DE68912638T2

DE68912638T2 - Verfahren zur Herstellung einer Kristallschicht auf einem Substrat.

Info

Publication number: DE68912638T2
Application number: DE68912638T
Authority: DE
Inventors: Kenji No Saginuma Tab Yamagata
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1988-03-27
Filing date: 1989-03-23
Publication date: 1994-06-16
Anticipated expiration: 2009-03-24
Also published as: AU631117B2; JP2670453B2; JPH021115A; AU3175689A; EP0339793B1; EP0339793A1; DE68912638D1; US5653802A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung eines Kristalls, insbesondere ein Verfahren zur Bildung eines Kristalls unter Nutzbarmachung des Unterschieds in der Dichte der Kristallkeimbildung (ΔND).
Die Erfindung kann geeigneterweise zur Bildung von, zum Beispiel, Kristallen, wie Einkristallen, Polykristallen und ähnlichem herangezogen werden, die bevorzugt für funktionelle Vorrichtungen, wie elektronische Vorrichtungen, optische Vorrichtungen, magnetische Vorrichtungen, piezoelektrische Vorrichtungen oder akustische Oberflächenvorrichtungen aus integrierten Halbteiterschaltkreisen, optischen integrierten Schaltkreisen, magnetischen Schaltkreisen und ähnlichem, verwendet werden.

