JPH025716B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（関連出願の説明） テイー・アール・アンソニー（T.R.Anthony）
の名義で1981年６月11日付で提出されかつ本願の
場合と同じ譲受人に譲渡された米国特許出願第
272801号明細書中には、一般に電位勾配の利用に
よつて金属含有融体を移動させる際に有用であ
り、また特に各種の整流接合の悪影響を回避する
ために有用な陽極および陰極接触部の形成方法が
開示されている。上記出願明細書の内容は引用に
よつて本明細書中で参照するものとする。 （発明の分野） 本発明は、電位勾配の使用により半導体材料中
において金属含有融体を移動させ、それによつて
半導体材料中に再結晶した単結晶半導体材料の領
域を形成する方法に関するものである。更に詳し
く言えば、本発明はかかる方法によるPN接合の
形成に関する。 （発明の背景） 温度勾配を使用しながら固体中において金属含
有融体を移動させる方法すなわち温度勾配帯域溶
融法（TGAM法）はプフアン（Pfann）によつ
て発明され、そしてたとえば米国特許第2813048
号明細書中に記載されている。プフアンの方法に
従えば、適当な液体属から成るシートまたはワイ
ヤ（線材）が温度勾配によつて半導体中を移動さ
せられる。かかる液体金属ワイヤの移動が進行す
るに従い、その後方には不純物添加を受けた液相
エピタキシヤル材料が残される。その後、幾人か
の研究者により、平面状の液体帯域は不安定であ
ること、そしてまたかかる帯域から液滴が分裂し
て再結晶半導体中に捕捉されることが見出され
た。このような理由により、プフアンのTGZM
法によつて加工された材料は半導体素子の製造用
として適当でなかつた。 しかるに最近に至り、アンソニーおよびクライ
ン（Anthony ＆ Cline）はたとえば米国特許
第3979230および3998662号明細書中に記載された
分離（アイソレーシヨン）格子のごときPN接合
構造物を半導体中に形成するため商業的に実施可
能なTGZM法を開発した。新たに開発された
TGZM法、装置、およびそれによつて形成され
るPN接合構造物の詳細については、たとえば米
国特許第4075038、4091257および4224594号明細
書をそれぞれ参照されたい。 商業的に改変されたTGZM法を簡単に説明す
れば、空冷された高温の石英ランプ列と水冷され
た放熱器との間に半導体ウエーハが配置される。
ランプからの赤外線はランプに向いた側のウエー
ハ表面により吸収されて熱に変わる。この熱はウ
エーハを通過した後、反対側のウエーハ表面から
放熱器に対して放射される。このようなウエーハ
を通る熱の流れにより、TGZM法を可能にする
温度勾配が生じるのである。TGZM法の商業的
実施に役立つ典型的な装置は米国特許第4221956
号明細書中に記載されている。 （発明の概要） さて本発明に従えば、金属に富む半導体材料か
ら成る１つ以上の溶融帯域（すなわち金属含有融
体）を単結晶半導体材料の固体母体中において移
動させることにより、再結晶した単結晶半導体材
料から成る１つ以上の領域を形成する方法が提供
される。この方法は、母体の材料とそれに隣接す
る再結晶半導体材料の領域との間に鮮明
（sharp）な境界（すなわち接合面）を必要とす
る素子の製造のために適している。とりわけ、溶
融帯域を母体中において部分的に移動させ、その
結果として移動方向における母体半導体材料と再
結晶半導体材料との界面に鮮明な境界を形成する
ことが要求される場合に特に有用である。 かかる方法の有用性、安定性および制御性は、
金属含有融体を移動させるための駆動力として、
温度勾配帯域溶融法（TGZM法）における温度
勾配の代りに電位勾配を使用することに由来して
いる。駆動力が電位勾配または温度勾配のいずれ
であつても金属含有融体の移動に関する金属学的
情況は実質的に同じであるから、TGZM法によ
つて半導体結晶中に形成し得るあらゆる形態の
PN接合が本発明の電気移動（エレクトロマイグ
レーシヨン）法によつても形成し得るものと予想
される。 本発明の方法の工程を述べれば、先ず第一に、
金属含有融体を陽極および陰極接触部の間に位置
する単結晶半導体材料の母体中においてそれぞれ
の経路に沿いながら移動させるための方向が決定
される。 第二に、１つ以上の金属固体が母体に接触して
配置される。各々の金属固体を成す材料は、(1)母
体の半導体材料中に可溶であり、(2)母体の半導体
材料との間に母体の半導体材料の融点より低い融
点を持つた溶体を生成し、かつ(3)母体の半導体材
料の仕事関数をφhとしした時、量（φi−φh）の
代数符号と金属含有融体が移動して接近すべき接
触部の代数符号が等しくなるような仕事関数φiを
有するという諸条件を満足するように選ばれる。
金属固体の材料は、母体中に形成すべき再結晶し
た単結晶半導体材料の領域において所望される物
理的特性（たとえば抵抗率や導電形）を実現する
ために必要な金属元素や合金であればよい。金属
固体の材料はまた、ホウ素やリンのごとき非金属
元素を含有した金属元素や合金であつてもよい。 本明細書中で使用される「母体に接触させて金
属固体を配置する」という表現は、金属固体が完
全に母体の内部に（すなわち、いずれの表面にも
接触しないようにして）配置される場合および金
属固体が初期において母体の表面上に配置される
場合の両方を包括するものである。かかる金属固
体は小滴状、線形状または平面状網状の形態を有
し得る。金属固体が線形状を成す場合、その長軸
は母体および移動させるべき金属についての結晶
学的な安定ワイヤ方向と実質的に整列するように
する。また、金属固体が網状を成す場合、その線
形状要素の長軸は母体および移動させるべき金属
についての結晶学的な安定ワイヤ方向と実質的に
整列するようにする。金属固体が露出面上に配置
される場合には、かかる配置は実質的に酸素を含
まない金属固体を生み出す手段（たとえば真空中
における電子ビーム蒸着）によつて行うことが好
ましい。 第三に、陽極および陰極接触部が母体に付加さ
れる。前述の特許出願明細書中には、なかんず
く、一般に電気移動法の実施に際して有用であり
かつ本明細書中に記載される単純な圧接電極とは
異なる接触部の形成方法が開示されている。 第四に、母体およびそれに接触して配置した金
属固体が、金属に富む半導体材料の溶融物（すな
わち金属含有融体）を生成するのに十分であると
同時に母体の全域にわたつて実質的に一定かつ一
様であるような高温に加熱される。 第五に、陽極および陰極接触部の間に位置する
母体を横切つて電位勾配が印加される。かかる電
位勾配は、一般に、１つ以上の金属含有融体を移
動させるための経路と実質的に平行になるように
設定される。 最後に、印加された電位勾配がもたらす駆動力
により、金属に富む半導体材料から成る１つ以上
の金属含有融体は半導体材料の固体状母体中にお
いてそれぞれの経路に沿いながら溶融帯域として
同時に移動（すなわち電気移動）する。固体状母
体の半導体材料中を各々の溶融帯域が移動する結
果として、母体の半導体材料中における金属含有
融体の材料の固溶解限度までの量で液体金属包有
