JPH0249420A - 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縁物によって電気的
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Ｓ＋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１図（ａ）に示すように先ず単結晶シリコ
ン基板１に５ｉＯｚ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ｌ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５ｉ０２膜２を除去して新規に電気絶縁被膜
としての５ｉＯｚ膜５を形成することで半導体基板Ａを
得、さらに、この５ｉＯｚ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６ａをもった多結晶シリコン層６を形成するのであ
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１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１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８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終層程度の厚
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６
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。

（発明が解決しようとする課題） 本願は上記のＣＶＤ法による欠陥に鑑み、請求項（１）
の方法にあっては、電気絶縁被膜を単結晶シリコン基板
に形成した半導体基板上に、多結晶シリコンを形成する
に際し、溶融シリコンを当該半導体基板上に単にスプレ
ーするだけでなく、このとき半導体基板に回転を与えて
おくようにすることで、短時間に多結晶シリコンを所要
肉厚に形成可能となし、さらに上記回転により均一肉厚
の多結晶シリコン層を得ようとするのが、その目的であ
る。

請求項（２）の方法にあっては、上記請求項（１）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。

次に請求項（３）の方法では、上記半導体基板の回転速
度を適時高速化してやることによって、さらに生産性を
向上可能とするだけでなく、均一厚にして表面が平滑な
多結晶シリコン層を形成し得るようとしている。

請求項（４）の方法にあっては、上記の請求項（３）の
方法を、減圧下の不活性ガス雰囲気内で実施することに
より、ピンホールの発生をも阻止しようとしている。

また請求項（５）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、予め半導体基板外しておき、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
している・ さらに、請求項（６）の方法では、上記の請求項（５）
の方法を、減圧下の不活性ガス雰囲気内で実施すること
により、ピンホールの発生をも阻止しようとしている。

（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
を達成するため不活性ガス雰囲気内にて、回転する半導
体基板上に、溶融シリコンを、ノズルからの噴射により
スプレーして、上記半導体基板上に所要厚さの溶融シリ
コン層を形成した後。

これを冷却固化するように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）では不活性ガス雰囲気内にて、回転する半
導体基板上に、溶融シリコンを、ノズルからの噴射によ
りスプレーして、半導体基板上に所要厚さの溶融シリコ
ン層を形成した後、この溶融シリコン暦が、その下位層
部から所望の厚さだけ冷却固化されたとき、半導体基板
の前回転を高速化することで、上位層部の未固化状態に
ある溶融シリコンを半導体基板外へ飛散させ、次に当該
半導体基板を冷却して、所望厚さの多結晶シリコン層が
得られるように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、
さらに請求項（４）では、これまた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。

さらに、請求項（５）では、これまた既述の目的を達す
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、溶融シリコ
ンを、ノズルからの噴射によりスプレーして、所要厚さ
の溶融シリコン層を形成した後、この溶融シリコン層が
、その下位層部から所望の厚さだけ冷却固化されたとき
、半導体基板の前回転を高速化することで、上位層部の
未固化状態にある溶融シリコンを半導体基板外へ飛散さ
せ、次に当該半導体基板を冷却して、所望厚さの多結晶
シリコン層が得られるように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示してお
り、請求項（６）では、上記請求項（５）の方法を実施
するのに、減圧下の不活性ガス雰囲気内にて、これを行
うようにしている。

（作　　用） 請求項（１）の方法では、半導体基板上にノズルからの
溶融シリコンが噴射されるので当該基板上に均一に、し
かも速やかに付着させることができ、しかも半導体基板
に回転が与えられていることから、溶融シリコンの均一
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）の方法によるときは、上記半導体基板上の
溶融シリコンが、部分的に固化して来たところで、当該
基板の回転を高速化するので、このとき、まだ固化して
いない表層の溶融シリコンが飛散され、この際当該溶融
シリコンが回転による遠心力によって移行するから、均
一厚の点で満足が得られると共に、平滑な表面を形成し
得ることとなる。

請求項（４）の方法では、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。

請求項（５）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
多結晶シリコン薄膜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薄膜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与えることなく、良好
な製品を得ることができる。

