JPH039514A - 半導体基板の製造方法 - 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、半導体基板の製造方法に関し、特に良質で膜
厚の厚い単結晶シリコン層を絶縁層上に形成できる方法
に関する。

（従来の技術） ＳＯｆ　（ｓ　ｉ　Ｉ　１ｃｏｎ−ｏｎ−ｉｎｓｕｌａ
ｔｏｒ）基板上に形成したデバイスは、バルク半導体基
板上に形成したデバイスに比べ、接合容量の減少、素子
間分離耐圧の向上、ラッチアップの防止、ソフトエラー
耐性等の点で優れた特性を有し、高速及び高集積のデバ
イスを実現できるので。

活発に研究、開発が進められている。このＳｏｌ基板を
形成する方法として、単結晶シリコン基板上に、開口部
を有する絶縁層を形成した後に、ＣＶＤ法等によって堆
積した非単結晶シリコン層へレーザビーム又は電子ビー
ムを照射する溶融再結晶化法が提案されている。第３図
（ａ）及び（ｂ）は、この従来の方法を説明するための
断面図である。第３図（ａ）に示すように９、まず単結
晶シリコン基板ｌ上に、開口部４を有する絶縁層２を形
成し、さらにこの絶縁層２上に単結晶化すべき非晶質又
は多結晶等の非単結晶シリコン層５ａをＣＶＤ法によっ
て堆積する。次に、第３図（ｂ）に示すように、レーザ
ビームの走査を、絶縁層２に設けられた開口部４を起点
として矢印方向に開始する。こうすることによってレー
ザビームによって溶融された非単結晶シリコンＪ１５ａ
は、再結晶化時に開口部４を介して接触する単結晶シリ
コン基板１を種（Ｓｅｅｄ）として単結晶化することに
なる。従って。

この方法によって溶融再結晶化された単結晶シリコン層
５Ｃの結晶方位はいずれも単結晶シリコン基板１の結晶
方位に一致する。次に単結晶シリコン層５Ｃ上にレジス
トパターン６を形成した後。

単結晶シリコンＪＷ５Ｃをエツチングする（第３図（Ｃ
））。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述した方法では、単結晶化すべき非単
結晶シリコン層の膜厚を厚く（例えば。

２．０μｍ程度以上）すると、熔融再結晶化に際して著
しく大きな熱応力が発生するために、再結晶化した単結
晶シリコン層にクラックが発生するという問題があった
。このクラックは、再結晶化した単結晶シリコン層上で
デバイスを形成した場合にリーク電流等の原因となり、
デバイスの性能を著しく劣化させるという欠点を有して
いる。このため、従来の方法では良質な膜質を有する厚
膜Ｓｏｌ基板を形成することができなかった。

本発明は、上記の課題を解決するものであり。

その目的とするところは、絶縁層上に膜厚の厚い単結晶
シリコン層をクランクのない良質な状態で形成できる半
導体基板の製造方法を提供するものである。

（課題を解決するための手段） 本発明の半導体基板の製造方法は、単結晶シリコン基板
上の開口部を有する絶縁層上に単結晶シリコン層を溶融
再結晶化法により形成する半導体基板の製造方法におい
て、該絶縁層上に溶融再結晶化により第１の単結晶シリ
コン層を形成する工程と、該第１の単結晶シリコン層を
エツチングによりパターニングする工程と、該第１の単
結晶シリコン層上に第２の単結晶シリコン層を１選択的
にエピタキシャル成長させる工程とを包含しており、そ
のことにより上記目的が達成される。

（作用） 開口部を有する絶縁層上に形成された非単結晶シリコン
層は、その開口部において下地である単結晶シリコン基
板と接触する。この非単結晶シリコン層を開口部から溶
融再結晶化することにより。

溶融した非単結晶シリコンの原子配列は再結晶化時に、
開口部において接触する単結晶シリコン基板の原子配列
に整合する。このようにして第１の単結晶シリコン層の
結晶方位は単結晶シリコン基板のものと一致する。この
第１の単結晶シリコン層を所望のパターンにパターニン
グした後に、単結晶シリコンの選択的なエピタキシャル
成長を行うと、ウェーハ上に供給されるシリコンは前記
のパターニングされた第１の単結晶シリコン層を核とし
て単結晶成長し、第２の単結晶シリコン層を形成する。

従って、新たにエツチングによるパタニングを行う必要
がない。第２の単結晶シリコン層の厚さは、第１の単結
晶シリコン層の厚さに依存せず、エピタキシャル成長条
件を適宜に選択することによって自由に設定できる。そ
れ故、第１の単結晶シリコン層の膜厚はクランクが発し
ない程度の薄さとすることができる。このように。