物の材料を溶解している再結晶した単結晶半導体
材料の領域が形成される。再結晶した単結晶半導
体材料の各領域は少なくとも母体の半導体材料の
抵抗率と異なつた抵抗率を有するが、その抵抗率
は主として金属含有融体の材料性質および電気移
動法の実施温度によつて決定される。また、金属
含有融体の材料を適当に選択すれば、再結晶した
単結晶半導体材料の領域が母体の半導体材料の導
電形と異なつた導電形を有するようにすることも
できる。 本発明方法の実施に当つては、たとえば、第１
の主面から第２の主面まで母体を貫通して１つ以
上の溶融帯域を移動させることができる。あるい
はまた、２つの主面の間で溶融帯域を停止させた
後、後向きの電位勾配を印加することにより好ま
しくは最初と同じ経路に沿つて溶融帯域を第１の
主面にまで移動させ、それにより特に移動方向に
沿つて母体の処理済み半導体材料と未処理半導体
材料との間に鮮明な境界を形成することもでき
る。 更にまた、単結晶半導体材料の母体が薄膜であ
る場合に本発明の電気移動法を実施すると、半導
体材料の塊状母体に対して実施した場合に比べて
100〜1000倍も早い速度で再結晶した単結晶半導
体材料の領域が形成されることも見出された。 （詳細な説明） 添付の図面を参照しながら以下の説明を読め
ば、本発明は一層明確に理解されよう。 先ず第１図について説明すると、直流電流を通
した単結晶半導体材料２中では金属含有融体１が
電流の流線に沿いながら陽極３または陰極４に向
かつて移動することが判明した。第１図および以
後の図中において矢印で表わされるような金属含
有融体１の移動は、電流が金属含有融体１を通過
する結果として金属含有融体１を横切る溶解半導
体原子の流束（フラツクス）が生じることによつ
て引起こされる。このような半導体原子の流束を
生み出すためには、半導体材料２の原子が前面５
において金属含有融体１中に溶解し、一方溶解し
た半導体原子が後面６において沈積する。本発明
の目的からすれば、直流の流れは陰極４から陽極
３へ向かつているから、半導体材料２を横切る電
位勾配の方向（すなわち極性）もまた陰極４から
陽極３へ向かつている。この場合、金属含有融体
１は電位勾配の方向（すなわち経路）に沿つて配
置されることが好ましい。かかる金属含有融体１
はは、電位勾配に応答することにより、実質的に
上記経路に沿いながら陰極４または陽極３に向か
つて電気移動する。 電気移動する金属含有融体１の後方に沈積され
る再結晶した単結晶半導体材料の領域７中には、
金属含有融体１を構成する材料（すなわち、金
属、非金属またはそれらの組合せ）の痕跡量が残
存する。かかる材料の残存量は半導体材料２中に
おける金属含有融体１の材料の固溶解限度までで
ある。金属含有融体１の材料の痕跡量が領域７中
に存在するため、領域７の抵抗率は半導体材料２
の抵抗率とは異なつたものになる。金属含有融体
１を構成する材料が半導体材料２に対して電気的
に活性なドーパント（不純物とも呼ばれる）であ
れば、領域７はドーパントの原子価状態および濃
度に応じてＮ形またはＰ形となる。Ｎ形の半導体
材料２中においてＰ形の金属含有融体１を電気移
動させたり、あるいはＰ形の半導体材料中におい
てＮ形の金属含有融体を電気移動させたりすれ
ば、半導体材料２中にPN接合８を形成すること
ができる。金属含有融体の電気移動速度は同じ金
属の固体拡散係数より桁違いに大きいから、金属
含有融体のエレクトロマイグレーシヨン（電気移
動）は日単位でなく分単位で半導体材料中にPN
接合を形成するための手段を提供する。 同じ半導体材料中においても、全ての金属含有
融体が所定の電位勾配に応答して同じ方向に電気
移動するとは限らない。本発明の完成の過程にお
いて発見されかつ第２図に略示されている通り、
4.55電子ボルト（eV）より大きい仕事関数を持
つた金属Ａの金属含有融体９はシリコン中で陽極
３に向かつて電気移動するのに対し、4.55eVよ
り小さい仕事関数を持つた金属Ｂの金属含有融体
１０は陰極４に向かつて移動する。下記の第１表
には、シリコン中における９種の金属の電気移動
方向およびそそれらの仕事関数が示されている。
アンチモンは、シリコンの仕事関数とほとんど同
じ仕事関数を有するため、シリコン中では電気移
動しない。とは言え、シリコンの仕事関数と実質
的に異なる仕事関数を有する半導体材料（たとえ
ばゲルマニウムやヒ化ガリウム）中においてはア
ンチモンも電気移動する。

【表】

【表】 第１表は本発明の完成の過程において得られた
データをまとめたものである。これらのデータを
得るためには、第３図に略示された電気移動装置
２０および標準的な拡散炉（図示せず）が使用さ
れた。装置２０は、直径２インチ（5.08mm）かつ
長さ３インチ（7.62cm）の円柱状セラミツク支持
体１２によつて２つの位置で支持された直径1/4
インチ（6.35mm）の２本の向かい合つたモリブデ
ン棒１１から構成した。構造剛性を得るため、セ
ラミツク支持体１２中のモリブデン棒１１は1/8
インチ（3.175mm）の肉厚を持つた内径２インチ
（5.08mm）かつ長さ20インチ（50.8cm）のステン
レス鋼管１３の内部に挿入された。追加の支持を
達成するため、ステンレス鋼管１３の外部におい
てモリブデン棒１１は不活性かつ非導電性の剛性
材料から成るクランプ１４で固定された。次の第
３Ａ図に示されるごとく、直径1/8インチ（3.175
mm）の交換可能なモリブデン棒１５がシリコン試
験片１６に対する電極接点として使用された。本
発明の完成の過程において行われた高温電気移動
実験を通じ、モリブデン棒１５とシリコン試験片
１６との間にはタングステンばね１７によつて接
触圧が加えられた。なお、ばね１７の間には電気
的絶縁のためにセラミツク片１８が配置された。 10Ω・cmの抵抗率を有するＮ形シリコンのイン
ゴツトから４cm×１cm×１cmの試験片１６が切出
された。かかる矩形状試験片１６の長軸は＜111
＞方向に平行であり、また上面および側面はそそ
れぞれ＜１１０＞および＜11２＞方向に対して垂
直であつた。試験片１６の上面すなわち（１１
０）面から、超音波穴あけ技術によつて試験片１
６の中心まで達する２個の穴が形成された。第３
Ａ図に示される通り、これらの穴は試験片１６の
両端から1.5cm離れた位置に対称的に設けられた。
直径２mmの大きい方の穴１９は熱電対挿入孔とし
て使用され、一方、直径0.75mmの小さい方の穴２
１は金属含有融体挿入孔として使用された。試験
片１６の上面および側面は1μの仕上状態に研磨
され、また赤外線透過顕微鏡検査によつて電気移
動の進行を観察し得るようにダイヤモンドけがき
針を用いて上面および側面に基準線が描かれた。
移動されるべき直径0.70mmの金属ワイヤが小さい
方穴２１に挿入された。次いで、H₂ガスを流し
た1100℃のアニール炉（図示せず）内に３時間に
わたり試験片１６を配置して、金属含有融体とし
て電気移動させるための金属に富む半導体溶体を
生成した。その後、試験片１６は冷却され、次い
でアニール炉から取出された。 電気移動パラメータの試験に当つては、シリコ
ン試験片１６を保持する装置２０の末端およびス
テンレス鋼管１３のほぼ半分が拡散炉（図示せ
