JPH02185022A - 半導体基板上に多結晶シリコンを形成する方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、高い電圧に耐えることのできるＬＳＩ等を製
造するに際し、その素子間を電気絶綴物によって電気的
に隔絶した所謂誘電体分離基板の支持層を形成したり、
単結晶Ｓｔ基板上に低抵抗の多結晶シリコン層（ポリシ
リコン層）を形成してノイズによる素子破壊の防止を意
図する際等に要求される半導体基板上への多結晶シリコ
ン層形成方法に関する。

（従来の技術） これまで、例えば誘電体分離基板を製造する方法として
採択されて来た基本的な手段は、以下の如きものである
。

すなわち、第３図（ａ）に示すように先ず単結晶シリコ
ン基板ｌに５ｉｎ２膜２を熱酸化などの手段で形成した
後、ホトリソエツチング処理により開口部３を設け、次
に同図（ｂ）の如く当該開口部３からの単結晶シリコン
基板１に対するアルカリ性溶液によるエツチング処理に
よって、Ｖ型等の凹溝４を形成し、さらに同図（Ｃ）の
ように上記５ｉ（ｈ膜２を除去して新規に電気絶縁被膜
としての５１０２Ｍ５を形成することで半導体基板Ａを
得、さらに、この５ｒＯｔ膜５の表面側にＣＶＤ法によ
って多結晶シリコン（ポリＳｉ）を施すことにより平滑
上面８ａをもった多結晶シリコン層８を同図（ｄ）のよ
うに形成するのである。

ここで、もちろんこのようにして形成された誘電体分離
基板７なるものは、第３図（ｅ）に明示の通り、同図（
ｄ）における除去線８まで単結晶シリコン基板ｌを研磨
することで、７字状とした凹溝４の頂角下端４ａまで研
削除去され、このようにして次のＬＳＩ製造工程に移行
することになるのは既知の通りである。

ところで、上記製造方法によるときは、前記のように多
結晶シリコン層６をＣＶＤ法によって形成しようとして
いるところから、当該層の形成に数時間といった可成り
の時間を費すこととなるだけでなく、上記のようにして
得られた誘電体分離基板７は、これを上記の如くウェハ
研磨しなければならないから、当該研磨に際して加わる
外力に耐えるだけの支持体としての強度がなければなら
ず、それには、どうしても２００〜５００終腸程度の厚
い多結晶シリコン層であることを要求されることとなる
。

しかし、上記の如＜ＣＶＤ法により多結晶シリコン層８
を形成しようとすると、前記の如く時間がかかり、極め
て高価なものとなる。

そこで、本願人は既に上記ＣＶＤ法の欠陥を除去するた
め、第１に単結晶シリコン基板に電気絶縁皮膜を形成し
た半導体基板上にあって、溶融シリコンをスプレーする
と共に、当該半導体基板に回転を与えておくことで、短
時間に多結晶シリコンを所要肉厚に形成可能とすること
を提案した。

しかし、この場合溶融シリコンと上記電気絶縁皮膜であ
るＳｉ０ｇ膜とは、濡れが悪いために、第５図に示す如
く特に凹＄４の箇所等に、多くのピンホール８が発生す
ることとなる。

この問題を解消するため、さらに本願人は、第２に半導
体基板上に直接、高温である溶融シリコンを噴出させる
ことなく、予め半導体基板にＣＶＤ法により形成の多結
晶シリコン薄膜を積層しておき、これに溶融シリコンを
スプレーすることで、スプレーを受ける側との濡れをよ
くシ、このことでピンホール８の発生を阻止すると共に
、半導体基板に溶融シリコンを直接噴出させることで、
両者の温度差に基づく半導体基板に対する不本意な熱歪
発生の影響を、当該ＣＶＤ法による多結晶シリコン薄膜
により吸収除去しようとすることも提案した（特願昭８
３−１３４１７５号）。

しかし、前記：ｉ４１の方法にあっても、スプレーされ
た溶融シリコンが半導体基板上で冷却固化するに際し、
単結晶シリコン基板である当該半導体基板の結晶配列に
熱歪による影響を与え、これにより結晶欠陥を生ずるこ
とになるのであり、また第２の方法にあっても、予めＣ
ＶＤ法によって形成しておいた多結晶シリコン薄膜が、
スプレーされた溶融シリコンの熱により再結晶化され、
これによって、その結晶粒が大きくなり、このことが単
結晶シリコンによる半導体基板側、特にその７字状の凹
溝４に応力を与え、この結果当該単結晶シリコン基板の
結晶配列が不規則となり、結晶欠陥を発生させるのであ
る。

