(57)【要約】【課題】  シリカガラス上に簡便に単結晶薄膜を作成できなかった。【解決手段】非晶質シリカ基板上に炭素系の中間極薄膜を形成することにより、基板上に粒径４００ｎｍ以上の大きさを持つ平板状Ｓｎ単結晶を蒸着法により形成するＳｎ単結晶薄膜の製造方法。炭素系の中間極薄膜の厚さは炭素原子数で１E１７／ｍ２以上、１Ｅ２２／ｍ２以下であることが好ましい。Ｓｎ単結晶薄膜の蒸着時に基板加熱をしない、又は加熱による基板温度が２００℃以下とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非晶質シリカ基板上に炭素系の中間極薄膜を形成することにより、基板上に粒径４００ｎｍ以上の大きさを持つ平板状Ｓｎ単結晶を蒸着法により形成することを特徴とするＳｎ単結晶薄膜の製造方法。
【請求項２】
非晶質シリカ基板が、シリカガラスまたはシリコン上の非晶質シリカ絶縁膜である請求項１記載のＳｎ単結晶薄膜の製造方法。
【請求項３】
炭素系の中間極薄膜の厚さが炭素原子数で１E１７／ｍ２以上、１Ｅ２２／ｍ２以下であることを特徴とする請求項１のＳｎ単結晶薄膜の製造方法。
【請求項４】
蒸着時に基板加熱をしない、又は加熱による基板温度が２００℃以下である請求項１のＳｎ単結晶薄膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非晶質シリカ基板上に高結晶性の薄膜をエピタキシャル成長させるための下地となるＳｎ単結晶薄膜の製造方法に関する。更に詳しくは、シリカガラスまたはシリコン上の非晶質シリカ絶縁膜上に電子デバイス、光デバイス、集積回路などの高結晶性薄膜素子をエピタキシャル成長させるための薄膜形成法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン半導体技術では、機器、デバイスの小型化への要請に伴い素子の微細化・高密度化が推し進められてきた。その結果、１素子構造あたりの面積はミクロンオーダーからサブミクロンの領域となり、すでに物質性能を発揮する限界領域まで微細化されてきている。そのため更なる微細化のために素子の３次元構造設計が進められている。
【０００３】
さらに、３次元構造素子では機能の多様化のために、非シリコン系の薄膜材料を集積化することが求められている。通常、シリコン基素子では絶縁材料として酸化シリコン（シリカ）が用いられている。３次元集積化のためにはシリカの上に薄膜材料を堆積しなければならないが、このシリカ材料は非晶質（シリカガラス）であるために、堆積された薄膜材料の結晶性が悪く、薄膜材料本来の特性を発揮することが困難であった。
【０００４】
一方、３次元集積化素子として考えられている構造では、例えば、パソコン並みの機能を持つＩＣカード（カードコンピュータ）の実現に対して要求される大容量強誘電体メモリの場合、シリコントランジスターセルのシリカ絶縁膜（シリカガラス）上にサイズが粒径４００ｎｍ程度の強誘電体薄膜を作成することが必要と予測されている。そのため、高結晶性の強誘電体膜を作成するためには粒径４００ｎｍサイズの基板単結晶薄膜をシリカ絶縁膜上に形成することが必要となる。
【０００５】
シリカガラス上での単結晶膜作成に関しては、Ｎｅビーム照射による単結晶膜作成（特許文献１）、マイクロチャネルエピタキシーによる単結晶膜の作成（特許文献２）がある。しかしこれらの手法は高価な設備、複雑・高精度の工程を必要としていた。
【特許文献１】特開平８−２０８３８２号公報
【特許文献２】特開２０００−２４７７９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上のようにシリカガラス上に簡便に単結晶薄膜を作成できなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、軸配向性をもつＳｎを用いることにより、非晶質であるシリカガラス上に基板となる方位の揃った粒子からなる薄膜を作成することが可能であること、また中間層として炭素系の極薄膜を利用することによりＳｎ単結晶粒子を粒径４００ｎｍ以上の平板粒子として成長させうることを見出した。これらの知見に基づき本発明を完成した。
【０００８】