ず）内に挿入され、そして電気移動温度にまで加
熱された。装置２０の酸化を防止するため、炉内
には95％N₂＋５％H₂が流された。温度平衡に達
した後、３〜30アンペアにわたる一定の直流が20
〜240時間にわたつてシリコン試験片１６中に流
された。400〜1100℃の固定温度が使用され、し
かもその温度は熱電対挿入孔１９に挿入されたク
ロメル−アルメル熱電対によつて連続的に監視さ
れた。電気移動の後、装置２０は拡散炉から引出
されて放冷された。試験片１６を取外して赤外線
透過顕微鏡写真を撮影することにより、シリコン
試験片１６中における金属含有融体の移動距離が
測定された。かかる移動距離の測定は、ダイヤモ
ンドけがき針でシリコン試験片１６の表面上に描
かれた基準線を参照しながら顕微鏡写真上におい
て行われた。 電流はヒユーレツト−パツカード（Hewlett−
Packard）6269B定電流直流電源（図示せず）に
よつて供給された。定電流電源が必要な理由は、
シリコン試験片１６の抵抗率が温度に応じて急激
に変化することにあつた。本発明の完成の過程に
おいて使用された３〜30アンペアの直流を維持す
るためには、電気移動温度に応じてそれぞれ約１
〜６ボルトの電圧降下が要求された。かかる電圧
降下の大部分は、シリコン試験片１６自体の内部
ではなく様々な電気的接触部位において起こつた
ものである。 所定の電気移動温度まで試験片を加熱するため
には、ジユール熱、外部熱源（たとえば炉）また
は両者の組合せを使用することができる。ジユー
ル熱の利用は最も簡単であつて終局的には最大の
電気移動速度を与えるが、印加された電圧がジユ
ール熱および電位勾配の両方を与えるために制御
性が最も悪い。電位勾配を用いて溶融帯域の移動
を制御しながら外部加熱を行えば制御性が最も良
く、また移動の起点となる表面から僅かな深さを
持つた内外部間（in−and−out）接合を形成す
るためには理想的である。 一般に、金属含有融体が陽極または陰極のいず
れに向かつて移動するにせよ、その電気移動速度
（Ｖ）は３〜30アンペア／cm²の範囲内で電流密度
１の一次関数となること（すなわち、αを比例定
数とすればＶ＝αIが成立つこと）が判明した。そ
の結果、電気移動法および熱移動法を同じ公称温
度下で実施した場合、５アンペア／cm²程度という
比較的低い電流密度の下で電気移動は熱移動と同
等の速度で進行することが判明した。第４図に
は、シリコン中において電気移動させた８種の金
属含有融体に関し、電気移動方向および電気移動
速度／電流（電流密度で電気移動速度を測つた
商）を電気移動温度の関数としてプロツトしたグ
ラフが示されている。 理論的に言えば、金属含有融体は金属−半導体
間の共融点および半導体の融点を限界する温度範
囲の全域にわたつて電気移動が可能である。金属
含有融体に関する電気移動速度／電流は、シリコ
ン中を電気移動する銀に富む金属含有融体につい
て第５図に典型的に示されるごとく、アレーニウ
ス（Arrhenius）の温度式 Ｖ／Ｉ＝（Ｖ／Ｉ）₀exp（−Ｑ／RT） (1) に従う。式(1)中、Ｖは電気移動速度（cm／秒）、
Ｉは電流密度（アンペア／cm²）、Ｑは活性化エネ
ルギー（kcal／モル）、Ｒは気体定数、Ｔは電気
移動法を実施する際の絶対温度、そして（Ｖ／Ｉ）₀ は前指数係数（cm³／クローン）である。試験した
８種の金属について言えば、活性化エネルギーは
ガリウムに関する14.5kcal／モルの最小値からパ
ラジウムに関する26.1kcal／モルの最大値にまで
わたつた。なお、シリコン中において電気移動し
得る８種の金属に関する活性化エネルギーおよび
前指数係数は第１表中に示されている。 第１表中のデータの使用により、電気移動に関
与する機構についての分析的研究が行われた。か
かる研究の詳細は、ザ・ジヤーナル・オブ・アプ
ライド・フイジツクス（The Journal of
Applied Physics）第51巻第12号（1980年12月）
の6348〜6355頁および6356〜6365頁に収載された
アンソニー（Anthony）の論文中に報告されてい
る。これらの論文を要約して述べれば、金属含有
融体の電気移動をもたらす主要な駆動力は電子−
原子間の運動量交換すなわちいわゆる「電子風効
果」であることが判明した。更にまた、シリコン
中における電気移動の方向は金属含有融体を構成
する金属の仕事関数と相関関係があること、すな
わち4.55eVより大きい仕事関数を持つた金属か
ら成る金属含有融体は陽極に向かつて電気移動す
るのに対し、4.55eVより小さい仕事関数を持つ
た金属から成る金属含有融体は陰極に向かつて電
気移動することが判明した。最後に、陽極移動群
および陰極移動群中における金属含有融体の電気
移動速度の相対的順序は、電気移動が起こらない
ような仕事関数（すなわち、金属含有融体を移動
させる母体材料の仕事関数φh）の値に対する金
属含有融体の仕事関数φiの偏差の大ききさ並びに
金属含有融体中におけるシリコンの溶解度および
質量の保存に関与する因子によつて説明すること
ができた。 固体状母体材料中を移動する金属含有融体に関
して言えば、金属含有融体中を通過する母体原子
の流束Ｊは式 Ｊ＝Ｖ（C_S−C_L） (2) （ただし、C_Lは金属含有融体中における単位体
積当りの母体原子の濃度、C_Sは単位体積当りの母
体原子の濃度、そしてＶは移動速度である）によ
つて与えられる。この式は公知のごとき質量保存
の法則を表わすものである。 上記の式(2)を公知のごときアインシユタイン
（Einstein）の式 Ｊ＝Mf（C_L） (3) （ただし、Ｍは金属含有融体中における母体原子
の移動度、ｆは金属含有融体中の母体原子に作用
する駆動力、そしてＪおよびC_Lは上記に定義さ
れた通りである）と組合わせれば、下記の式が得
られる。 Ｖ＝MfC_L／C_S−C_L (4) 電気移動する金属含有融体の速度Ｖは電流密度
Ｉおよび母体材料仕事関数φhに対する金属含有
融体の仕事関数φiの偏差に比例することが判明し
ているから、 式 Ｖ＝βI△φ (5) （ただし、△φはφi−φhに等しく、またβは定
数である）が成立つ。 式(4)と式(5)とを比較すると、式 ｆ＝γI△φ (6) （ただし、γは比例定数である）が成立つことが
わかる。 式(6)と式(4)とを組合わせれば、下記の式が得ら
れる。 Ｖ／Ｉ＝ｋ（C_L／C_S−C_L）△φ (7) 式中、ｋは第４図および式(7)から導くことので
きる定数であつて、CGS単位系では10⁺⁶cm³／（ク
ーロン・eV）に等しい。従つて、第１表からわ
かる通り、Ｖ／Ｉの値が負であれば金属含有融体
は陰極に向かつて電気移動し、またＶ／Ｉの値が
正であれば金属含有融体は陽極に向かつて電気移
動することになる。 特定の半導体素子の製造に当つては、陽極に向
かつて電気移動すると同時にシリコンをＰ形にド
ーブする金属含有融体を使用することが望ましい
場合がある。しかるに第１表からわかる通り、純
粋なＰ形ドーパント（Al、GaおよびIn）はいず
れも陰極に向かつて移動する。それ故、陽極に向
かつて移動すると同時にシリコンをＰ形にするよ
うな金属含有融体を得るためには、適当な仕事関
