(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非晶質シリカ基板上に厚さが炭素原子数で１E１７／ｍ２以上、１Ｅ２２／ｍ２以下であ
る炭素又は炭化水素からなる炭素系の極薄膜を形成し、該極薄膜を形成した基板上に粒径
４００ｎｍ以上の大きさを持つ平板状Ｓｎ単結晶薄膜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ことを
特徴とする請求項１記載のＳｎ単結晶薄膜の製造方法。
【請求項３】
Ｓｎ単結晶薄膜の蒸着時に基板を加熱しないか、又は基板の加熱温度を２００℃以下とす
ることを特徴とする請求項１記載のＳｎ単結晶薄膜の製造方法。
【請求項４】
該Ｓｎ単結晶薄膜は、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膜である
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の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基板上に
エピタキシャル成長用の下地となる方位の揃ったＳｎ単結晶粒子からなる薄膜を作成する
ことが可能であること、またシリカ基板とＳｎ単結晶粒子からなる薄膜の間の中間層とし
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以上の平板状粒
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。なお、
本明細書中で、「平板状」とは、ＡＦＭによる表面観察において、粒子の形状が球状や多
面体状ではなく、平らな板状に観察されることを言う。
【０００８】
すなわち、本発明は、非晶質シリカ基板上に厚さが炭素原子数で１E１７／ｍ２以上、
１Ｅ２２／ｍ２以下である炭素又は炭化水素からなる炭素系の極薄膜を形成し、該極薄膜
を形成した基板上に粒径４００ｎｍ以上の大きさを持つ平板状Ｓｎ単結晶薄膜を蒸着法に
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である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、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
の単結晶薄膜からなる下地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である。該基板表面に炭素系の極薄膜を形成する。炭素系の極薄膜
とは炭素又は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。炭素系極薄膜の厚さは、炭素原子数として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、Ｓ
ｎ単結晶粒子は粒径４００ｎｍ以上の平板状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平板状にならない。
【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
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Ｍ
ｏ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以上の平
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。粒子が粒径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。
【００１５】
（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。粒子が粒径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】
【００１６】
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
上又はシリコン上の非晶質シリカ絶縁膜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、本発明の製造方法は、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膜の形成法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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