すなわち、本発明は、シリカガラス基板上に炭素系の中間極薄膜を形成することにより、シリカガラス上に粒径４００ｎｍ以上の粒子からなるＳｎ単結晶薄膜を製造する方法である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、非晶質シリカガラス上に高結晶性の薄膜を成長させるための単結晶薄膜
の製造方法を容易に提供することが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の製造方法において使用する非晶質シリカ基板表面にはあらかじめ炭素系の極薄膜を形成しておく。炭素系の極薄膜とは炭素及び炭化水素の極薄膜を言う。炭素系の極薄膜の形成方法は特に限定されるものではない。炭素系極薄膜は炭素の蒸着、炭化水素分子の吸着、塗布・乾燥により形成可能である。炭素量の規定のためには蒸着法がもっとも望ましいが、これに限定するものではない。炭素系極薄膜の量は、炭素原子として１E１７／ｍ２以上、１Ｅ２２／ｍ２以下であることが必要である。１E１７／ｍ２未満では炭素系極薄膜形成の効果がなく、Ｓｎ単結晶粒子は４００ｎｍ以上の平板粒子として成長しない。１Ｅ２２／ｍ２を超える場合は、Ｓｎ単結晶粒子の形状が円板状にならない。
【００１１】
Ｓｎ単結晶膜は、蒸着法により形成する。炭素系極薄膜を形成した非晶質シリカガラス基板を真空中に設置する。蒸着装置はＴａやＭｏからなるボート型あるいは坩堝型蒸着装置、ｋ−ｃｅｌｌを用いる。坩堝の材質はＴａやＭｏ、ＢＮが一般的であるが、Ｓｎと反応しなければよく、これに限定するものではない。また、蒸着装置もボート型、坩堝型、ｋ−ｃｅｌｌに限定されない。
【００１２】
蒸着装置を用いてＳｎ金属薄膜を形成する。このとき基板加熱は必要ない。
しかし、例えばシリコントランジスターセル上に形成する強誘電体の分極率不足を補うために、あるいは後工程でのリソグラフィーの精度不足を補うために、Ｓｎ単結晶薄膜の粒子径を４００ｎｍ以上とする必要がある場合には、基板加熱を採用しても良いが、その温度は２００℃以下とする。２００℃を超えるとＳｎ粒子の表面張力が付着力を上回り、粒子が球状の形状となり、エピタキシャル成長のための基板結晶としては不適切となる。
【実施例１】
【００１３】
５ｋｅＶのアルゴンイオンによるスパッタクリーニング法により表面を清浄化したシリカガラス基板上に、電子線蒸着法により、炭素原子数１．８Ｅ１９／ｍ２の炭素極薄膜を形成した。電子線蒸着は、炭素を蒸発源として１０ｋｅＶ、５０ｍＡの電子線照射により行った。
【００１４】
基板を加熱することなしにこの炭素極薄膜を形成した基板上に、Ｓｎ蒸着装置としてＭｏボート型蒸着装置を用いＳｎ薄膜を形成した。蒸着源として金属Ｓｎを用い、ボート温度は８８０℃とした。このＳｎ薄膜はＡＦＭによる表面観察から粒径４００ｎｍ以上の板状Ｓｎ単結晶粒子で構成されていた。図１にそのＡＦＭ像を示す。図の一辺は１μｍである。粒子が４００ｎｍ以上の平板状結晶であることが分かる。図２にそのＸ線回折図を示す。薄膜が基板に垂直にａ軸を立てた単結晶であることがわかる。
（比較例１）
シリカガラス基板上に炭素極薄膜を蒸着しなかった基板上に、Ｓｎ蒸着装置としてＭｏボート型蒸着装置を用いＳｎ薄膜を形成した。このＳｎ薄膜は粒径３００ｎｍ以下の多面体状Ｓｎ単結晶粒子で構成されていた。図３にそのＡＦＭ像を示す。図の一辺は１μｍである。粒子が３００ｎｍ以下の多面体状結晶であることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００１５】
本発明の製造方法で得られるＳｎ薄膜を用いることにより、非晶質であるシリカガラス上に高結晶性の薄膜をエピタキシャル成長させることが可能となることから、シリカ絶縁膜を有するシリコン素子のシリカ絶縁膜上に電子デバイス、光デバイス、集積回路などの高結晶性薄膜素子をエピタキシャル成長させるための下地として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施例１で製造したＳｎ薄膜のＡＦＭ像を示す図面代用写真である。
【図２】実施例１で製造したＳｎ薄膜のＸ線回折図である。
【図３】比較例１で製造したＳｎ薄膜のＡＦＭ像を示す図面代用写真である。
【００１７】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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