JPS58500609A - 播種固化による横方向エピタキシ−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】 〔発明の名称〕 播種固化（こよる横方向エピタキシー成長〔技術分野〕 本発明は材料分野に関し、より詳細には、シート状の半導体材料等の非晶質又は 多晶質の材料をシート状の実質上単晶の半導体材料に転化することに関する。

〔背景技術〕

現在の技術の多くは固状基体表面に固体薄膜を使っている。かかる薄膜の付着に は熱蒸発、ＤＣスパッター、ｒｆスパッター、イオンビーム付着、薬品蒸着、メ ッキ、分子ビーム付着、液相からの付着等、多数の方法が使用されている。

薄膜構造は非晶質（即ち、膜原子はいかなる結晶秩序にも配列されていない）、 多晶質（即ち、膜は多くの小領域から構成され、各領域では原子は規則正しい結 晶秩序で配列しているが、結晶軸相互は一列ではない）、好ましい配向（即ち膜 は多くの小領域からなり、多領域で原子は規則正しい結晶秩序に配列し、該領域 の大多数の結晶軸の１つ以上が平行である）、エピタキシー（即ち膜は主として 単結晶配向をしている）のいづれでもよい。

エピタキシー即ち単品の膜は好ましい配向の一特例であり、小領域の全ての対応 結晶軸が本質的に同一方向ζこ配向している。薄膜は基体と同一物質（即ち同一 の元素か化合物）でもよく、又、化学組成が別でもよい。膜がエピタキシーなら 前者の場合を“ホモエピタキシー”、後者の場合を“ヘテロエピタキシー”ト呼 ぶ。

多くの固相電子装置ではその活性容量は薄いシート、膜又は層の形の品質半導体 材料（単品か非晶質が好ましい）内にある。この活性容量は絶縁基体上に形成さ れる。

これは％（こ、ヒ化ガリウム、シリコン、ゲルマニウム、リン化インジウム、テ ルル化カドミウム等の半導体から形成される集積回路の場合に真実である。現在 名のかかるデバイスの構成技術では主としてサファイヤ等の高純度の単品半導体 材料の比較的厚い基体の表面からの薬品蒸着により結晶体のシートヤフィルムを 成長させる必要がある。各シート製造のためにかかる基体を使うとシート製造コ ストが異常に高まる傾向がある。更ζこ、かくて形成されたエピタキシーのシー トヤフイルムの欠陥密度が高く、サファイヤの誘電率が高いので生成装置の性能 は制限される。

別法ではサファイヤや溶融シリカ（ＳｉＯ２）上に前もって付着させたＳｉ等の 半導体材料の無定形又は多晶質のシート又はフィルムを走査レーザービームを使 って加熱して大粒のシート又はフィルムを形成している。例えば米国特許４０５ ９４６１号公報を参照されたい。５０ミクロン未満の小粒子はこの方法で得られ 、膜としてＳｉＯ，上Ｑこ重ねた時に破裂する傾向がある。サファイヤ（こ重ね た特にけ相互作用して劣化する。

エピタキシー膜成長に関する最近の発明は、シリコン３ 膜上にＳｉＯ２の膜即ち１キヤツプ”を重ねるグラフオエピタキシーζこより非 晶質シリコンをシリコンモザイク膜に変換すること（こ関する、１９８０年９月 １日発行のＡｐｐｌ、　ＰｈｙＳ、Ｌｅｔｔ、　８７　（５）中のＭ、Ｗ、Ｇｅ １ｓ＋　Ｄ、Ａ。

Ａｎｔｏｎｉａｄｉｓ　、　Ｄ、　Ｊ　、　Ｓｉｌｖｅｒｓｍｉｔｈ＋　Ｒ、Ｗ 　、　Ｍｏ　ｕｎ　ｔ　−ａｉｎ、　Ｍｅｎｒｙ　Ｉ　、　Ｓｍ１ｔｈ共著の論 文”　５ｉｌｉｃｏｎ　Ｇｒａ−ｐｈｏｅｐｉｔｔｔｔｙ　Ｕｓｉｎｇ　ａ　５ ｔｒｉｐ−Ｈｅａｔｅｒ　０ｖｅｎ−＋こ記載されている。この方法は１９８０ 年８月２５日出願の＠Ｇｒａｐｈｏｅｐｉｔａｘｙ　ｂｙ　Ｅｎｃａｐｓｒｂｌ ａｔｉｏｎ−という名称のアメリカ特許第１８１１０２号出願の明細書にも記載 されている。

グラフオエピタキシー法では基体表面上に幾何模様の人工の表面レリーフ段差又 は点状欠損部をわざっと作って基体表面上での膜の形成、成長を所定方法で制御 する必要がある。この幾何模様は一般には簡単な格子や粒子を配向させて所定方 法で結晶成長を促進させるものである。

グラフオエピタキシー法では基体の結晶配向が、主として表面レリーフ構造で決 まる結晶の配向や成長に積極的役割をはだす。

前記Ａｐｐｌ　、　Ｐｈｙｓ、　Ｌｅ　ｔ　ｔ、の４５５　頁Ｂ：　報告サレテ いる如く、キャップがあったとしてもシリコン膜がグラフオエピタキシーに十分 に溶融すると結晶状膜の表面組織も配向も観察されない。明らかに、グラフオエ ピタキシーでのＳｉＯ２キャップの機能はＳｉと５ｉ０２との間の熱膨４７ろ一 代昭５８−５００６０９（４）張車の差の結果として剪断応力を作り出してＳｉ 　ｋ異方性に導き、結晶化１こよりレリーフ格子に関連した＜　１００＞表面組 織や均一配向を生じさせている。

更（こ、最近は、１９８０年４月ＩＯ日出願のアメリカ特許出願１３８８９１号 出願には、結晶状基体の表面上に形成された絶縁体の孔を通じての播種固化（無 定形Ｓｉの溶融、再凍結）による横方向エピタキシー成長の達成法が開示されて いる。成長停止後にシート状の結晶物を開裂その他の方法で基体（再使用できる ）から分離する。この方法を便宜上ＣＬＥＦＴ法、その適用をＣＬＥＦＴ適用と 呼ぶ。

