のための予備層として働く。あるいは、所望の 半導体材料の液体合金のような液体及び半導体基板と誘電体の両方の融点下の温 度で溶解する組成を用いることができる。合金は予備層が所望の単結晶材料に変 換し始めるのに必要なところまで、予備層の液相構造を維持する温度に、絶縁体 上（二維持される。

予備材料の相（二かかわらず、予備材から絶縁薄膜の少くとも一部に重畳する単 結晶層への変換は、開口部で見出される予備層／基板界面での結晶成長を含むこ とにより実現される。この初期の結晶成長は予備材料の全体又は所望の一部を貫 いて伝搬する。

（もし複数の開口を用いるならば、特定の開口でのみ、あるいは複数の開ロζ二 延びる開口又はすべての開口に延びる開口Ｃ二おいて基板と接する予備材を用い ることができる。あとの二つの場合、成長が複数の開口で起っても、各成長の伝 搬は他のものとは干渉せず、基板が単結晶である限り、各初期成長の伝搬の先端 は適当（−合流し伝搬を続ける。）開口部での結晶成長の誘起は、予備材中に適 当な化学ポテンシャル傾斜を作ることにより実現される。

５ 傾斜は典型的な場合、熱勾配又は組成勾配を用いることにより導入される。液体 合金予備層の場合、雰囲気の温度は液体予備材が半導体原子で満たされるまで低 下される。温度が低下するとともに、独立した結晶の形成が必要でない開口部Ｃ 二おいて、露出した基板結晶上（二選択的（二手導体原子の析出が起る。

これ（二より残った予備材液体の組成変化が起り、温度が降下するにつれ、すで （二形成されている基板結晶の延長部で結晶の形成が再び選択的（−起る。この プロセスは単結晶が開口から予備材を貫いて連続的Ｃ二伝搬するように続く。従 って、得られる■族半導体の特性を劣化させる分離した結晶粒は形成されない。

このようにして、組成勾配を通して伝搬が実現する。

液体予備材の例はシリコンの単結晶基板を被覆する絶縁層上に形成され、溶解さ れた３０原子パーセントのシリコンと７０原子パーセントのアルミニウムの合金 を用いることである。この予備材の液体状態は結晶化が必要となるまで、約８５ 　ｏＣの温度（二維持される。この結晶化は約８４００まで温度を下げることに より開始される。結晶成長は温度を下げ続けることＣ二より伝搬する。典型的な 場合、温度は１時間当、ｊｌ）１０度ないし１秒当り１０度の範囲の速度で降下 される。より遅い速度は一般Ｃ二非実際的であり、より速い速度は一般（ニデン ドライト状の結晶成長を起す。結果として、所望の絶縁体上に形成された単結晶 材料が得られる。

もし、固体の予備材を用いるならば、ゾーン精製技術（二より核形成及び伝搬が 適切に導入される。

（ソーン精製Ｃ二ついての確立した説明に関しては、１９５６年３月２０日（二 発行された米国特許第２．７３９，０８８号全参照のこと。）第１の領域は開口 に渡って形成され、予備層の境界（二延びるよう（二形成される。たとえば、第 ７図中の領域（７２）は開口＜７３）に重なるように形成される。この領域はレ ーザ層群のような技術Ｃ−より作られる。

−先に述べたよう（二、レーザを用いるような加熱技術は、初期領域を形成する ｆ二は、それ自身では不十分なパワーしか持っていない可能性が、ある。加えて 、局部的な液体領域に伴う横方向の＠度勾配は、液体領域の全体的な歪を大きく する。これらの困難は基板をその融点付近、しかしそれより低い温度Ｃ二加熱し 、所４望の領域と熱勾配を形成するのに必要なレーザからのエネルギーは、本質 的に減少させることにより克服される。あるいは、（５Ｃ）に示されるような完 全（二封じられた予備材を用いることにより、液体領域の歪を避けることができ る。結晶成長ｆ１続き、保裏層（５３）が化学エツチングのような通常の技術に より除去される。帯状ヒータのようなエネルギー的な制限を一般（二もたない他 の熱源として、イメージ炉又は電子ビームを用いることもできる。

明らかであるが、熱源（二よらず、基板の過剰の溶解はたとえば基板をヒートシ ンク上に置くこと（二より、基板の主表面（二手＠な熱勾配を維持することによ り保つべきである。