請求項（８）の方法は、上記請求項（５）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。

前回の理由によりピンホールの発生が抑制されることと
なる。

（実　施　例） 本発明を従来例の説示に供した第１図を借りて以下詳記
すれば、第１図（ａ）　（ｂ）　（ｃ）は実質的に従来
例のものと同じであり、（１００）の面方位をもつ約５
００ｐｍ厚の単結晶シリコン基板ｌに、熱成長により５
ｉＯｚ膜２を、形成した後、所望のパターンにてホトリ
ン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、次に同図（ｂ）の如く上記単結晶シリコン基板ｌ
にエツチングにより凹溝４を形成し、さらに上記５ｉＯ
ｚ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５ｉＯｚ膜５を形成することで、半導体基
板＾を得る。

次に、従来法ではＣＶＤ法にて半導体基板Ａに多結晶シ
リコン層を形成するのであるが、本発明では第２図、第
３図に示す如きスプレー装置１０を用いて、以下に示す
多結晶シリコン基板を得ようとするものである。

先ず上記スプレー装置１０につき説示すれば、全体が不
活性ガス雰囲気１１に内股されており、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
源１４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１２
ａ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ｌＯは、同じく不活性ガス雰囲気１１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。

これに対し、第３図に示すスプレー装置１０にあっては
、シャッタ１日が、溶融槽１２のノズル１２ａと基板皿
１７ａと間にあって、噴射される溶融シリコンを遮断可
能なるよう横設されている点が、第２図のものと違って
いる。

そこで、上記スプレー装置ｌＯを用いて請求項（１）の
方法を実施するには、前記の如く半導体基板Ａを実施す
るには、前記の如く半導体基板Ａを基板器１７ａの中央
に置き、これを第２加熱源１８によっテ１１００℃〜１
２００℃に加熱すると共に、ターンテーブル１７を稼動
して５０〜１１００ＲＰの回転を与え、溶融槽１２内の
多結晶シリコン１３を第１加熱源１４により溶融シリコ
ンとし、これを加圧不活性ガス１５によってノズル１２
ａから噴射させ、これにより上記の回転している半導体
基板Ａ上にスプレーするのである。

このスプレーによって、所望厚だけの溶融シリコン層が
半導体基板Ａ上に成層されるに至ったならば、ターンテ
ーブル１７の回転を止めると共に、第２加熱源１６によ
る加熱も止め、当該溶融シリコン層を冷却固化させるこ
とで、多結晶シリコン層を半導体基板Ａの表面に固着形
成するのであり、この際当該多結晶シリコン層は５００
終■厚程度とするのである。

かくして得られたものについては、第１図（ｄ）に示さ
れている通り、これを除去線８から研磨除去して誘電体
分離基板とするのは従来法につき既述したところである
。

次に請求項（２）の方法を実施するには、第４図に示す
スプレー装置１０を用いるようにするが、これは上記の
第２図に示したものと実質的に同じ構成を有し、ただ相
違する点は、不活性ガス雰囲気１１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り、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１ｏＯＴｏ
ｒｒ未満程度に保持し得るようにしたことだけである。

このような第４図のスプレー装置ｌＯ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１１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。

次に請求項（３）の方法にあっては、上記の如く半導体
基板Ａ上に溶融シリコンを噴射し、約１５秒後には当該
基板Ａ上の溶融シリコンがその下位層部から固化して行
き、上位層部のみに溶融シリコンが残置された状態とな
るから、このときターンテーブルＩ７の回転数を約３０
ＯＲＰＭに上げ数秒後に当該回転を止め、かつ第２加熱
源１Ｂによる加熱も停止して当該半導体基板Ａを冷却す
るのであり、上記高速回転によって上位層部における溶
融シリコンの一部が外側に飛散され、均一厚にして平滑
表面をもった多結晶シリコン層を形成することができる
。

請求項（４）では、前記した第４図のスプレー装置１０
を用いて請求項（３）のスプレーを行うようにするので
あり、これにより請求項（２）につき説示した如くピン
ホールの発生を抑制し得ることとなる。

次に請求項（５）の方法も、前記第２図のスプレー装置
ｌＯの使用により請求項（３）の方法を実施するのであ
るが、単なる半導体基板Ａに溶融シリコンを噴射してや
るのではなく、予めこれに第４図に示す如＜ＣＶＤ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１９を形成しておき、これを基板器１７ａの中央
に載置するのであり、当該薄膜１８としては数ル重厚と
すればよく、このことで溶融シリコンと半導体基板とが
直接に触れることと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。