ＣＬＥＦＴ法は本発明完成時の当業界の水準ζこまさる有意な進歩性を示すと考 えられるが、高品質で欠損がないエピタキシーフィルムの連続生産へのその適用 にはある問題が生じている。更に特定すれば、何らかの理由で横方向エピタキシ ー成長が不連続だと以後の成長には出発点となる結晶配合がなく、そのためラン ダム多品状をこ成長するのでエピタキシー成長はもはやなくなる。従って、結晶 基体表面上音こ形成された絶縁マスク中の貫通路を通じてのエピタキシーフィル ムの横方向成長の不連続性を最小ｌこするための方法と装置に対するニードが存 在する。

横方向成長が相互に出会う場合、即ち、一方向の横方向成長が別方向の横方向成 長と出会う時には転位欠損が生ずる傾向があることも発見された。これは恐らく は２つの結晶フロントが出会った時創生される歪や応力（こ起因する。

これら及び他の理由により、成長不連続や結晶転位が最小であり、比較的操作が 簡単でコストの安い非晶質半導体材料〔こおいて横方向エピタキシー成長を達成 する方法と装置の開発が大いに望ましい。

〔発明の開示〕

本発明の装置では、無定形又は多晶質の半導体材料のエピタキシー材料への変形 は変形すべき材料の結晶温度より高い融点を持つことが好ましい湿潤剤の層を使 って達成する。この湿潤剤層は変形すべき半導体材と接触状態で配置する。この 半導体材は単品の種晶材とも接触及び／又は隣接している。”湿潤剤″は半導体 材をその下又は上に密をこ接触している面上に拡げる物質又は組成物を意味する 。この湿潤剤層に関連した現象の正確な性質は現在完全Ｅこは理解されていない が、この層は、エピタキシー成長中に結晶フロントが横方向に成長する際の半導 体材の集塊化（ビーズ化又はボール化）の防止に役立つと思われる。

成長中の半導体材の集塊化即ち“ボール化″は膜即ち層の空隙即ち不連続部の原 因（こなるので避けるべきである。一旦空隙が生ずるとエピタキシー成長（種晶 との連続性に基づく）は妨害される。

本発明の湿潤剤層の機能は従来のグラフオエピタキシー法のところで言及した“ キャップ”とは根本的に異なり、区別される。本発明では湿潤剤層の主目的は結 晶化すべき材料と種晶材との間の表面の湿潤化である。種晶材は生成結晶特性の 主決定因子である。一方、グラフオエピタキシー“キャップ”は“湿潤剤″とし て意図されているのではなく、結晶配向及び成長物質の組織特性に活発に寄与す ることを意図されている。

本発明の一態様では成長は、前記ＣＬＥＦＴ法と同様に基体の一部ではない種晶 から始まる。“種晶″はエピタキシー成長の出発点となる単品半導体材の本体で ある。

しかし、ＣＬＥＦＴ法での埋入単品材とは異なり、外部からの播種ｌこよる成長 は、単品材へ変換される非晶質材の外面即ち表面上に提供される単品成長材の本 体を始点として達成される。外部から播種するこの態様では絶縁層に貫通路を設 けてその下の単品種晶材（こ到達させる必要はない。更に、成長は外部から与え られた種晶を起点とし、非晶材の面にそって一方向に結晶フロント’ｌ成長させ ることで達成できる。この態様及び、追って記載する他態様においては平行隣接 ストライプ貫通路の場合と同様に結晶フロントは逆方向からの結晶フロントとは 出会うことはなく、かかる出会いに起因する潜在的な結晶転位は避けられる。

〔図面の簡単な説明〕

第１図は本発明の方法の一態様の流れ図である。

第２図は第１図に示した方法による本発明の第１の態様を示す一連の略図である 。

第３図は湿潤剤層なしで作った従来構造物を示す略図である。

第４図は本発明の一技術を簡単に示している概略透視図であり、サンプルを加熱 して結晶基体から横方向エピタキシー成長を作り出すための静止単一ヒータ全示 している。

第４ａ図は第４図中のサンプルが付される熱プロフィルを示すプロットである。

第４ｂ図は第４図中のサンプルの一部の概略断面図である。

第５図は本発明の２元ヒータの透視図である。

第６図は第５図の装置全より詳細（こ示す拡大透視図である。

第７図はヒータがストライプ貫通路と平行に位置している以外は第６図と同様な 透視図である。

第８図は実質上単結晶であるシートの成長に適した外部種晶の概略透視図である 。

第９図はＳｉ　０２外層を有する外部種晶の概略透視図である。　゛ 第１０図は５ｉ０２湿潤剤層とＳｉ層が種晶上に存在する外部種晶の概略透視図 である。

第１１図は複合湿潤剤の概略透視図である。

第１１ａ図は湿潤剤がマスク表面Ｏこ位置する一態様の概略透視図である。

第１２図は本発明の平面形成工程葡示す一連の概略透視図である。

第１３Ａ、、１８Ｂ図は本発明の方法で作られたＳｉＯ２基体表面上（こ構成さ れた３端末型半導体デバイスの構造を示す一部概略図である。

第１４図は本発明の方法の別態様を示す流れ図である。

第１５図は簡略されたけかき技術を使って播種固化を誘発する本発明の別態様の 透視図である。

第１６図は第１５図の線１６−１６にそって切断した拡大一部所面図である。

〔発明の実施（こ最良の態様〕

以下の記載は一般的には半導体シリコンのエピタキシー成長Ｏこ関する。シリコ ンは今日最も重要な半導体材料なのでシリコンを選択した。しかし、本発明は決 してそれに限定されるものではない。事実、本発明は歩測ではあるがヒ化ガリウ ム、ゲルマニウム等の良く知られた他生導体材のエピタキシー成長への適用でも 有益である。