数を持つた合金組成物をたとえば適正比率のAl
およびPdから調製することが必要となる。 上記の場合およびその他の場合において適切な
金属含有融体が得られるようにするため、２種以
上の金属から成る金属含有融体の電気移動方向に
関する情報が探求された。先験的に言えば、２種
以上の金属から成る合金は混合物規則に従うか
ら、それの総合仕事関数φ^* _iは式 φ^* _i＝X_Aφ_A＋X_Bφ_B＋X_Cφ_C＋… (8) （ただし、φ_A、φ_B、φ_Cなどは純粋な元素の仕事
関数、そしてX_A、X_B、X_Cなどは合金を構成する
元素の原子分率である）によつて与えられるもの
と予想される。そして、かかる合金の総合仕事関
数が4.55evより大きければ、金属含有融体はシリ
コン中で陽極に向かつて電気移動すると考えられ
る。他方、かかる合金の総合仕事関数が4.55eV
より小さければ、金属含有融体はシリコン中で陰
極に向かつて電気移動すると考えられる。 このような混合物規則が成立つという仮説を実
験的に検討するため、一連の金−銀合金の移動方
向が測定された。金および銀を選んだことには幾
つかの理由がある。第一に、これらの貴金属は化
学的に類似しており、しかもほぼ同一の原子半径
を有している。その上、これらは固相および液相
の溶体を連続的に生成するから、共融混合物、金
属間化合物または液体不混和性ギヤツプのごとき
余計な因子によつて実験が複雑化することもな
い。中でも特に重要なのは、これら２種の貴金属
から成る金属含有融体が相対する方向に移動する
という事実である。また、シリコン中における元
素の電気移動に関する本発明の発見に基づけば、
金および銀から成る金属含有融体の相対する方向
への移動速度の絶対値が等しくなるような温度
（884℃）を選定することができる。最後に、各種
組成の金−銀合金の仕事関数が文献から利用でき
るため、特定の合金の電気移動方向をそれの仕事
関数と比較するとことが可能なのである。 前述のごとき装置２０および方法の使用によ
り、銀含量が10％間隔で０％から100％にまでわ
たる（すなわち０％Ag、10％Ag、20％Agなど
の）11種の金−銀合金が、単一のシリコン試験片
１６に設けられた別々の金属含有融体挿入孔内に
配置され、そして884℃で電気移動させられた。
第６図には、これら11種の金−銀合金の電気移動
速度を組成に対してプロツトしたグラフが示され
ている。約21％より多い銀を含有する合金は陰極
に向かつて電気移動するのに対し、約21％より少
ない銀を含有する合金は陽極に向かつて電気移動
することが判明した。 シリコン中における金−銀合金の電気移動方向
を説明するためには、ザ・ジヤーナル・オブ・
ジ・エレクトロケミカル・ソサイエテイ（The
Journal of the Electrochemical Society）第
128巻第12号（1981年３月）の597〜600頁に収載
されたアンソニー（Anthony）の論文中に示され
ているごとく、金属含有融体を構成する金属の仕
事関数と実験的に得られた零位点（null−point）
仕事関数との差を用いて組立てられた簡単な希薄
溶体理論（dilute solution theory）を使用する
ことができる。 上記の論文を要約して述べれば、第７図は金−
銀合金の仕事関数をその組成に対してプロツトし
たグラフである。シリコンに関する4.55eVの零
位点仕事関数に基づけば、金−銀合金の電気移動
零位点組成は60％Au−40％Agであることが予測
される。しかしながら、上記の電気移動温度下で
は純粋な金および純粋な銀から成る金属含有融体
の電気移動速度は等しくかつ反対向きであるか
ら、単純な直線外挿法によれば零位点組成は50％
Au−50％Agとなることが示される。ところが、
本発明の完成の過程において行われた実験によれ
ば、金に富む組成の側への零位点移動が見出され
た。 金に富む組成の側への零位点移動は、定性的に
見れば、金−銀合金の仕事関数が直線的ではなく
て、仕事関数−組成図の金に富む側における変化
の方が銀に富む側よりも遥かに急激であるという
事実によつて予測されたことである。このよう
に、金に富む側への零位点移動に関する限りで
は、金−銀合金の仕事関数から予測された零位点
と実際に観測された零位点との間に定性的な一致
が認められた。しかし定量的に見ると、60％Au
−40％Agという予測された零位点組成は79％Au
−21％Agという実測された零位点組成と一致し
ていない。このような定量的不一致な意外なこと
ではない。なぜなら、室温下における純粋な合金
の仕事関数が884℃の温度下で溶解シリコンを含
有する同じ合金液体の仕事関数と等しくないこと
は勿論だからである。金−銀合金に関する電気移
動方向と仕事関数との定量的不一致を考慮すれ
ば、純粋な金属含有融体に関して移動方向と実測
された仕事関数との間にほぼ完全な相関関係が見
られたことこそむしろ驚くべきであると言える。 本発明の発見に基づけば、金属含有融体の電気
移動方向を予測することが可能となる。あるいは
また、特に電位勾配の方向が外部要因（たとえば
母体の半導体材料の性質）によつて固定されてし
まう場合、金属含有融体の組成を調節することに
よつてそれを所望の方向に移動させることも可能
となる。 第８図を見ると、母体３０にたとえばＮ形を付
与するような種類の不純物（またはドーパント）
原子を含んだ単結晶半導体材料から成る母体３０
に関する第１の事例が示されている。図示のごと
く、金属含有融体３２を陰極４に向かつて電気移
動させることによつて再結晶した単結晶半導体材
料のＰ形領域３４を形成することが所望されるも
のと仮定しよう。そのためには、母体３０の半導
体材料の仕事関数φhを金属含有融体３２の材料
の仕事関数φiから引いた差の代数符号（＋または
−）と金属含有融体３２が移動して接近すべき接
触部（この場合には陰極４）の代数符号（この場
合には−）とが等しくなるように選ばれた材料を
金属含有融体３２として使用すればよい。 上記のごとき第１の事例における条件をシリコ
ンに関して満足させるためには、第１表からわか
る通り、アルミニウム、インジウムまたはガリウ
ムを金属含有融体３２の材料として使用すればよ
い。スズおよび銀も陰極４に向かつて電気移動
し、そしてシリコンの抵抗率と異なつた抵抗率を
有する再結晶領域３４を形成する。しかしなが
ら、これらはＰ形またはＮ形を付与することはな
い。 第８図の諸条件をそのままに保ちながら接触部
３および４のみを逆転すれば（すなわち陽極に向
かつて電気移動が行われるようにすれば）、第２
の事例が得られる。この場合、金属含有融体３２
の材料は（φi−φh）の代数符号が正（＋）とな
るように選ばなければならない。シリコンに関し
てこのような条件を満足させるためには、第１表
からわかる通り、パラジウム、金または銅を使用
すればよいが、これらの３種の金属はいずれもＮ
形またはＰ形ドーパントでない。かかる新しい要
求条件を満たすためには、パラジウム、金または
銅とＰ形ドーパント（たとえばアルミニウム、イ
ンジウムまたはカリウム）との合金を調製する
か、あるいはパラジウム、金または銅を非電気移
動性の非金属Ｐ形ドーパント（たとえばホウ素）
