JPS5918190A - 再結晶した単結晶半導体材料領域の形成方法 - 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】 （関連出願の説明） ティー・アール・アンソニー（Ｔ、几Ａｎｔｈｏｎｙ　
）の名義で／ｑｇ／年乙月／／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２７２
ｇ０１号明細書中には、一般に電位の傾きの利用によっ
て液体金属包有物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っ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、電位の傾きの使用により半導体材料中におい
て液体金属包有物を移動させ、それによって半導体材料
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Ｐ　Ｎ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液体金属包有物
を移動させる方法すなわち温ＩＷ勾配帯域浴融法（Ｔ　
Ｇ　Ａ　Ｍ法）はプファノ（Ｐ（ａｎｎ　）によって発
明され、そしてたとえば米国特約第２ｇ／３０’１ｇ号
明細書中に記載されている。プファンの方法に従えば、
適当な液体金属から成る・／−トまたはワイヤ（線材）
が温度勾配によっ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し・、その後方に
は不純物添加を受けた液相エピタキシャル材料が残され
る。その後、焼入かの研究者により、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、プファンのＴＧＺＭ法によっ
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
かった。

□　しかるに最近に至り、アンソニーおよびクライン（
Ａｎｔｈｏｎｙ　＆　Ｃ１１ｎｅ　）はたとえば米国特
許第３９７ｑ２３θおよび３９９ｇ乙乙記号明細書中に
記載された分離（アイソレーション）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Ｔ　Ｇ　Ｚ　Ｍ法を開発した。新たに開発されたＴＧ
Ｚ八４へ、装置、およびそれによって形成されるＰＮ接
合構造物の詳細については、たとえば米国特許第りＣ７
り０３ｇ、グ０ワ／２５７および９２２９５９９号明細
書をそれぞれ参照されたい。

商業用に改変されたＴ　Ｇ　Ｚ　Ｍ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ノ・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ェーハ表面
により吸収されて熱に変わる。この熱はウェーハ全通過
した後、反対側のウェーハ表面から放熱器に対して放射
される。このようなウェーハを通る熱の流れにより、Ｔ
ＧＺＭ法を可能にする温度勾配が生じるのである。Ｔ　
Ｇ　Ｚ　Ｍ法の面業的実施に役立つ典型的な装置は米国
特許第’１．２．２／９３１゜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７
つ以上の溶融帯域（すなわち液体金属包有物）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７つ以上の領域
を形成する方法が提供される。この方法は、母体の月利
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
（５ｈａｒｐ　）な境界（すなわち接合面）全必要とす
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ｌｊｊ御性は、−液
体金属包有物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
電位の傾きを使用することに由来している。駆動力が電
位の傾きまたは温度勾配のいずれであっても液体金属包
有物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法によって半導体結晶中に形成し得るあ
らゆる形態のｌ）　Ｎ接合が本発明の電気移動（エレク
トロマイグレーション）法によっても形成し得るものと
予想される。

本発明方法の工程を述べれば、先ず第一に、液体金属包
有物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、７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
結晶中に可溶であり、（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った溶体を生
成し、かつ（３）母体の半導体材料の仕事関数をφｈと
した時、量（φ１−φ１１）の代数符号と液体金属包有
物が移動して接近すべき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（・て所望される物理的特性（
たとえば抵抗率や導電形）全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
であってもよい。

本明細書中で使用される１−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
に酸素を台筐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）によって行うことが好ま
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（すなわち液体金属包
有物）を生成するのに十分であると同時に母体の全域に
わたっ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
切って電位の傾きが印加される。かがる電位の傾きは、
一般に、７つ以上の液体金属包有物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、印加された電位の傾き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７つ以上の液体金属包
有物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（・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計
ける液体金属包有物の材料の固溶群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
なった抵抗率を有するが、その抵抗率は主として液体金
属包有物の材料の性質および電気移動法の実施温度によ
って決定されろうまた、液体金属包有物の材料を適当に
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っ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っては、たとえば、第１の主面か
ら第λの主面捷で母体を貫通して７つ以」二の溶融帯域
を移動させることができる。あるいは寸だ、λつの主面
の間で溶融帯域を停止させた後、逆向きの電位の傾きを
印加することにより好井しくは最初と同じ経路に沿って
溶融帯域を第１の主面Ｋまで移動させ、それにより特に
移動方向に沿っ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７００〜１０θ０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Ｆ！Ａ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中では液体金属包有物１が電流の流線に
沿いながら陽極３または陰極４に向かって移動すること
が判明した。第１図および以後の図中において矢印で表
わされるような包有物１の移動は、電流が包有物１を通
過する結果と（、て包有物１を横切る溶解半導体原子の
流束（フラックス）が生じることによって引起こされる
。

