JPH04124814A - Soi基板の作製方法 - Google Patents

Soi基板の作製方法

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JPH04124814A
JPH04124814A JP24588890A JP24588890A JPH04124814A JP H04124814 A JPH04124814 A JP H04124814A JP 24588890 A JP24588890 A JP 24588890A JP 24588890 A JP24588890 A JP 24588890A JP H04124814 A JPH04124814 A JP H04124814A
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中西 史朗
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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、絶縁膜上に単結晶ソリコン膜を形成してなる
5ol(S 1licon  On  I n5ula
tor)構造を有するSOI l板の作製方法に関する
〔従来の技術〕
絶縁膜(絶縁性の基板も含む)上に単結晶シリコン層を
形成した構造はSOI構造と称され、SOI構造を有す
る501基板は、狭い領域にて容易に素子分離が行え、
高集積化または高速化が可能である基板として知られて
いる。そして、このようなSOI基板上に素子を作製し
た半導体集積回路は、従来のシリコン基板上に素子を作
製した半導体集積回路に比べて、特性の向上を図ること
ができるので、SOI基板について盛んに研究が進めら
れている。
絶縁膜上に単結晶シリコン膜を形成させる方法として、
固相成長(SOIid  Phase  旦pitax
ySPE)法がある。これは、単結晶シリコン基板上に
絶縁膜を形成し、この絶縁膜を選択的にエツチングして
基板表面の一部を露出させ、基板の露出部及び絶縁膜上
に非晶質シ1)コン膜(以下a−3i膜という)を堆積
し、600℃程度の低温でアニールすることにより、基
板表面の露出部をシードとして、最初に縦方向固相成長
(Vertical  5olid  PhaseEp
itaxy、 V−5PE)さセ、引き続いて横方向固
相成長(Lateral 5olid Phase E
pitaxy、 L−5PE)させてa−5i膜を単結
晶化させるものである。
しかしながら、堆積するa−Si膜がノンドープのa−
5i膜である場合、横方向の固相成長距離(L−5PE
距離)は約5μm程度であり、形成されるSOI領域の
大きさが限定されるという欠点がある。L−SPE距離
を伸ばす方法としで、絶縁膜上のa−5i膜にP゛イオ
ン高濃度に注入した後、アニール処理を行う方法が知ら
れている(Japanese Journal of 
Applied Physics Vol、25.No
、5(1986)667) 、ところが、a−5i膜内
にP゛イオン1〜3 X 10”am−3という高濃度
にドーピングするので、固相成長した単結晶シリコン膜
中の不純物(P)濃度が非常に高くなってしまい、この
固相成長した単結晶シリコン膜上に所望の半導体素子を
作製することは困難である。
〔発明か解決しようとする課題〕
このように、従来の固相成長法(SPE法)では、横方
向への成長距離(L−SPE距離)が伸びず、半導体素
子を作製するのに適した大面積の801基板を得ること
ができなかったり、単結晶シリコン膜中の不純物濃度が
高くなって所望の半導体素子の作製が行えなかったりし
た。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、L−
5PE距離を伸ばしてより大面積のSOI l板を作製
することができるSOT i板の作製方法を提供するこ
とを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明に係るSOI基板の作製方法は、単結晶半導体基
台上に絶縁膜を形成し、前記単結晶半導体基台を露出す
べく前記絶縁膜に開孔部を選択的に形成し、露出した単
結晶半導体基台の表面を含んで前記絶縁層上に非晶質シ
リコン膜を堆積し、該非晶質シリコン膜のアニール処理
