JPH0354819A - Manufacture of soi substrate - Google Patents

Manufacture of soi substrate

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JPH0354819A
JPH0354819A JP18986989A JP18986989A JPH0354819A JP H0354819 A JPH0354819 A JP H0354819A JP 18986989 A JP18986989 A JP 18986989A JP 18986989 A JP18986989 A JP 18986989A JP H0354819 A JPH0354819 A JP H0354819A
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JP
Japan
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substrate
layer
protrusion
polycrystalline silicon
silicon layer
Prior art date
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Pending
Application number
JP18986989A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Shimabukuro
浩 島袋
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0354819A publication Critical patent/JPH0354819A/en
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Abstract

PURPOSE:To attain crystallization in a state wherein the whole surface is arranged in uniform directions by a method wherein a polycrystal Si layer or an amorphous Si layer having a region wherein thermal concentration is easy to occur is formed on an underneath substrate and then the heat treatment process is started from the partial region. CONSTITUTION:A polycrystal Si layer 13 is formed on an insulator 12 and then a protrusion 14 is formed on a part of the layer 13. Later, the sidewall around the layer 13 including the protrusion 14 is covered with a sidewall material 15 resistant to thigh temperature. Furthermore, the surface of the layer 13 is covered with a lapping film 16. The heat treatment process is started from the protrusion 14 from a substrate 11 thus prepared. At this time, the polycrystal Si of the protrusion 14 is recrystallized so that the surface 100 may come into contact with the insulator 102 and the sidewall 15 when the polycrystal Si of the protrusion 14 is melted down to be recrystallized. Through these procedures, the crystal in the controlled surface direction can be used as a seed to be deposited at any time.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明はSo I (Silicon on Ins
ulator)基板の製造方法にかかり、特に下地基板
に対する制限を取り除くのに好適なS(8基板の製造方
法に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] This invention is based on SoI (Silicon on Ins).
The present invention relates to a method for manufacturing an S (ulator) substrate, and in particular to a method for manufacturing an S (8 substrate) suitable for removing restrictions on the base substrate.

[従来の技術] 近年、半導体デバイスの高性能化を図るために、その一
手段として、SOI構造を有したデバイスの研究・開発
がさかんに行われている。SOI構造とは、絶縁体の上
に薄い半導体(通常はシリコン)を積層した構造をいい
、このようなSOI基板を用いたデバイスは、高耐圧化
,高集積化,大面積化を図ることができ、また耐放射線
にも優れた性能が期待ざれる。
[Prior Art] In recent years, in order to improve the performance of semiconductor devices, research and development of devices having an SOI structure have been actively conducted as a means for improving the performance of semiconductor devices. The SOI structure is a structure in which a thin semiconductor (usually silicon) is layered on an insulator, and devices using such an SOI substrate can have high voltage resistance, high integration, and large area. It is also expected to have excellent radiation resistance.

SoI基板の形成方法の一つとして、ZMR(Zone
 Melting Recrystallizatio
n>法が知られている。例えば、第5図に示すように、
シリコンウエハ1上に絶縁体層2となる酸化膜S i 
02を熱酸化により形或した後、シリコンウエハ1の表
面一部が露出するように、窓3をエッチングにより形戒
する。次に、絶縁体層2及び窓3の上に一面に熱CVD
法により多結晶シリコン層4を厚さ0.5μm〜1.0
μmで或膜する。さらに、多結晶シリコン層4の上に、
熱CVD法によりキャツピング膜5と呼ばれるSi02
膜が形成ざれ、基板10が完或する。
ZMR (Zone
Melting Recrystallization
The n> method is known. For example, as shown in Figure 5,
An oxide film S i that becomes an insulator layer 2 on a silicon wafer 1
After forming the silicon wafer 02 by thermal oxidation, the window 3 is formed by etching so that a part of the surface of the silicon wafer 1 is exposed. Next, thermal CVD is applied all over the insulator layer 2 and window 3.
The thickness of the polycrystalline silicon layer 4 is 0.5 μm to 1.0 μm by
A film is formed in μm. Furthermore, on the polycrystalline silicon layer 4,
Si02 called capping film 5 is formed by thermal CVD method.
The film is no longer formed and the substrate 10 is completed.