Verwandter Stand dem Technik

Im Stand der Technik wurden einkristalline Dünnfilme, die für funktionelle Vorrichtungen unter Nutzung von Halbleitermaterialien, wie beispielsweise elektronische Halbleitervorrichtungen, optische Vorrichtungen und ähnliches, verwendet werden sollten, durch epitaxiales Aufwachsen auf ein einkristallines Substrat bzw. einen Träger gebildet. Zum Beispiel ist bekannt, daß Si, Ge, GaAs und ähnliches epitaxial aus der flüssigen, gasförmigen oder festen Phase auf einem einkristallinen Si-Träger (Siliziumwafer) aufwachsen gelassen wurde. Es ist ebenfalls bekannt, daß Einkristalle aus GaAs, GaAlAs und ähnlichem epitaktisch auf einem einkristallinen GaAs-Träger aufwachsen gelassen wurden. Unter Verwendung des so gebildeten kristallinen Halbleiter-Dünnfilms werden Halbleitervorrichtungen und integrierte Schaltkreise, oder Emissionsvorrichtungen, wie Halbleiter-Laser oder LED, hergestellt.
Es wurden in den vergangenen Jahren ebenfalls überreichlich Forschungen und Entwicklungen bezüglich eines überschnellen Transistors unter Verwendung eines zweidimensionalen Elektronengases, einer Überstrukturvorrichtung unter Nutzung einer Quantenmulde und ähnliches getätigt, wobei dies durch ein äußerst genaues epitaxiales Verfahren, wie MBE (Molekularstrahlepitaxie), MOCVD (metallorganisch-chemische Abscheidung aus der Gasphase) unter Anwendung eines Ultrahochvakuums möglich gemacht wurde.
Für solch ein epitaxiales Aufwachsen auf einen einkristallinen Träger ist es erforderlich, die Gitterkonstante und den Koeffizienten der thermischen Ausdehnung zwischen dem einkristallinen Material des Trägers und einer epitaxialen Wachstumsschicht aneinander anzupassen. Wenn diese Anpassung nicht ausreicht, kommt es in der epitaxialen Schicht zum Auftreten von Gitterfehlern. Die Elemente, die den Träger aufbauen, können auch manchmal in die epitaxiale Schicht diffundiert werden.
So wird verständlich, daß das Verfahren zur Bildung eines einkristallinen Halbleiter-Dünnfilms gemäß dem epitaxialem Aufwachsen im Stand der Technik zum großen Teil vom Trägermaterial abhängt. Mathews et al untersuchten die Kombinationen von Trägermaterialien und epitaxialen Wachstumsschichten (EPITAXIAL GROWTH, Academic Press, New York, 1975, herausgegeben von J W. Mathews).
Die Größe des Trägers liegt außerdem im Falle des Si- Wafers im Hinblick auf Produktivität und einem geringen Kostenaufwand gegenwärtig bei ungefähr 15 cm (6 Inch) und eine Vergrößerung des GaAS-Träger und des Saphirträgers läßt weiter auf sich warten. Außerdem erhöhen sich, da die Herstellungskosten für einen einkristallinen Träger hoch sind, die Kosten pro Chip.
Deshalb trat bei der Bildung einer einkristallinen Schicht von guter Qualität nach dem Verfahren vom Stand der Technik, die geeignet ist, eine Vorrichtung mit ausgezeichneten Eigenschaften zu bilden, das Problem auf, daß die Arten des Trägermaterials auf einen äußerst schmalen Bereich beschränkt sind.
Auf der anderen Seite wurden in den vergangenen Jahren beträchtliche Forschungen und Entwicklungen bezüglich dreidimensionaler integrierter Schaltkreise betrieben, die durch Laminierung von Halbleiter-Vorrichtungen in der Richtung der Normalen des Trägers gebildet wurden, um einen höher integrierten und höher funktionellen Zustand zu erreichen. Forschungen und Entwicklungen werden in beträchtlichem Umfang auch Jahr für Jahr bei den Halbleitervorrichtungen mit großer Flächenausdehnung betrieben, bei denen die Grundbestandteile auf einem billigen Glas angeordnet sind, wie bei den Solarbatterien und den mit Schalttransistoren versehenen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen.
Gemeinsam ist beiden, daß sie Verfahren erfordern, in denen ein Halbleiter-Dünnfilm auf einem amorphen, isolierenden Material gebildet wird, und daß dort eine elektronische Vorrichtung, wie ein Transistor, gebildet wird. Insbesondere wird dabei nach einem Verfahren gesucht bei dem ein ein kristalliner Halbleiter von hoher Qualität auf einem amorphen, isolierenden Material gebildet wird.
Im allgemeinen kann, wenn ein Dünnfilm auf einem amorphen, isolierenden Material, wie SiO&sub2; und ähnlichem, abgeschieden wird, wegen mangelnder Fernordnung des Trägermaterials die Kristallstruktur des abgeschiedenen Films amorph oder unkontrolliert polykristallin werden. Der amorphe Film bezieht sich hier auf einen Film, der sich in einem Zustand befindet, in dem die Nahordnung, sich bis zu den nächstebenachbarten Atomen erstreckend, beibehalten wird, aber darüberhinaus keine Fernordnung auftritt, und der polykristalline Film bezieht sich auf einem Film, der aus einer Ansammlung einkristalliner Körnchen besteht, die keine bestimmte Kristallrichtung aufweisen und durch Korngrenzen getrennt sind.
Wenn zum Beispiel Si auf SiO&sub2; mittels des CVD- Verfahrens gebildet wird, wird, wenn die Abscheidungstemperatur bei 600ºC oder tiefer liegt, ein amorpher Siliziumfilm gebildet, während bei einer Temperatur, die höher als diese liegt, Polykristallines Silizium mit einer Korngrößenverteilung von einigen 10 nm (100 Å) bis einigen 100 nm (1000 Å) gebildet wird. Die Korngrößen und ihre Verteilung werden jedoch stark vom Herstellungsverfahren abhängen.
Ferner wurde ein polykristalliner Dünnfilm mit großen Korngrößen, von einem Mikrometer bis zu einem Millimeter, durch Schmelzen und Erstarren eines amorphen oder polykristallinen Films mittels eines Energiestrahls, wie Laser, einer stabförmigen Heizvorrichtung, und ähnlichem, erhalten (Single-Crystal silicon on non-single-crystal insulators, Journal of crystal Growth vol. 63, No. 3, October, 1983, herausgegeben von G. W. Cullen).
Wenn ein Transistor auf dem Dünnfilm mit der jeweils so gebildeten Kristallstruktur gebildet wird, und von den Betriebseigenschaften des Transistors die Elektronenbeweglichkeit gemessen wird, wird für amorphes Silizium eine Beweglichkeit von ca. 0,1 cm²/V sec, für einen polykristallinen Siliziumfilm mit einer durchschnittlichen Korngröße von einigen 10 nm (100 Å) eine Beweglichkeit von 1 bis 10 cm²/V sec und für einen polykristallinen Siliziumfilm mit durch Schmelzen und Erstarren gebildeten vergrößerten Korngrößen ein Wert, der das gleiche Ausmaß wie im Falle eines einkristallinen Siliziumfilms aufweist, erhalten.
Aus diesen Ergebnissen wird verständlich, daß es einen großen Unterschied in den elektrischen Eigenschaften zwischen einer in dem einkristallinen Bereich innerhalb des Kristallkorns gebildeten Vorrichtung und der Vorrichrung gibt, die unter Überbrückung der Kristallgrenzen gebildet wurde. Mit anderen Worten, der auf dem amorphen Material abgeschiedene Film, der nach dem Stand der Technik erhalten wurde, nimmt eine amorphe oder polykristalline Struktur mit einer Verteilung der Korngröße an, und die in solch einem abgeschiedenen Film gebildete Halbleiter-Vorrichtung ist im Vergleich mit der in dem einkristallinen Film gebildeten Halbleiter-Vorrichtung dieser in ihrem Leistungsverhalten stark unterlegen. Aus diesem Grund beschränkt sich ihre Anwendbarkeit auf einfache Schaltelemente, für die keine besonderen Eigenschaften erforderlich sind, Solarbatterien, photoelektrische Wandlerelemente und ähnliches, für die kein hoher Wirkungsgrad der Umwandlung erforderlich ist.