本発明によれば、クランクを発生させることなく。

所望の厚さの単結晶シリコン層を得ることができる。こ
うして結晶方位が単結晶シリコン基板のものと−敗し、
所望のパターン及び所望の膜厚を有する単結晶層を絶縁
膜上に形成することができる。

（実施例） 以下に９本発明を実施例について第１図を参照しながら
説明する。まず２面方位が（００１）でオリエンテーシ
ョンフラットが（０１０）の単結晶シリコン基板ｌ上に
絶縁層２として膜厚１．０μｍのＳｉＯ□を形成した。

（第１図（ａ））。このＳｉＯ□上に通常の方法によっ
て、形成したレジストパターン３をマスクとして、Ｓｉ
Ｏ□の所定間域を単結晶シリコン基板ｌに達するまでエ
ツチングを行うことによって開口部４を形成し、単結晶
シリコン基板１の表面を露出させた（第１図（ｂ））次
に、第１図（Ｃ）に示すように、絶縁層２上に溶融再結
晶化すべき非単結晶シリコン層５ａを形成した。溶融再
結晶化法としては、レーザビーム等のエネルギービーム
照射、または、ヒータもしくはランプによる加熱を開口
部４の領域から行うことができる。開口部４において接
触する単結晶シリコン基板ｌがシードとなるために、該
単結晶シリコン基板ｌの結晶方位と一致した結晶方位を
有する第１の単結晶シリコン石５ｂを形成することがで
きた（第１図（ｄ））。このとき非単結晶シリコンＮ５
ａを、膜厚が０．８μｍ程度の薄膜とすることによって
、溶融再結晶化の際に大きな熱応力が発生するのを防ぎ
、クシツクのない良質の単結晶層を得ることができた。

次に、第１の単結晶シリコン層５ｂ上に例えば第２図に
示すような〔１００〕及び（０１０）のそれぞれに平行
な辺からなる矩形パターンを有するレジストパターン６
をフォトリソグラフィー技術によってウェハ８上に形成
した。続いて第１の単結晶シリコンＩ’ｉ５ｂをドライ
エツチングによってバターニングした（第１図（ｅ））
後、レジストを除去した。次に選択ＣＶＤ法等の方法を
用いて、バターニングされた第１の単結晶シリコン層５
ｂ上にのみ第２の単結晶シリコン層７を選択的にエビタ
キシャ・ル成長させた。

このとき、第２の単結晶シリコン層７の結晶方位は下地
の第１の単結晶シリコン層５ｂのものと等しくなった。

また、第２の単結晶シリコン層７の膜厚は任意に設計可
能である。本実施例では膜厚５〜５０μｍの単結晶層を
クラックのない良質な状態で形成した（第１図（ｆ））
。

（発明の効果） このように１本発明によれば、溶融再結晶化法によって
得た第１の単結晶シリコン層をバターニングした後、バ
ターニングされた第１の単結晶シリコン層上で選択的な
エビタキシル成長を行うので１次のような効果を得るこ
とができる。

（１）単結晶シリコン基板の結晶方位に一致した結晶方
位を有する厚膜の単結晶シリコン層が得られる。

（２）厚膜化を選択的なエピタキシャル成長によって行
うので、クラック等の結晶欠陥の数が少ない良質の厚膜
単結晶シリコン層が得られる。

（３）厚膜化を行う前にバターニングを行うので。

厚膜シリコン層のバターニングに伴う寸法シフトや異常
形状の発生がない。

このようにして形成された厚膜ＳＯＩ基板を用いれば、
特に、フォトダイオード等の光デバイスを高感度化する
ことができる。

４、゛　の　　なｉ′日 第１図（ａ）〜（ｆ）は本発明の詳細な説明するための
断面図、第２図はその実施例を説明するためのウェーハ
上レジストパターンを模式的に示す平面図、第３図は従
来例を説明するための断面図。

１・・・単結晶シリコン基板、２・・・絶縁層、３，６
・・・レジストパターン、４・・・開口部、５ａ・・・
非単結晶シリコン層、５ｂ・・・第１の単結晶シリコン
層、７・・・第２の単結晶シリコン層、８・・・ウェハ
。

以上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、単結晶シリコン基板上の開口部を有する絶縁層上に
   単結晶シリコン層を溶融再結晶化法により形成する半導
   体基板の製造方法において、該絶縁層上に溶融再結晶化
   により第１の単結晶シリコン層を形成する工程と、該第
   １の単結晶シリコン層をエッチングによりパターニング
   する工程と、該第１の単結晶シリコン層上に第２の単結
   晶シリコン層を、選択的にエピタキシャル成長させる工
   程とを、包含する半導体基板の製造方法。