本発明の様々の特定態様全添付図面を参照しながら今より例示する。これら図面 で同一要素は同一数字で示されている。

第１図は本発明の一態様の工程を示すフローシートである。この方法の第１工程 で結晶成長マスクを結晶基体表面上Ｏこ形成して基体の一部全被い、基体の一部 領域がむき出しとなっているパターンを与える。結晶基体はシリコン、ゲルマニ ウム、ヒ化ガリウムその他の半導体の単品等の単品基体或は、その表面の少くと も幾つかの暴露領域の表面上での結晶成長を支持できる他基体のいずれてもよい 。成長マスクは、成長マスク自体の表面上での核化は阻止するが暴露領域からの 横方向の結晶成長は可能にする材料から形成される。

この態様の次工程では非晶質又は多晶質の半導体材をマスク及び基体の暴露領域 上に付着させる。これは例えばマスクされた基体を薬品蒸着反応器に入れること ζこより行なう。

非晶質半導体材でできた第１層形成後（こ適当な湿潤剤でできた第２層全形成す る。この第２層は第１層より高い溶融温度を持つことが好ましい。例えば、第１ 層が非晶質シリコンなら第２層を５ｉ０２から構成できる。これら材料の各融点 はＳｉ７１４３０℃、５ｉｎ２γ１７００℃である。

ついで構造物を追って詳述する致方法のうちのいづれかにより加熱サイクルに付 して第１層を溶融ついで固化させる。固化するとマスクで暴露された領域で単品 成長が開始し、横方向のエピタキシー過剰成長が生ずる。

第２図は、第１図の方法で結晶基体表面での単品材からなる連続薄シートの生成 奮略示する一連の図である。

第２Ａ図Ｏこは比較的厚い結晶基体ｌＯが示されている。

この基体はその表面での結晶成長全支持できる物質ならいづれでもよい。その表 面上に単結晶シリコンを成長させるに適当な基体の典型例として基体１０は５〜 ５０ミルの範囲内の厚さの単晶Ｓｉのスラブであり、ドーピン０ グしてあってもなくてもよい。生成結晶膜を剥離分離するならば、基体物質に対 する優先的剥離面である平面中に基体ｌＯの表面がある様な配向全基体１０ζこ 持たせることが必須ではないが好ましい。

第２Ｂ図（こ図示の如く、ついで結晶成長マスク１２を基体ＩＯに適用する。マ スク１２は基体１０全暴露する貫通路パターンを持つ。適当なことが発見された １つの典型的パターンは第２Ｂ図に示される通りのスリット即ちストライプ１４ のパターンである。スリット１４での幅対空間の比は材料、成長条件、所要の層 厚、用いる分離技術等ζこ依存して幅広く変動しうる。最適比は、個々の適用に 左右されるが、ＣＬＥＦＴ適用のところで詳述した方法で決定できる。当然、ス リット以外の暴露領域のパターンを有する成長マスクも使用できる。

次に、第２Ｃ図に図示の如く、Ｓｉ等の非晶質か多晶質の半導体材でできた層１ ８をマスク土ニ形成して１６で示される如くストライプ１４中ζこ延はし、むき 出しの単品基体１０に接触させる。この層は薬品蒸着等の良く仰られた方法で形 成できる。

最後に、第２Ｄ図に図示の如く、例えばＳ　ｉ　Ｏ２でできた第２層を例えば薬 品蒸着か熱酸化で第１非晶質Ｓｉ層上に形成する。第２Ｄ図に図示の構造物を追 って詳述する如く熱処理に付してシリコン層１８ｔ−溶融する。ついでこの層１ ８を固化させて単品成長をエピタキシー基体ｌＯとの界面１６から開始させる。

換言すれば、エビタ１１ キシ−成長は基体１０？こより“播種″される。この成長は横方向成長同志が出 会って連続層を形成する迄界面１６から横方向へ進む。

従来のＣＬＥＦＴ法での問題点を略本している第３図を考慮すれば第２層２０の 機能はわかるであろう。

ＣＬＥＦＴ法では第２層２０が使用されていないので、非晶質シリコン層１８′ が溶融する時にその層が、第３図（こ略本されている通り集塊化即ち“ボール化 ”する傾向がある。場合（こよっては、基体ｌＯからの播種エピタキシー成長の 中断のため“ボール″の間に不連続部が作られ、非晶質又は多晶質の材料ででき た島が１９に作られる。２１での初期成長は界面が適合性表面構造物、５ｉ−８ ｉの間にあり、集塊化が生じないので満足すべきものである。

第２図１こ示す如く湿潤剤層２０ｔ一層１８上曇こ添加するとかかる集塊傾向は 最小化（こなり、実質上欠損のない横方向エピタキシー成長がくり返し達成され た。熱処理及び他パラメータの選択に依存してＩＣ１ｎｔ−越す横方向成長が達 成され、それ以上の延伸が予想される。

本発明で調製されたサンプルを適当な加熱サイクルに付す装置を第４図を参照し て述べる。

第４図の装置では、第２Ａ−Ｄ図により製造された次組成と寸法を有するウエノ ・−から切り取ったその暴露断面が第４ｂ図に略示されているｌＸ２ｃｍサンプ ル３４を、Ｓｉ基体１０全下向きにしてグラファイトクロスストリップヒータ３ ０の上に置く。

Ｓｉ基体１０−５ｃｍ直径の＜１□００＞ウニ・・−８ｉ　Ｏ２マスク１２・・ ・熱酸化で形成された０、２ミクロン厚 鼾品質　・・・６１０℃のＣＶＤ反応器内で沈着した０、８〜１．０ミクロン厚 ５ｉ０２層２０・・・６２５℃で沈着した２ミクロンπＶＤストライプ・・・３ ．５ミクロン幅でちり、フォトリトグラフィーでマスク１２中（こ開けられた く１１０〉平面に垂直。

約２．５ＣＩｒＬＸ　２．５ｃｍのグラファイトシート３２全クロスヒータ３０ とサンプルとの間に挿間してクロスヒータ内での組織をこより誘発される表面の 形態学的欠損を少なくする。熱電対３６をクロスヒータ３０中に埋入する。グラ ファイトシート３２を絶縁体（、ａｘｚＯｓ）で被ってシート通過音こ起因する 電流を防止する。この加熱は不活性ガス（アルゴン）雰囲気で行なう。