Auch wies das Verfahren zur Bildung eines polykristallinen Dünnfilms mit großen Korngrößen mittels Schmelzens und Erstarrens das Problem auf, daß ein enormer Zeitaufwand zur Vergrößerung der Korngrenze erforderlich ist. Die Produktivität ist schlecht, weil für jeden Wafer ein amorpher oder einkristalliner-Dünnfilm mit einem Energiestrahl überstrichen wird, und das Verfahren eignet sich nicht für eine großflächige Herstellung.
Innerhalb des so gebildeten polykristallinen Films tritt ebenfalls eine große Zahl an zufälligen Korngrenzen auf, die dafür verantwortlich sind, daß keine Vorrichtung mit guten Eigenschaften erhalten wird, wenn eine Halbleitervorrichtung unter Verwendung des polykristallinen Films hergestellt wird. Deshalb besteht ein starkes Bedürfnis nach einem Verfahren, das einen Einkristall mit großer Einkristallinität oder einen Polykristall mit geregelter Korngrenzenposition einfach und mit geringen Kosten, sogar auf einem amorphen Film, zu bilden vermag.
Entsprechend wurde von dem Anmelder die veröffentlichte Europäische Patentanmeldung Nr. 244081 vorgeschlagen, die ein Verfahren zur Bereitstellung eines einkristallinen Films, der keine Korngrenzen aufweist, einen in Bezug auf die Korngröße oder die Position der Korngrenzen geregelten Polykristall und ähnliches, ohne Einschränkung des Grundmaterials zur Bildung des Kristalls, zum Beispiel ohne Beschränkung des Materials, der chemischen Zusammensetzung, Größe usw. des Trägers, beschreibt.
Die vorstehende, veröffentlichte Europäische Patentanmeldung Nr. 244081 betrifft eine selektive Kristallkeimbildung unter Nutzung des Unterschieds in der Dichte der Kristallkeimbildung (ΔND) zwischen zwei Materialarten mit unterschiedlichen Kristallkeimbildungsdichten (ND), wobei die Kristallkeimbildungsdichte vom Ort der Abscheidungsoberfläche und vom Abscheidungsmaterial (z.B. Si) abhängt. Deshalb kann, wenn der Unterschied in der Kristallkeimbildungsdichte (ΔND) zwischen zwei Arten von Materialien größer ist, praktischerweise eine bessere Selektivität für die selektive Kristallkeimbildung erhalten werden.
Die technische Bedeutung der Worte "Kristallkeim", "Kristallkeimbildungs-Oberfläche", wie sie in der veröffentlichten Beschreibung und der vorliegenden Anmeldung erwähnt werden, ist folgende:
"Kristallkeimbildungs-Oberfläche" bezieht sich auf eine künstliche Oberfläche eines feinen Bereichs des Trägers, der einer Kristallwachstumsbehandlung zur Bildung eines stabilen Kristallkeims unterworfen wird, und die das Wachstum eines Einkristalls aus einem einzelnen Kristallkeim gestattet. Sie ist aus einem Material mit einer großen Dichte der Kristallkeimbildung gebildet.
"Nicht-Kristallkeimbildungs-Oberfläche" bezieht sich auf eine Oberfläche eines Bereichs des Trägers, der einer Kristallwachstumsbehandlung unterzogen wird, die kein Kristallwachstum gestattet, sogar wenn ein Kristallkeim erzeugt wird, und die im wesentlichen die Gesamtoberfläche mindestens einer Oberfläche des Trägers bedeckt. Sie ist aus einem Material mit einer kleinen Dichte der Kristallkeimbildung gebildet.
Dies sei beispielsweise unter Bezugnahme auf Fig. beschrieben: Wenn SiO&sub2; als Material zur Bildung der Nicht- Keimbildungsoberfläche und Si&sub3;N&sub4; als Material zur Bildung der Keimbildungsoberfläche verwendet wird, so beträgt der Unterschied in der Kristallkeimbildungsdichte (ΔND) zwischen den beiden in Bezug auf das Si das 10²-fache, wie anhand dem Graphik festgestellt werden kann. Unter Verwendung von Materialien mit einem solch großem Unterschied in der Kristallkeimbildungsdichte (ΔND) ist im wesentlichen eine gute selektive Kristallkeimbildung möglich, aber es kann manchmal zur Bildung eines Kristallkeims nicht nur auf der auf den gewünschten Bereich des Trägers angeordneten Kristallkeimbildungsoberfläche kommen, sondern auch auf der Nicht- Kristallkeimbildungsoberfläche (Unerwünschte bzw. Irrtums- Kristallkeimbildung). Wenn die gesamte Dichte der Kristallkeimbildung (ND) zum Beispiel durch eine Erhöhung der zur Hemmung solch eines unerwünschten Kristallkeims zugegebenen HCl-Menge zu sehr erniedrigt wird, kann es zur Erscheinung kommen, daß auf der Si&sub3;N&sub4;-Oberfläche, die die Kristallkeimbildungsoberfläche darstellt, keine Kristallkeime bilden, wodurch die Ausbeute erniedrigt wird.
Entsprechend sei nun der Fall beschrieben, bei dem, jeweils SiO&sub2; für die Nicht-Kristallkeimbildungsoberfläche und mit Si-Ionen dotiertes SiO&sub2; für die Kristallkeimbildungsoberfläche verwendet wird, wobei, wie in Fig. 1 gezeigt, eine der Kristallkeimbildungsoberflächen, in die Si-Ionen mit einer Dosis von 2 x 10¹&sup6; cm&supmin;² in das SiO&sub2; implantiert wurden, gegenüber dem SiO&sub2; einen Unterschied in der Dichte der Kristallkeimbildung (ΔND) vom ungefähr 10³-fachen aufweist, und wobei mittels einer größeren Dosis ein äußerst großer Unterschied der Dichte der Kristallkeimbildung (ΔND) erzeugt werden kann. Deshalb werden, selbst wenn die gesamte Dichte der Kristallkeimbildung (ND) durch Steuerung der zugegebenen HCl-Menge erniedrigt wird, auf der Kristallkeimbildungsoberfläche mit guter Ausbeute Kristallkeime erzeugt, um aus ihnen durch Wachsenlassen von jeweils einem einzelnen Kristallkeim Einkristalle zu bilden, und wobei auch die Entstehung eines unerwünschten Kristallkeims auf der Nicht- Kristallkeimbildungsoberfläche in ausreichender Weise gehemmt wird, wodurch die Bildung eines Kristalls auf der Nicht- Keimbildungsoberfläche verhindert werden kann. So wird verständlich, daß das vorstehende "Ionen-Implantationsverfahren" (nachstehend als I/I-Verfahren geschrieben) eine sehr wirksame Möglichkeit für ein selektives Kristallkeimbildungsverfahren darstellt.
Wenn das I/I-Verfahren praktisch durchgeführt wird, traten in einigen Fällen jedoch die nachstehenden Unannehmlichkeiten auf. Sie werden unter Bezugnahme auf die Fig. 2A bis 2C beschrieben. Zunächst ist es, um Ionen in einem feinem Kristallkeimbildungsbereich zu implantieren, erforderlich, die gesamte Nicht-Kristallkeimbildungsoberfläche mit einer Abdeckung zu bedecken, die ein offenes Fenster an dem vorstehend erwähnten feinen Kristallkeimbildungsbereich aufweist, wobei die Si-Ionen in dem gesamten Bereich, einschließlich der Kristallkeimbildungsoberfläche und der Nicht- Kristallkeimbildungsoberfläche (Oberfläche der Abdeckung) implantiert werden (Fig. 2A). Dann wird die Abdeckung unter Verwendung eines organischen Lösungsmittels und ähnlichem (Fig. 2B) entfernt. Obwohl nur Si-Ionen implantiert wurden, bleibt zu dieser Zeit in einigen Fällen etwas zurück, das aus denaturierter Abdeckung zu bestehen scheint. Das vorstehende denaturierte Produkt wurde gemäß den Experimenten des Erfinders manchmal erzeugt, wenn Si-Ionen mit einer Dosis von 3 x 10¹&sup6; cm&supmin;² oder größer implantiert wurden. Das denaturierte Produkt enthielt als Ergebnis einer Analyse der Oberfläche Kohlenstoff, und es darf angenommen werden, daß er beispielsweise in Form von SiC zurückblieb. Das vorstehende denaturierte Produkt ist eine Substanz mit einer sehr hohen Dichte der Kristallkeimbildung, und wenn eine selektive Kristallkeimbildung erfolgt, so wurde ebenfalls gefunden, daß manchmal ein unerwünschter Kristallkeim mit dem denaturierten Produkt als Zentrum gebildet wird und zu einem Kristall heranwächst.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Das vorliegende Abscheidungsverfahren zur Herstellung eines oder mehrerer Einkristalle eines kristallbildenden Materials auf der Oberfläche eines Trägers ist eine Weiterentwicklung des in EP-A-0 244 081 beschriebenen Verfahrens und umfaßt gemeinsam mit diesem Verfahren folgendes:
