JPH046087B2 - - Google Patents

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JPH046087B2
JPH046087B2 JP58037626A JP3762683A JPH046087B2 JP H046087 B2 JPH046087 B2 JP H046087B2 JP 58037626 A JP58037626 A JP 58037626A JP 3762683 A JP3762683 A JP 3762683A JP H046087 B2 JPH046087 B2 JP H046087B2
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JP
Japan
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single crystal
substrate
lithium tantalate
absorption
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Hideki Tsuya
Masakazu Kimura
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NEC Corp
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Nippon Electric Co Ltd
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  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 非晶質絶縁体上にSi単結晶を成長させるいわゆ
るSOI（Silicon on Insulator）成長技術はシリコ
ン素子の高速化あるいは三次元構造化にとつて非
常に有効であり、また表示素子など広範囲な応用
が期待されている。
現在、SOI単結晶膜の成長には二つの方式が検
討されている。一つは単結晶シリコン基板上の二
酸化シリコン（SiO2）膜の一部を開口し、そこ
を種子部として堆積した多結晶Si膜をレーザ光や
電子ビーム等の手段を用いて単結晶化する方法で
ある。他の一つは種子部を用いずに溶融石英のよ
うな絶縁基板やSi基板上に形成したSiO2膜上に
堆積した多結晶Si膜を上記と同様な手段を用いて
単結晶化する方法である。この場合には、絶縁基
板や絶縁膜に１〜5μmのピツチで浅いレリーフを
施しておくことにより、単結晶化Si膜の配向性を
垂直方向のみならず、面内方向でも制御できるこ
とが知られている。
前者の種子部を用いてSOI膜を形成する方法は
任意の場所に単結晶領域を形成できるため、魅力
的な方法であるが、プロセスに複雑な要因が増え
ること、また開口部と非開口部の境界に段差が生
じることなど解決すべき問題をかかえている。一
方、後者の種子部を用いない方式は余分なプロセ
スがないこと、また原理的に段差が生じないこ
と、種子部分に制約されないこと等、利点を有し
ているが、単結晶化Si膜の良質化にはまだ問題を
残している。
本発明は後者の種子部を用いない方式に関する
もので、良好なSOI膜を有する半導体装置用基板
を提供するものである。
SOI用の絶縁基板としては、溶融石英やSi基板
上に形成したSiO2膜が用いられている。特に溶
融石英は可視光領域で透明であるため、該基板上
につくられたトランジスタはカラーデイスプレイ
のスイツチング素子として有望である。溶融石英
上に堆積した多結晶Si膜の単結晶化にはArレー
ザやNd：YAGレーザ等の可視光及び近赤外光の
レーザが用いられている。これは操作が容易であ
り、単結晶化に必要な出力も比較的容易に得られ
るからである。しかしながら、この場合の難点の
一つは、基板として用いる溶融石英が該レーザ光
の波長領域でほとんど透明であるため多結晶Si膜
の単結晶化において配向性の制御が難しいことで
ある。特に、Si膜をアイランド化した場合には、
アイランド周辺部からの熱の逃げにより結晶化方
向がアイランドの底部中央から進行しないために
アイランドが１つの単結晶グレインにならなかつ
たりあるいは基板面垂直方向が〈100〉にそろわ
ないという不都合が生ずる。従つて単結晶化の際
Si膜の配向性を制御するには単結晶化領域の周囲
を十分に保温する必要がある。
本発明は、絶縁基板として、単結晶化に用いら
れるレーザビームを吸収するような基板を用いる
ことにより、Si単結晶領域の周辺部も加熱し、単
結晶Siの配向性を制御するという考えに基づくも
ので、そのような絶縁基板として、所望の波長領
域の光吸収率を不純物ドーピングにより著しく増
大させることのできるタンタル酸リチウム単結晶
を用いることを特徴としたものである。
以下実施例を用いて説明する。まず基板として
溶融石英の代りにタンタル酸リチウム
（LiTaO3）単結晶を用いた。この単結晶は融点
が1650℃であり、シリコンの融点よりも200℃以
上高い。該単結晶の可視及び近赤外領域での固有
な分光特性を測定すると、4000Å以上で急激に吸
収が低下し、吸収端は3800Åであることが分か
る。したがつて主な発振波長が4880Åや5145Åの
Arレーザや1.06μmのNd：YAGレーザを加熱源
として用いる場合には熱エネルギーの基板への吸
収が少なく、好ましくない。
そこで本発明者らはいくつかの遷移金属不純物