熱電対３６で測定した熱サイクルプロフィルは第４α図（温度℃を時間（秒）に 対してプロットしたものである）に示されている。測定温度はグラファイトクロ スヒータ３０での温度であり、実際のサンプル温度は異なることがある。更（こ 、このプロフィルを維持することで反復可能の結果全達成できる。

第４図を参照しながら記載した単一静止ヒータの代わりＥこ第５．６図ζこ示し た２段ヒータを使ってもすぐれた３ 結果が達成された。第５図はこの２段ヒータ装置の略図である。前記記載により 作られ、その一部が第６図に示されている加工対象サンプル３４を第４図との関 連で記載したグラファイトヒータに対すると同様に下部ストリップヒータ３０に 乗せる。この下部ヒータをある手段（図示されていない）で作動させてシリコン 融点（こ近い温度にする。ついで上部ス）　ＩＪツブヒータ３８（可動性である ）を良く仰られている手段（図示されていない）で作動させて５ｉ０２層２０下 のシリコン１８ストリツプゾーン３６の溶融を誘発する。ついで上部ヒータ３８ をサンプル３４上面全通過並進させて溶融ゾーン８６Ｘｔ−ヒータ３８と一緒ｌ こ移動させてゾーン溶融ついで非晶質Ｓｉ層１８の固化を誘発して単品材中への 横方向エピタキシー成長変換層１８を達成する。

例えば、下部グラファイトストリップヒータ全抵抗加熱して約２０秒後に１１０ ０〜１３００℃とできる。ついで約ＩＫＷ電力の適用で上部ストリップヒータを 急速加熱する。この上部ストリップヒータからの照射でサンプルを更に加熱する と２０〜４０秒後にＳｉ　フィルム１８の一部とＳｉ基体ＩＯの上面の一部とが 狭い上部ストリップヒータ３８の下に位置する狭いゾーン内で溶融する。ついで このストリップヒータを約０．５ｃｍ／秒の速度でサンプル３４の上を手で移動 させることができる。

この速度は肉眼観察で、溶融ゾーンが同一速度でサンプルを横切るに十分な程に ゆつくすすべきである。ストリップヒータと溶融ゾーンがサンプルの遠端に達し だ時に両ヒータへの電力を切る。

第５．６図の装置ではストリップヒータはストライプ貫通路１６に平行な方向に 走査させる。場合によっては、第７図に示される如く単一貫通路１６（こ垂直方 向に走査させて連続シートｔ−一方向に成長させ問題を避けて２つの対向成長フ ロントの交わりに関連したことが望ましいこともある。第７図の装置ではサンプ ルを下部ヒータ（図示されていない）によりＳｉの融点に近づける。ついで、単 一ストライプ貫通路１６での溶融を、該貫通路に並列しており、矢印方向に移動 する上部ヒータ３８で誘発する。ストライプ貫通路１６での溶融全誘発し、つい で／ｉ１８の固化、エピタキシー成長を、ヒータ３８がサンプル３４表面を横切 る除曇こ同方向に続ける。

第７図の装置を使うと単品下の相当領域をこわたって単一連続絶縁体が生じ、こ れは積層回路の生産（こ有利である。成長層１８の結晶配向は基体１６の配向で 足まる。

例えば、基体１６が（１００）平面中にちるならば層１８［（１００）平面中で 配向成長する。

第８図は本発明の外部種晶使用態様を示す。この態様では絶縁マスク層１２中に ストライプ１６は必要ない。

基体ｌＯは播種に使用されないので単品基体である必要はなく、非晶質や多晶質 のシリコン或は、次後の活性半導体層を支持するに適当な物質のいづれでもよい 。

多くの良く仰られている手段のいづれかにより多晶質１５ か非晶質のＳｉの層１８ｆｓｉ０２層１２表面上に形成し、ＳｉＯ２層２０ｋＳ ｉ層１８の上面上に形成して前述の如く湿潤剤層として役立てる。しかし、Ｓｉ Ｏ２の上層２０の表面上の便利な位置例えば端で層２０の一部を除去して層２０ 表面上（こら旋状端部８２を残す。単品シリコンの形の外部種晶８０全層２０の 上面上に配置して回旋状端部８２．ｌこ一部重ねる。

前述態様と同様にサンプル３４を下部ストリップヒータ（図示されていない）で シリコン融点近くの温度に迄加熱する。

ついで上部ストリップヒータ３８を作動させてサンプル３４を、ヒータ３８隣接 ゾーン内でＳｉ層１８を溶融させる温度とする。この端は回旋しているのでヒー タ３８からの輻射エネルギーが層２０下のＳｉ層に容易（こ送られて層１８の溶 融開始を容易にする。ついでヒータ全、ヒータかサンプルのいづれかを相互に移 動させることにより矢印方向にサンプルを越えて並進させる。このため溶融ゾー ンがサンプルを横切って移動して層１８の溶融、固化が生ずる。層１８は外部種 晶８０から誘導される単結晶状態で固化する。

外部種晶を使うのでＳｉ基体が単結晶である必要はない。従って、第９．１０図 は外部からの播種による、Ｓｉ０２層１２′等の絶縁層の表面での横方向エピタ キシー成長構造の別態様を示す。第９図の態様では種晶８０を非晶質５１Ｍ１８ ′の表面（こ配置後に湿潤剤層２０を種晶上に形成し、全種晶をカプセル封入の 形とする。第１０図では非晶質Ｓｉ層１８’と５ｉｏ２湿潤剤層２０とを共ζこ 、種晶８０　ｋ　Ｓ　ｚ　Ｏｚ絶縁基体１２′表面に乗せた後に種晶８０上に形 成する。第９．１０図記載のサンプルをついで、前記態様に関連して記載の如く 熱処理に付して非晶質Ｓｉ層１８”ｅ、単品の種晶８０が播種されたエピタキシ ーシリコン層に変換する。

以上に記載の装置では単一のＳｉＯ２湿潤剤層を使っている。第１１図に示す態 様ではＣＶＤ等により窒化シリコンＳｓ　５７Ｖ４層４０’ｃＳｉＯＪａ２０上 に追加形成する。他の全ての点においてサンプル４２は第２０図のサンプルと同 一であり、同様に熱処理される。追加されたＳ　ｉ　３Ｎ　。

