JPH0521337A - 半導体基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】大面積で且つ膜厚が薄いと共に表面段差の殆ど
無い単結晶シリコン層を有するＳＯＩ構造の半導体基板
を簡単なプロセスで製造する方法を提供する。 【構成】単結晶シリコン基板上に、第１の絶縁層と中間
層との２層膜を形成し、この２層膜を単結晶シリコン基
板が露出するまでエッチングして開口部を形成する。こ
の開口部内に第１の単結晶シリコン層を２層膜と略等し
い厚みに形成し、このシリコン層および中間層の各上に
第２の絶縁層を形成し、この絶縁膜の一部を開口した後
にエッチングすることにより中間層を除去して空洞部を
形成する。空洞部内にだい２の単結晶シリコン層を形成
した後に第２の絶縁層を除去し、表面を平坦化する。従
って、空洞部内の第１の単結晶シリコン層と第２のシリ
コン層との一体化により表面段差が生じず、２回のフォ
トリソグラフィ工程でよく、中間層により第２の単結晶
シリコン層の厚みを決定できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高品質で膜厚の薄い単
結晶シリコン層を絶縁層上に形成できるＳＯＩ構造の半
導体基板の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】斯かるＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ−Ｏｎ−
Ｉｎｓｕｌａｔａｒ）構造の半導体基板（以下、ＳＯＩ
基板と称す）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、
素子分離耐圧の向上、ラッチアップの防止、ソフトエラ
ー耐圧等の点で優れた特性を有し、高速・高性能のデバ
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。ＳＯＩ基板を形成する方法としては、（１）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法等によって該絶縁層上に非結晶のシリ
コン層を堆積し、該非結晶のシリコン層にレーザービー
ムまたは電子ビームを照射して単結晶化する熔融再結晶
化法、（２）単結晶シリコン基板に高エネルギーで酸素
を注入し、熱処理を行うことによって半導体基板表面か
ら或る深さに絶縁層を形成するＳＩＭＯＸ法、（３）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、該開口部にＣＶＤ法によって単結晶シリコンを
選択的に形成し、更に該単結晶シリコンを種結晶として
該絶縁層上に単結晶シリコン層を形成するＥＬＯ法等が
提案されている。

【０００３】「図２」（ａ）〜（ｅ）は、上述のＥＬＯ
法によるＳＯＩ基板の製造工程を順に示し、先ず、同図
（ａ）に示すように、単結晶シリコン基板１上に絶縁層
２を形成し、次に、同図（ｂ）に示すように、エッチン
グにより開口部４を形成した後に、同図（ｃ）に示すよ
うに、ＣＶＤ法により開口部４に単結晶シリコン層５を
選択的に堆積する。この時、絶縁層２上には単結晶シリ
コン層５が直接には堆積されない。即ち、単結晶シリコ
ン層５が絶縁層２より高くなると、この単結晶シリコン
層５が除々に絶縁層２上を横方向に成長していき、同図
（ｄ）に示すように、やがて単結晶シリコン層５か絶縁
層２を完全に覆い尽くす。その後に、単結晶シリコン層
５をエッチングすることにより同図（ｅ）に示すような
ＳＯＩ基板が得られる。

【０００４】然し乍ら、上述の製造方法では、単結晶シ
リコン層５が絶縁層２上を横方向に成長する速度と縦方
向に成長する速度とが殆ど同じであるため、大面積のＳ
ＯＩ領域を形成しようとすると、相当に厚い単結晶シリ
コン層５を形成しなければならない。しかも、薄膜の単
結晶シリコン層５を得るには、相当に厚い単結晶シリコ
ン層５のエッチングを精度良く行う必要があり、その制
御は非常に難しいものとなる。

【０００５】そこで、このような問題を解消するため
に、「図３」に示すような製造方法が提案されている。
同図において「図２」と同一若しくは同等のものには同
一の符号を付してある。先ず、同図（ａ）に示すよう
に、「図２」の場合と同様に単結晶シリコン基板１上に
絶縁層２を形成した後に、同図（ｂ）に示すようにエッ
チングにより開口部４を形成する。次に、同図（ｃ）に
示すように、ＣＶＤ法によって全面に非結晶シリコン層
或いは絶縁層からなる中間層３を堆積する。続いて、同
図（ｄ）に示すように、中間層３の一部を絶縁層２が露
出するまで開口した後に、その全面に絶縁層６を形成す
る。更に、同図（ｅ）に示すように、絶縁層６の一部を
中間層３が露出するまで開口し、同図（ｆ）に示すよう
に、エッチングにより中間層３を完全に除去して空洞部
７を形成し、この空洞部７内に、同図（ｇ）に示すよう
にＣＶＤ法によって単結晶シリコン層８を選択的に成長
させ、最後に、同図（ｈ）に示すように、絶縁層６を除
去すれば、ＳＯＩ基板が得られる。