次に、第5図に示すように形或された基板10は、第6
図に示すように、カーボンサセプタ6上にセツトされる
。そして、基板10の上方には、矢印の方向に移動可能
な細長いカーボンヒーター7が設けられている。この状
態で、まずカーボンサセプタ6内のヒーターを加熱して
、基板10仝体を例えば1350℃に保持し、ざらにカ
ーボンヒーター7の真下の部分だけが81の融点141
2℃を超える温度(例えば、1450℃〉になるように
、カーボンヒーター7により温度調整する。最初、カー
ボンヒーター7を基板10の窓3の上方に配置して、窓
3の領域の多結晶シリコン層4を溶融する。カーボンヒ
ーター7が矢印の方向に移動すると、融点以下となり、
再結晶化する。その際下地のシリコンウエハ1を種結晶
とし、同じ面方位になるように、再結晶化が生じる。カ
ーボンヒーター7を移動することにより、溶融・再結晶
化が生じ、多結晶シリコン層4の全体に亘って面方位の
そろったSO■基板が形或できる。多結晶シリコン層4
を覆っているキャッピング膜5は、多結晶シリコン層4
が溶融した際、Siが蒸発したり、表面張力により丸ま
ったりすることを防ぐ働きをしている。
Next, the substrate 10 shaped as shown in FIG.
As shown in the figure, it is set on a carbon susceptor 6. An elongated carbon heater 7 is provided above the substrate 10 and is movable in the direction of the arrow. In this state, first heat the heater inside the carbon susceptor 6 to maintain the entire substrate 10 at, for example, 1350°C, and only the part directly below the carbon heater 7 has a melting point of 141°C.
The temperature is adjusted using the carbon heater 7 so that the temperature exceeds 2°C (for example, 1450°C). First, the carbon heater 7 is placed above the window 3 of the substrate 10, and the polycrystalline silicon in the area of the window 3 is heated. Melt the layer 4. When the carbon heater 7 moves in the direction of the arrow, the temperature becomes below the melting point,
recrystallize. At this time, the underlying silicon wafer 1 is used as a seed crystal, and recrystallization occurs so that the crystals have the same surface orientation. By moving the carbon heater 7, melting and recrystallization occur, and an SO2 substrate having a uniform surface orientation over the entire polycrystalline silicon layer 4 can be formed. Polycrystalline silicon layer 4
The capping film 5 covering the polycrystalline silicon layer 4
It functions to prevent Si from evaporating or curling due to surface tension when it is melted.

上記したZMR法によるSOI基板の製造方法は、広い
領域(例えば、5インチウエハ全体)にわたって均一な
SO■基板を形成することができるという特徴を有して
いる。
The method of manufacturing an SOI substrate using the ZMR method described above has the feature that a uniform SOI substrate can be formed over a wide area (for example, the entire 5-inch wafer).

一方、ZMR法によるSOI基板の製造方法は、高温処
理を伴うため、下地のシリコンウエハ1にデバイスを形
成した後にSOI構造を形或し、さらにデバイスを形或
するといった、いわゆる多層構造デバイスによる高集積
化には適していない。
On the other hand, since the method of manufacturing an SOI substrate using the ZMR method involves high-temperature processing, it is difficult to fabricate a high-performance device using a so-called multilayer structure, in which devices are formed on the underlying silicon wafer 1, and then an SOI structure is formed, and then devices are formed. Not suitable for integration.

第5図に示す基板10と同様な基板を用いて、基板全体
を高温加熱せず、溶融したい多結晶シリコンのみをレー
ザーにより溶融・再結晶化する方法も知られている。し
かしながら、この方法を実施する装置は高価であり、か
つ広い面積のSOI基板の形或には適していない。
A method is also known in which a substrate similar to the substrate 10 shown in FIG. 5 is used, and only the polycrystalline silicon to be melted is melted and recrystallized using a laser, without heating the entire substrate to a high temperature. However, equipment implementing this method is expensive and not suitable for large area SOI substrate formats.