層はＳｉＯ２単層ζこ比べて複合構造物の湿潤性を更に強化すると思われる。こ の追加のＳｉ、Ｎ、層は第２Ｄ図の如くＳｉＯ２層上面上に位置させることも又 、ＳｉＯ２層の下にＳｉ層１８と隣接させて位置させることもできる。

所望ならば、場合によっては第１１α図（第１１図中の部材に対応する部材は同 一数字で示しである）に図示の如（Ｓ　Ｚ　０２絶縁マスクの上面に湿潤剤を形 成すると望ましいことがある。例えば、第１１α図には単結晶物質からなるシリ コン基体ｌＯが示され、これから二酸化シリコンからなる酸化物製絶縁マスク１ ２が形成され、この二酸化シリコン製マスク１２の上面ζこは窒化シリコン層が 形成され、これは非晶質又は多晶質のシリコンの層１８がエピタキシー結晶層に 変換する間の湿潤剤とじて１’７ 役立てることができる。

窒化シリコンは薬品蒸着、スパッター等の良く仰られた手段のいづれか（こより 層１２上に形成できる。

様と同様に第１の二酸化シリコン湿潤剤層を形成する。

ついでサンプルを第１１α図に示す如く前述と同様に熱処理に付して、播種固化 に起因する横方向エピタキシー成長によるシリコン基体１０の結晶構造により非 晶質又は多晶質のシリコン層１８をエピタキシーシリコン層に変換する。

播種固化によるくぼみを有する５ｉｎ２横方向エピタキシーは第１２Ａ−Ｅに図 示されている。これにより、平面的に示されてはいるが実際には軸方向成長が開 始されるストライプにわずかな平坦域を形成する前述の態様とは対照的Ｏこ平面 エピタキシー構造物が生成される。この態様では第１２Ａ図に示される如く良く 刈られた手段で窒化シリコンストライプ５２が単結晶シリコン基体５０上に形成 される。ついでサンプル６０ｔ−熱酸化に付して、第１１１図に図示の如＜ｓｉ 基体５０上に５ｉ０２層５４全形成する。ついでイオンビームか薬品食刻でＳ　 ｚ　ｓＮ４を選択的に食刻して第１２Ｃ図に示される如（Ｓ　ｓ　０２層５４の 間にむき出しのＳｉからなる溝５６を形成する。

ついでサンプル６０を表面食刻に付してその表面が第１２Ｄ図に示される如く平 坦になる迄酸化物を除く。最後に、第１２Ｅ図１こ図示の如く、非晶質Ｓｉ＠５ ６をす８ ンプル６０上に形成し、ＳｉＯ２キャップを層５６上に形成して第１２ＡＩ’図 に示す通りの平面構造体全作り出す。

これでサンプルを前述の如く熱処理して非晶質Ｓｉ層５６をエピタキシーに変換 する準備が完了したことになる。

第１２図の方法、装置で提供される平面エピタキシー構造体の利点に加え、単結 晶構造体界面はＳ　ｉ　Ｏ，層５４の上面と共延なので溶融はＳｉｏ、層５４の 上面に達すればよいことも特記されたい。これは、Ｓｉ基体界面がＳｉＯ２層１ ２の底と共延である第２図の態様とは対照的である。更に、成長は第２Ｄ図のく ぼみを有する面ではなく平面で生ずるので結晶欠損が生ずる傾向は少なくなるこ とがある。

第１３Ｂ図は本明細書記載の方法で製造された５ｉｆｔ基体表面に構成された３ 元半導体装置の一部略図を示す。

第１３Ｂ図の装置はＬＯＣＯ８酸化物で絶縁されているＭＯＳＦＥＴである。Ｍ ＯＳＦＥＴは金属酸化物半導体製界磁効果トランジスタ全意味する。ＬＯＧＯ８ はシリコンの局所酸化全意味する。ＭＯＳＦＥＴは良く仰られた装置であり、ア メリカその他で大量に作られている。

第１８Ａ図は本発明によるＭＯＳＦＥＴの形成法を示している。まず単結晶シリ コンからなるシリコン基体８０を酸化して二酸化シリコンマスク８２を形成する 。ついで非晶質か多晶質のシリコン材８８　ｋ　Ｓ　Ｚ　Ｏｔマスク８２上に形 成し、ＳｉＯ２からなる湿潤剤層９０全第１層８３１９ 上１こ形成する。ついで前記態様Ｏこより非晶質又は多品質のＩ＠ｓ　ａ　を熱 処理により実質上エピタキシーの層即ち膜８３ｉこ変換する。ついでＳｉＯ２湿 潤剤層を例えば薬品食刻で除く。

ついて、第１３Ｂ図に示される如く、装置の活性領域８３を良く仰られた方法で 形成されたＬＯＣＯ８酸化物８４で他活性領域（図示されていない）から単離す る。

ついで活性Ｓｉ層８３の表面に熱酸化物層８５全形成する。ポリシリコン格子８ ９を薬品蒸着により酸化物層８５上に形成する。この格子８９は写真平板と食刻 技術で定められる。ついて活性領域８３の供給領域９４と排出領域９２とへのイ オン移入により適当なドーバントヲ導入するだめの窓を格子を有する酸化物層８ ５ζこ開ける。

最後にアルミニウム被覆で供給部材、格子部材、排気部材への接点を形成する。

る多くのタイプの積層回路即ち半導体構造物の１例にすぎないことを強調する。

第１４〜１６図には、再結晶化すべき層が溶融温度適用開始後は種晶と物理的に 接触している必要のない点で前記態様と有意に異なる本発明の別態様が記載され ている。本発明のこの態様では方法は第１４図に示される如く、一般に次の如く 記載できる。

まず結晶基体を形成する。この結晶基体は第２図のｌＯで示される前記単結晶基 体に実質上似ていてよい。

ついでＳＺ　Ｑ２等の絶縁層を基体上面全体上に形成する。

前記第２Ｂ図の層１２の場合とは異なりこの絶縁層ζこは薬品食刻全便い貫通路 全提供する必要はない。この絶縁第１層を基体上ζこ形成後に多晶質又は非晶質 材でてきた第２層を良く知られた手段で絶縁層上に形成する。この第２層が本発 明の教示により再結晶させてエピタキシー成長を形成させる層である。この層は 例えば、第２Ｃ図（こ関連して述べた層１８の如く非晶質シリコンでよい。