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において包有物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
発明の目的がらすれば、直流の流れは陰極４から陽極３
へ向かって（・るがら、半導体材料２を横切る電位の傾
きの方向（すなわち極性）もまた陰極４から陽極３へ向
がっている。

この場合、包有物１は電位の傾きの方向（すなわち経路
）にｒＦｊって配置されることが好１しく・。かかる包
有物１は、電位の傾き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に向かって電
気移動する。

電気移動する包有物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γ中には、包有物１全構成する材
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
中における包有物１の材料の固溶解限度までである。包
有物１の材料の痕跡量が領域γ中に存在するため、領域
７の抵抗率は半導体材料２の抵抗率とは異なったものに
なる。包有物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形の液体金属包有物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形の液体金属包有物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。

液体金属包有物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、液体金属包有物のエレクト
ロマイグレーション（電気移動）は日単位でなく分単位
で半導体材料中ＫＰＮ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℃・でも、全ての液体金属包有物
が所定の電位の傾き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、ｙｓｓ電子ポル）（ｅ
Ｖ）より大きい仕事関数を持った金属Ａの液体金属包有
物９はシリコン中で陽極３に向かって電気移動するのに
対し、ｌＡ３．５ｉ′ｅ■より小さい仕事関数を持った
金属Ｂの液体金属包有物１０は陰極４に向かって移動す
る。下記の第７表には、シリコン中における７種の金属
の電気移動方向および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（・ではアンチモンも電気移動する。

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、直径ユイ
ンチ（３，Ｏｇ　ｃＩｒＬ）かつ長さ３インチ（′７．
４．２ｃｍ）の円柱状セラミック支持体１２によって２
つの位置で支持された直径／／クインチ（乙３！；ｍｍ
）のユ本の向がい合ったモリブデン棒１１から構成した
。構造剛性を得るため、セラミック支持体１２中のモリ
ブデン棒１１は／／′ｇインチ（３，／　７５　ｍｍ　
）の肉厚を持った内径コインチ（３，Ｏｇ　ｃｘ　）が
つ長さ２０インチ（Ｓθｇｃｒｎ）のステンレス鋼管１
３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／／ｇ
インチ（３，／　７５　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とシ町＼ ＩＪ　ｊン試験片１６との間にはタングステンばね１７
によっ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ック片１８が配置された。

１０Ω・αの抵抗率を有するＮ形シリコンのインゴット
から４ｔｃｍｘ　／　（ｘ　Ｘ　／　ｃｍ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〈／／
／〉方向に平行であり、また上面および側面はそれぞれ
＜ｉｉｏ＞および＜／／、２＞方向に対して垂直であっ
た。試験片１６の上面すなわち（／１０）面から、超音
波穴あけ技術によって試験片１６の中心にまで達するコ
個の穴が形成された。第３Ａ図に示される通り、これら
の穴は試験片１６の両端から１３ｃｍ離れた位置に対称
的に設けられた。直径、２朋の大きい方の穴１９は熱電
対挿入孔として使用され、一方、直径θ７５　ｖａｎの
小さい方の穴２１は包有物挿入孔として使用された。

試験片１６の上面および側面は／μの仕上状態に研磨さ
れ、また赤外線透過顕微鏡検査によって電気移動の進行
を観察し得るようにダイヤモンドげがぎ針を用いて−Ｌ
面および側面に基準線が描かれた。移動させるべき直径
θ７０關の金属ワイヤが小さい方の穴２１に挿入された
。次いで、Ｈ２ガスを流した７１００℃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、
液体金属包有物として電気移動させるだめの金属に富む
半導体溶体を生成した。その後、試験片１６は冷却され
、欠いて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っては、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１
３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％口、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２０〜２’ＩＯ時間にわたってシリコン試
験片１６中に流された。ｌｌ−ｏｏ〜／１００℃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って連続的に
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
における液体金属包有物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。

電流はヒユーレット−バラカード（Ｈｅｗｌｅｔｔ　−
Ｐａｃｋａｒｄ　）　乙２　ｂワＢ定電流直流電源（図
示せず）によって供給された。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
変化することにあった。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／〜ろボルトの電圧降
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
おいて起こったものである。

所定の電気移動温度まで試験片を加熱するためには、ジ
ュール熱、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。ジーール熱の利用は最も簡単
であって終局的には最大の電気移動速度を与えるが、印
加された電圧がジュール熱および電位の傾きの両方を与
えるために制御性が最も悪い。電位の傾きを用いて溶融
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
った内外部間（ｉｎ　−ａｎｄ　−ｏｕｔ　）接合を形
成するためには理想的である。