（発明が解決しようとする課題） 本願は上記の如きピンホールや結晶欠陥の問題が、何に
基因しているかにつき検討を加え、これまで用いてる第
４図に示す如きスプレー装置１１Ｇにつき検討を加えた
。

当該装置ｌＯは図示の如く全体が不活性ガス雰囲気１１
に内設されており、上側に配設された溶融槽１２にはそ
の下端にノズル１２ａが下向きに開口されており、この
溶融槽１２に収納された多結晶シリコン１３が、側傍の
高周波加熱コイル等による第１加熱ｆｉ１４によって加
熱溶融可能となっていると共に、溶融槽１２の上側から
は加圧不活性ガス１５が付与され、当該加圧によって溶
融したシリコンが。

上記のノズル１２ａから下向きに噴射されるよう構成さ
れている。

さらに同上装置１０は、同じく不活性ガス雰囲気ｌｌ内
にあって、上記溶融槽１２の直下に、第２加熱源１６に
よって加熱自在としたターンテーブル１７が配設され、
当該テーブル１７の水平状態である基板皿１７ａ上にあ
って、その回転軸心に前記半導体基板Ａを載置すること
となる。

上記ノズル１２ａから噴出される溶融シリコンにつき精
査した結果、スプレーされる当該溶融多結晶シリコンの
粒が可成り大であり、これが半導体基板に対する濡れ性
を劣化させていること、さらに大きな粒である溶融シリ
コンは、それだけの熱量を有しているから、これが前記
多結晶シリコン薄膜の再結晶化に影響を与えていること
に着目することができた。

本発明は上記の着想に基づき、請求項（１）の方法では
、単にノズルから溶融シリコンを押出してスプレーを行
うのではなく、当該押し出された溶融シリコンを加圧不
活性ガスにより霧状化し、これによりスプレーを行うよ
うになし、かくして微細な粒子による溶融シリコンを半
導体基板とに付着させることで、当該板面に濡れ易くし
、これによりピンホールの発生を抑制すると共に、同上
基板に対する熱歪の形容をも解消しようとするのが、そ
の目的である。

請求項（２）の方法では、上記請求項（１）の方法によ
る溶融シリコンのスプレーに際し、単なる不活性雰囲気
内で、これを行うのでなく、減圧下の不活性雰囲気内に
て溶融シリコンの液相成長を行うようにすることで、不
活性ガスにより、半導体基板と濡れの悪い溶融シリコン
との間、特にＶ溝部分に生じ易くなるピンホールの発生
を除去し得るようになし、これにより、後のデイバイス
製作工程における熱処理時にあって、基板にクラッチが
発生したり製品不良を引き起すといったことのないよう
にするのが、その目的である。

請求項（３）の方法では、上記半導体基板上に直接、高
温である溶融シリコンを噴出させることにより、当該半
導体基板に対する温度相差に基づく熱歪の発生を解消す
る目的をもって、予め半導体基板にＣＶＤ法により形成
の多結晶シリコンＳ膜を形成しておき、これに溶融シリ
コンをスプレーするようになし、このことで半導体基板
に対する不本意な熱歪発生の要因を吸収除去しようとす
るだけでなく、この際上記の溶融シリコン薄膜とに、ノ
ズルから押出される溶融シリコンを、加圧不活性ガスに
よって霧状に微細化してスプレーすることで、この点か
らもピンホールと熱歪の問題とを解消しようとしている
。

請求項（４）では、上記請求項（３）の方法を、減圧下
の不活性ガス雰囲気にて実施することによって、より一
層ピンホールの発生を効果的に阻止しよう−とするのが
、その目的である。

（課題を解決するための手段） 本願の請求項（１）に係るものにあっては、上記の目的
を達成するために不活性ガス雰囲気内にて、回転する半
導体基板上に、ノズルから押出される溶融シリコンを、
加圧不活性ガスによって霧状に微細化してスプレーする
ことにより、これを冷却固化するようにして、所要厚さ
だけの多結晶シリコン層を形成したことを特徴とする半
導体基板上に多結晶シリコンを形成する方法を提供しよ
うとしており、請求項（２）に係るものでは、前記の目
的を達成するため、上記の請求項（１）に係る方法を実
施するに際し、減圧下の不活性ガス雰囲気内にて、これ
を行うようにすることを、その内容としている。