そして、請求項（８）では、これまた前記の第４図に係
るスプレー装置ｌＯを用いて請求項（５）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
止し得ることとなる。

（発明の効果） 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５０
０ＩＬ層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。

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。

請求項（３）では、上記半導体基板の回転を、溶融シリ
コンが全部固化してしまう以前に高速化するようにした
ので、前記均一厚化が可能となるだけでなく、多結晶シ
リコン層の表面平滑化も良好となり、より望ましい製品
を得ることができる。

請求項（４）の方法によれば、上記請求項（３）の方法
による製品に比し、さらにピンホールの発生が削減され
たものとすることができる。

さらに請求項（５）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。

請求項（Ｂ）の方法によるときは、既述の如く請求項（
５）の効果に加えて、ピンホールの発生が大巾に抑制さ
れた製品を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　（ｂ）　（ｃ）　（ｄ）　（ｅ）は、従
来（７）ＣＶＤ法により半導体基板上に多結晶シリコン
を形成する方法と、本願請求項（１）（３）に係る方法
とを説示するために例示された工程順縦断正面説明図、
第２図と第３図は本願発明に用いることができるスプレ
ー装置の異種例を示した縦断正面略示図、第４図は請求
項（５）に用いられる半導体基板の縦断正面図、＄５図
は請求項（２）　（４）　（８）を実施するために用い
る前記第２図、・第３図とは別異のスプレー装置を示し
た縦断正面略示図である。 １１・・・・・・不活性ガス雰囲気 ＋２ａ・Φ・φノズル １９・・・・・・多結晶シリコン薄膜 Ａ・・・・・・半導体基板 代理人　弁理士　斎　藤　義　雄

Claims (6)

【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、溶融シリコンを、ノズルからの噴射によりスプレー
   して、上記半導体基板上に所要厚さの溶融シリコン層を
   形成した後、これを冷却固化するようにしたことを特徴
   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、溶融シリコンを、ノズルからの噴射により
   スプレーして、上記半導体基板上に所要厚さの溶融シリ
   コン層を形成した後、これを冷却固化するようにしたこ
   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）不活性ガス雰囲気内にて、回転する半導体基板上
   に、溶融シリコンを、ノズルからの噴射によりスプレー
   して、半導体基板上に所要厚さの溶融シリコン層を形成
   した後、この溶融シリコン層が、その下位層部から所望
   の厚さだけ冷却固化されたとき、半導体基板の前回転を
   高速化することで、上位層部の未固化状態にある溶融シ
   リコンを半導体基板外へ飛散させ、次に当該半導体基板
   を冷却して、所望厚さの多結晶シリコン層が得られるよ
   うに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）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、溶融シリコンを、ノズルからの噴射により
   スプレーして、半導体基板上に所要厚さの溶融シリコン
   層を形成した後、この溶融シリコン層が、その下位層部
   から所望の厚さだけ冷却固化されたとき、半導体基板の
   前回転を高速化することで、上位層部の未固化状態にあ
   る溶融シリコンを半導体基板外へ飛散させ、次に当該半
   導体基板を冷却して、所望厚さの多結晶シリコン層が得
   られるように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。
5. （５）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、溶融シリコ
   ンを、ノズルからの噴射によりスプレーして、所要厚さ
   の溶融シリコン層を形成した後、この溶融シリコン層が
   、その下位層部から所望の厚さだけ冷却固化されたとき
   、半導体基板の前回転を高速化することで、上位層部の
   未固化状態にある溶融シリコンを半導体基板外へ飛散さ
   せ、次に当該半導体基板を冷却して、所望厚さの多結晶
   シリコン層が得られるように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。
6. （６）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、溶
   融シリコンを、ノズルからの噴射によりスプレーして、
   所要厚さの溶融シリコン層を形成した後、この溶融シリ
   コン層が、その下位層部から所望の厚さだけ冷却固化さ
   れたとき、半導体基板の前回転を高速化することで、上
   位層部の未固化状態にある溶融シリコンを半導体基板外
   へ飛散させ、次に当該半導体基板を冷却して、所望厚さ
   の多結晶シリコン層が得られるようにしたことを特徴と
   する半導体基板上に多結晶シリコンを形成する方法。