に対する担体として使用しなければならない。な
お、非電気移動性の非金属Ｎ形ドーパントとして
は、たとえばリンおよびヒ素が挙げられる。 多くの場合、第８図に関連して上記に記載した
第２の事例において見られるような困難は、電位
勾配の極性の選択（すなわち、陽極および陰極接
触部の逆転）によつて回避することができる。と
とは言え、極性の逆転は多くの場合において不可
能であり、従つて極性は電気移動法に対する追加
の拘束条件を成すのである。たとえば第９図に
は、Ｎ形単結晶半導体材料の母体３０中を陰極４
に向かつて同時に電気移動することによつてＰ形
再結晶領域３４およびＮ形再結晶領域４２をそれ
ぞれ形成する金属含有融体３２および４０が示さ
れている。この場合、金属含有融体３２および４
０の材料はいずれも（φi−φh）の代数符号が負
となるように選ばれなければならな。極性を逆転
すれば金属含有融体３２および４０の材料の選択
は容易になるかも知れないが、極性は拘束条件を
成しているのである。 第１０図の場合、単結晶半導体材料の母体３０
は複合体（すなわち、Ｎ形層４６上にＰ形層４４
を配置したもの）である。層４４および４６間の
接合面４８はPN接合面であるから、電位勾配は
第１０図に示されるようにしか設定することしか
できない。従つて、金属含有融体３２をＰ形層４
４中において接合面４８まで電気移動させること
によつてＮ形の再結晶領域３４すなわち「シンカ
（sinker）」を形成するためには、金属含有融体３
２の材料は（φi−φh）の代数符号が負となるよ
うに選ばなければならない。金属含有融体３２の
材料の選択という点から見ると、この場合は第８
図に関連して上記に記載した第２の事例と同様な
情況にある。 層４４がＮ形、層４６がＰ形、そして再結晶領
域３４がＰ形となるように第１０図の条件を変更
してみても、電位勾配を逆転しなければならず、
従つて電気移動は陽極に向かつて行われることに
なる。従つて、第８図に関連して上記に記載した
第２の事例における困難な情況はなお存続するわ
けである。とは言え、本発明の方法によれば、電
気移動が起こり得るように金属含有融体の材料の
組成を調節することも可能なのである。 駆動力が電位勾配または温度勾配のいずれであ
るにせよ、金属含有融体の移動に関する金属学的
情況は実質的に同じであるから、TGZM法によ
つて半導体結晶中に形成し得るあらゆる形態の
PN接合を理論的には本発明の電気移動法によつ
ても形成することができる。本発明の実施に対し
て適用し得るTGZM技術（たとえば金属含有融
体の移動を行うための半導体や金属含有融体材料
の調製）およびそれによつて得られる製品につい
ての十分な理解を得るためには、前述の米国特許
明細書に加えて、たとえば「深層ダイオードの製
造方法」と称する米国特許第3901736号、「深層ダ
イオード素子および製造方法」と称する同第
3902925号、「深層ダイオードを製造するための高
速熱移動法」と称する同第3898106号、「一様な電
気的性質を持つた深層ダイオードを製造するため
の安定化液滴法」と称する同第3899361号、「半導
体中における金属に富む液体ワイヤの熱移動」と
称する同第3899962号、および「半導体素子の製
造」と称する同第4006040号の明細書を参照され
たい。 とは言え半導体分野の当業者には、上記の米国
特許によつて例示されるようなTGZM法の実施
に際して必ずしも達成されない利益が本発明によ
つて与えられることが理解されるはずである。た
とえば、本発明の特異な発見を利用すれば、半導
体側の母体の表面から内部深くにまで達し、しか
も電気移動方向に沿つて見た場合に母体半導体材
料と再結晶領域との間に極めて鮮明な接合面を有
するようなダイオードを形成することが可能であ
る。かかる鮮明な接合面が得られるのは、印加さ
れる電位の傾きの方向を急速に逆転し得ることに
よる。更にまた、電気移動速度は一定の温度下で
は一般に熱移動速度より大きいから、電気移動法
はより迅速に実施することができる。その結果、
ドーパント原子を母体半導体材料中に拡散させる
ための時間が短縮されるで、移動方向に対して垂
直な方向に沿つても鮮明な接合面が形成されるこ
とになる。 本発明の完成の過程において、電気移動法の電
位の傾きによる駆動力に影響を及ぼすことのある
３つの現象が見出された。それらは整流接合の形
成、金属含有融体への電流集中、およびドープさ
れた再結晶領域への電流集中である。 整流接合の形成は、温度並びに母体半導体材料
および電気移動する金属含有融体の後方に形成さ
れた再結晶領域が示す導電形（すなわちＰ形、Ｎ
形または真性）に依存する。十分に高い温度下で
は、母体半導体材料および電気移動する金属含有
融体の後方に形成された再結晶領域はいずれも真
性導電形を示す。温度が下がつて第１の転移温度
に達すると、再結晶領域は不純物導電形（すなわ
ちＰ形またはＮ形）を示すようになるが、母体半
導体材料はそのまま真性導電形を示す。再結晶領
域が母体半導体材料よりも先に不純物導電形を示
すようになる理由は、前者のみがドーパント原子
を含有するか、あるいは前者中のドーパント原子
濃度が後者中よりも高いことにある。典型的な場
合を第１１図に略示する。この場合、金属含有融
体６０は陰極４に向かつて電気移動してＰ形の再
結晶領域６６を形成するが、母体半導体材料６２
は真性半導体のままであある。半導体分野の当業
者には自明の通り、再結晶領域６６と母体半導体
材料６２との間の接合面６４は逆バイアスされて
いる。かかる整流接合が形成されると、第１２図
に略示される通り、印加された電流６８は金属含
有融体１を迂回して流れるようになる。その結
果、電位勾配に由来する駆動力の損失が生じ、最
終的には電気移動が停止してしまう。 温度が更に下がると、第２の転移温度において
母体半導体材料も真性導電形から不純物導電形に
変わる。典型的な場合を第１３図に略示する。こ
の場合、整流接合はＰ形母体７２中を電気移動し
てＮ形の再結晶領域７６を形成する金属含有融体
７０の前面７３および後面７４に位置する金属−
半導体間接合（すなわちシヨツトキー形接合）の
形態を有する。 前述の米国特許出願第272801号明細書中に開示
されているごとく、真性、Ｐ形およびＮ形半導体
材料中におけるＰ形およびＮ形金属液滴の電気移
動に関与する逆バイアスされた接合面について
は、約16の相異なる事例が確認されている。それ
らのうち６つの事例においては、上記の米国特許
出願明細書中に記載のごとくにして陽極および陰
極接触部を形成することにより、整流接合の問題
を解決すると共に電気移動ドーピング能力および
電気移動温度範囲を拡大することができる。 母体半導体材料の導電率と金属含有融体の導電
率との間に大きな差があれば、金属含有融体中の
電流密度は母体半導体材料中の電流密度とは異な
ることがあり得ると考えられる。更には、かかる
電流密度の不整合の結果として電流集中効果によ
る移動速度の増大が生じ、そのため電気移動法の
正確な制御が妨害されることもあり得よう。しか
しながら、ザ・ジヤーナル・オブ・アプライド・
フイジツクス（The Journal of Applied