請求項（３）の方法では、これまた前記の目的を達する
ため表面に、ＣＶＤ法により多結晶シリコン薄膜が形成
されている半導体基板を、不活性ガス雰囲気内にて回転
させながら、上記多結晶シリコン薄膜上に、ノズルから
押出される溶融シリコンを、減圧不活性ガスによって霧
状に微細化してスプレーすることにより、これを冷却固
化するようにして、所要厚さの多結晶シリコン層を形成
したことを特徴とする半導体基板上に多結晶シリコンを
形成する方法を提供しようとしており、請求項（４）で
は、既述の目的を達するため上記請求項（３）に係る方
法を実施するに際し、減圧下の不活性ガス雰囲気内にて
、これを行うようにすることを、その内容としている。

（作　　用） 請求項（１）の方法では、半導体基板上に、霧状に微細
化された溶融シリコンがスプレーされるので、７字状の
凹溝などにも、当該微粒子が付着され易く、従ってピン
ホールも出来にくいだけでなく、微粒子であるため、そ
の保有する熱量も僅かであることから、半導体基板に対
する温度差に基づく熱歪の発生も、これを抑止すること
ができ、しかも半導体基板に回転が与えられていること
から、多結晶シリコン層の均一性はより良好となる。

請求項（２）の方法では、請求項（１）の方法が減圧下
の不活性ガス雰囲気で行われることから、不活性ガスの
圧力が低く、このため半導体基板と溶融シリコンとの間
に、当該不活性ガスが侵入し、これによりピンホールが
発生するといった現象が抑止されることとなる。

請求項（３）では、直接に溶融シリコンを半導体基板に
スプレーするのではなく、予めＣＶＤ法により形成した
多結晶シリコンＭＭの上から噴出させることとなるので
、溶融シリコンと半導体基板との温度差により直接半導
体基板に外力を与えることなく、上記溶融シリコンと同
質の当該多結晶シリコンＲＷｊＪが温度差による外力を
吸収してしまい、半導体基板に熱歪を抑制し得るだけで
なく、スプレーに供される溶融シリコンは、霧状の微細
粒であるから、その熱量が小さく、従って上記多結晶シ
リコン薄膜上にスプレーされたとき、当該熱量により多
結晶シリコン薄膜が再結晶化するに至らず、従って結晶
粒径が大きくなり、特に凹溝部にあって大きな応力を与
え、単結晶シリコン基板の結晶配列が不規則になって結
晶欠陥を生ずるといった問題も解消される。

請求項【４）の方法は、上記請求項（３）の方法を減圧
下の不活性ガス雰囲気で行うことにより、前記の如くピ
ンホールの発生を抑止し得ることとなる。

（実　施　例） 本発明を第１図によって詳記すれば、第１図（ａ）　（
ｂ）　（ｃ）は実質的に前記第４図（ａ）　（ｂ）　（
ｃ）の従来例と同じであり、以下同一部材には、同一符
号を用いて説示する。

すなわち、（１００）の面方位をもつ約５００ＪＬ■厚
の単結晶シリコン基板ｌに、熱酸化により５ｉｌｈ膜２
を形成した後、所望のパターンにてホトリソエツチング
処理により開口部３を一方の主たる表面に形成１次に同
図（ｂ）の如く上記単結晶シリコン基板１にエツチング
により凹溝４を形成し、さらに上記Ｓｉｇｈ膜２を除去
して、同図（ｃ）のように新規な電気絶縁被膜としての
５ｉ（ｈ膜５を形成することで、半導体基板Ａを得る。

請求項（１）の方法では、上記の半導体基板Ａに対し、
溶融シリコンをスプレーすることにより、第１図（ｄｌ
）のように多結晶シリコン層３２を形成することとなる
が、本発明では第２図に示す如きスプレー装置２０を用
いて、以下に示す多結晶シリコン層を得ようとするもの
である。

先ス、ここで上記スプレー装置２０について、第２図に
よりこれを説示すれば、全体が不活性ガス雰囲気２１に
内設されており、上側に配設された溶融槽２２には、下
端にノズル２２ａが下向きに開口されており、この溶融
槽２２に収納された多結晶シリコン２３が、側傍の高周
波加熱コイル等による第１加熱源２４によって加熱溶融
可能となっていると共に、溶融槽２２の上側からは、加
圧不活性ガス２５が付与され、出語加圧によって溶融し
た多結晶シリコンが、上記のノズル２２ａから下向きに
噴射され得るように構成されている点、前記第４図のス
プレー装置ｌＯと同じである。

ここで、重要なことは上記溶融槽２２の外側に、加圧（
圧縮）不活性ガス２６が流通する通線路２７だけ離間し
て外被筒２Ｂが被嵌されていると共に、当該外被筒２８
の下端部には、前記溶融槽２２のノズル２２ａ直下にあ
ってスプレー口２９が開口されていることであり、同図
中３０．３１は前記第４図の１８．１７に対応する夫々
第２加熱源と、これにより加熱されるターンテーブルを
示している。