一般に、液体金属包有物力ｌ陽極または陰極のいずれに
向かって移動するにせよ、その電気移動速度（Ｖｌは３
〜３０アンペア／　ｃｒＡの範囲内で電流密度ｌ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、Ｓアンペア／　Ｃａ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ｊ図には、シリコン中におい
て電気移動させたｇ種の液体金属包有物に関し、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
速度を割った商）を電気移動温度の関数としてプロット
したグラフが示されている。

理論的に言えば、液体金属包有物は金属−半導体間の共
融点および半導体の融点を限界とする温度範囲の全域に
わたって電気移動が可能である。

液体金属包有物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液体金属包有物について第
Ｓ図に典型的に示されるごとく、アレーニウス（Ａｒｒ
ｈｅｎｉｕｓ　）の温度式に従５゜式（１１中、Ｖは電
気移動速度（Ｃｒ／Ｌ／秒）、■は電流密度（アンペア
／ｃｆ）、Ｑは活性化エネルギー（ｋｃａ１１モル）、
Ｒは気体定数、Ｔは電気移の金属について言えば、活性
化エネルギーはガリラムに関する／久３　ｋｃａｌ　１
モルの最小値からパラジウムに関する。２　／）、　／
　ｋｃａｌ　１モルの最大値にまでわたった。なお、シ
リコン中において電気移動し得るｇ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７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、サバ・ジャーナル・オプ・アプライド・フィジック
ス（Ｔｈｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ＡｐｐｌｉｅｄＰ
ｂｙｓｉｃｓ　）第り／巻筒７２号Ｃ／９’ｇＯ年／２
月）の乙３ｔ１ｇ−乙３Ｓり頁および乙３３１．〜乙３
乙り頁に収載さ１またアンソニー（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、液体金属包有物の電気移動をもたらす主要な駆
動力は電子一原子間の運動量父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液体金属包有物を構成する
金属の仕事関数と相関関係があること、すなわち４４５
５ｅＶより大きい仕事関数を持った金属から成る液体金
属包有物は陽極に向がって電気移動するのに対し、ｑ、
ｔｙｅｖより小さい仕事関数を持った金属から成る液体
金属包有物は陰極に向かっ℃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ろ液
体金属包有物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、液体金属包有
物を移動させる母体材料の仕事関数φｈ）の値に対する
液体金属包有物の仕事関数φｉの偏差の大きさ並びに液
体金属包有物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って説明することができた。

固体状母体材料中を移動する液体金属包有物に関して言
えば、液体金属包有物中を通過する母体原子の流束Ｊは
式 ％式％（２） （ただし、ＣＬは液体金属包有物中におけろ単位体積当
りの母体原子の濃度、Ｃ８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）によって与えられろ
。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。

」二記の式（２）を公知のごときアインシュタイン（Ｅ
ｉｎｓｔｅｉｎ　）の式 ％式％（３１ （ただし、Ｍは液体金属包有物中における母体原子の移
動度、ｆは液体金属包有物中の母体原子に作用する駆動
力、そしてＪおよびＣＬ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。

電気移動する液体金属包有物の速度Ｖは電流密度Ｉおよ
び母体材料の仕事関数φｈに対する液体金属包有物の仕
事関数φ襲の偏差に比例することが判明しているから、 式 ％式％（５） （ただし、△φはφ１−φ１１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　＝γｌ△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。

式中、ｋは第７図および式（７）から導くことのできる
定数であって、ＣＧＳ単位系では１０＋６Ｃｍ１３／／
（クーロン・ｅＶ　）に等しい。従って、第１表かられ
かる通り、Ｖ／Ｉ　　の値が負であれば液体金属包有物
は陰極に向かって電気移動し、またＶ／Ｌの値が正であ
れば液体金属包有物は陽極に向かっ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っては、陽極に向かって電
気移動すると同時にシリコンをＰ形にドープする液体金
属包有物を使用することが望ましい場合がある。しかる
に第７表かられかる通り、純粋なＰ形ドーバン１−（Ａ
ｔ、ＧａおよびＩｎ）はいずれも陰極に向かって移動す
る。それ故、陽極に向かって移動すると同時にシリコン
をＰ形にするような液体金属包有物を得るためには、適
当な仕事関数を持った合金組成物をたとえば適正比率の
Ａｔ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液体金属
包有物が得られるようにするため、ユ種以上の金属から
成る液体金属包有物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、ノ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φτは式 ％式％（８） （ただし、φ９、φ９、φ。ｌ：どは純粋な元素の仕事
関数、そしてＸＡ、ＸＢ、Ｘｃなどは合金を構成する元
素の原子分率である）によっ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％５５ｅＶ
より大きければ、液体合金包有物はシリコン中で陽極に
向かっ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’Ａ！ｓ！ｓｅＶより小さければ、液
体合金包有物はシリコン中で陰極に向かって電気移動す
ると考えられる０ 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゛体不混和性ギャップのごと
き余計な因子によって実験が複雑化することもない。