初期領域（７２）は予備材を貫いて伝搬する。領域（７４）（影で示されている ）で示されるようＣ−１この伝搬はエネルギー源を移動させるかあるいはエネル ギー源に対して基板を移動させることにより行える。この動きは全予備層全体を 通して行われるのが好ましい。もし予備材全通しての伝搬が不完全であると、残 った予備材は最終の領域位置の端部で好ましくない多結晶形成を起す可能性があ る。しかし、もしこの領域中の材料が消費できるならば、予備全体への伝搬前（ 二終了させることが可能で、避ける必要はない。

ゾーン精製の実施例で気づくようＣ二、予備層／基板界面において最初の成長を 開始させ、予備材全体に伝搬させるためｌ１熱勾配か用いられる。上で述べたよ うに、成長又は伝搬中に印加されるエネルギーは、下の絶縁材料又は基板を溶か してはならない。

何らかの予防策をとるより、条件によっては純粋な半導体材料より低いｌ１ｌｉ ｆで融解する合金を用いるのが便利である。たとえば、多結晶シリコン予備層を シリコン基板とともに用いるならば、同体予備層を融解するのＣ二必要なエネル ギーは、アルミニウム、スズ、鉛、ゲルマニウム、金あるいはこれら材料の混合 物のような材料を合金化することにより下げられ便利４βある。最初Ｃ二合金が 用意され、次Ｃ二絶縁体上に堆積されるかあるいは多結晶シリコン予備材を絶縁 体上Ｃ二堆積され、所望の合金成分から成る上部層が多結晶シリコン上に堆積さ れる。最初の領域が形成されたならば、上部層はシリコンと合金化し所、望の結 果が得られる。

以下の例は本発明で典型的【二用いられるプロセスパラメータ及び材Ｒ’に示す 。

（１００）面に対応する主表面を有する単結晶研磨シリコンの直径３インチのウ ェハ全周いた。ウェハは三塩化エタン、アセトン及びメタノールに順次浸すこと （二より浄化した。ウェハは１０対１のＨＦ水溶液中に１０秒間浸した。１００ ０ｔＴ＋−おける蒸気中で熱酸化することＣ二より、基板の主表面上に１μｍ厚 の酸化物層が形成された。ウェハは石英管炉中（二置かれ、炉は約１ＯＯＯｒ＋ −加熱された。１分当り５　ＣＣの流量で、酸素を水バブラ中に通した。この９ バブラから出たものは、石英炉中に導入された。ウェハの処理は６時間続いた。

フォトレジストの層を次Ｃ二酸化物被膜上ζニスピンコートした。レジストは適 当な化学線放射で露光され１００μｍ毎（二中心をおく１５μｍ×１５μｍの正 方形アレイカ化じるように現像した。フォトレジスト中の開口を通してみえる下 の二酸化シリコン層の部分が、１０対１のＨＦ水溶液で化学エツチングすること Ｃ二より除去された。化学エツチングの後、フォトレジストはアセトンで除去さ れた。

多結晶シリコンの層を、開口を有する構造上（二次（−堆積させた。この層は基 板’１６２５ｃに加熱し、基板上にシランを通すことにより、化学気相堆積プロ セスｌ二より形成した。シランは１気・圧となるように導入された。この処理は ０．４８μｍ成長するまで続けた。プロセスは中断し、基板は室温まで冷却させ た。