【０００６】このＳＯＩ基板は、単結晶シリコン層８の
厚さが中間層３の厚さで決定され、また、単結晶シリコ
ン層８は、縦方向への成長が絶縁層６によって抑制され
ているために横方向にしか成長しない。従って、薄膜で
且つ大面積の単結晶シリコン層８を容易に得られるもの
である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】然し乍ら、「図３」の
製造方法においても次のような問題が残存している。即
ち、空洞部７を形設するために絶縁層６を絶縁層２に対
しこれの上方位置に間隙を存して支持する必要があり、
そのため、絶縁層６に、絶縁層２上に接触する支持部分
を形成している。従って、この絶縁層６の支持部分には
単結晶シリコン層８が形成されないので、絶縁層６を除
去した後の単結晶シリコン層８には、これの厚みに相当
する段差が生じ、平坦な表面を得ることができない。

【０００８】また、空洞部７を形成するまでに少なくと
も、薄膜成形工程を３回、フォトリソグラフィ・エッチ
ング工程を３回それぞれ経る必要があるので、製造プロ
セスが非常に複雑なものとなる問題がある。そこで本発
明は、表面段差の無い大面積の薄膜単結晶シリコン層を
有するＳＯＩ構造の半導体基板を簡単なプロセスで製造
できる半導体基板の製造方法を提供することを技術的課
題とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記した課題
を達成するための技術的手段として、半導体基板を次の
ような工程を経て製造するようにした。即ち、絶縁層上
に単結晶シリコン層を有する半導体基板の製造方法にお
いて、第１の前記絶縁層上に中間層を形成し、該第１の
絶縁層と該中間層の一部を開口して前記単結晶シリコン
基板を露出させ、この開口部内に選択的に第１の単結晶
シリコン層を形成し、該第１の単結晶シリコン層上と前
記中間層上とに第２の絶縁層を形成し、この第２の絶縁
層の一部を開口して前記中間層を露出させた後に、エッ
チングにより該中間層を除去して前記第１の絶縁層と前
記第２の絶縁層との間に空洞部を形成し、この空洞部内
に第２の単結晶シリコンを選択的に形成し、その後に、
エッチングにより前記第２の絶縁層を除去して表面を平
坦にする各工程を経ることを特徴としている。

【００１０】

【作用】単結晶シリコン基板上に、第１の絶縁層および
中間層を順次形成して該第１の絶縁層と該中間層との２
層膜を設ける。次に、この２層膜の一部をエッチングし
て単結晶シリコン基板が露出するまで開口した後に、こ
の開口部内にＣＶＤ法等によって選択的に第１の単結晶
シリコン層を前記２層膜の厚さとほぼ同じ厚さに形成す
る。このとき、第１の単結晶シリコン層の原子配列は単
結晶シリコン基板の原子配列に整合する。続いて、第１
の単結晶シリコン層と中間層上に第２の絶縁層を形成
し、その後に、第２の絶縁層の一部を開口して２層膜を
露出させる。この開口部は２層膜の開口部に形成した第
１の単結晶シリコン層と重ならないようにする。次に、
２層膜の上部の中間層をエッチングにより除去して第１
の絶縁層と第２の絶縁層との間に空洞部を形成した後
に、この空洞部内に第２の単結晶シリコン層を第２の絶
縁層に設けられた開口部を埋めるまで形成する。この
後、エッチングにより第２の絶縁層を除去し、且つ表面
を平坦にする。

【００１１】この製造方法によると、、２回のフォトリ
ソグラフィ・エッチング工程でよいので工程が簡略化さ
れ、また、第１および第２の単結晶シリコン層の一体化
により第２の絶縁層を除去した後の単結晶シリコン層に
表面段差が発生せず、しかも、第２の単結晶シリコン層
の厚さは、第１および第２の両絶縁層間の中間層の厚さ
で決定されるので、薄膜で且つ大面積の単結晶シリコン
層を容易に形成できる利点がある。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の好ましい一実施例について
「図１」を参照しながら詳述する。同図において「図
２」および「図３」と同一若しくは同等のものには同一
の符号を付してある。先ず、同図（ａ）に示すように、
面方位（１００）の単結晶シリコン基板１上に第１の絶
縁層２として膜厚１．０μｍの酸化膜層を形成した後
に、さらに、中間層３として５０００Å程度の膜厚の窒
化膜を形成する。続いて、同図（ｂ）に示すように、こ
の絶縁膜２と中間層３の２層膜の所定領域の２箇所にフ
ォトリソグラフィとエッチングによって開口部４を形成
し、単結晶シリコン基板１を露出させる。