従来技術としては、他に横方向固相方位戒長法と呼ばれ
るSOI基板の製造方法が知られている。
Another known prior art method for manufacturing SOI substrates is called the lateral solid phase orientation method.

この方法では、第5図に示す基板10において、多結晶
シリコン層4を熱CVD法によって形成ざれるアモルフ
ァスシリコン層に置き換えた基板が準備ざれる。又、こ
の場合、キャツピングII!5は、特に必要としない。
In this method, a substrate is prepared in which the polycrystalline silicon layer 4 in the substrate 10 shown in FIG. 5 is replaced with an amorphous silicon layer formed by thermal CVD. Also, in this case, Capping II! 5 is not particularly required.

′IP−備ざれた基板は、600℃程度の比較的低温の
中で8〜10時間保持ざれる。すると、ゆっくりではあ
るが、窓3の部分からシリコンウエハ1を種結晶として
、上記アモルファスシリコン層が単結晶化して上部に或
長じて行き、つづいて横方向に或長じていく。この方法
では、横方向の成長は、せいぜい10〜40μmなので
、広い面積のSOI基板を得るためには、窓3を増やさ
なければならない。
'IP-The prepared substrate is kept at a relatively low temperature of about 600° C. for 8 to 10 hours. Then, using the silicon wafer 1 as a seed crystal from the window 3, the amorphous silicon layer becomes a single crystal and extends upward to a certain extent, and then to a certain extent in the lateral direction, albeit slowly. In this method, the lateral growth is at most 10 to 40 μm, so the number of windows 3 must be increased in order to obtain a large area SOI substrate.

[発明が解決しようとする課題] 以上に説明した従来技術には、それぞれ一長一短がある
が、どの方法も種結晶が必要であり、そのために下地基
板の選択において制限を受けるという問題点があった。
[Problems to be Solved by the Invention] The conventional techniques described above each have their advantages and disadvantages, but each method requires a seed crystal, which poses a problem in that the selection of a base substrate is restricted. .

この発明の目的は、上記の下地基板の制限を除去し、か
つ安価でスループットの高いSOI基板の作成方法を提
供することにある。
An object of the present invention is to provide a method for producing an SOI substrate that is inexpensive and has high throughput, while eliminating the above-mentioned restrictions on the base substrate.

[課題を解決するための手段] この発明のSOI基板の製造方法は、絶縁体を下地基板
とし、下地基板上に熱が集中しやすい一部の領域を有し
た多結晶シリコン層または非晶質シリコン層を形戒し、
その後上記一部の領域から熱処理を開始し、上記多結晶
シリコンまたは非晶質シリコンを単結晶化することを特
徴としている。
[Means for Solving the Problems] The method for manufacturing an SOI substrate of the present invention uses an insulator as a base substrate, and a polycrystalline silicon layer or an amorphous silicon layer having a partial region where heat tends to concentrate on the base substrate. Preventing the silicon layer,
The method is characterized in that heat treatment is then started from the partial region to convert the polycrystalline silicon or amorphous silicon into a single crystal.

この発明においては、上記多結晶シリコンまたは非晶質
シリコンの側面は、上記熱処理に耐えられる物質(例え
ば、下地基板と同一もしくは同様な性質を有する物質)
によって覆われている構造とするのが好適である。
In this invention, the side surface of the polycrystalline silicon or amorphous silicon is made of a material that can withstand the heat treatment (for example, a material that has the same or similar properties as the underlying substrate).
It is preferable to have a structure covered by.

[作用] この発明によれば、上記熱が集中しやすい領域に1μm
角程度の種結晶を形成することができ、これを核として
多結晶シリコン層または非晶買シリコン層の全面を面方
位のそろった状態で結晶化することができる。
[Function] According to this invention, the area where heat is likely to concentrate has a thickness of 1 μm.
It is possible to form a seed crystal about the size of a square, and using this as a nucleus, the entire surface of a polycrystalline silicon layer or an amorphous silicon layer can be crystallized with uniform plane orientation.