中でも特に重要なのは、これらユ種の貴金属から成る包
有物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包有物の相対する
方向への移動速度の絶対値が等しくなるような温度（ｇ
ｇ１１℃）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こ
とが可能なのである。

ｍ１述のごとき装置２０および方法の使用により、銀含
量が１０チ間隔でθ係から１００％にまでわたる（すな
わち０係Ａｇ、１０％Ａｇ、２０チＡｇなどの）７７種
の金−銀合金が、単一のシリコン試験片１６に設けられ
た別々の包有物挿入孔内に配置され、そしてｇ　ｇ　ｌ
ｌ”ｃで電気移動させられた０第４図には、これら／／
様の金−銀合金の電気移動速度を組成に対してプロット
したグラフが示されている。約２／チより多い銀を含有
する合金は陰極に向かって電気移動するのに対し、約２
７％より少ない銀を含有する合金は陽極に向かって電気
移動することが判明した。

ノ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・ジャーナル中オブ・ジ・エレクトロケ
ミカル・ノサイエティ（’ｒｈｅ　Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ
　ｔｈｅ　ｌうｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　５ｏｃ
ｉｅｔｙ　）第１２ｇ巻第７２号（１９ｇ１年３月）の
５９７〜乙００頁に収載されたアンソニー（Ａｎｔｈｏ
ｎｙ　）の論文中に示されているごと（、包有物を構成
する金属の仕事関数と実験的に得られた零位点（ｎｕｌ
ｌ　−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（ｄｉｌｕｔｅｓｏｌｕｔｊｏ
ｎ　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ットしたグラフである
。シリコンに関する４　５５　ｅＶ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ろ０φＡ
ｕ−グ０％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
ら成る包有物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ＳＯ％
ＡＬＩ−５Ｏ％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−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〕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、４０％Ａｕ−１００
％Ａｇという予測された零位点組成は７９％Ａｕ−，２
／％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は意外なことではない。なぜ
なら、室温下におけろ純粋な合金の仕事関数がｇ　ｇ　
ｚ　’ｃ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、純粋な液体金属包有物に関して移動
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、液体金属包有物の電気移動方
向を予測することかり能となる・あるいはまた、特に電
位の傾きの方向が外部要因（たとえば母体の半導体材料
の性質）によって固定されてしまう場合、液体金属包有
物の組成を調節することによってそれを所望の方向に移
動させることも可能となる。

第３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、液体金属包有物３２を陰
極４に向かって電気移動させることによって再結晶した
単結晶半導体材料のＰ影領域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３００半
導体材料の仕事関数φｈを液体金属包有物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
液体金属包有物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液体金属包有物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７表かられかる通り、アルミ
ニウム、インジウムまたはガリウムを液体金属包有物３
２の材料として使用すればよい。スズおよび銀も陰極４
に向かって電気移動し、そしてシリコンの抵、統率と異
なった抵抗率を有する再結晶領域３４を形成する。しが
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３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って電気移動
が行われるようにすれば）、第コの事例が得られる。こ
の場合、液体金属包有物３２の材料は（φ１−φｈ）の
代数符号が上田）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表かられかる通り・″ラジウム、金または銅を使
用すればよいが、これら３種の金属はいずれもＮ形また
はＰ形ドーパノドでない。かが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形トーハント
（たとえばアルミニウム、インジウムまたはガリウム）
との合金を調製するが、あるいは″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３図に関連して上記に記載した第ユの事
例において見られるような困難は、電位の傾きの極性の
選択（すなわち、陽極および陰極接触部の逆転′）によ
って回避することができる。

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、従っ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に向かって同時に電気移動す
ることによって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液体金属包有物３２および４
０が示されている。この場合、液体金属包有物３２およ
び４０の材料はいずれも（φ１→ｈ）の代数符号が負と
なるように選ばなければならない・極性を逆転すれば液
体金属包有物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７０図の場合、単結晶半導体材料の母体３゜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Ｐ　Ｎ接
合面であるから、電位の傾きは第７０図に示されるよう
にしか設定することしかできない。従って、液体金属包
有物３２をＰ形層４４中において接合面４８まで電気移
動させることによってＮ形の再結晶領域３４すなわち「
シンカ（５ｉｎｋｅｒ　）Ｊを形成するためには、液体
金属包有物３２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。液体金属包有物３
２の材料の選択という点から見ると、この場合は第ｇ図
に関連して上記に記載した第コ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７０図の条件を変更してみても、電
位の傾きを逆転しなければならず、従って電気移動は陽
極に向がって行われることになる。従って、第ｇ図に関
連して上記に記載した第ユの事例におけろ困難な情況は
なお存続するゎけである。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液体金属包有物の材
料の組成を調節することも可能なのである。