により単結晶シリコン膜をエピタキシャル成長させてs
o+ %板を作製する方法において、前記非晶質シリコ
ン膜の堆積を2段階に分けて行い、その第1段階の堆積
温度を第2段階の堆積温度より低くすることを特徴とす
る。
〔作用] 本発明の501基板の作製方法にあっては、2段階に分
けてa−Si膜の堆積を行い、第1段階の堆積温度を第
2段階の堆積温度より低くする。そうすると、L−SP
E距離の延伸を阻害していた単結晶シリコン膜と絶縁膜
との界面における結晶欠陥、多結晶核の発生が抑制され
る。この結果、L−5PE距離が延伸してSOJ ’F
J域が拡大し、これに加えてSOI基板の結晶性も向上
する。
〔実施例〕
以下、本発明をその実施例を示す図面に基づいて具体的
に説明する。
第1図は、本発明の作製方法において使用され、反応室
内を超高真空状態に保持できるCVD装置の構成を示す
。図中11.12は夫々反応室、試料準備室であり、反
応室11と試料準備室12とはゲートバルブ13の開閉
により、連通状態及び遮断状態に切換えられる。
反応室11では、ガス導入管14からSiH4,Ar等
のガスを導入し、排気管】5から排気する。また、ガス
を導入していないときの反応室11の排気と試料準備室
12の排気とは、排気管16から行う。試料準備室12
にはガス導入管17から窒素が導入されて真空からのリ
ークがなされる。サセプタ18上にセントされた試料(
基板)は、搬送系19にて反応室11内に搬送され、サ
セプタホルダ20上にサセプタ18ごとセットされる。
試料(基板)に対する加熱は、赤外線ランプ21にて行
われ、熱雷対22でその温度がモニタされて温度制御回
路23にて温度制御される。
試料(基板)の反応室11内への七ノドは、以下のよう
にして行う。まず、ゲートバルブ13を閉した状態で、
反応室11内を真空排気し、試料準備室12内にガス導
入管17から窒素を導入してリークを行う。その後、試
料(基板)をサセプタ18上にセットして試料準備室1
2に入れ、試料準備室12内を排気管16から真空排気
し、ゲートバルブ13を開けて搬送系19にてサセプタ
18をサセプタホルダ20にセットする。そして、搬送
系19を試料$偏室12内に戻しゲートバルブ13を閉
しる。なお、試料(基板)を取り出すときは、試料準備
室12内を真空状態とした後、ゲートバルブ13を開け
て搬送系19によりサセプタ18を試料11!備室I2
内に運び、再びゲートバルブ13を閉じて試料準備室1
2内に窒素を導入して大気圧になった状態で試料(基板
)を取り出す。
第2図は、本発明の実施例の作製工程を示す模式的断面
図である。
図中1は、(100)面を主面とする単結晶半導体基台
としての単結晶シリコン基板であり、その表面に絶縁膜
として膜厚0.1μm程度のSiO□膜2を、熱酸化ま
たはCVD法により形成する(第2図(a))。
次に、公知の技術であるフォトリソグラフィ技術により
、シードとしてのシリコン基板表面(シード部1a)を
露出させるべく、この5i02膜2に開孔部2aを選択
的に形成する(第2図(b))。
5iOz膜2がパターン形成された単結晶シリコン基板
1を、RCA法により化学的に洗浄した後、第1図に示
すCVD装置の反応室11内にセットする。
反応室1]内を] X 10−7Torr程度の真空状
態に排気し、赤外線ランプ21により450〜500°
Cまて昇温加熱し、温度を一定とした後、5iH=ガス
を流量200cc/分、圧力5 Torrで供給し、開
孔部2aから露出しているシリコン基板表面(シート部
1a)上及びSiO□膜2上に、第1段階の下層のa−
5i膜3aを、膜厚0.1μm程度堆積させる(第2図
(C))。下層のa−5i膜3aの堆積が終了すると、
SiH4ガスの供給を停止し、数分間にわたってArガ
スにて5in4ガスのパージを行った後、再び反応室1
1内を1 x 10−’Torr程度の真空状態ムこ排
気し、赤外線ランプ21により550℃まで昇温加熱し
、温度を一定とした後、5I84ガスを流量200 c
c/分、圧力5 Torrで供給し、下層のa−5i膜
3a上に、第2段階の上層のa−5i膜3bを、膜厚1
.5μm程度堆積させる(第2図(d))。
5iFI4ガスの供給を停止し、数分間にわたってAr
ガスにて5i)I4ガスのパージを行った後、N2雰囲
気中にて600℃程度の温度でのアニール処理により、