ついで第２層上に、第２層より高い溶融温度を持つことが好ましい材料でできた 第３．４層を形成する。これら第３．４層は前述の如く湿潤剤層であり、ＳｉＯ ２層とそれＯこ続＜５ｉｓＮ＋層で構成される。最終結果は第１１図と関連させ て前述したものと同様な構造体であるが、５ｉｎ２絶縁層１２？こ貫通路はない 。

次工程は第１．２．３．４層を通って基体に達する貫通路を構成するためであり 、これはサンプルを基体に達する迄機械的ζこけかくことにより行なうと好まし い。構成が容易なので好ましい態様では機械的けがきを使つだ。

しかし、本発明はそのようζこ限定されるものではなく、マスキング、食刻、レ ーザーけがきその他の他貫通路形成手段も使用できる。

ついでサンプルを、第２層が溶融、固化する温度に付して、単品材でできた第２ 層にそっての結晶構造物のエピタキシー成長を基体への開口で横方向へ開始させ る。

第１５図ζこ示される如く、加工装置は第５図と関連さ１ せて述べたものと非常（こ良く似ている。第１６図に示す通りの断面の形と構成 金持ち、第１４図の方法で構成されたウェファ−を下部ストリップヒータ３０に 乗せる。

この下部ヒータに６る手段（図示されていない）で作動させてノリコン融点に近 い温度とする。

ついで可動性の上部ストリップヒータ３８を良く矧られた手段（図示されていな い）で作動させて、５ｉ３Ｎ４１ｉ、Ｓ　Ｚ　Ｏｘ　層の下のシリコン１８のス トリップゾーン３６の溶融を誘発する。

ついで上部ヒータ３８をサンプル３４上面を通って並進させてけがき部分１００ 又はその前で溶融ゾーン３６全ヒータ３８と一緒ζこ移動させてゾーン溶融つい で非晶質シリコン層１８の固化全誘発して横方向エピタキシー成長と、単品材へ の層１８の変換全達成する。

好ましくは、加熱装置を出入口の備わったステンレススチール室内ζこ配置する 。この室は水冷すると好ましい。

下部グラファイトヒータ３０は典型的Ｏこは約７インチ（１７，Ｔ　８ＣｎＬ） 長、４インチ（１０，１６ＣＩｒＬ）幅、０．０４インチ（０，１０１６ｃｒｒ Ｌ）厚である。上部ヒータは約４．５インチ（１１，４３ｃｒｒＬ）長、０．０ ４インチ（０，１０１６ｃｒｒＬ）幅、０．１インチ（０，２５４ｃｒｒＬ）厚 である。ウェファ−は直径２〜３インチ（５，０８〜７．６２ｃＩｎ）、厚さ約 ０．０１５インチ（０，０８８１ｃＩｎ）であり、直径が２又は３インチ（５， ０８ｃｆｒＬ又は７．６２ｃＩｒＬ）で、下部ヒータ３０の中心での深さが約し ０１インチ（０，０２５４ｍ）である環形凹所内にある（第１５図参照）。上部 ヒータはウェファ−３４の上面より約Ｌｍｍ高く位置させるべきである。

コンピュータコントロールモータ（図示されていない）で上部ヒータをウェファ −を横切って走査させる。両ヒータはマイクロプロセッサでモニター、コントロ ールされる２〜３００Ａ迄の交流で抵抗力ロ熱される。ウェファ−の中心、両端 の温度は下部ヒータ埋入の良く仰られた熱電対でモニターする。シリコン製ウェ アー３４は第１６図の断面図に示される如く、数字１２で示される約１μｍ厚の 熱Ｓ　ｉ　０２層で上が被われた単品（１００）ウェファ１０である。

０．５μｍ厚のシリコン膜１８を薬品蒸着でＳｉＯ２層、Ｓｉ層の全土面（こ付 着させる。

ついで硝酸シリコンと５ｉＱ２のカプセル封入体を良く知られた手段でシリコン 層１８上に付着させる。ＳＺ　Ｏｔ層は２０．５ｉ３）ｂ層は４０て示される。

前述の如くウェファ−構成後に単品基体１旧こ至る貫通路全灯ましくは、第１５ ．１６図の１００で示される如くウェファ−を機械的Ｏこけがくこと０こより作 る。このけがきは第１６図に示される如（（１００）平坦部に平行でも、或は（ １００＞平面にそって平坦部と４５°の角度に配置してもよい。このけがきは第 １６図に示される如き断面形状を持ち、深さが約５〜８μ常である。

このけがき貫通路をこより、ゾーン溶融かけかき貫通路前にウェファ−の表面か ら始まる限り単品シリコン基体２３ １０が非晶質シリコン層１８の再結晶に便利な種晶となることが可能になる。換 言すれば、ゾーン溶融はけかき貫通路１００に達する前に開始されねばならない 。ついで、溶融ゾーン３６がけがき貫通路１００ｉこ達するかそこで生ずるζこ つれて一定量かけかき貫通路中を下降流動して、固化（こよりシリコン基体１ｏ がシリコン膜１８と結合する。けがき貫通路１００の様々な形状寸法が使用でき ることがわかっており、例えばウェファ−の緑を囲む半環形けがきζこよりウェ ファ−のより大部分に播種することが可能である。この播種技術を使えば４イン チ２（２５，８ｃＩＩＬ２）　’ｆｃ越える横方向でエピタキシーの播種固化膜 が得られ、大きな角度を持つ粒子からなる境界はない。

以上まとめると、直径が少くとも３インチ（７，６２ｃｍ　）のＳｉＯ２被覆シ リコン製ウェファ−上にＳｉ膜をルーチンで制御可能な方式で再結晶させるため の方法と装置が示されている。