Errichtung einer oder mehrerer Abscheidungsoberflächen auf einer freien Oberfläche des Trägers, die unter den gewählten Abscheidungsbedingungen die Eigenschaft aufweisen, eine Kristallkeimbildung des kristallbildenden Materials mit einer höheren Kristallkeimbildungsdichte als die der benachbarten Abscheidungsoberfläche zu veranlassen, wobei die eine oder jede der mehreren Abscheidungsoberflächen in der Größe so beschränkt sind, daß während eines Anfangsstadiums der Abscheidung jede die Bildung nur eines einzelnen Kristallkeims des kristallbildenden Material unterstützt,
Abscheidung des kristallbildenden Materials auf der ungeschützten (exposed) freien Oberfläche des Trägers unter den ausgewählten Abscheidungsbedingungen, wobei diese Bedingungen von der Art sind, daß das kristallbildende Material selektiv auf der einen oder den mehreren Abscheidungsoberflächen Kristallkeime und zwar auf jeder einen einzelnen Kristallkeim bildet, und Wachsenlassen eines Einkristalls aus jedem einzelnen Kristallkeim bei weiterer Abscheidung des kristallbildenden Materials.
In Einklang mit der vorliegenden Erfindung ist das vorliegende Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß
die eine oder mehreren Abscheidungsoberflächen und die angrenzende Abscheidungsoberfläche der freien Oberfläche des Trägers folgendermaßen hergestellt werden:
durch Implantieren von Ionen in den Träger, um die entsprechenden Eigenschaften des Trägermaterials an einer ungeschützten Oberfläche des Trägers und in einer vorgegebenen Tiefe unterhalb der ungeschützten Oberfläche so zu differenzieren, daß die Eigenschaft einer Oberfläche des Materials in der vorgegebenen Tiefe darin besteht, das kristallbildende Material mit einer höheren Kristallkeimbildungsdichte zur Kristallkeimbildung zu veranlassen; und
Ätzen des Trägers unter Herstellung einer oder mehrerer Vertiefungen, die bis in die vorgegebene Tiefe reichen, um so die entsprechende eine oder mehreren Abscheidungsoberflächen des Trägers freizulegen.
In dem vorliegenden Verfahren wird die freie Oberfläche des Trägers durch aufeinanderfolgende Schritte der Ionenimplantation und der Ätzung hergestellt. Als solches ist es nicht auf die Verwendung einer gemusterten Abdeck-Maske angewiesen, und da den energiereichen Ionen keine Maske ausgesetzt ist, wird das vorstehend diskutierte Problem der Kristallkeimbildung an Stellen der denaturierten Abdeckung überflüssig.
Es sei übrigens die Französische Patentanmeldung FR-A- 2 588 416 erwähnt. In diesem Dokument wird ein Filmbildungsverfahren beschrieben, in dem das filmbildende Material selektiv auf die entsprechend beabstandeten Stellen der Kristallkeimbildung abgeschieden wird. Solche Stellen werden durch eine Ionenimplantation hergestellt, bei der nur ausgewählte Bereiche der ebenen Oberfläche des Trägers der Ionenbestrahlung ausgesetzt sind. Es wird als Beispiel die seichte bzw. flache Ionenimplantation von Silizium in ein Trägermaterial aus Siliziumoxid angeführt. Die Oberflächendifferenzierung hängt dabei nicht, wie in der vorliegenden Erfindung, von einer Kombination aus Implantations- und Ätzverfahren ab. Noch wird beschrieben, daß der Flächenbereich der Kristallkeimbildung so begrenzt ist, daß sich auf jeder Stelle nur ein einzelner Kristallkeim bildet.
Die in der Erfindung angewandten implantierten Ionen können von der Art sein, daß sie die Kristallkeimbildungseigenschaft des Trägermaterials verändern, um so die Dichte der Kristallkeimbildung zu erhöhen. In solch einem Fall werden Ionen bis zu einer Tiefe implantiert, die nicht weniger als als 10 nm (100 Å) und nicht mehr als 110 nm (1100 Å ) beträgt und die Ätzung erfolgt bis in eine Tiefe, die im wesentlichen dem Projektions- bzw. Übertragungsbereich der implantierten Ionen entspricht.
Vorteilhafterweise werden die Ionen mittels sich wiederholender Dosen implantiert, jede Dosis unter einer unterschiedlichen Beschleunigungsspannung. Durch eine geeignete Auswahl der entsprechenden Spannungen kann das Ionendichteprofil über einen ausgedehnten Tiefenbereich unterhalb der freien Oberfläche des Substrats im wesentlichen maximalen gemacht werden oder in die Nähe des Maximums gebracht werden. In diesem Fall ist die Ätztiefe dann weniger kritisch.
Wo die Abscheidung des kristallbildenden Materials aus der Gasphase erfolgt, kann in der Gasphase ein Ätzgas, wie beispielsweise Chlorwasserstoff, eingeschlossen sein, um ferner die Hemmung der Kristallkeimbildung auf der angrenzenden Abscheidungsoberfläche zu vergrößern.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Graphik, die die Unterschiede der Dichte der Si-Kristallkeimbildung auf jedem Material zeigt;
Fig. 2A - 2C sind Diagramme, die das Problem des verbleibenden denaturierten Abdeckungsprodukts veranschaulichen, wenn die Abdeckung einer Ionenimplantation ausgesetzt ist, Fig. 3A - 3C sind schematische Darstellungen der Ausführungsformen der Erfindung,
Fig. 4 ist ein Tiefenprofil der Konzentration der implantierten Ionen, wenn die Ionen in den Träger implantiert werden,
Fig. 5 zeigt die Beziehung zwischen der Dichte der Si- Atome auf der Siliziumoxidoberfläche (SiOx) und der Dichte der Si-Kristallkeimbildung, und
Fig. 6 ist ein Tiefenprofil der Dichte der implantierten Ionen, wenn die Ionen in mehrfachen Schritten in den Trager implantiert werden.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Es werden nun Ausführungsformen der Erfindung beschrieben und Bezug auf die Zeichnungen genommen. Die nachstehende Beschreibung wird nur als Beispiel gegeben.
Zunächst zeigt Fig. 3 ein Beispiel, in dem die gesamte SiO&sub2;-Oberfläche eines Trägers, der eine amorphen SiO&sub2;-Oberfläche aufweist, mittels einer Ionen-Implantiervorrichtung mit Si-Ionen dotiert wird. Die in den vorstehenden Träger implantierten Si-Ionen zeigen durch die während der Ionenimplantation an die Ionen angelegte Beschleunigungsspannung ein besonderes Dichteprofil (der implantierten Ionen). Zu dieser Zeit wird die Tiefe, bei der die Atomdichte der implantierten Atome innerhalb des Verteilungsbereichs am höchsten ist, als Übertragungsbereich angezeigt: nachstehend als P.R. bezeichnet.
Als nächstes zeigt Fig. 3B ein Beispiel, in dem der ausreichend feine Bereich der Einwirkung einer Behandlung, wie Trockenätzung, Naßätzung und ähnlichem bis in die Nähe der Tiefe von P.R. unterzogen wird, wodurch die Oberfläche mit einer größeren Dichte der Kristallkeimbildung als die der Trägeroberfläche freigelegt wird. Die Tiefe dieser Freilegungsbehandlung kann mittels der nachstehend gezeigten Rechenformeln bestimmt werden. Die durch die Freilegungsbehandlung zu dieser Zeit freigelegte Oberfläche wird zur Kristallkeimbildungsoberfläche, und die SiO&sub2;-Oberfläche, auf die keine wie vorstehend erwähnte Freilegungsbehandlung angewandt wurde, wird zur Nicht-Kristallkeimbildungsoberfläche.