【００１３】次に、同図（ｃ）に示すように、ＣＶＤ法
等の手段により各開口部４内に単結晶シリコン層５を選
択的に形成する。この実施例では、減圧エピタキシャル
成長装置を使用し、単結晶シリコン層５の厚さは絶縁層
２と中間層３の２層膜の厚さと略同じになるように制御
している。即ち、単結晶シリコン層５を開口部４内のみ
に形成するよう制御している。その後に、同図（ｄ）に
示すように、単結晶シリコン層５上および中間層３上に
それぞれ第２の絶縁層６として５０００Å程度の膜厚の
酸化膜をＣＶＤ法等の手段により形成し、更に、同図
（ｅ）に示すように、絶縁層６における二つの単結晶シ
リコン層５の中間位置である所定領域をフォトリソグラ
フィ・エッチングにより開口して中間層３を露出させた
後に、エッチングによって中間層３を選択的に除去し、
第１の絶縁層２と第２の絶縁層６との間に空洞部７を形
成する。

【００１４】そして、同図（ｆ）に示すように、空洞部
７の領域内にＣＶＤ法等の手段により前もって形成した
単結晶シリコン層５を種（ｓｅｅｄ）としてシリコンを
選択的にエピタキシャン成長させることにより単結晶シ
リコン層８を形成する。この実施例では、減圧エピタキ
シャル成長装置を使用して空洞部７を完全に埋め尽くし
た後に絶縁層６の開口部を埋める程度まで単結晶シリコ
ン層８を形成している。最後に、同図（ｇ）に示すよう
に、絶縁層６全体とこの絶縁層６の開口部内の単結晶シ
リコン層８をエッチングにより除去して表面を平坦にす
る。この実施例では、エッチバック技術によって表面を
平坦化した。このような工程を経ることにより５０００
Å程度の厚さの単結晶シリコン層のＳＯＩ構造を有する
半導体基板を作成できた。

【００１５】

【発明の効果】以上のように本発明の半導体基板の製造
方法によると、第１の単結晶シリコン層により第２の絶
縁層を支持して空洞部を形成でき、また、第１の単結晶
シリコン層の厚さを第１の絶縁層と中間層の２層膜の厚
さと略同じに容易に制御できるため、第１および第２の
単結晶シリコン層の一体化により第２の絶縁層を除去し
た後の単結晶シリコン層に表面段差が発生せず、平坦な
単結晶シリコン層を有するＳＯＩ構造の半導体基板を作
成できる。しかも、２回のフォトリソグラフィで第１の
絶縁層と第２の絶縁層との間に空洞部を形成できるの
で、比較的簡単なプロセスでＳＯＩ構造の半導体基板を
作成できる。また、第２の単結晶シリコン層の厚さは、
第１および第２の両絶縁層間の中間層の厚さで決定され
るので、薄膜で且つ大面積の単結晶シリコン層を容易に
形成できる

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係わる製造工程を順に示し
た断面図である。

【図２】従来方法の製造工程を順に示した断面図であ
る。

【図３】他の従来方法の製造工程を順に示した断面図で
ある。

【符号の説明】

１ 単結晶シリコン基板 ２ 第１の絶縁層 ３ 中間部 ４ 開口部 ５ 第１の単結晶シリコン層 ６ 第２の絶縁層 ７ 空洞部 ８ 第２の単結晶シリコン層

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 絶縁層上に単結晶シリコン層を有する半
   導体基板の製造方法において、第１の前記絶縁層上に中
   間層を形成し、該第１の絶縁層と該中間層の一部を開口
   して前記単結晶シリコン基板を露出させ、この開口部内
   に選択的に第１の単結晶シリコン層を形成し、該第１の
   単結晶シリコン層上と前記中間層上とに第２の絶縁層を
   形成し、この第２の絶縁層の一部を開口して前記中間層
   を露出させた後に、エッチングにより該中間層を除去し
   て前記第１の絶縁層と前記第２の絶縁層との間に空洞部
   を形成し、この空洞部内に第２の単結晶シリコンを選択
   的に形成し、その後に、エッチングにより前記第２の絶
   縁層を除去して表面を平坦にする各工程を経ることを特
   徴とする半導体基板の製造方法。