したがって、下地基板を種結晶の供給源として用いる必
要がなくなるため、下地基板の制限をなくすことができ
る。
Therefore, it is no longer necessary to use the base substrate as a source of seed crystals, so that restrictions on the base substrate can be eliminated.

[実施例] 以下添附の図面に示す実施例により、ざらに詳細にこの
発明について説明する。第2図はこの発明で用いる基板
11の平面図であり、第3図は第2図に示す平面図の八
一八断面図である。図示するように、基板11は、石英
などの絶縁体12上に多結晶シリコン層13を熱CVD
法によって形成し、その後多結晶シリコン層13の一部
を矩形またはくさび形等の先細りの形状にパターニング
して突起14を形或する。その後、少なくとも突起14
を含む多結晶シリコン13のまわりの側壁をSiO2な
どの高温に耐えつる側壁材15で覆う。さらに、多結晶
シリコン層13の上面をラツピング膜16で被覆する。
[Example] The present invention will be roughly described in detail below with reference to an example shown in the attached drawings. FIG. 2 is a plan view of the substrate 11 used in the present invention, and FIG. 3 is a sectional view of the plan view shown in FIG. As shown in the figure, a substrate 11 is formed by depositing a polycrystalline silicon layer 13 on an insulator 12 such as quartz by thermal CVD.
After that, a portion of the polycrystalline silicon layer 13 is patterned into a rectangular or wedge-shaped tapered shape to form the protrusion 14. Thereafter, at least the protrusion 14
The side wall around the polycrystalline silicon 13 containing the polycrystalline silicon 13 is covered with a side wall material 15 such as SiO2 that can withstand high temperatures. Further, the upper surface of the polycrystalline silicon layer 13 is covered with a wrapping film 16.

このようにして準備された基板11を用い、ZMR法に
よって基板11の突起14から熱処理を開始グる。第1
図はこの状態を示す説明図であり、突起14の多結晶シ
リコン層13が溶融・再結晶化を開始する。このとき、
突起14の多結晶シリコンが溶融・再結晶化する際に、
いわゆるグラフオエビタキシの原理により、( ioo
)面が絶縁体12および側壁材15に接するように再結
晶化する。このように面方位を制御した結晶を種として
、随時結晶成長させることができる。
Using the substrate 11 prepared in this way, heat treatment is started from the protrusion 14 of the substrate 11 by the ZMR method. 1st
The figure is an explanatory view showing this state, and the polycrystalline silicon layer 13 of the protrusion 14 begins to melt and recrystallize. At this time,
When the polycrystalline silicon of the protrusion 14 melts and recrystallizes,
By the principle of so-called graphoebitaxy, (ioo
) is recrystallized so that the surface is in contact with the insulator 12 and the side wall material 15. Crystals with controlled plane orientations can be used as seeds to grow crystals at any time.

第4図はこの発明の他の実施例を示す説明図であり、図
示するように、基板20として次のような構或のものを
準備する。すなわち、シリコンウエハ21上に形成され
た酸化膜22上に、第2図に示す基板11と同様に、突
起24を備えたアモルファスシリコン層23(第2図の
多結晶シリコン層13に相当)を形或する。この場合、
ラッピング膜は特に必要としない。このような基板20
の裏面からフラッシュランプ30等により瞬間的にパル
ス状に熱を加える。シリコンウエハ21と酸化膜22と
を介して、熱がアモルファスシリコン層23に伝わる。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing another embodiment of the present invention, and as shown in the figure, a substrate 20 having the following structure is prepared. That is, an amorphous silicon layer 23 (corresponding to the polycrystalline silicon layer 13 in FIG. 2) having protrusions 24 is formed on an oxide film 22 formed on a silicon wafer 21, similar to the substrate 11 shown in FIG. take shape in this case,
A wrapping film is not particularly required. Such a substrate 20
A flash lamp 30 or the like is used to instantaneously apply heat in a pulsed manner from the back side of the plate. Heat is transmitted to the amorphous silicon layer 23 via the silicon wafer 21 and the oxide film 22.