Physics）第51巻第12号（1980年12月）の6348〜
6355頁に収載された前述の論文中に示されている
ごとく、金属含有融体中における実際の電流密度
は母体半導体材料に印加された電流密度に等し
く、従つて顕著な速度増大効果は生じない。 母体半導体材料の導電率と金属含有融体の導電
率との差ばかりでなく、母体半導体材料の導電率
と電気移動する金属含有融体の後方に形成される
金属がドープされた再結晶領域の導電率との間に
もほとんどの温度下で大きさ差が存在する。母体
半導体材料と再結晶領域との間におけるこのよう
な導電率の差は、印加された電流を金属含有融体
に集中させる。かかる効果は、シリコン中におい
て電気移動するガリウムに富む金属含有融体に関
して第１４図に示されている。 第１４図からわかる通り、このような効果は電
気移動温度が低下するに従つて益々顕著となる。
かかる効果はドープされた再結晶領域の長さによ
つて増強されるから、たとえばフインガーダイオ
ードの場合のごとくに母体半導体材料の内部深く
まで移動する金属含有融体については再結晶領域
への電流集中はひとつの要因となる。しかしなが
ら、本発明の完成の過程において見出された通
り、母体半導体材料の導電率と再結晶領域の導電
率との不整合については実験的に補償を行うこと
ができる。かかる補償が可能である理由は、表面
から母体半導体材料の内部に移動する液体金属包
有物の進入距離が母体半導体材料中におけるクー
ロン／cm²値に正比例するという事実が同時に見出
されたことによる。すなわち、一連の電気移動温
度に関し、クーロン／cm²値に対して進入距離をプ
ロツトした較正曲線を作成することができるので
ある。このような較正曲線には、ドープされた再
結晶領域への電流集中効果が既に算入されている
ことになる。 実際には、ひとたび較正曲線を作成してしまえ
ば、母体半導体材料中における進入距離が極めて
正確に制御されたフインガーダイオードを製造す
ることが可能となる。使用電流量は約±10クーロ
ンまで測定することができるから、液滴の進入距
離は約1/100ミクロンまで制御し得る。実例を挙
げると、25×10⁴クローン／cm²によつてガリウム
に富む液滴を900℃でシリコン中に100ミクロン電
気移動させ得ることが較正曲線からわかれば、次
のようにしてＰ形のフインガーダイオードを製造
することができる。先ず、出発側の表面が反対側
の表面に対して正電位となるようにして25×10⁴
クローン／cm²の電流が母体中に流される。次い
で、電流の方向を逆転して（すなわち出発側の表
面が反対側の表面に対して負電位となるようにし
て）25×10⁴クローン／cm²よりやや多い電流を流
すことにより、ガリウムに富む液滴を出発側の表
面にまで戻せばよい。 塊状の母体半導体材料において金属含有融体を
電気移動させ得るという新規な発見の応用例とし
て、薄膜中においても電気移動法を実施し得るこ
とが見出された。 第１５図を見ると、基体８０および実質的に一
様な厚さの薄膜８２から成る複合体が略示されて
いる。薄膜８２は、蒸着その他の方法により基体
８０の少なくとも一部分に沿つて配置された材料
から成る。また、背中合せに位置する上面および
下面並びにそれら同士を連結する外周端面を持つ
た基体は、金属（たとえば銅）あるいは半導体
（たとえばシリコン、ゲルマニウム、第−族
化合物または第−族化合物）から成り得る。
電流を薄膜８２中に集中させるため、基体８０は
導電性を有していてはならない。あるいはまた、
電流を薄膜８２中のみに制限するため、基体８０
の上面と薄膜８２の下面との間の界面８４に
SiO₂、Al₂O₃またはダイヤモンドのごとき材料の
薄い絶縁膜を配置してもよい。薄膜８２用の適当
な材料としては、シリコン、ゲルマニウム、リン
化ガリウム、ヒ化ガリウム、アンチモン化インジ
ウム、テルル化カドミウムおよび硫化亜鉛が挙げ
られる。薄膜８２がシリコンでありかつ基体８０
がサフアイアである場合を考えれば、半導体関係
の当業者にとつて公知のサフアイア上シリコン材
料について薄膜電気移動法を実施し得ることにな
る。 薄膜８２の外周端面上において実質的に向かい
合うように配置された接触部８５および８６を介
し、薄膜８２に陰極４および陽極３がそれぞれ接
続される。なお、接触部８５および８６の適当な
形成方法は前述の米国特許出願第272801号明細書
中に開示されている。次に、電気移動させるべき
金属から成る１つ以上の金属固体８８が薄膜８２
の露出面９０上に配置される。あるいはまた、前
述の米国特許出願第272801号明細書中に記載のご
とく、接触部８５および８６を付与するための操
作中に電気移動させるべき金属を配置してもよ
い。 その後、薄膜８２および基体８０から成る複合
体が前記方法のいずれかによつて電気移動温度に
まで加熱される。約１ミル（0.0254mm）以下の厚
さを持つた薄膜８２について言えば、金属固体８
８は急速に拡散して薄膜８２の厚さ全体に行きわ
たる。金属固体８８が液化して薄膜膜８２の厚さ
全体に行きわたれば、接触部８５および８６の間
に直流電位を印加することによつて電気移動が開
始される。 約１ミル（0.0254mm）より厚い薄膜８２につい
ては、適度な長さの時間で薄膜８２の厚さ全体に
わたる進入を達成することが要求されるならば、
金属固体８８を強制的に厚さ全体にわたつて進入
させなければならない。少なくともこのような場
合には、温度勾配帯域帯域溶融法および電気移動
法を同時に実施する機会が得られる。そのために
は、薄膜８２および基体８０から成りかつ電気移
動させるべき金属固体８８を有する複合体が、薄
膜８２および基体８０を通して有限の温度勾配を
設定維持するための適当な装置内に配置される。
その際には、薄膜８２の露出面（すなわち上面）
９０が基体８０の露出面（すなわち下面）９２よ
り低い温度に維持される。少なくとも薄膜８２を
通過する部分の温度勾配中の温度は金属固体８８
の融点より高く設定維持すれば、金属固体８８は
融解して金属含有融体８８を形成する。温度勾配
の存在により、金属含有融体８８は薄膜８２の厚
さ方向に沿つて移動して薄膜８２と基体８０との
間の界面８４にまで到達する。次いで、電気移動
操作を実施すれば、金属含有融体８８は接触部８
５および８６の間において薄膜８２を横切るよう
に移動する。それと同時に、TGZM法によつて、
金属含有融体８８は薄膜８２の厚さ全体にわたつ
て存在するように維持される。この場合、温度勾
配は電位勾配に対して実質的に垂直となつてい
る。 薄膜中における液体帯域の電気移動速度は、第
１６図によつて示されるごとく、塊状固体中にお
ける最大速度よりも大幅に増大することが判明し
た。第１６図を得るためには、市販のサフアイア
上シリコン（SOS）ウエーハの薄い（4μ）シリ
コン層中において様々な温度下でアルミニウム金
属含有融体を電気移動させることにより、それの
速度が測定された。第１６図中にはまた、第４図
から得られた塊状シリコン中におけるアルミニウ
ムの電気移動に関するデータもプロツトされてい
る。第１６図からわかる通り、薄膜中の電気移動
速度は塊状固体中の電気移動速度より約２〜３桁
も大きいのである。 限定ではなく説明を目的として述べれば、薄膜
