JPH0396225A - 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或でき、かつ
、表面を平坦化できる半導体基板の製造方法に関する。

（従来の技術） Ｓｏｌ　（ｓ１１　ｉｃｏｎ−ｏｎ−ｉｎｓｕｌａｔｏ
ｒ）構造の半導体基板（ｓｏｒ基板）上に形成されたデ
バイスは、バルク半導体基板上に形成されたデバイスに
比べ、接合容量の減少、素子間分離耐圧の向上、ラフチ
アップの防止、ソブトエラー耐性等の点で優れた特性を
有し、高速、高集積のデバイスを実現できるものとして
活発に研究開発が進められている。

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戊した後、ＣＶＤ法等
によって該絶縁層上に非単結晶シリコン層を堆積し、該
非単結晶シリコン層ヘ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２図（ａ）
〜（Ｃ）は、この従来の方法を示す断面図である。まず
、第２図＜ａ＞に示すように、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、この絶縁層２
上に単結晶化すべき非品質シリコン層又は多結晶シリコ
ン層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２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
て矢印方向に開始スル。こうして、レーザビームによっ
て溶融された非単結晶シリコン層５ａ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ｌを種（
ｓｅｅｄ）として単結晶化し、単結晶シリコン層５Ｃと
なる。従って、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ｌの結晶方位に一致する。単結
晶シリコン層５Ｃ上に所定の平面形状を有するレジスト
パターン６を形成した後、レジストパターン６に覆われ
ていない領域の単結晶シリコン層５Ｃをエッチングする
ことによって、単結晶シリコン層５Ｃをパターニングす
る（第２図（Ｃ））。この後、レジスト／ｆ夕一ン６を
除去すれば、Ｓｏｌ基板が得られる。

（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．　　０μ１
程度以上）すると、溶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、再結晶化した単結晶シリコン
層５Ｃにクラックやスリップ等の結晶欠陥が発生すると
いう問題がある。このクラックやスリップ等の結晶欠陥
は、再結晶化した単結晶シリコン層５Ｃにデバイスを形
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、良質な膜質の厚膜単結晶シ
リコン層を有するＳｏｌ基板を形成することができない
。

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
をクラブクやスリップ等の結晶欠陥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
。

＜ｖｓｍ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？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或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・リ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エピタ
キシャル成長させると同時に、該第１の単結晶シリコン
層が形成されていない領域の該絶縁層上■に、非晶質シ
リコン層を成長させる工程と、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単結晶シリコン基板と接触し
ている。この非単結晶シリコン層を該開口部から溶融再
結晶化させることにより、溶融した非単結晶シリコンの
原子配列は再結晶化時に、該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。

第１の単結晶シリコン層の所定領域を該絶縁層の表面が
露出するまでエッチングすることにより、第１の単結晶
シリコン層をパターニングした後、パターニングされた
第１の単結晶シリコン層上にのみ、その表面の単結晶シ
リコンを種としてシリコンをエピタキシャル成長させ、
第２の単結晶シリコン層を形成する。また、このとき、
第１の単結晶シリコン層がエッチングにより除去された
領域の絶縁層上に、シリコンを非品質シリコン層として
堆積する。上記シリコン層の成長温度は、シリコン層を
溶融するときに必要な温度よりも低く、溶融再結晶化に
伴うような大きな熱応力が発生しない。このため、単結
晶シリコン層にクラ・ノクやスリップ等の結晶欠陥が発
生しない 第２の単結晶シリコン層及び非品質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還択することによって自由に設
定することができる。それ故、第１の単結晶シリコン層
の膜厚はクラックやスリップ等の結晶欠陥が発生しない
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、クラックやスリップ等の
結晶欠陥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。また、第１の単結晶シリ
コン層がエッチングにより除去された領域では、絶縁層
上に非晶質シリコン層が形戊される。こうして、結晶方
位が単結晶シリコン基板のものと一致し、所望のパター
ン及び所望の膜厚を有する単結晶シリコン層及び非晶質
シリコン層を絶縁膜上に同時に形成することができ、こ
れによって、基板表面の平坦性を向上させることができ
る。

（実施例） 以下に、本発明を実施例について第１図（ａ）〜（ｆ）
を参照しながら説明する。

まず、面方位が（１００）でオリエンテーションフラッ
トが（ｔｏｅ）の単結晶シリコン基板ｌ上に絶縁層２と
して膜厚１．０μ重の８１０２層を形戊したく第ｌ図（
ａ））。この絶縁層２上に通常の方法により形成したレ
ジストパターン３をマスクとして、レジストパターン３
に覆われていない絶縁層２の所定領域を単結晶シリコン
基板１に達するまで工・ノチングすることによって、開
口部４を形威し、単結晶シリコン基板１の表面の一部を
露出させた（第１図（ｂ））。