a−3i膜3a、 3bの固相成長を行って、a−5i
膜3a、 3bを卯結晶化させた単結晶シリコン膜4を
形成する(第2図(e))。
なお、上述した実施例では単結晶半導体基台として単結
晶シリコン基板を用いることとしたが、単結晶半導体基
台として表面に単結晶シリコンが形成された基板を用い
ることとしても良い。
従来、固相成長法においては、成長した単結晶シリコン
と絶縁膜であるSi0g膜との界面付近で発生する結晶
欠陥、多結晶核がL−5PE距離を縮小させたり成長し
た単結晶シリコン膜の結晶性を低下させたりすることが
問題となっている(J、^pp1.Phys。
54(5)、May(1983)2847)、 (Jp
nj、Appl、Phys、Vol、25゜No、10
(1986)L814)。ところで、a−3i膜を堆積
する際にその堆積温度を低温とした場合、結晶欠陥多結
晶核の発生を抑えることは可能であるが、この場合には
、実用的な堆積速度が得られない、または不純物濃度が
高くなるという問題点がある(Jpn。
J、八pp1.Phys、Vo1.21.No、10(
1982)1431)  。
このような事情により、本発明では、a−5i膜の堆積
工程を2段階に分割し、夫々の堆積温度を異ならせてい
る。具体的には、その第1段階、つまり絶縁膜(SiO
□膜2)との界面付近における下層のa−3i膜3aの
堆積(膜厚0.iμm程度)は、450〜500℃程度
の低温にて行って、結晶欠陥、多結晶核の発生を抑制し
、その第2段階、つまり第1段階にて堆積した下層のa
−Si膜3aへの上層のa−5i膜3bの堆積(膜厚1
.5μm程度)は、通常のCVD法における堆積温度で
ある550℃(Jpn、J、Appl、Phys。
シo1.21.No、10(1982)1431)で行
う。このようにすることにより、従来からの問題点を解
決して、全体として実用的なa−5i膜の膜厚(App
l、Phys、Lett。
52(21)、23 May(1988)1788)を
得、しかも結晶性が良好である大面積のSOI領域を得
ることができる。
第3図は、アニール時間とL−3PE距離との関係を示
すグラフであり、横軸はアニール時間(時間)、縦軸は
L−5PE距離(μm)、グラフ中の数値は成長速度(
人/秒)を夫々示し、また−・−5−〇−は夫々本発明
例、従来例を表す。第3図に示すグラフから明らかなよ
うに、本発明の炸裂方法を用いることにより従来例の約
2倍にあたる10μmのL−5PE距離を得ることがで
きる。
〔発明の効果〕
以上のように、本発明のSOJ基板の作製方法では、a
−3i膜の堆積を2段階に分けて行い、その第1段階の
堆積温度を第2段階の堆積温度より低くすることにより
、絶縁膜との界面付近における結晶欠陥、多結晶核の発
生を抑制することができ、より大面積のSOT基板を作
製することが可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のSo1基板の作製方法を実施するため
に使用するCVD装置の概略構成図、第2図は本発明の
501基板の作製方法の工程を示す断面図、第3図は本
発明例と従来例とにおけるアニル時間とL−SPE距離
との関係を示すグラフである。 1・・・単結晶シリコン基板(単結晶半導体基台)1a
・・・シード部 2・・・SiO□膜(絶縁膜)  2
a・・・開孔部 3a・・・下層のa−5i膜 3b・
・・上層のa−5i膜4・・・単結晶シリコン膜 特 許 出願人   三洋電機株式会社代理人 弁理士
   河 野  登 夫第 図 第 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、単結晶半導体基台上に絶縁膜を形成し、前記単結晶
    半導体基台を露出すべく前記絶縁膜に開孔部を選択的に
    形成し、露出した単結晶半導体基台の表面を含んで前記
    絶縁層上に非晶質シリコン膜を堆積し、該非晶質シリコ
    ン膜のアニール処理により単結晶シリコン膜をエピタキ
    シャル成長させてSOI基板を作製する方法において、 前記非晶質シリコン膜の堆積を2段階に分 けて行い、その第1段階の堆積温度を第2段階の堆積温
    度より低くすることを特徴とするSOI基板の作製方法
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