中の電気移動速度は塊状固体中の電気移動速度の
100〜1000倍である。これは、主として、液体帯
域と自由表面との交線が豊富な核形成部位（たと
えば原子のステツプやレツジ（ledge））を提供す
るのに対し、結晶内部の液体帯域にはそれが得ら
れないという事実に由来する。すなわち、薄膜電
気移動法において見られるごとく液体帯域が自由
表面と交わる場合には、液体帯域の移動に対する
核形成障壁が存在しないのである。 第二には、薄膜中の電流密度は融解を引起こす
ことなく塊状材料中の電流密度より数桁も大きく
することができる。すなわち、塊状材料ならば融
解を引起こすはずのジユール熱が下方に位置する
基体を通して除去されるため、薄膜には極めて大
きい電流密度（すなわち、10⁶アンペア／cm²程度
の電流密度）を印加することができるのである。 このように電気移動速度が本質的に（約10²〜
10³倍だけ）大きいという事実および電流密度を
（約10³〜10⁴倍だけ）大きくし得るという事実を
組合わせれば、薄膜中における電気移動速度は塊
状材料の場合より10⁵〜10⁷倍だけ大きい値（すな
わち、約300〜3000cm／時程度の値）を取ること
が可能である。 薄膜電気移動法に関する加工費は、２つの理由
により、TGZM法または電気移動法による塊状
材料の加工費より少ないことが予想される。第１
の理由としては、極めて大きい電流密度が使用さ
れるとは言つても、電流路に沿つた薄膜は極めて
薄いから実際の所要電流量は多くないことが挙げ
られる。薄膜電気移動法の費用が少ないことに関
する第２の理由は、塊状材料中における電気移動
の場合ほど大きい設備容量が要求されないため、
加工設備の費用が少なくて済むことである。 以上、特にシリコン半導体材料に関連して本発
明を説明したが、制御可能かつ逆転可能な電位勾
配を駆動力として使用しながら母体半導体材料中
において金属含有融体を移動させる本発明の新規
な技術は当業界において公知のその他の材料たと
えばゲルマニウム（Ge）、リン化ガリウム
（GaP）、ヒ化ガリウム（GaAs）、アンチモン化
インジウム（InSb）、テルル化カドミウム
（CdTe）および硫化亜鉛（ZnS）にも広く適用す
ることができる。 更にまた、幾つかの好適な実施態様に関して本
発明を詳細に説明したとは言え、前記特許請求の
範囲によつて規定された本発明の精神および範囲
から逸脱することなしに形態や細部に関して様々
な変更を加え得ることは当業者にとつて自明であ
ろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は印加された電位勾配に応答して半導体
材料の母体の内部を電気移動する金属含有融体の
概略断面図、第２図は印加された同じ電位の傾き
に応答して同じ半導体材料の母体の内部を反対方
向に電気移動する組成の異なつた２種の金属含有
融体の概略断面図、第３図は電気移動法を実施す
るために役立つ装置の概略断面図、第３Ａ図は第
３図において円で囲まれた部分の拡大概略断面
図、第４図はシリコン中を電気移動する８種の金
属含有融体に関し電気移動方向および電気移動速
度／電流を電気移動温度に対してプロツトした片
対数グラフ、第５図はシリコン中を電気移動する
銀に富む金属含有融体に関し電気移動速度／電流
を電気移動温度に対してプロツトした片対数グラ
フ、第６図はシリコン中を電気移動する一連の金
−銀合金を含有する溶融体に関し電気移動速度／
電流を合金組成に対してプロツトしたグラフ、第
７図は金−銀合金に関し仕事関数を合金組成に対
してプロツトしたグラフ、第８図はＮ形半導体材
料の母体中を電気移動することによつて再結晶し
たＰ形半導体材料の領域を形成する金属含有融体
の概略断面図、第９図はＮ形半導体材料の母体中
を電気移動することによつて再結晶したＰ形半導
体材料の領域および再結晶したＮ形半導体材料の
領域をそれぞれ形成する２種の金属含有融体の概
略断面図、第１０図は半導体材料の成層複合母体
のＰ形層中を電気移動することによつてＰ形層中
にＮ形領域を形成する金属含有融体の概略断面
図、第１１図は印加された電位勾配に応答しなが
ら真性半導体材料の母体中を電気移動することに
よつて再結晶したＰ形半導体材料の領域を形成す
る金属含有融体の概略断面図、第１２図は整流接
合の形成によつて引起こされる電流分散現象を示
す概略断面図、第１３図はシヨツトキー形の整流
接合の形成を示す概略断面図、第１４図は真性シ
リコンの導電率およびガリウムに富む金属含有融
体の電気移動によつて形成されたガリウム含有シ
リコン領域の導電率を温度に対してプロツトした
片対数グラフ、第１５図は薄膜電気移動技術をを
示す略図、そして第１６図はシリコン薄膜および
塊状シリコン中を電気移動するアルミニウムに関
し電気移動速度／電流を温度の逆数に対してプロ
ツトした片対数グラフである。 図中、１は金属含有融体、２は単結晶半導体材
料の母体、３は陽極、４は陰極、７は再結晶した
単結晶半導体材料の領域、８はPN接合、３０は
単結晶半導体材料の母体、３２および４０は金属
含有融体、３４および４２は再結晶した単結晶半
導体材料の領域、６０は金属含有融体、６２は単
結晶半導体材料の母体、６４は接合面、６６は再
結晶した単結晶半導体材料の領域、６８は電流、
７０は金属含有融体、７２は単結晶半導体材料の
母体、７６は再結晶した単結晶半導体材料の領
域、８０は基体、８２は薄膜、８４は界面、８５
および８６は接触部、そしてて８８は金属固体ま
たは金属含有融体を表わす。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 単結晶半導体材料の母体中において電位勾配
   の使用により１つ以上の金属含有融体を移動さ
   せ、それによつて少なくとも前記母体の半導体材
   料の抵抗率と異なつた抵抗率を有する１つ以上の
   再結晶した単結晶半導体材料領域を前記母体中に
   形成する方法において、(a)前記１つ以上の金属含
   有融体を陽極および陽極接触部の間に位置する前
   記母体中において１つ以上の経路に沿いながら移
   動させるための方向を決定し、(b)(i)前記母体の半
   導体材料中に可溶であり、(ii)前記母体の半導体材
   料との間に前記母体の半導体材料の融点より低い
   融点を持つた溶体を生成し、かつ(iii)前記母体の半
   導体材料の仕事関数をφhとした時、量（φi−φh）
   の代数符号と前記１つ以上の金属含有融体が移動
   して接近すべき前記接触部の代数符号とが等しく
   なるような仕事関数φiを有するという諸条件を満
   足するように選ばれた材料からそれぞれ成る１つ
   以上の金属固体を前記母体に接触させて配置し、
   (c)前記陽極および陰極接触部を母体に付加し、(d)
   前記１つ以上の金属固体を融解して１つ以上の金
   属含有融体を形成するのに十分であると同時に前
   記母体の全域にわたつて実質的に一定かつ一様で
   あるような高温に前記母体を加熱し、(e)前記陽極
   および陰極接触部の間に前記電位勾配を設定し、
   次いで(f)前記電位勾配の使用により前記１つ以上
   の金属含有融体を前記母体中において前記経路に