Als nächstes zeigt Fig. 3C ein Beispiel, in dem die Abscheidung unter Anwendung selektiver Abscheidungsbedingungen durchgeführt wird, um nur einen innerhalb der Kristallkeimbildungsoberfläche gebildeten Kristallkeim zu erzeugen.
Die Beispiele für die Implantation von Si-Ionen in den Träger mit einer amorphen SiO&sub2;-Oberfläche, die in den Fig. 3A - 3C gezeigt sind, sind Beispiele von Ionen, die die Dichte der Kristallkeimbildung mittels Ionenimplantation erhöhen. Als anderes Beispiel wird nachstehend eine Beispiel eines Ions beschrieben, das die Dichte der Kristallkeimbildung durch Ionenimplantation verringert.
Zum Beispiel werden Sauerstoffionen flach auf der Gesamtoberfläche eines Trägers mit einer Siliziumnitridoberfläche mittels einer niedrigen Beschleunigungsspannung implantiert.
Durch die so getätigte Verringerung der Dichte der Kristallkeimbildung kommt es zur Bildung einer Nicht-Kristallkeimbildungsoberfläche auf der oberen Trägeroberfläche.
Danach wird ein ausreichend feiner Bereich, der die gewünschte Position auf der vorstehenden Nicht-Kristallkeimbildungsoberfläche darstellt, einer Freilegungsbehandlung, wie einer Naßätzung oder einer Trockenätzung über die Tiefe von P.R. hinaus unterzogen, wodurch er eine Oberfläche mit einer größeren Kristallkeimbildungsdichte als die der ungeschützten Trägeroberfläche aufweist, um so einen Träger mit der vorstehenden Nicht-Kristallkeimbildungsoberfläche und der Kristallkeimbildungsoberfläche zu bilden.
Danach wird auf den vorstehenden Träger eine Kristallwachstumsbehandlung angewandt, um einem Einkristall das Wachstum auf der vorstehenden Kristallkeimbildungsoberfläche zu ermöglichen.
Die Ionenimplantationsbedingungen und ähnliches werden nachstehend im Detail beschrieben.
Wie vorstehend ebenfalls beschrieben wurde, weist das Verfahren der Veränderung der Kristallkeimbildungsdichte durch Ionenimplantation in die Trägeroberfläche, die zur Nicht- Kristallkeimbildungsoberfläche wird, die Vorteile auf, daß der Unterschied in der Dichte der Kristallkeimbildung (ΔND) sehr groß gemacht werden kann und daß der Unterschied der Kristallkeimbildung (ΔND) durch Steuerung der Dosis der implantierten Ionen gesteuert werden kann. Es ist hier, um eine selektive Kristallkeimbildung durchzuführen, wünschenswert, einen Unterschied in der Kristallkeimbildungsdichte (ΔND) zwischen der Kristallkeimbildungsoberfläche und der Nicht-Kristallkeimbildungsoberfläche um das 10²-fache oder mehr herzustellen. Wenn eine selektive Kristallkeimbildung mit guter Selektivität durchgeführt wird, kann der Unterschied in der Dichte der Kristallkeimbildung (ΔND) bevorzugter das 10³ bis 10&sup6;-fache betragen. Im Falle von ND(Si&sub3;N&sub4;)/ND(SiO&sub2;) beträgt der Unterschied in der Dichte der Kristallkeimbildung (ΔND) ungefähr das 10²-fache oder mehr, und es kann sogar unter solchen Bedingungen eine ausreichend selektive Kristallkeimbildung möglich sein, wobei aber die Erzeugung eines unerwünschten Kristallkeims in solchen Fällen nicht vollständig verhindert werden kann.
Bei der Durchführung einer selektiven Kristallkeimbildung, zur Verringerung der Erzeugung von unerwünschten Kristallkeimen und zur Verhinderung der Bildung eines Kristalls auf der Nicht-Kristallkeimbildungsoberfläche, sogar unter einem breiten Bereich an Bedingungen, kann der Unterschied in der Kristallkeimbildungsdichte (ΔND) bevorzugt das 10³fache oder mehr betragen; aber beim gegenteiligen Fall, wenn der Unterschied in der Kristallkeimbildung (ΔND) zu groß ist, wird es notwendig, eine Verfahrensweise anzuwenden, wie beispielsweise die Erniedrigung der gesamten Dichte der Kristallkeimbildung durch Zustrom einer großen Menge an zugefügten Chlorwasserstoffgas zur Unterdrückung der Kristallkeimbildungsdichte, um so einen Einkristall aus nur einem Kristallkeim auf der Kristallkeimbildungsoberfläche wachsen zu lassen. Dann wird die Wachstumsgeschwindigkeit des Kristallkeims sehr langsam sein und es eine lange Zeit erfordern, bis ein Kristall mit gewünschter Größe erhalten werden kann, oder die Menge des verbrauchten Gases wird groß, weshalb die praktische Obergrenze des Unterschieds in der Dichte der Kristallkeimbildung (ΔND) geeigneterweise ungefähr das 10&sup6;-fache betragen kann.
In den Ausführungsbeispielen der Erfindung können als Material für die Trägeroberfläche, in die die Ionen implantiert werden, zum Beispiel isolierende amorphe Materialien, wie amorphes Siliziumoxid, amorphes Siliziumnitrid, amorphes Siliziumoxynitrid und ähnliches verwendet werden.
Als die in die Trägeroberfläche zu implantierende Ionenart, die sich auch in Abhängigkeit von der Art des zu bildenden Kristalls unterscheiden kann, können in der Erfindung zum Beispiel auch Ionen eingeschlossen sein, die die Dichte der Kristallkeimbildung der Trägeroberfläche relativ zu den zu bildenden Kristall verändern, wie Si, Ga, As oder O.
Danach wird die Implantationstiefe der Ionen beschrieben. Es kann eine Tiefe festgelegt werden, die auf stabile Weise mittels der verwendeten Ionen-Implantationsvorrichtung implantiert werden kann. In diesem Zusammenhang wird der P.R. der implantierten Ionen nicht durch die Dosis festgelegt, sondern nur durch die Beschleunigungsspannung der Ionen.
Die Tiefe der Ionenimplantation kann hier wünschenswerterweise einen P.R. von 10 nm (100 Å) bis (1100 Å) umfassen. Wenn die Tiefe von P.R. kleiner als 10 nm (100 Å) ist, tritt, da der Wert δ klein wird, eine Tendenz auf, daß beim Implantieren von Ionen, die die Dichte der Kristallkeimbildung erhöhen, der Unterschied in der Dichte der Kristallkeimbildung (ΔND) zwischen der Nicht-Kristallkeimbildungsoberfläche der Trägeroberfläche und der durch die Freilegungsbehandlung freigelegten Kristallkeimbildungsoberfläche nicht in ausreichendem Maß hergestellt werden kann. Wenn die Ionen bis zu einer Tiefe von weniger als 10 nm (100 Å) implantiert werden, beträgt die Ionenbeschleunigungsspannung auch weniger als 10 KeV und die Ionen könen im allgemeinen nicht stabil implantiert werden. Wenn andererseits P.R. 110 nm (1100 Å) überschreitet, erfordert die Freilegungsbehandlung lange Zeit, und auch die implantierten Ionen weisen eine hohe Energie auf, wodurch es leicht zu Beschädigungen der Trägeroberfläche kommt.
Folglich kann unter Annahme eines Unterschieds in der Dichte der Kristallkeimbildung (ΔND) zwischen der Kristallkeimbildungsoberfläche und der Nicht-Kristallkeimbildungsoberfläche innerhalb des vorstehend spezifizierten Bereichs, um eine selektive Kristallkeimbildung mit guter Selektivität auszuführen, die Dosis der in die Trägeroberfläche zu implantierenden Ionen bevorzugt 1 x 10¹&sup6; cm&supmin;² bis 1 x 10¹&sup7; cm&supmin;² betragen. Es kann bevorzugter sein, die Ionen auf 1,5 x 10¹&sup6; cm&supmin;² bis 8 x 10¹&sup6; cm&supmin;², optimalerweise auf 2 x 10¹&sup6; cm&supmin;² bis 4 x 10¹&sup6; cm&supmin;² zu dosieren.