そこで、北記スプレー装置２０を用いて請求項（１）の
方法におけるスプレーを行うには、グラファイト製とし
たターンテーブル３１上に、第１図（ｃ）の半導体基板
Ａｔ−載置し、第１加熱源２４により１２．００〜１３
００℃位まで加熱させ、低速回転が与えられる。

一方溶融槽２２内は第１加熱源により１４００℃以上に
加熱され、この中には所望の多結晶シリコン層を形成す
るのに必要なシリコン粒を入れておくのであり、この際
例えば、直径４インチの半導体基板上に約５００μ麿の
多結晶シリコン層を形成するためには、上記シリコン粒
を１０〜１５ｇ用意することとなる。

上記シリコン粒である多結晶シリコン２３は、完全に溶
融されて溶融槽２２のノズル２２ａから、不活性ガス２
５によって押し出されることとなるが、もちろんこの押
出は、シリコン粒が全部溶融してしまってからでも、一
部溶融しながら行うようにしてもよい。

ノズル２２ａから押出されてきた溶融シリコンは、通線
路２７に供給された加圧不活性ガス２８によって微細化
され、この霧状となった溶融シリコンが、半導体基板Ａ
上に堆積されることとなり、これが冷却固化することで
第１図（ｄｌ）の如く固化した多結晶シリコンＲ３２が
得られる。

こノ際、ターンテーブル３１は、多結晶シリコン層の層
厚を均一にするため回転が与えられ、もちろん所望の層
厚にしたければ、これに必要な量だけのシリコンを溶融
し、これをスプレーすることになるが、前記のシリコン
粒を溶融槽２２に投入したから固化した多結晶シリコン
層３２が形成されるまでの時間は数分程度となる。

そして、第１図（ｄｌ）のものは、同図（ｅ）の如く単
結病シリコン基板１の裏面側を凹溝４の頂角下端４ａま
で研削除去して、誘電体分離基板とするのは前記第３図
の従来例と同じである。

次に、請求項（２）を実施するには、前記第２図のスプ
レー装置２０に対し、さらに次の部材を付加するのであ
る。

すなわち、不活性ガス雰囲気２１を形成するためのステ
ンレス鋼製としたチャンバーに、不活性ガスＧを給送す
るだけでなく、別途真空ポンプＰを連結しておき、これ
を稼動させることによって不活性ガスＧによりチャンバ
ー内を置換し、当該チャンバー内の圧力を１００Ｔｏｒ
ｒ未満程度に保持し得るようにする。

このようなスプレー装置２０を用いて、請求項（１）と
同じスプレーを行うのであるが、不活性ガス雰囲気２！
は減圧状態にあるので、半導体基板に対する溶融シリコ
ンの濡れが悪くとも１両者に不活性ガスが侵入せず、こ
れによってピンホールの発生が抑止されることとなる。

請求項（３）の方法も、第１図（ａ）（ｂ）（ｃ）まで
の工程は、請求項（１）の方法と同じであるが、その後
は同図（ｄｚ　）　、　（ｅｚ　）　、　（ｆｚ　）の
工程順に従う。

すなわち、上記スプレー装置２Ｇの使用により請求項（
１）の方法を実施するのであるが、半導体基板Ａに直接
溶融シリコンをスプレーするのではなく、予め第１図（
ｄｌ）に示す如＜ｃｖｎ法による多結晶シリコンの成層
を行うことで、多結晶シリコン薄膜３３を形成しておき
、これを第２図のターンテーブル３１にｌ１ｌＨするの
であって、出語薄膜３３としては数ＩＬｌ厚とすればよ
く、これにより溶融シリコンと半導体基板とが、直接触
れることになる前記方法に比し、温度差による半導体基
板への熱歪発生といった支障を解消し得ることとなる。

本願発明では、このような多結晶シリコン薄膜３３に対
して、前記スプレー装置２０によって多結晶シリコン層
３２が第１図（ｅ２）の如く得られることとなり、さら
に第１図（ｆ）の如き製品を得るようにするのは、前記
第１図（ｄｌ）から同図（ｅｌ）への工程と同じ既知の
製法手順となり、当該請求項（３）の方法によることで
、多結晶シリコン薄１１９３３の介在に基づく上記の作
用と、微細化された霧状である溶融シリコンのスプレー
による効果とを兼備させることができる。

そして、請求項（４）では、これまた前記の第２図に係
るスプレー装置２０を用いて請求項（３）のスプレーを
行うのであり、このことによってピンホールの発生を阻
止する効果をも兼備させ得ることとなる。