   沿いながら移動させることによつて、１つ以上の
   再結晶した単結晶半導体材料領域を前記母体と一
   体化した状態で形成する諸工程から成ることを特
   徴とする方法。 ２ 前記再結晶した単結晶半導体材料領域の少な
   くとも１つが前記母体の半導体材料の導電形と異
   なつた導電形をも有する特許請求の範囲第１項記
   載の方法。 ３ 前記金属固体が前記母体の内部に配置される
   特許請求の範囲第１項記載の方法。 ４ 前記加熱工程が外部熱源の使用によつて達成
   される特許請求の範囲第１項記載の方法。 ５ 前記加熱工程がジユール熱の利用によつて達
   成される特許請求の範囲第１項記載の方法。 ６ 前記加熱工程が外部熱源およびジユール熱の
   併用によつて達成される特許請求の範囲第１項記
   載の方法。 ７ 前記１つ以上の金属固体の材料がガリウム、
   銀、銅、アルミニウム、金、スズ、インジウム、
   パラジウムおよびそれらの合金から成る群の中か
   ら選ばれた材料である特許請求の範囲第１項記載
   の方法。 ８ ホウ素、リンおよびヒ素から成る群より選ば
   れた非電気移動性のドーパント源が前記１つ以上
   の金属固体中に含まれている特許請求の範囲第７
   項記載の方法。 ９ 前記母体の半導体材料がシリコン、ゲルマニ
   ウム、ヒ化ガリウム、リン化ガリウム、アンチモ
   ン化インジウム、テルル化カドミウムおよび硫化
   亜鉛から成る群の中から選ばれた材料である特許
   請求の範囲第１項記載の方法。 １０ 前記母体が、基体の表面の少なくとも一部
   分に沿つて配置された単結晶半導体材料の母体薄
   膜である特許請求の範囲第１項記載の方法。 １１ 前記再結晶した単結晶半導体材料領域の少
   なくとも１つが前記母体の半導体材料の導電形と
   異なつた導電形をも有する特許請求の範囲第１０
   項記載の方法。 １２ 前記加熱工程がが外部熱源の使用によつて
   達成される特許請求の範囲第１０項記載の方法。 １３ 前記加熱工程がジユール熱の利用によつて
   達成される特許請求の範囲第１０項記載の方法。 １４ 前記加熱工程が外部熱源およびジユール熱
   の併用によつて達成される特許請求の範囲第１０
   項記載の方法。 １５ 前記基体の材料が銅、サフアイア、ゲルマ
   ニウム、リン化ガリウム、ヒ化ガリウム、アンチ
   モン化インジウム、テルル化カドミウムおよび硫
   化亜鉛から成る群の中から選ばれた材料である特
   許請求の範囲第１０項記載の方法。 １６ 前記母体薄膜の半導体材料がシリコン、ゲ
   ルマニウム、リン化ガリウム、ヒ化ガリウム、ア
   ンチモン化インジウム、テルル化カドミウムおよ
   び硫化亜鉛から成る群の中から選ばれた材料であ
   る特許請求の範囲第１０項記載の方法。 １７ 二酸化シリコン、アルミナまたはダイヤモ
   ンドのいずかによつて構成された薄い絶縁膜が前
   記基体と前記母体薄膜との間の界面に配置される
   特許請求の範囲第１０項記載の方法。 １８ 前記１つ以上の金属固体の材料がガリウ
   ム、銀、銅、アルミニウム、金、スズ、インジウ
   ム、パラジウムおよびそれらの合金から成る群の
   中から選ばれた材料である特許請求の範囲第１０
   項記載の方法。 １９ ホウ素、リンおよびヒ素から成る群より選
   ばれた非電気移動性のドーパント源が前記１つ以
   上の金属固体中に含有されている特許請求の範囲
   第１８項記載の方法。 ２０ 基体の表面の少なくとも一部分に沿つて配
   置された単結晶半導体材料の母体薄膜中において
   電位勾配の使用により１つ以上の金属含有融体を
   移動させ、それによつて少なくとも前記母体薄膜
   の半導体材料の抵抗率と異なつた抵抗率を有する
   １つ以上の再結晶した単結晶半導体材料領域を前
   記母体薄膜中に形成する方法において、(a)前記１
   つ以上の金属含有融体を陽極および陰極接触部の
   間に位置する前記母体薄膜中において１つ以上経
   路に沿いながら移動させるための方向を決定し、
   (b)(i)前記母体薄膜の半導体材料中に可溶であり、
   (ii)前記母体薄膜の半導体材料との間に前記母体薄
   膜の半導体材料の融点より低い融点を持つた溶体
   を生成し、かつ(iii)前記母体薄膜の半導体材料の仕
   事関数をφhとした時、量（φi−φh）の代数符号
   と前記１つ以上の金属含有融体が移動して接近す
   べき前記接触部の代数符号とが等しくなるような
   仕事関数φiを有するという諸条件を満足するよう
   に選ばれた材料からそれぞれ成る１つ以上の金属
   固体を前記母体薄膜に接触させて配置し、(c)前記
   陽極および陰極接触部を前記母体薄膜に付加し、
   (d)前記母体薄膜の上面の温度が前記基体の下面の
   温度よりも低くかつ前記母体薄膜を通過する部分
   の温度勾配中の温度が前記１つ以上の金属固体の
   融点よりも高くなるようにしながら前記母体薄膜
   および前記基体を通して有限の温度勾配を設定維
   持することにより、前記母体薄膜の厚さ全体にわ
   たつて広がる１つ以上の金属含有融体を形成し、
   (e)前記母体薄膜の厚さ方向に対して実質的に垂直
   となりかつ前記温度勾配に対して実質的に垂直と
   なるようにして前記陽極および陰極接触部の間に
   前記電位勾配を設定し、次いで(f)前記電位勾配の
   使用により前記１つ以上の金属含有融体を前記母
   体薄膜中において前記経路に沿いながら移動させ
   ることによつて、１つ以上の再結晶した単結晶半
   導体材料領域を前記母体薄膜と一体化した状態で
   形成する諸工程から成ることを特徴とする方法。 ２１ 前記再結晶した単結晶半導体材料領域の少
   なくとも１つが前記母体薄膜の半導体材料の導電
   形と異なつた導電形をも有する特許請求の範囲第
   ２０項記載の方法。 ２２ 前記基体の材料が銅、サフアイア、ゲルマ
   ニウム、リン化ガリウム、ヒ化ガリウム、アンチ
   モン化インジウム、テルル化カドミウムおよび硫
   化亜鉛から成る群の中から選ばれた材料である特
   許請求の範囲第２０項記載の方法。 ２３ 前記母体薄膜の半導体材料がシリコン、ゲ
   ルマニウム、リン化ガリウム、ヒ化ガリウム、ア
   ンチモン化インジウム、テルル化カドミウムおよ
   び硫化亜鉛から成る群の中から選ばれた材料であ
   る特許請求の範囲第２０項記載の方法。 ２４ 二酸化シリコン、アルミナまたはダイヤモ
   ンドのいずれかによつて構成された薄い絶縁膜が
   前記基体と前記母体薄膜との間の界面に配置され
   る特許請求の範囲第２０項記載の方法。 ２５ 前記１つ以上の金属固体の材料がガリウ
   ム、銀、銅、アルミニウム、金、スズ、インジウ
   ム、パラジウムおよびそれらの金から成る群の中
   から選ばれた材料である特許請求の範囲第２０項
   記載の方法。 ２６ ホウ素、リンおよびヒ素から成る群より選
   ばれた非電気移動性のドーパント源が前記１つ以
   上の金属固体中に含まれている特許請求の範囲第
   ２０項記載の方法。