Anschließend wird eine Beschreibeung bezüglich der Steuerung des Unterschieds in der Dichte der Kristallkeimbildung (ΔND) gegeben, die bei der Anwendung der Erfindung auch den wichtigsten Punkt darstellt. Zunächst zeigt Fig. 5 die Beziehung zwischen der Dichte der Si-Atome und der Dichte der Kristallkeimbildung (ND) auf der Oberfläche, wenn Si in das SiO&sub2; implantiert wird, gemessen von Seiten des Erfinders. Die Oberflächendichte der Si-Atome ist ein Wert, der aus der Dosis der implantierten Ionen und ähnlichem berechnet wurde, und der Wert der Dichte der Kristallkeimbildung (ND) wurde unter den nachstehend gezeigten Bedingungen der Kristallwachstumsbehandlung gemessen:
Verhältnis der Gasströmungsgeschwindigkeiten: SiH&sub2;Cl&sub2;/HCl/H&sub2; 0,53/1,8/100;
Trägertemperatur: 950 ºC;
Druck: 200 x 10² Pa (150 Torr);
Behandlungsdauer: 8 Minuten
Das Verhältnis der Gasströmungsgeschwindigkeiten wird als SiH&sub2;Cl&sub2;/HCl/H&sub2; 0,53/1,8/100 angegeben, aber wenn das Verhältnis der HCl-Strömungsgeschwindigkeit variiert wird, bewegt sich nur die Dichte der Kristallkeimbildung (ND) als ganzes parallel und deshalb kann der Unterschied in der Dichte der Kristallkeimbildung (ΔND) als konstant angesehen werden, unabhängig vom Verhältnis der HCl-Strömungsgeschwindigkeit.
Wenn Ionenimplantation und Freilegungsbehandlung, beispielsweise Naß- oder Trockenätzung, bis zu Oberflächendichten des in das SiO&sub2; implantierten Si von beispielsweise 7,95 x 10¹&sup4; (cm &supmin;²) und 8,15 x 10¹&sup4; (cm &supmin;²) durchgeführt werden, wird verständlich, daß der Unterschied in der Dichte der Kristallkeimbildung (ΔND) 10³-fach wird. Nun sei die Beziehung zwischen der Oberflächendichte D(x) und der Richtung der Tiefe (x) in Ionen beschrieben, die durch eine Gaußsche Verteilung angenähert werden kann, mit einem wie in Fig. 4 gezeigten Peak in einer bestimmten Tiefe. Wenn die Richtung der Trägertiefe als X festgelegt wird, und die Position von P.R. mit X&sub0;, kann die Funktion der Konzentration F(x) dargestellt werden durch:
Deshalb ergibt sich aus X=0 folgende Konzentration F (0) der implantierten Ionen auf der Trägeroberfläche:
Hierbei ist N&sub0; die Ionendosis und δ die Standartabweichung. Daraus ergibt sich folgendes Verhältnis der Konzentration an einer bestimmten Tiefe zu derjenigen an der Oberfläche:
Andererseits ist das Verhältnis der Oberflächendichte der implantierten Ionen gegeben durch:
Aus der Tiefe von P.R. und der Dosis, festgelegt durch die Beschleunigungsspannung der Implantation unter Verwendung dieser Formeln, wird die Oberflächendichte D (0) berechnet, und es kann aus den vorstehenden Formeln festgelegt werden, in welcher Tiefe von der Oberfläche eine Freilegungsbehandlung für einen aus der in Figur 5 gezeigten Graphik zu erhaltenden Unterschied in der Dichte der Kristallkeimbildung (ΔND) erfolgen sollte. Nachstehend werden Beispiele gegeben.
Durch Umstellung der vorstehenden Formel (4) bezüglich X wird folgendes erhalten:
X² - 2XX&sub0; + 3δ² n D(x) / D(0) = 0 (5)
Da die vorstehende Formel (5) eine quadratische Funktion von X darstellt, werden im allgemeinen zwei Lösungen erhalten. Hierbei wird es zur Bildung eines Kristalls aus einem einzelnen Kristallkeim auf dem Boden einer durch die Freilegungsbehandlung gebildeten Vertiefung bevorzugt, die kleinere Lösung zu wählen, wenn ein Ion implantiert wird, das die Dichte der Kristallkeimbildung relativ zu den zu züchtenden Kristall erhöht, während bei der Implantierung eines Ions, das die Dichte der Kristallkeimbildung relativ zu dem zu züchtenden Kristall verringert, es bevorzugt ist, die größere Lösung zu wählen.
Die vorstehende Freilegungsbehandlung kann zum Beispiel eine Naßätzung unter Verwendung eines Ätzmittels, das HF und ähnliches enthält, eine Trockenätzung unter Verwendung von CHF&sub3;/C&sub2;F&sub6;-Gas, CF&sub4;/H&sub2;-Gas und ähnliches einschließen.
Eine Kristallwachstumsbehandlung wird an dem Träger mit der Nicht-Kristallkeimbildungsoberfläche und der Kristallkeimbildungsoberfläche mit dem ausreichend feinen Bereich zur Bildung eines Einkristalls aus einem einzelnen, so erhaltenen Kristallkeim durchgeführt.
Als vorstehende Kristallwachstumsbehandlung können die nachstehenden Verfahren bevorzugt werden: Gasphasenverfahren, einschließlich des Verfahrens der Abscheidung aus der Gasphase (CVD-Verfahren), wie beispielsweise das Plasma CVD-Verfahren, das optische CVD-Verfahren, das MOCVD-Verfahren, oder Flüssigphasenverfahren, beispielsweise das Verfahren der allmählichen Abkühlung, das Temperaturgradientenverfahren und ähnliches.
Als einzuleitende Gase können Ausgangsmaterialien verwendet werden, die die Elementarbestandteile des zu bildenden Kristalls enthalten und die in gasförmigen Zustand bereitgestellt werden können und Gase aus HCl und ähnliches, um die unerwünschte Kristallkeimerzeugung auf der vorstehenden Trägeroberfläche zu hemmen, und Gase wie zum Beispiel H&sub2; und ähnliches.
Wenn ein dotierter Kristall gebildet werden soll, kann den vorstehenden, eingeleiteten Gasen ein Gas zugefügt werden, welches das zu dotierende Element enthält.
Spezielle Beispiele von einzuleitenden Gasen können zum Beispiel einschließen: (CH&sub3;)&sub3;Ga/AsH&sub3;/HCl/H&sub2;), (SiH&sub2;Cl/HCl/H&sub2;), (SiHCl&sub3;/HCl/H&sub2;), (SiCl&sub4;/H&sub2;), (SiCl&sub4;/HCl/H&sub2;), (SiH&sub4;/HCl/H&sub2;) und ähnliche.
Für eine selektive Kristallkeimbildung mit guter Selektivität an einer gewünschten Position, kann der Druck während der Kristallwachstumsbehandlung bevorzugt 333 x 10² Pa (250 Torr) oder weniger betragen. Um eine hohe Selektivität, ohne Verringerung der Kristallwachstumsgeschwindigkeit zu erhalten, kann der Druck bevorzugter 11 x 10³ bis 227 x 10² Pa (80 bis 170 Torr), optimalerweise 133 x 10² bis 200 x 10² Pa (100 bis 150 Torr) betragen.
Zur Bildung eines Kristalls mit den gewünschten Eigenschaften mit guter Selektivität kann die Trägertemperatur im Falle des Heiß-CVD-Verfahrens während der Kristallwachstumsbehandlung bevorzugt 800 ºC bis 1200 ºC betragen, bevorzugter 900 ºC bis 1100 ºC. Im Falle anderer Gasphasenverfahren kann die Trägertemperatur bevorzugt 500 ºC bis 800 ºC, bevorzugter 600 ºC bis 700 ºC, betragen.
Das vorstehend beschriebene Beispiel ist ein Beispiel, in dem die Ionenimplantation in eine Trägeroberfläche bei einer konstanten Beschleunigungsspannung durchgeführt wird. Als ein Beispiel für andere Bedingungen zur Durchführung einer Ionenimplantation wird nachstehend ein Beispiel einer Ionenimplantation beschrieben, die wie in Fig. 6 gezeigt, als Mehrstufenimplantation durchgeführt wird.
Wenn Ionen mit verschiedenen Beschleunigungsspannungen mit der gleichen Dosis implantiert werden, variieren die jeweiligen Positionen von P.R. als X&sub1;, X&sub2; und X&sub3;, aber die in der jeweiligen Tiefe implantierten Atomkonzentrationen werden allgemein zu F(X&sub1;)=F(X&sub2;)=F(X&sub3;).
Da sogar dann die gleiche Dichte der Kristallkeimbildung (ND) erreicht werden kann, wenn bei der Durchführung der Freilegungsbehandlung entweder X1 oder X2 oder X3 freigelegt wird, ist es dementsprechend möglich einen Träger mit einer Nicht-Kristallkeimbildungsoberfläche und einer Kristallkeimbildungsoberfläche einfacher, mit Stabilität zwischen den Trägern und mit guter Wiederholbarkeit zu erhalten, ohne die Tiefe der Freilegungsbehandlung äußerst genau zu regeln.