駆動力が電位の傾きまたは温度勾配のいずれであるにせ
よ、液体金属包有物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法によって半導体結晶中
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っ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（たとえば液
体金属包有物の移動を行うための半導体や包有物材料の
調製）およびそれによっ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３９０／７３６号、「深層ダイオード素子および
その製造方法」と称する同第３９０２９２左号、「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３ｇ９ｇ１０乙号、［一様な電気的性質を持った深層
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３ｇ９ｑ３乙／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３ｇ９９９６コ号、お
よび「半導体素子の製造」と称する同第１ｔｏｏ乙ｏｔ
ｔｏ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
っ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っ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、半導体製の母体の表面から内部深くにま
で達し１、しかも電気移動方向に清って見た場合に母体
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
動速度より太きいから、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／１・原子を母体半
導体材料中に拡散させるためぬ時間ｈ″−−短縮るので
、移動方向に対して垂直な方向に溢っても鮮明な接合面
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Ω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、液体金属包有物へ
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液体金属包有物の後方に形成され
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液体金属包有物の後方に形成さ
れた再結晶領域はいずれも真性導電形を示す。温度が下
がってＦＡ／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、前者のみがドープくント原子を含有
するか、あるいは前者中のドーパント　−原子濃度かで
麦者中よりも高いことにある。凸型的な場合を第１／図
に略示する。この場合、液体金属包有物６０は陰極４に
向がって電気移動してＩ）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１川の接合面６４は逆バイアス
さｉｔている。かかる整流接合が形成されると、第７２
図に略示される通り、印加された電流６８は液体金属包
有物１を迂回して流れるようになる。その結果、電位の
傾きに由来する駆動力の損失が生じ、最終的には眠気移
動が停止してしまう。

温度が更にドがると、第コの転移温度においての場合、
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ｒ６を形成する液体金属包有物ｔｏの前１ＩｒＵｒ
３および後面７４に位置する金属−半導体間接合（すな
わちショットキー形接合）の形態を有する。

前述の米国特許出願第２’）２ｇＱ１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／乙の相異なる
事例が確認されている。

それらのうち４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液体金属包有物の導電率との
間に大きな差があれば、液体金属包有物中の電流密度は
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５゜しかしながら−ザ・ジャーナル・オプ・アプライ
ド・フィジックス（Ｔｈｅ　Ｊ　ｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　
Ａｐｐｌ　ｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　）第３７巻第１２
号（１９ｇ０年７．２月）の４３’１ｇ〜乙８に頁に収
載された前述の論文中に示されているごとく、液体金属
包有物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、従って顕著な速度増大効果
は生じない。

Ｈ体半導体材料の導電率と液体金属包有物の導電率との
差ばかりでなく、母体半導体材料の導電率と電気移動す
る液体金属包有物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
きな差が存在する。

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、印加された電流を液体金属包有物に集中
させる。かがる効果は、ノリコン中にお（゛て電気移動
するガリウムに富む包有物に関して第７ｑ図に示されて
いる。

第１ｑ図かられかる通り、このような効果は電気移動温
度が低下するに従って益々顕著となる。

かかる効果はドープされた再結晶領域の長さによって増
強されるから、たとえばフィ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液体金
属包有物については再結晶領域への電流集中がひとつの
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／　ｃｆ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／　ｃ
ｎｌ値に対して進入距離をプロッ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
たフィンガーダイオードを製造することが可能となる。

使用電流量は約士７０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７７１００ミクロンまで制
御し得る。実例を挙げると、２に×ＩＱ’クーロン／　
ｃｆｆｌによってガリウムに恵む液滴をｑ　ｏ　ｏ　℃
でシリコン中に１０゜ミクロン電気督動させ得ることが
較正曲線かられかれば、次のようにしてＰ形のフィンガ
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、
１３　Ｘ　／　Ｑ’クーロン／ｃｒＰｌ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）、２５Ｘ／θクーロン／　ｃｆ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な出発側の表
面にまで戻せばよい。

塊状の母体半導体材料中において液体金属包有物を電気
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７５図を見ると、基体８ｏおよび実質的に一様な厚さ
の薄膜８２が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
分に溢っ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
周端面を持った基体は、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、第県−Ｖ族化
合物または第１Ｋ−■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５１０２、Ａ７２０．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がサファイアで
ある場合を考えれば、半導体関係の当業者にとって公知
のサファ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、２７２ｇ０１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、２７．２ｇ０１号明細書
中に記載のごとく、接触部８５および８６を伺与するた
めの操作中に電気移動させるべき金属を配置してもよ（
）。