第１４〜１６図の方法と装置は、第１２Ａ−Ｅｋ参照して記載した複雑なくぼみ 形成法を使わなくても生成構造体が平面であるという利点を持つ。更に、けがき 技術を使うならば、第２Ａ−Ｄの装置では必要とされる写真平板の必要が避けら れる。以前の態様においては活性Ｓｉエピタキシ一層１８形成後で本体を更に加 工する前に湿潤剤層４０．２０に一食刻で除くことが好葦しいことがあること全 特記する。

前述の如く、記載した態様の本発明の方法も装置もシ２４　１識昭５８−５００ ６［１９（９）リコンの場合（こ限定されない。例えばヒ化ガリウムを本方法で 非晶質又は多晶質の状態からエピタキシー状態（こ変換できる。ヒ化ガリウムに 適当な湿潤剤の膜即ち層は二酸化シリコンＳｉｎ、、窒化シリコンＳｉＳいタン グステン又はモリブデンである。同様にゲルマニウムも前記方法で非晶質か多晶 質の状態からエピタキシー結晶膜に変換できる。ゲルマニウムの場合は適当な湿 潤剤は窒化シリコン、モリブデン又はタングステンである。

又、シリコンの場合に役立つ前記湿潤剤の他に、シリコンを多晶質からエピタキ シー膜に変換するのに炭素かシリコンカーバイドも湿潤剤として役立つことも発 見された。

一般に、変換中に溶融を避けられるに十分高い融点を持ち、変換対象膜との相互 作用は少いが前記定義通りの”湿潤剤″として役立つ十分な相互作用を持つもの が適当な湿潤剤であることが発見された。

本明細書（こ明記した態様の均等物は多数あり、−かかる均等物も請求の範囲Ｏ こ含まれる。例えば、多くの例で非晶質か多晶質の膜即ち層が述べられているが 用語“膜″と“層″は相互変換して使用できる。又、種晶材が基体の全体を占め る必要はなく、結晶化される膜即ち層と接触する部分のみを構成すればよい。正 に、種晶は基体の一部である必要はなく、局所熱処理をこよる等の局所結晶化ζ こより膜中（こ形成できる。更に、種晶材は結晶化すべき物質と同一組成である 必要はない。例えば、非晶質ゲルマニウム（こ単品シリコン全播種できる。

更ｌこ、成長はストライプ貫通路に対する熱源の垂直の動きに基いて横方向に進 むと示されているが、場合によってはこの加熱部材をストライプ貫通路に斜交す る方向で移動させても有利である。以上に述べた加熱部材はグラファイトで構成 されているが、電子ビーム、レーザービームその他の輻射源も使用できる。