Beispiel 1

Beispiel 1 der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Figuren 3A - 3C beschrieben. Zunächst wurde die Oberfläche eines 10 cm (4 inch) Si-Wafers unter Bildung einer amorphen SiO&sub2;-Schicht mit einer Dicke von 200 nm (2000 Å) als Material für die Nicht-Kristallkeimbildungsoberfläche thermisch oxidiert. Darauf wurden mittels einer Ionenimplantationsvorrichtung unter einer Beschleunigungsspannung von 20 KeV und mit einer Dosis von 1 x 10¹&sup6; cm&supmin;² Si-Ionen implantiert. P.R. (X&sub0;) betrug 21,1 nm (211 Å), wenn Si bei 20 KeV in das vorstehende SiO&sub2; implantiert wurde, und die Standartabweichung betrug 9,1 nm (91 Å). Aus der Formel (4) wird verständlich, daß die Oberflächen-Si-Atomdichte (nachstehend als S.D. geschrieben) unter den vorstehenden Bedingungen 7,934 x 10¹&sup4; cm&supmin; ² beträgt. Wie aus der Graphik in Fig. 5 hervorgeht, kann, da die Dichte der Kristallkeimbildung ND ungefähr 3 x 10³ ist, wenn S.D. 7,934 x 10¹&sup4; beträgt, ein Atzen bis zu einer Tiefe (X), wo S.D. 8,10 x 10¹&sup4; cm&supmin;² beträgt, ausgeführt werden, um einen Unterschied in der Dichte der Kristallkeimbildung vom 10³-fachen zu erhalten.
Da die Si-Atomdichte auf der SiO&sub2;-Oberfläche vor der Implantation der Si-Ionen 7,863 x 10¹&sup4; cm&supmin;² beträgt, beträgt die in die SiO&sub2;-Oberfläche implantierte Si-Atomdichte D(0):
D(0) = 7,934 x 10¹&sup4; - 7,863 x 10¹&sup4;
= 7,1 x 10¹²,
und die in der Tiefe (X) implantierte Si-Atomdichte beträgt:
D(X) = 8,10 x 10¹&sup4; - 7,863 x 10¹&sup4;
= 2,37 x 10¹³.
Entsprechend werden aus der Formel (5):
X = X&sub0; ± [X&sub0;²-3 δ² n {D(x) /D(o)}] (6)
die beiden Lösungen erhalten:
X = 32,6 nm (326 Å), 9,6 nm (96 Å).
Der Grund, warum zwei Lösungen erhalten werden, liegt darin, daß die Formel (5) zu einer quadratischen Funktion von X wird.
In diesem Beispiel wurde, als Freilegungsbehandlung, ein feiner Bereich mit 2 Quadrat-um auf der SiO&sub2;-Oberfläche mittels Naßätzung mit einer mit Wasser verdünnten HF-Lösung bis zu einer Tiefe von 9,6 nm (96 Å) geätzt, um eine Kristallkeimbildungsoberfläche mit Abständen von 50 um, sowohl in den Längs- als auch den seitlichen Richtungen, zu bilden.
Wie vorstehend beschrieben wurde ein wie in Fig. 3B gezeigter Träger erhalten.
Danach wurde die Bildung und das Wachstum eines Si- Kristallkeims unter den nachstehenden Bedingungen durch geführt:
Menge der eingeleiteten Gase:
SiH&sub2;Cl&sub2;/HCl/H&sub2; 0,53/2,0/100 (Liter/min),
Trägertemperatur: 950 ºC,
Druck: 200 x 10² Pa (150 Torr),
Wachstumsdauer: 30 min.
Auf dem Träger wurde ein Polykristalliner Film gebildet, wobei durch Bildung von Korngrenzen eine Regelung der Korngrößen auf ungefähr 50 um erfolgte, mit Einkristallen, die aus der vorstehend erwähnten Kristallkeimbildungsoberfläche wachsen gelassen wurden, ungefähr am Zentrum zwischen der Nicht-Kristallkeimbildungs- und der Kristallkeimbildungsoberfläche miteinander in Berührung stehend.
Rasterelektronenmikroskop-Aufnahmen der Trägeroberfläche mit dem darauf gebildeten polykristallinen Film wurden an zehn ausgewählten Punkten von Bereichen mit jeweils 1 mm x 1 mm angefertigt, und es wurde eine Bildung des Kristalls auf der Kristallkeimbildungsoberfläche und das Wachstum eines Kristalls aus einem unerwünschten Kristallkeim auf der Nicht- Kristallkeimbildungsoberfläche beobachtet, um das Wachstumsverhältnis auf der Kristallkeimbildungsoberfläche und die Wachstumsdichte des unerwünschten Kristallkeims zu berechnen. Es wurde gefunden, daß das Wachstumsverhältnis auf der Kristallkeimbildungsoberfläche 99,9% betrug, und die Wachstumsdichte des unerwünschten Kristallkeims auf der Nicht- Kristalleimbildungoberfläche 0/cm², was zu einer extrem hohen Selektivität führt.

Beispiel 2

Es wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 eine Kristallwachstumsbehandlung angewandt, außer daß die Abstände zwischen den Kristallkeimbildungsoberflächen auf der Trägeroberfläche auf 200 um eingestellt wurden.
Auf dem Träger wurden mit guter Selektivität Einkristalle mit Korngrößen von ungefähr 60 um gebildet.

Beispiel 3

Es wurden ein Vielzahl von Trägern mit einem auf einem Grundmaterial, gefertigt aus Wolfram, gebildeten Siliziumoxidfilm mit einer Schichtdicke von 1 um gemäß dem herkömmlichen Plasma-CVD-Verfahren gebildet.
In die vorstehende amorphe Oberfläche aus Siliziumoxid wurden mittels einer Ionenimplantationsvorrichtung Si-Ionen mit einer Dosis von 1,3 x 10¹&sup6; cm&supmin;² mittels dreier Stufen von Beschleunigungsspannungen mit 20 KeV, 30 KeV und 40 Kev implantiert.
Zu dieser Zeit betrug P.R. (X&sub1;) 21,1 nm (211 Å), P.R. (X&sub2;) 31,2 nm (312 Å) und P.R. (X&sub3;) 41,7 nm (417 Å).
Die mit Si-Ionen implantierte Oberfläche des amorphen Siliziumoxidfilms des vorstehenden Trägers wurde bis zu einer Tiefe von 30 nm (300 Å) geätzt, in feinen Bereichen mit 4 Quadrat-um und mit Abständen von 100 um. Das reaktive Ionenätzen wurde unter den nachstehend gezeigten Ätzbedingungen durchgeführt, um eine Vielzahl an Trägern mit Nicht-Kristallkeimbildungsoberflächen und Kristallkeimbildungsoberflächen herzustellen:
Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeiten der eingeleiteten Gase: CHF&sub3;/C&sub2;F&sub6; = 18/42
Entladungsenergie: 2,1 KW
Druck: 70 Pa
Auf jeden der vorstehenden, so erhaltenen Träger wurden unter den nachstehenden Kristallwachstumsbedingungen Si-Kristalle gebildet:
Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeiten der eingeleiteten Gase: SiH&sub2;Cl&sub2;/HCl/H&sub2; 0,53/2,0/100
Trägertemperatur: 1030 ºC
Druck: 200 x 10² Pa (150 Torr)
Wachstumsdauer: 25 Minuten
Als Ergebnis konnten sowohl auf dem gleichen Träger als auch auf jedem Träger Einkristalle mit Korngrößen von 50 um leicht und ohne Varianz zwischen den jeweiligen Trägern gebildet werden, ohne daß es zu einem Wachstum von unerwünschten Kristallen auf der Nicht-Kristallkeimbildungsoberfläche kam, mit guter Selektivität an den gewünschten Stellen der Kristallkeimbildungsoberflächen angeordnet.

Beispiel 4

Es wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 eine Kristallwachstumsbehandlung angewandt, außer daß gemäß dem Plasma-CVD-Verfahren auf dem 10 cm (4 inch) Si-Wafer aus Beispiel 1 amorphes Siliziumnitrid mit einer Schichtdicke von 500 nm (5000 Å) abgeschieden wurde. Auf dem Träger wurde ein polykristalliner Film, wobei eine Steuerung bzw. Regelung der Korngrößen auf ungefähr 50 um erfolgte, gebildet.