堆積した多結晶シリコン層は１０対１のＨＦ水溶液に１０秒間浸すことにより浄 化した。次に、ウェハは多結晶シリコン面を露出させて、電子ビーム蒸着装置の 試料ホルダにと９つけられた。アルミニウムターゲットｆ二２０ＫｅＶの電位で 加速した電子を照射した。堆積は約１６μｍの厚さのアルミニウムが得られるま で続けた。（この厚さは多結晶シリコン原子に対するアルミニウムの比が約２５ 原子パーセントであることに対応する。） ウェハは８００Ｃに加熱された石英管炉中（二人れた。炉は約５分間この温度に 保たれ、次に１分当り約２Ｏｒの速度で室温まで＠度を下げた。得られた構造は 単結晶が形成され、各開孔から延びているのが観測された。結晶は開口の端部全 越え、約２５μｍ延びた。（この例における結晶の寸法は、多結晶シリコンとと もに用いたアルミニウムの量により制限された。アルミニウムの割合を高くした ため、混合体の共融点Ｃ二は、開口を約２５μｍ越えた結晶成長め後に到達した 。もし大きな結晶が必要ならば、アルミニウムの少いものを用いる。）単結晶上 の固化したアルミニウム合金は、化学エツチングにより除去アルミニウム層を堆 積させた後、得られた構造を走査レーザ照射Ｃ二より処理することを除いて、例 １で述べたのと同じプロセスを続けた。このレーザ走査は最初に３００１Ｔｉｎ 加熱された基板上に試料全支持させることから行われた。５０Ｗの炭酸ガスレー ザビームの焦点を合わせ、いくつかの開ロ上Ｃ二直径約５００μｍの溶融領域を 形成させ念。（ビーム波長は約１０．６μｍであった。）ビームは１秒”Ａ　り 　ｌ　ｃｍの速度で、アルミニウム層を横切るよう（二走査された。この軌跡内 に形成された材料は、いくつかの開口を結ぶ単結晶シリコンであった。

旦ユ 例１で述べたようなウェハを研摩し、例１で述べたようζ１熱酸化すること（二 より、２００オングストロームの厚さの二酸化シリコン層が形成された。

次Ｃ二、アモルファス窒化シリコンがこの二酸化シリコン層上に堆積された。こ の堆積は化学気相堆積７二より行った。ウェハは化学気相堆積装置の基板上Ｃ− おいた。装置は８００Ｃに加熱され、３００対１の比率のシラン及びアンモニア の混合ガスを、１気圧で導入した。１０００オングストロームの厚さが得られる まで処理を続けた。次にプロセスを中断し、ウェハを冷却させた。

例１で述べたリングラフィ・プロセス（二より、ウェハ全体（二１００μｍ毎に 中心をおく５×５μｍの正方形の開口のアレイが形成された。窒化シリコンと二 酸化シリコン層を通してのエツチングにより、ＣＦ４　雰囲気を用いたプラズマ エツチング装置中で、シリコン基板が露出された。次（二、多結晶シリコンの１ ０００オングストローム厚の層が、例１で述べたような構造上に堆積された。多 結晶シリコンの堆積により窒化シリコン上には多結晶シリコンそれ自身が形成さ れたが、開口部内ではシリコン領域が工に述べ’ＡＬ化学エッチャントＣ二より 除去された。ウェハは電子ビーム蒸着装置の試料ホルダ上に置いた。

シリコンターゲットに２０ＫｅＶの電圧で加速した電子を照射した。蒸着はシリ コンのｌ／２μｍ層が堆積するまで続けた。

このようにしてできた構造は、約３ｉ０ｔｌ’に加熱された試料ホルダ上にマウ ントした。直径５０μｍΩスポット（−焦点を絞り、７Ｗのパワーをもったアル ゴンイオンレーザ（０，６４μｍ波長）を、試料の処理Ｃ−用いた。ビームは１ 秒当り約５ｃｒｎの速度で開口の線に沿って走査した。得られた構造は各開口上 約１０μｍの単結晶を含んだ。これら結晶のそれぞれは基板結晶の方向を有した 。結晶の寸法は用いたレーザの比較的低いパワー（二より制限された。

ＦＩＧ、　／　−一つ ＦＩＧ、　ＩＡ ＦＩＧ、　４Ｄ □ＦＩ６．５−−１ ＦＩＧ、　５Ａ ＦＩＧ、　５Ｅ 補正書の写しく翻訳文）提出書 （特許法牙１８４条の７矛１項） 昭和５７年９　月２８日 特許庁長官　若　杉　和　夫　殿 １、特許出願の表示 ＰＣＴ／Ｕ’Ｓ　ｓ　２１０００７５ ２、発明の名称 ３、特許出願人 ６、添付書類の目録 （１）補正書の写しく翻訳文）　１　通請求の範囲 １、（補正後）　絶縁体薄膜（たとえば４１）上に単結晶■族半導体領域（たと えば７４）を形成するプロセスにおいて、 単結晶■族半導体基板（たとえば４０）の表面上Ｃ二、絶縁体薄膜を形成する工 程、基板表面の一部分を露出する工程、露出した基板の一部分及び絶縁体の一部 分上に、■族半導体を含む固体非単結晶質材料の予備層（たとえば５２，６２． ７２）全形成する工程、基板を核生成位置として用いて、予備層中（＝単結晶■ 族半導体の成長を開始させる工程、及び該単結晶領域全完成させるために、該予 備層中に該成長全伝搬させる工程を特徴とするプロセス。