このとき、突起2には熱が集中するので、他のアモルフ
ァスシリコン層23の領域より高温になる。したがって
、突起2部分が先に多結晶化するので、これを種結晶と
して、横方向固相方位或長を行うことができる。同方法
はバッチ処理が可能であり、茫産化に適している。
At this time, since heat is concentrated on the protrusion 2, the temperature becomes higher than other areas of the amorphous silicon layer 23. Therefore, since the protrusion 2 portion becomes polycrystalline first, lateral solid phase orientation can be performed using this as a seed crystal. This method allows batch processing and is suitable for bulk production.

上記した第1図に示す実施例と第4図に示す実施例は、
共に種結晶を選択的に形或し、そこから結晶或長を開始
するものである。
The embodiment shown in FIG. 1 and the embodiment shown in FIG. 4 described above are as follows:
Both methods selectively form a seed crystal and begin crystal growth from there.

[発明の効果] この発明によれば、SO■基板となる絶縁体上の多結晶
シリコンあるいは非晶質シリコンの一部が、矩形あるい
はくさび形等の先細り形状にパタニングざれ、これによ
って、該部分に選択的に1μm角程度の種結晶を形成す
ることができる。
[Effects of the Invention] According to the present invention, a part of polycrystalline silicon or amorphous silicon on an insulator serving as an SO substrate is patterned into a tapered shape such as a rectangle or a wedge shape, and thereby the part Seed crystals of about 1 μm square can be selectively formed.

そして、この種結晶を核として、多結晶シリコン又は非
晶貿シリコン層の全体を面方位のそろった状態で結晶化
することができる。
Then, using this seed crystal as a core, the entire polycrystalline silicon or amorphous silicon layer can be crystallized with uniform plane orientation.

更に、下地基板を種結晶の供給源として用いる必要がな
くなったので、SOIデバイスの応用範囲を大幅に拡大
することができる。
Furthermore, since it is no longer necessary to use the underlying substrate as a source of seed crystals, the range of applications of SOI devices can be greatly expanded.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はこの発明の実施例を示す説明図、第2図は第1
図に示す実施例で用いる基板の一例を示す平面図、第3
図は第2図に示すA−A断面図、第4図はこの発明の他
の実施例を示す説明図、第5図は従来技術において用い
られる基板の断面図、第6図はZMR法の原理を示す説
明図である。 11. 20・・・基板、12・・・絶縁体、13・・
・多結晶シリコン層、14, 24・・・突起、15・
・・側壁材、16・・・ラツピング膜、21・・・シリ
コンウエハ、22・・・酸化膜、第 1 図 第 2 図 第 3 図 第 4 図 第 5 図 第 6 図
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an embodiment of this invention, and FIG.
A plan view showing an example of a substrate used in the embodiment shown in the figure, No. 3
The figure is a sectional view taken along the line AA shown in FIG. 2, FIG. 4 is an explanatory diagram showing another embodiment of the present invention, FIG. 5 is a sectional view of a substrate used in the prior art, and FIG. FIG. 2 is an explanatory diagram showing the principle. 11. 20... Substrate, 12... Insulator, 13...
・Polycrystalline silicon layer, 14, 24...Protrusion, 15・
... Side wall material, 16... Wrapping film, 21... Silicon wafer, 22... Oxide film, Fig. 1 Fig. 2 Fig. 3 Fig. 4 Fig. 5 Fig. 6

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims]  絶縁体を下地基板とし、下地基板の上に熱が集中しや
すい一部の領域を有した多結晶シリコン層または非晶質
シリコン層を形成し、その後上記一部の領域から熱処理
を開始し、上記多結晶シリコンまたは非晶質シリコンを
単結晶化することを特徴とするSOI基板の製造方法。
An insulator is used as a base substrate, a polycrystalline silicon layer or an amorphous silicon layer having a part of the region where heat is likely to concentrate is formed on the base substrate, and then heat treatment is started from the part of the region, A method for manufacturing an SOI substrate, comprising monocrystallizing the polycrystalline silicon or amorphous silicon.
JP18986989A 1989-07-21 1989-07-21 Manufacture of soi substrate Pending JPH0354819A (en)

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