その後、薄膜８２および基体８０がら成る複合体が前記
方法のいずれかによって電気移動温度にまで加熱される
。約／ミル＜０．０８１！−朋）以下の厚さを持った薄
膜８２について言えば、金属固体８８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って電気移
動が開始される。

約／ミル＜０．０２Ｓｌｌ罷）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っ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（すなわちド面）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８日は融解して液体金属包有物８８を形
成する。温度勾配の存在により、液体金属包有物８８は
薄膜８２の厚さ方向に浴って移動して薄膜８２と基体８
０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、液体金属包有物８８は接触部８５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法によって、液体金属包有物
８８は薄膜８２の厚さ全体にわたって存在するように維
持される。この場合、温度勾配は電位の顛きに対して実
質的に垂直となっている。

薄膜中における液体帯域の電気移動速度は、第１乙図に
よって示されるごとく、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７乙図を得るた
めには、市販のサファイア」ニシリコン（ＳＯ８）ウェ
ーハの薄い（１１μ）シリ＝ｆｆ７１？ｆ中において様
々な温度ドでアルミニウム包有物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１乙図中にはまた
、第９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ットされている。

第７乙図かられかる通り、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〜ノ００
０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ップや
レッジ（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
ー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、７０６ア
ンペア／Ｃ％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７０２〜／　ｏ
　′倍だけ）大ぎいという事実および電流密度を（約７
０′〜１０４倍だけ）大きくし得るという事実を組合わ
せれば、薄膜中における眠気移動速度は塊状材料の場合
より１０５〜ノ０７倍だけ大きい値（すなわち、約３０
０〜３０００ｃｍ１特種度の値）を取ることかり能であ
る。

薄膜電気移動法に関する加工費は、ユつの理由により、
’ｒＧ　ＺＭ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っても、電流
路に沿っ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
いことに関する第二の理由は、塊状材料中における電気
移動の場合は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＃可能かつ逆転可能な電位の傾きを駆動力と
して使用しながら母体半導体材料中において液体金属包
有物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（Ｇａｉ２Ｐ　）、ヒ化ガリウム（ＧａＡ
ｓ　）−アンチモン化インジウム（１ｎｓｂ　）、テル
ル化カドミウム（ＣｄＴｅ　　）および硫化亜鉛（Ｚｎ
Ｓ）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の詳
細な説明したとは言え、前記特許請求の範囲によつ、で
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
業者にとって自明であろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は印加された電位の傾きに応答して半導体材料の
母体の内部を電気移動する液体金属包有物の概略断面図
、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
異なった２種の液体金属包有物の概略断面図、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９図はシリコン中を電気移動するｇ種の液体
金属包有物に関し電気移動方向および電気移動速度／電
流を電気−動温度に対してプロットした片対数グラフ、
第Ｓ図はシリコン中を電気移動する銀に富む液体金属包
有物に関し電気移動速度／電流を電気移動温度に対して
プロットした片対数グラフ、第４図はシリコン中を電気
移動すル一連の液体金−銀合金包有物に関し電気移動速
度／電流を合金組成に対してプロットしたグラフ、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
ットしたグラフ、第５図はＮ形半導体材料の母体中を電
気移動することによって再結晶したＰ形半導体材料の領
域を形成する液体金属包有物の概略断面図、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って再結
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糧の液体金属包有
物の概略断面図、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ってＰ形層中にＮ影
領域を形成する液体金属包有物の概略断面図、第１／図
は印加された電位の傾き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って再結晶したＰ形半
導体材料の領域を形成する液体金属包有物の概略断面図
、第１，２図は整流接合の形成によって引起こされる電
流分散現象を示す概略断面図、第１３図はショットキー
形の整流接合の形成を示す概略断面図、第１ｔ１図は真
性シリコンの導電率およびガリウムに富む液体金属包有
物の電気移動によっ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ットした片対数グラフ
、第１り図は薄膜電気移動技術を示す略図、そして第７
乙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
に対してプロットした片対数グラフである。 図中、１は液体金属包有物、２は単結晶半導体材料の母
体、３は陽極、４は陰極、γ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は液体金属包有物、３４および４
２は再結晶した単結晶半導体材料の領域、６０は液体金
属包有物、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、γ０は液体金属包有物、７２は単結晶半導体材料
の０体、ｒ６は再結晶した単結晶半導体材料の領域、８
０は基体、８２は薄膜、８４は界面、８５および８６は
接触部、そして８８は金属固体または液体金属包有物を
表わす。 一面の浄書（内容に変更なし） Ｅｈｌｌ　　　　　　　　　　、Ｆ〃テｔＥＩ巧ｊ芙３ Ｆフヲ、４　　　　　　　　　　　　ＦＴｔテ５ＦＴ？
５　　　　　　　　　　　Ｆ巧云斗７４−ｕｌ−！幻　
　　　　　　　　奮（原与％）＠　（、％Ｌ）Ｘ） Ｆ刀宍β　　　　　　　　　Ｆ万共１１Ｆ刀テＢ　　　
　　　　　　ＥＴテ１どＦ〃テ１３ 昭和　　年　　月　　日 特許庁長官　若杉和夫　殿 １、事件の表示 昭和５８年特許願第０７６０３８号 ２、発明の名称 電位の傾きの使用による液体金属包有物の移動方法３、
補正をづる者 事件との関係　　　　　　出願人 住　所　　アメリカ合衆国、１２３０５、ニューヨーク
州、スクネクタデイ、リバーロード、１番 名　称　　ゼネラル・エレクｌ〜リック・カンパニイ代
表者　　リームソン・ヘルツゴツト ４、代理人 イ］　所　　１０７東京都港区赤坂１丁目１４番１４号
第３５興和ビル　４階 日本ゼネラル・エレクトリック株式会社・極東特許部内
電話（５８８）５２００−５２０７ ５、補正命令の日付 昭和５８年　７　月　６　日 ６、補正の対象 明細書及び図面 ７、補正の内容 （１）　　　明細書の浄書（内容に変更なし）（２）　
　　図面の浄書（内容に変更なし）８、添付書類の目録