（発明の効果） 本願は上記のようにして構成された工程を具有するもの
であるから、請求項（１）による方法では、ＣＶＤ法に
よることなく、溶融シリコンを回転している半導体基板
にスプレーするようにしたから、上記従来法で数時間を
要した約５０ＯｐＬ■のポリシリコン層を１分程度の時
間で形成でき、大幅に生産性を上げることができると共
に低コスト、高スループツトが可能となり、しかも製品
は上記スプレーと回転との併用によって、均一厚のもの
が得られることとなるだけでなく、スプレー工程にあっ
て付与される溶融シリコンが霧状に微細化されているの
で、ピンホールの発生と、半導体基板に対する熱歪の影
響を抑制することができる。

請求項（２）による方法では、請求項（１）の効果に加
えて、減圧下の不活性ガス雰囲気により、ピンホールの
発生をも阻止した製品を得ることができる。

さらに請求項（３）では、予め半導体基板の表面にＣＶ
Ｄ法による多結晶シリコン薄膜を形成し、これに対して
溶融シリコンがスプレーされることとなるため、温度差
に基づく半導体基板への熱歪発生といった支障が、上記
多結晶シリコン薄膜による吸収により解消されることと
なるだけでなく、スプレー工程にあっては付与される溶
融シリコンが霧状に微細化されているので、ピンホール
の発生と、半導体基板に対する熱歪の影響を抑制するこ
とができる。

請求項（４）による方法では、請求項（３）の効果に加
えて、減圧下の不活性ガス雰囲気により、ピンホールの
発生をも阻止し得ることとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）（ｂ）（ｃ）　（ｄｔ　）　（ｅｔ　）は
、本願請求項（１）に係る半導体基板上に多結晶シリコ
ンを形成する方法を説示するため例示された当該半導体
基板の製造工程順縦断正面説明図で、同図（ａ）（ｂ）
（ｃ）　（ｄｚ　）　Ｃｅｚ　）　（ｆ）が請求項（３
）に係る同上方法説示のため例示された当該半導体基板
の製造工程順縦断正面説明図、第２図は本願発明を実施
するのに用い得るスプレー装置の縦断正面説明図。 第３図（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）は従来のＣＶＤ
法により半導体基板上に多結晶シリコンを形成する方法
説示のため例示された当該半導体基板の製造工程順縦断
正面説明図、第４図は当該従来法の実施に用い得るスプ
レー装置の縦断正面説明図、第５図は同上従来法による
ピンホール発生状態を示した半導体基板の縦断正面図で
ある。 ２１・・・・・・不活性ガス雰囲気 ２２ａ・・・・ノズル ２６・・・・・・加圧不活性ガス ３２＃Φ・１１１１Φ多結晶シリコン層３３・・・・・
・多結晶シリコンＳｌｌ！Ｊ＾・・・・・・半導体基板 代理人　弁理士　斎　藤　義　雄 第 図 第 図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）不活性ガス雰囲気内にて、回転する半導体基板上
   に、ノズルから押出される溶融シリコンを、加圧不活性
   ガスによって霧状に微細化してスプレーすることにより
   、これを冷却固化するようにして、所要厚さだけの多結
   晶シリコン層を形成したことを特徴とする半導体基板上
   に多結晶シリコンを形成する方法。
2. （２）減圧下の不活性ガス雰囲気内にて、回転する半導
   体基板上に、ノズルから押出される溶融シリコンを、加
   圧不活性ガスによって霧状に微細化してスプレーするこ
   とにより、これを冷却固化するようにして、所要厚さだ
   けの多結晶シリコン層を形成したことを特徴とする半導
   体基板上に多結晶シリコンを形成する方法。
3. （３）表面に、ＣＶＤ法により多結晶シリコン薄膜が形
   成されている半導体基板を、不活性ガス雰囲気内にて回
   転させながら、上記多結晶シリコン薄膜上に、ノズルか
   ら押出される溶融シリコンを、減圧不活性ガスによって
   霧状に微細化してスプレーすることにより、これを冷却
   固化するようにして、所要厚さの多結晶シリコン層を形
   成したことを特徴とする半導体基板上に多結晶シリコン
   を形成する方法。
4. （４）表面に、ＣＶＤ法により多結晶シリコン薄膜が形
   成されている半導体基板を、減圧下の不活性ガス雰囲気
   内にて回転させながら、上記多結晶シリコン薄膜上に、
   ノズルから押出される溶融シリコンを、減圧不活性ガス
   によって霧状に微細化してスプレーすることにより、こ
   れを冷却固化するようにして、所要厚さの多結晶シリコ
   ン層を形成したことを特徴とする半導体基板上に多結晶
   シリコンを形成する方法。