を添加したタンタル酸リチウム単結晶を育成し
た。育成方法としては次の通りである。Li2CO3
及びTa2O5粉末をモル比で１：１にし、さらに
0.02モル％のFe2O3粉末を混合してるつぼに入れ、
引上げ法により結晶を育成した。Feの場合は偏
析係数が0.95であるからほゞ添加量が結晶中にと
りこまれる。このようにして育成した単結晶の分
光特性を調べた。
第１図はFeを添加したタンタル酸リチウム単
結晶に対してａは酸素雰囲気中、1100℃、８時間
熱処理した場合の分光特性であり、ｂは窒素雰囲
気中、1100℃、８時間熱処理したときの分光特性
である。吸収端は長波長側にシフトしていること
が分かる。第１図のａとｂの差を第２図にプロツ
トすると、Feを添加した結晶を還元処理した場
合には、3800〜5000Åで著しい吸収の増大がみら
れ、また9500〜13000Åでも吸収の増大がみられ
る。このようなFeを添加したタンタル酸リチウ
ム単結晶を電子スピン共鳴（ESR）により調べ
ると、還元した場合にはイオン価としてFe2+が
主であることが分つた。
また第３図はMnを添加したタンタル酸リチウ
ムの分光特性であり、この場合にはFeとは異つ
て、酸化処理した場合に4500〜7000Åの範囲で吸
収が増大しａ、還元処理した場合には、この領域
で吸収が減少したｂ。この場合についてもESR
で測定すると、酸化処理した場合にはMnがMn2+
となつて吸収が増大し、還元処理した場合には
Mn+となることが分つた。
またＶやCuを添加したタンタル酸リチウムに
ついても検討した。製造方法はFeを添加する場
合と同様であり、添加物としてFe2O3の代わりに
0.02モル％のV2O5粉末又はCuO粉末を添加して
育成した。Ｖでは偏析係数が0.1、Cuは0.6であ
る。
このようにして育成した単結晶に還元処理を施
すことにより、それぞれの不純物に応じて4000〜
6000Åで吸収の増大がみられた。また0.02モル％
のFe＋Mn、Cu＋Mnについても添加して、同様
な効果を見い出した。
このように遷移金属を添加したタンタル酸リチ
ウム単結晶に適当な熱処理を施すことにより、可
視及び近赤外光領域で吸収の増大がみられること
が分つた。
次に、第４図に示すように、このような遷移金
属を添加したタンタル酸リチウム単結晶基板１
に、深さ0.7μm、大きさ15μm□の溝をドライエ
ツチングにより形成した後、化学気相堆積
（CVD）法により厚さ0.2μmのSiO2膜２を堆積
し、さらに該SiO2膜２上にCVD法により多結晶
Si膜３を堆積した。次に、メカノケミカルポリシ
ング加工を施し、多結晶Si膜を溝内にのみ形成し
た。そして、該多結晶Si膜３に約2WのArレーザ
を照射し、単結晶化した。このような方法で単結
晶化されたSi膜は、１つのグレインからなり、か
つ、Ｘ線回折から、基板面に垂直方向にほぼ
〈100〉配向を有していることが確認された。タン
タル酸リチウム単結晶上にSiO2膜を介さずに直
接多結晶Si膜を堆積し、レーザ照射した場合に
は、格子不整のためにグレイン成長がさまたげら
れ又、リチウムイオンの混入が見られるなど、好
ましい結果が得られなかつた。タンタル酸リチウ
ム単結晶上に被覆する絶縁膜としてはSiO2以外
に窒化シリコン（Si3N4）膜を用いても差支えな
い。
以上詳細に述べたように、本発明による半導体
装置用基板は結晶性の良いSOI膜を提供し、シリ
コン素子の高速化あるいは三次元化、また表示素
子用として広い応用が期待される。
【図面の簡単な説明】
第１図はFeを0.02モル％添加したタンタル酸リ
チウムの分光特性を示す図であり、ａは酸化処理
後、ｂは還元処理後である。第２図は第１図のａ
とｂの差を示した図である。第３図はMnを添加
した場合の分光特性を示す図でありａは酸化処理
後、ｂは還元処理後である。第４図は本発明の半
導体装置用基板の概念図であり、１は遷移金属を
添加したタンタル酸リチウム単結晶、２はSiO2
膜、３は多結晶Si膜で、レーザ照射により単結晶
化される。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 遷移金属を添加したタンタル酸リチウム単結
    晶基板上に絶縁膜が形成され、該絶縁膜上に単結
    晶Si膜が形成されていることを特徴とする半導体
    装置用基板。 ２ 遷移金属として、Fe，Mn，Cu及びＶのうち
    の少なくとも一種類を添加する特許請求の範囲第
    １項に記載の半導体装置用基板。
JP58037626A 1983-03-08 1983-03-08 半導体装置用基板 Granted JPS59163817A (ja)

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DE69232648T2 (de) * 1991-11-29 2003-02-06 Sony Corp., Tokio/Tokyo Verfahren zur Herstellung einer Grabenisolation mittels eines Polierschritts und Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung
KR100511903B1 (ko) * 1999-06-29 2005-09-02 주식회사 하이닉스반도체 에스오아이 기판의 제조방법

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