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ　単結晶半導体材料の母体中において電位の傾きの使
   用により１つ以上の液体金属包有物を移動させ、それに
   よって少なくとも前記母体の半導体材料の抵抗率と異な
   った抵抗率を有する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、（ａｌ
   前記１つ以上の液体金属包有物を陽極および陰極接触部
   の間に位置する前記母体中において１つ以上の経路に泪
   いながら移動させるだめの方向を決定し、（ｂｌ（１１
   前記母体の半導体材料中にＯＴ浴であり、（ｉ：ｌ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
   より低い融点を持った溶体を生成し、かつ（ｌｉｉｌ前
   記母体の半導体材料の仕事関数をφｈとした時、量（φ
   １−φｈ）の代数符号と前記１つ以上の液体金属包有物
   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φ１を有するという諸条件を満足す
   るように選ばれた制別からそれぞれ成る１つ以上の金属
   固体を前記母体に接触させて配置し、（Ｃ１前記陽極お
   よび陰極接触部を前記母体に付加し、（ｄｌ前記１つ以
   上の金属固体を融解して１つ以上の液体金属包有物を形
   成するのに十分であると同時に前記母体の全域にわたっ
   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、（ｅｌ前記陽極および陰極接触部の間に前
   記電位の傾きを設定し、次いで（ｆｌ前記電位の傾きの
   使用により前記１つ以上の液体金属包有物を前記母体中
   において前記経路に溢いながら移動させることによって
   、前記母体の半導体材料中におけるｔｑｌ　藺液体金属
   包有物の材料の固溶層限度までの量で前記液体金属包有
   物の材料をそれぞれ溶解しかつ少なくとも前記母体の半
   導体材料の抵抗率と異なった抵抗率をそれぞれ有する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
   する特許 ユ、＠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った導電形
   をも有する特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３、＠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。 ケ　前記加熱工程が外部熱源の使用によって達成される
   特許請求の範囲第１項記載の方法。 汐、　前記加熱工程がジュール熱の利用によって達成さ
   れる特許請求の範囲第１項記載の方法。 乙　前記加熱工程が外部熱源およびジーール熱の併用に
   よって達成される特許請求の範囲第７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より選ばれた／員である特
   許請求の範囲第１項記載の方法。 乙ホウ素、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ノリコン、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より
   選ばれた／員である特許請求の範囲第７項記載の方法。 ｎ　基体の表面の少なくとも一部分に浴って配置された
   単結晶半導体材料の母体薄膜中において電位の傾きの使
   用により１つ以上の液体金属包有物を移動させ、それに
   よって少なくとも前記母体薄膜の半導体材料の抵抗率と
   異なった抵抗率を有する７つ以上の再結晶した単結晶半
   導体利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つ以上の液体金属包有物を陽極および陰
   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
   上の経路に泪いながら移動させるだめの方向を決定し、
   （１））（ｉｌ前記母体薄膜の半導体材料中に５Ｔ爵で
   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（ｉｌｉｌ前記母体薄膜の半導体材料の
   仕事関数をφ１１とした時、量（φｌ−φｈ）の代数符
   号とｍ１記１つ以上の液体金属包有物が移動して接近す
   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、（Ｃ１前記陽極および陰極接触
   部を前記母体薄膜に付加し、（ｄｌ前記１つ以上の金属
   固体を融解して１つ以上の液体金属包有物を形成するの
   に十分であると同時に前記母体薄膜の全域にわたって実
   質的に一定から一様であるような高温に前記母体薄膜を
   加熱し、（ｅ）前記陽極および陰極接触部の間に前記電
   位の傾きを設定し、次いで（ｆｌ前記電位の傾きの使用
   により前記７つ以上の液体金属包有物を前記母体薄膜中
   において前記経路に沼いながら移動させることによって
   、前記母体薄膜の半導体材料中における前記液体金属包
   有物の材料の固溶解限度までの量で前記液体金属包有物
   の材料をそれぞれ溶解しかつ少なくとも前記母体薄膜の
   半導体材料の抵抗率と異なった抵抗率をそれぞれイ１す
   る７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。 ／／　前記再結晶した単結晶半導体利料領域の少なくと