レジストパターン３の除去後、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５日をＣＶＤ法等の方法により形成した。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。本実施例では、レーザビ
ームの照射を該開口部から矢印の方向に走査し、第１の
単結晶シリコン層５ｂを形成することができた（第１図
（ｄ））。レーザビームが照射された領域の非単結晶シ
リコン層５　ａ，の最高温度は１４２０℃程度であった
。溶触再結晶化に際して、単結晶シリコン基板ｌの表面
が再結晶化の種となるために、第１の単結晶シリコン層
５ｂの結晶方位は単結晶シリコン基板１の結晶方位に一
致した。非単結晶シリコン層５ａを膜厚が０．８μ請程
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、クラックやスリップ等の
結晶欠陥のない良質の単結晶層を得ることができた。

次に、所望の領域の第１の単結晶シリコン層５ｂだけを
基板上に残し、他の領域の第１の単結晶シリコン層５ｂ
を除去するために、まず、第１の単結晶シリコン層５ｂ
上に所望の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形成した。続いて、レジ
ストパターン６に覆われていない領域の第１の単結晶シ
リコン層５ｂをドライエッチングによって除去したく第
１図〈ｅ））。

レジストパターン６を除去した後、ｃｖＤ法等の方法を
用いて、パターニングされた第ｌの単結晶シリコン層５
ｂ上に第２の単結晶シリコン層７ａをエピタキシャル成
長させた。第２の単結晶シリコン層７日の結晶方位は下
地の第１の単結晶シリコン層５ｂの結晶方位と等しくな
った。また、このとき同時に、第１の単結晶シリコン層
５ｂが除去された領域の絶縁層２上に非品質シリコン層
７ｂが形成された。ＣＶＤ法によって上記シリコン層を
戊長させたときの温度は９００℃程度であり、シリコン
の溶融再結晶化時の最高温度に比較して十分低く、大き
な熱応力は発生しなかった。

なお、ＣＶＤ法等による第２の単結晶シリコン層７ａ及
び非品質シリコン層７ｂの成長時間を調整することによ
り、第２の単結晶シリコンＭ７ａ及び非晶質シリコン層
７ｂの厚さを任意に設計することが可能であり、単結晶
シリコン層の厚膜化を容易に行うことができる。本実施
例では、膜厚５〜５０μ一の厚膜単結晶シリコン層をク
ラック及びスリップ等のない良質な結晶状態で形戊した
（第１図（ｆ））。また、厚膜化を行う前に、膜厚の薄
い第１の単結晶シリコン層５ｂのバターニングを行なっ
たため、厚膜の単結晶シリコン層をパターニングすると
きに起こりやすい寸法シフトやエッチングの形状異常が
発生しなかった。

このように、本実施例では、パターニングした単結晶シ
リコン層５ａ上と、パターニングによって単結晶シリコ
ン層５ａが除去された領域の絶縁層２上とに、同時にシ
リコンを成長させることによって、下地の結晶性に応じ
た結晶性を有し、かつ、表面の平坦なシリコン層を形成
することができた。このようにして形成された表面の平
坦な厚膜Ｓｏ１基板上には、各種のデバイス及び配線が
信頼性良く形成できた。特に、本実施例の厚膜ＳＯ■基
板にフォトダイオード等の光デバイスを形成した場合、
受光部の結晶性が良質で、しかも、その膜厚が厚いため
、光感度等の特性が著しく向上した。なお、このＳＯ１
基板上の非品質シリコン層は、単結晶シリコン層に形成
された各種デバイスの素子分Ｍｗ４域として利用できる
。

（発明の効果） このように、本発明によれば、溶融再結晶化法によって
得た薄くて良質の第１の単結晶シリコン層をパター；ン
グした後、パター二冫グされた第１の単結晶シリコン層
上では単結晶シリコン層のエピタキシャル成長を、また
、同時に、第１の単結晶シリコン層が形威されていない
領域の絶縁層上では非晶質シリコン層の成長を行うので
、次のような効果を得ることができる。

■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。

■溶融再結晶化法の温度よりも低い温度で行うエピタキ
シャル成長によって単結晶シリコン層の厚膜化を行うの
で、クラックやスリップ等の結晶欠陥が少ない良質の厚
膜単結晶シリコン層が得られる。

■厚膜化前の単結晶シリコン層をパターニングした後、
厚膜化を行うので、厚膜シリコン層のパターニングに伴
う寸法シフトや異常形状の発生がない。

■厚膜化のためのエビタ牛シャル成長の際、同時に絶縁
層上に形成する非品質シリコン層によって、基板表面が
平坦化され、基板上にデバイスや配線を形成しやすくな
る。また、非品質シリコン層は、単結晶シリコン層に形
成された各種デバイスの素子分離領域として利用できる
。

このようにして形成された厚膜Ｓｏｌ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　　　なり 第１図（ａ）〜（ｆ）は本発明の実施例を説明するため
の断面図、第２図（ａ）−（Ｃ）は従来例を説明するた
めの断面図である。

ｌ・・・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、５ｃ・・・単結晶シリコン層、７ａ・・・第２の単
結晶シリコン層、７ｂ・・・非晶質シリコン層。

以上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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
   をエピタキシャル成長させると同時に、該第１の単結晶
   シリコン層が形成されていない領域の該絶縁層上に非晶
   質シリコン層を成長させる工程と、 を包含する半導体基板の製造方法。