Beispiel 5

Auf einem Aluminiumoxid-Grundmaterial wurde Siliziumnitrid mit einer Schichtdicke von 1,2 um gebildet.
In die vorstehende Siliziumnitridoberfläche wurden Sauerstoffionen mit einem P.R. von 12 nm (120 Å) und mit einer Dosis von 2 x 10¹&sup6; cm&supmin;² implantiert.
Auf der vorstehenden, mit Sauerstoffionen implantierten Siliziumnitridoberfläche, wurden unter Anwendung des Verfahrens der reaktiven Ionenätzung (RIE) Öffnungen mit Abständen von 80 um, einem Durchmesser von 1,8 um und einer Tiefe von 40 nm (400 Å) gebildet, um einen Träger mit einer Nicht-Kristallkeimbildungsoberfläche und einer Kristallkeimbildungsoberfläche herzustellen.
Der Träger wurde unter den nachstehenden Bedingungen einer Kristallwachstumsbehandlung unterzogen.
Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeiten der eingeleiteten Gase: SiH&sub2;Cl&sub2;/HCl/H&sub2; 0,53/1,6/100
Trägertemperatur: 990 ºC
Druck: 160 x 10² Pa (120 Torr)
Wachstumsdauer: eine Stunde
Als Ergebnis wurde ein polykristalliner Si-Film, wobei eine Steuerung bzw. Regelung der Korngrößen auf ungefähr 80 um erfolgte, mit guter Selektivität auf dem vorstehenden Träger gebildet.

Beispiel 6

In die Oberfläche eines Quarzglases mit einer Dicke von 3 mm wurden Arsenionen mit einem P.R. von 45 nm (450 Å) und mit einer Dosis von 3 x 10¹&sup6; cm&supmin;² implantiert.
Die vorstehende mit As-Ionen implantierte Oberfläche wurde an feinen Bereichen von 2 Quadrat-um und Abständen von 10 um einer Naßätzung mit gepufferter Flußsäure bis zur Tiefe von P.R. (450 um) unterzogen, um einen Träger mit der Nicht- Kristallkeimbildungsoberfläche und der Kristallkeimbildungsoberfläche zu bilden.
Dieser Träger wurde unter den nachstehenden Bedingungen einer Kristallwachstumsbehandlung unterzogen:
Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeiten der eingeleiteten Gase: (CH&sub3;)&sub3;Ga/t-C&sub4;H&sub9;AsH&sub2;/H&sub2; = 1/35/8000
Trägertemperatur: 670 ºC
Druck: 11 x 10² Pa (80 Torr)
Wachstumsdauer: 100 Minuten
Als Ergebnis konnte ein GaAs-Polykristall mit einer Korngröße von 10 um mit guter Selektivität auf den vorstehenden Träger gebildet werden.

Claims

1. Abscheidungsverfahren zur Herstellung von einem oder mehreren Einkristallen eines kristallbildenden Materials auf einer Oberfläche eines Substrat, wobei das Verfahren umfaßt:

Errichtung einer oder mehrerer Abscheidungsoberflächen auf einer freien Oberfläche eines Substrats, die unter den gewählten Abscheidungsbedingungen die Eigenschaft aufweisen, eine Kristallkeimbildung des kristallbildenden Materials mit einer höheren Kristallkeimbildungsdichte als die der benachbarten Abscheidungsoberfläche zu veranlassen, wobei die eine oder jede der mehreren Abscheidungsoberflächen in der Größe so beschränkt sind, daß während eines Anfangsstadiums der Abscheidung jede die Bildung nur eines einzelnen Kristallkeims des kristallbildenden Material unterstützt,

Abscheidung des kristallbildenden Materials auf der freien Oberfläche des Substrats unter den ausgewählten Abscheidungsbedingungen, wobei diese Bedingungen von der Art sind, daß das kristallbildende Material selektiv auf der einen oder den mehreren Abscheidungsoberflächen Kristallkeime und zwar auf jeder einen einzelnen Kristallkeim bildet, und

Wachsenlassen eines Einkristalls aus jedem einzelnen Kristallkeim bei weiterer Abscheidung des kristallbildenden Materials,

wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß die eine oder mehreren Abscheidungsoberflächen und die angrenzende Abscheidungsoberfläche der freien Oberfläche des Substrats folgendermaßen hergestellt werden:

durch Implantieren von Ionen in das Substrat, um die entsprechenden Eigenschaften des Substratmaterials an einer freien Oberfläche des Substrats und in einer vorgegebenen Tiefe unterhalb der freien Oberfläche so zu differenzieren, daß die Eigenschaft einer Oberfläche des Materials in der vorgegebenen Tiefe darin besteht, das kristallbildende Material mit einer höheren Kristallkeimbildungsdichte zur Kristallkeimbildung zu veranlassen; und

Ätzen des Trägers unter Herstellung einer oder mehrerer Vertiefungen, die bis in die vorgegebene Tiefe reichen, um so die entsprechende eine oder mehreren Abscheidungsoberflächen des Substrats freizulegen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die implantierten Ionen die Wirkung besitzen, die Eigenschaft des Substratmaterials so zu verändern, daß das kristallbildende Material zur Kristallkeimbildung mit einer vergrößerten Dichte veranlaßt wird,

wobei die Ionen in einer Tiefe implantiert werden, die nicht weniger als 10 nm (100 Å) und nicht mehr als 110 nm (1100 Å) beträgt; und

wobei ein Ätzen zu einer Tiefe erfolgt, die im wesentlichen dem Übertragungsbereich der implantierten Ionen entspricht.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionen durch wiederholte Dosen implantiert werden, jede Dosis unter einer verschiedenen Beschleunigungsspannung, um so in dem Substrat ein Dichteprofil der implantierten Ionen zu erzeugen, das über einen ausgedehnten Tiefenbereich unterhalb der freien Oberfläche des Substrats im wesentlichen der maximalen Ionendichte entpricht oder in der Nähe der maximalen Ionendichte liegt.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß

das kristallbildende Material aus Silizium besteht,

das Substratmaterial aus amorphem Siliziumoxid besteht, und

die implantierten Ionen aus Silizium bestehen.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das kristallbildende Material aus Galliumarsenid besteht,

das Substratmaterial aus Quarzglas besteht, und

die implantierten Ionen aus Arsen bestehen.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat einen Körper aus einem Hauptmassenmaterial und auf der Oberfläche des Körpers eine Oberflächenschicht aus Substratmaterial umfaßt, wobei die Schicht eine Dicke aufweist, die die vorgegebene Tiefe überschreitet.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionen mit einer Dosis zwischen 1 x 10¹&sup6; und 1 x 10¹&sup7; cm&supmin;² implantiert wenden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosis zwischen 2 x 10¹&sup6; und 4 x 10¹&sup6; cm&supmin;² liegt.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substratmaterial amorph ist.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substratmaterial ein elektrischer Isolator ist.

11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das kristallbildende Material aus einer Gasphase abgeschieden wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in der Gasphase ein Ätzgas anwesend ist, das jede Kristallkeimbildung des kristallbildenden Materials auf der benachbarten Oberfläche hemmt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Ätzgas Chlorwasserstoff umfaßt.

14. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die entsprechenden Kristallkeimbildungseigenschaften der einen oder der mehreren Abscheidungsoberflächen und der angrenzenden Abscheidungsoberfläche so unterscheiden, daß sich die Kristallkeimbildungsdichten um einen Faktor von 10³ bis 10&sup6; unterscheiden.

15. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl an Abscheidungsoberflächen hergestellt werden und die weitere Abscheidung fortgesetzt wird, bis sich ein polykristalliner Film aus einer Vielzahl von Einkristallen bildet, wobei jeder davon aus einem entsprechenden einzelnen Kristallkeim auf jeder der Vielzahl an Abscheidungsoberflächen wachsen gelassen wurde.

16. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Hauptoberfläche des Substrats der Ionenimplantation ausgesetzt wird.