   も７つが前記母体薄膜の半導体材料の導電形と異なった
   導電形をも有する特許請求の範囲第１０項記載の方法。 ７．２　前記加熱工程が外部熱源の使用によって達成さ
   れる特許請求の範囲第７０項記載の方法５゜／３．　　
   前記加熱工程がジュール熱の利用によって達成される特
   許請求の範囲第１０項記載の方法。 ／り　前記加熱工程が外部熱源およびジ・−ル熱の併用
   によって達成される特許請求の範ｍ１第７０項記載の方
   法。 ／左　前記基体の材料が銅、ザファイア、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よ
   り選ばれた／員である特許請求の範囲第７０項記載の方
   法。 ／乙　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
   群より選ばれた／員である特許請求の範囲第７０項記載
   の方法。 ／７　二酸化シリコン、アルミナおよびダイヤモンドか
   ら成る群より選ばれた／員によっ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。 ７ｇ　前記７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より選ばれた／員である
   特許請求の範囲第７０項記載の方法。 ／９．　　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７つ以上の金属
   固体の中に含有されて℃・る特許請求の範囲第１ｇ項記
   載の方法。 Ｊ　基体の表面の少なくとも一部分に沿って配電位の傾
   きの使用により７つ以上の液体金属包有物を移動させ、
   それによって少なくとも前記母体薄膜の半導体材料の抵
   抗率と異なった抵抗率を有する７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、（ａｔ前記７つ以上の液体金属包有物を陽極お
   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
   ７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、（１）＋（＋１前記母体薄膜の半導体材料中に可
   溶であり、（１り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し・融点を持った
   溶体を生成し、かつ（１１り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−φ１１）の代数
   符号と前記７つ以上の液体金属包有物が移動して接近す
   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φ１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７つ以上の金属固体を前記母体薄
   膜に接触させて配置し、（ｃｌ前記陽極および陰極接触
   部を前記母体薄膜に付加し、（ｄｌ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７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って
   広がる７つ以上の液体金属包有物を形成し、軸）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の傾きを設定し、次
   いで（ｆｌ前記電位の傾きの使用により前記７つ以上の
   液体金属包有物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って、前記母体薄膜の半導
   体材料中における前記液体金属包有物の材料の固溶解限
   度までの量で前記液体金属包有物の材料をそれぞれ溶解
   しかつ少なくとも前記母体薄膜の半導体利料の抵抗率と
   異なった抵抗率をそれぞれ有する７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。 、２／　　前記再結晶した単結晶半導体材料領域の少な
   くとも７つが前記母体薄膜の半導体材料の導電形と異な
   った導電形をも有する特許請求の範囲第２θ項記載の方
   法。 、２．２　　前記基体の材料が銅、サファイア、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
   る群より選ばれた／員である特許ｄ１１求の範囲第、２
   ０項記載の方法。 、２．３．　　前記母体薄膜の半導体材料が／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
   から成る群より選ばれた／員である特許請求の範囲第２
   ０項記載の方法。 、２ダ　　ニ酸化ノリコン、アルミナおよびダイヤモン
   ドから成る群より選ばれた／員によって構成された薄い
   絶縁膜が前記基体と前記母体薄膜との間の界面に配置室
   される特許請求の範囲第２θ項記載の方法。 ２ｋ　　前記７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より選ばれた／員であ
   る特許請求の範囲第２０項記載の方法。 λ乙　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７つ以上の金属固体
   中に追加包含される特許請求の範囲第２０項記載の方法
   。