２、請求の範囲第１項（二記載されたプロセスにおいて、 絶縁体及び基板は実質的Ｃプレーナな上部表面を有する合成構造全構成すること を更に特徴とするプロセス。

３、請求の範囲第１項Ｃ二記載されたプロセスＣ二おいて、 該核生成材料はシリコン又はゲルマニウムから成ることを特徴とするプロセス。

４、請求の範囲第１又は３項に記載されたプロセス該絶縁材料は酸化シリコン又 は窒化シリコンから成ることを更に特徴とするプロセス。

５、請求の範囲第１又は４項のいずれか（二記載されたプロセスにおいて、 該予備層はシリコンから成ることを更に特徴とするプロセス。

６　請求の範囲第５項に記載されたプロセスにおいて、 該予備層はシリコンの合金から成ることを更に特徴とするプロセス。

７、（追加）　請求の範囲第１．２又は３項に記載されたプロセス（二おいて、 予備層は基板との間に界面を形成する第１の端部及び絶縁体薄膜に重なる第２の 端部合有し、核生成及び伝搬の工程は、予備層を局部的に溶融させる工程及び第 １の端部から第２の端部に向う方向に、ｊ順次それを局部的に再固化させる工程 から成ることを更（−特徴とするプロセス。

８、請求の範囲第１項に記載されたプロセス（二おいて、 該予備層はゲルマニウムから成ることを更に特徴とするプロセス。

９、請求の範囲第１項を二記載されたプロセス（二おい３　荷表昭５８−５００ ０４８　（９）で、 複数の核生成位置を用いることを更ζ二特徴とするプロセス。

１０、請求の範囲第１項（二記載されたプロセス（二おし・て、 合成構造は下の基板の一部分を露出するため、絶縁層中Ｃ二開口をエツチングＣ 二より形成することを更に特徴とするプロセス。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ、　絶縁体薄膜（たとえば４１）上に単結晶■族半導体領域（たとえば７４） 全形成するプロセス（二おいて、 単結晶■族半導体基板（たとえば４０）の表面上に絶縁体薄膜を形成する工程、 基板表面の一部分上露出する工程、露出した基板の一部分上及び絶縁体薄膜の一 部分上に、■族半導体を含む非単結晶質材料の予備層（たとえば５２，６２．７ ２）を形成する工程、基板を核生成位置として用いて、予備層中に単結晶■族半 導体の成長を開始させる工程、及び該予備層中に該成長を伝搬させ、該単結晶領 域を完成させる工程ケ特徴とするプロセス。 ２、請求の範囲第１項に記載されたプ°ロセスにおいて、 絶縁体及び基板は実質的にプレーナ上部表面を有する合成構造全構成することを 更に特徴とするプロセス。 ３、請求の範囲第１項Ｃ二記載されたプロセスにおいて、 該核生成材料はシリコン又はゲルマニウムから成ることを特徴とするプロセス。 ４、請求の範囲第１又は３項Ｃ′一記載されたプロセスにおいて、 冴 該絶縁材料は酸化シリコン又は窒化シリコンから成ることを更に特徴とするプロ セス。 ５、請求の範囲第１又は４項のいずれかに記載されたプロセス【二おいて、 ６、請求の範囲第７項に記載されたプロセスにおいて、 該予備層はシリコンの合金から成ることを更に特徴とするプロセス。 ７、請求の範囲第２項Ｃ二記載されたプロセス（二おいて、 該合成構造は支持基板の一部を酸化することにより形成されること全史に特徴と す“るプロセス。 ８、請求の範囲第１項（二記載されたプロセスにおい゛て、 該予備層はゲルマニウムから成ることを更に特徴とするプロセス。 ９、請求の範囲第１項Ｃ二記載されたプロセスにおいて、 複数の核生成位置が用いられることを更Ｃ二特徴とするプロセス。 １０、請求の範囲第１項に記載されたプロセスＣ二おいて、 合成構造は下の基板の一部分を露出するため、絶縁層中に開口をエツチングする こと−より形成されることを更に特徴とするプロセス。 ■