纂１図 グラファイト　ンート　３２　タπ１テ１丁５６田チルｉ　（ｆダ） 第４ｂ図 築／３Ａ図 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｌ　半導体本体の形成法（こおいて、 （ａ、）結晶基体の上に絶縁第１層を形成し：（ｂ）第１層の上に非晶質又は多 晶質の材料からなる第２層を形成し； （ｃ）該第１．２層中に貫通路全形成して該基体の一部を暴露し； （ｄ）　該両層を加熱して第２層の一部を溶融し；（ｅ）　第２層を固化して第 ２層形成材を大粒で実質上単品の材料ｌこ変換する； ことからなり、 該第２層の結晶化度は結晶基体の影響を受ける、方法。 ２　半導体本体の形成法において、 （ｄ）結晶基体の上に絶縁第１層を形成し；（ｂ＋　第１層の上に非晶質又は多 晶質の材料からなる第２層全形成し； （ｃ）　該第１．２層上に第３層を形成し；（ｄ）　該第１．２．３層中ζこ貫 通路を形成して該基体の一部を暴露し； （ｅ）　該第１．２．３層を加熱して第２層の一部を溶融し： （７）第２層を固化して第２層形成材を大粒の実質上単品の材料に変換する； ことからなり、 該第２層の結晶化度は結晶基体の影響を受ける、方法。 ａ　基体が単品材である、請求の範囲２記載の方法。 屯　貫通路かけかき形成されている、請求の範囲２記載の方法。 ｈ　第４層を該第３層ζこ隣接して形成して併合第３．４層の湿潤性を高める、 請求の範囲２記載の方法。 ６　第１層がＳｉｎ、、第２層が沈着Ｓｉ、、第３層が５ｉｎ２、基体が単晶Ｓ ｉである、請求の範囲２記載の方法。 ７　第３層を工程（７）後ζこ除く、請求の範囲６記載の方法。 ＆　第１．２層を隣接グラファイトストリップヒータで加熱して第２層形成材度 とする、請求の範囲１記載の方法。 ａ　第１ヒータで本体全第２層形成材融点よりわずかに低い温度とし、第２ヒー タを貫通路前の領域から始動させて本体表面を横切って並進させて該第２層中の 材料ゾーンをその融点とし、かかる溶融ゾーンを該層にそって並進させて結晶基 体からの播種固化により該層内の材料の横方向エピタキシー成長を特徴する請求 の範囲１記載の方法。 １層基体がＳｉ、第２層がＳｉ、第３．４層が５ｉｎ２．５ｉｓＮ４、Ｃ又はＳ ｉＣである、請求の範囲５記載の方法。 ＩＬ該第３層が該第２層に対する湿潤剤である材料で形成されている、請求の範 囲２記載の方法。 １２半導体本体の形成法において、 ２８ （α）非晶質か多晶質の材料でできた第１層全基体の上にそれに接触することな く形成し； （ｂ）　該基体は単品材からなり： （ｃ）　該第１層を通って基体ζこ至る貫通路全提供し；（ｄ）　該第１層を加 熱して第１層を溶融し；（ｅｒ　第１層を固化して層形成材を、該基体により播 種された大粒の実質上単品の物質ζこ変換する；ことからなる方法。 １ａ該第１層の相当部分に隣接し、かつその上表面と接触している第２層を形成 する工程Ｕ）ヲ含み、該第２層は該第１層、該基体の湿潤剤として役立つ様（こ 適合されており、 工程（Ｃ１の貫通路は第１．２層の双方を貫いて延伸している、 請求の範囲１２記載の方法。 １４、　請求の範囲２記載の方法により作られた後に該第３層を除去し、かくて 暴露されたエピタキシー領域内に半導体デバイスの活性領域を形成して作られる 半導体デバイス。 １＆請求の範囲２記載の方法により作られた後に該第３層の一部を除去し、暴露 されたエピタキシ一層内に該デバイスの活性領域を形成して作られるデバイス。 ｌａ　（α）単品基体に隣接するがそれに接触していない、非晶質か多晶質の材 料でできた第１層；（ｂ）　基体の一部を暴露している該第１層中の貫通路；か らなり、 （ｃｌ　該第１層は溶融、固化されて層形成剤を、基体の暴露領域からの播種ｌ こより大粒の実質上単品の物質に変換する様に適合されている； 半導体本体。 １７　第１層と基体がシリコンである請求の範囲１６記載の半導体本体。 ｌ＆基体と第１層がＧａＡｓである請求の範囲１６記載の半導体本体。 １５１　基体と第１層がＧｇである請求の範囲１６記載の半導体本体。 ｍ第２湿潤層を第１層の上に刃口え、第８絶縁層を第１層と基体の間に配置する 請求の範囲１６．１７又は１８記載の半導体本体。 ユ第２．３層が５ｉ０２、特許請求の範囲１９記載の半導体本体。 ユ半導体本体の形成法において、 （α）非晶質か多晶質の材料でできた第１層を基体の上（こ形成し； （ｂ）単晶の種晶材を該層表間近くに配置し；（ｅ）　該第１層の相当部分上に 第２層を形成し；（ｄ）　該第１層を加熱して第１層を溶融し：（ｇ）　第１Ｊ ｉｋ固化して第１麺形成材を大粒の実質上単品の材料（こ変換する： ことからなり、 ０ 該第１層の結晶化度は種晶材の影響を受けるものである、 方法。 丞種晶材が基体に含まれる請求の範囲２２記載の方法。 ２４種種晶材該第２層の一部及び該第１層の一部と接触して配置されている請求 の範囲２２記載の方法。 ６第３層を該第２層に隣接して形成して併合第２．３層の湿潤性を強める請求の 範囲２２記載の方法。 工成長マスク層を基体と第１層の間に形成して選択暴露し、第１層が種晶材と接 触するのを特徴とする請求の範囲２３記載の方法。 ｎ　層を隣接グラファイトストリップヒータでその溶融温度壷こ加熱する請求の 範囲２２記載の方法。 Δ第１ヒータで本体を第１層形成材の融点よりわずかに低い温度とし、第２ヒー タを本体表面を横切って並進させて該第１層の材料ゾーンをその融点とし、かか る溶融ゾーンを該層にそって並進させ、これｌこより該層の材料の横方向エピタ キシー成長を該種晶材からの播種固化により達成する請求の範囲２２記載の方法 。 ｍ成長マスク層全基体中のくぼみとして形成して、第１＃に成長層と種晶材との 上の連続平面シートして形成する請求の範囲２６記載の方法。 随種晶材がＳｉであり、第２層がＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ、、Ｃ又はＳｉＣである請 求の範囲２２記載の方法。 ３１　種晶材がＧｅで第２層がＳｉ　Ｊ４、タングステン又ハ１ モリブデンである請求の範囲２２記載の方法。 翌種晶材がＧａＡｓで第２層がＳ　ｉ　Ｏ２，５ｓ３Ｎ４、タングステン又はモ リブデンである請求の範囲２２記載の方法。 ３ａ該第２層が該第１層（こ対する湿潤剤である材料で形成されている請求の範 囲２２記載の方法。 ３４成長マスク層を基体と第１層の間に形成して選択暴露し、第１層が種晶材と 接触するの全可能にし、湿潤剤を第２層に配合する請求の範囲２３記載の方法。 玉第１ヒータで本体を第１層形成材の融点よりわずか（こ低い温度とし、第２ヒ ータを本体表面を横切って並進させて該第１層の材料ゾーンをその融点とし、か かる溶融ゾーンを該層にそって並進させ、これにより該層の材料の横方向エピタ キシー成長を該種晶材からの播種固化により達成する請求の範囲３３記載の方法 。 ３Ｇ成長マスク層が基体中にくぼみとして形成された絶縁体であり、第１層が成 長層と種晶材との上の連続平面シートラ形成している、請求の範囲３４記載の方 法。 混請求の範囲２２記載の方法で作られた後に該第２層の一部を除去し、かくて暴 露されたエピタキシー領域で半導体デバイスの活性領域を形成して作られる半導 体デバイス。 凪請求の範囲２２記載の方法で作られた後に該第２層の一部を除き、暴露された エピタキシ一層で該デバイスの活性領域を形成して作られる３元半導体デバイス 。 忍（ａ）　基体の上に形成された非晶質か多晶質の材料で３２ できた第１層： （ｂ＋　該層の表面に隣接して配置された種晶材。 （Ｃ１該第１層の相当部分の上の第２層：からなり、 （ｄ）　該第１層は溶融、−固化して層形成材を大粒の実質上単品の物質に変換 する様適合されている、半導体本体。 ４ａ第１層がシリコンテ第２層がＳｉＯ２，５ｉ３Ｎ＋、Ｃ又はＳｉＣである、 請求の範囲３９記載の半導体本体。 ４ＬＬ１２がＧａＡｓで第２層が５ｉｎ２、Ｓｉ３Ｎ、、タングステン又はモリ ブデンである、請求の範囲３９記載の半導体本体。 仁第１層がＧｅで第２層がＳ　Ｚ　３Ｎ４　、タングステン又はモリブデンであ る、請求の範囲３９記載の半導体本体。 ４ａ　半導体本体の形成法において、 （α）基体の上に非晶質か多質晶の材料でできた第１層を形成し： （ｂ＋　該第１層表面（こ隣接し該第１層の少くとも一部と接触させて単品の種 晶材を配置し： （Ｃ１該第１層の相当部分上（こ第２層を隣接・接触状態で形成し、ここで該第 ２層は該第１層と該基体との湿潤剤として役立つ様Ｏこ適合された材料からなり ；（ｄｌ　該第１層を加熱して第１層全溶融し；（ｅｌ　第１層を固化して層形 成材を大粒の実質上単品の物質に変換する； ３３　１０表−５８−５００６０９（３）ことからなる方法。