JPH0746685B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JPH0746685B2
JPH0746685B2 JP61058036A JP5803686A JPH0746685B2 JP H0746685 B2 JPH0746685 B2 JP H0746685B2 JP 61058036 A JP61058036 A JP 61058036A JP 5803686 A JP5803686 A JP 5803686A JP H0746685 B2 JPH0746685 B2 JP H0746685B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 シリコン・オン・インシュレータ(Silicon On Insulat
er,SOI)の形成において、絶縁物の上に3C−SiCを成長
しその上にシリコンをエピタキシャル成長する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Outline] Silicon On Insulat (Silicon On Insulat)
er, SOI), 3C-SiC is grown on the insulator and silicon is epitaxially grown on it.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明は半導体装置の製造方法に関するもので、さらに
詳しく言えば、従来のSOI形成においてレーザアニール
を用いて再結晶化したのに代えて、シリコン基板上の絶
縁物(SiO2膜またはシリコン窒化膜(Si3N4膜)上に単
結晶3C−SiC(β−SiC)を成長し、この3C−SiCの上に
シリコンをエピタキシャル成長する方法に関するもので
ある。
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device. More specifically, instead of recrystallization using laser annealing in the conventional SOI formation, an insulator (SiO 2 film or silicon nitride film) on a silicon substrate is used. The present invention relates to a method for growing single crystal 3C-SiC (β-SiC) on (Si 3 N 4 film) and epitaxially growing silicon on this 3C-SiC.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来のSOI形成方法は第4図の断面図に示される。先ず
同図(a)に示される如くシリコン基板31上にSiO2膜32
を形成しその上に例えば化学気相成長(CVD)法でポリ
シリコン膜33を成長し、ポリシリコン膜33にレーザビー
ムを照射し(レーザアニール)、ポリシリコンをメルト
(溶融)し、再結晶化してポリシリコン膜33内に単結晶
シリコン領域35を作り、この単結晶シリコン領域35に所
望の素子を形成する。
A conventional SOI forming method is shown in the sectional view of FIG. First, as shown in FIG. 3A, a SiO 2 film 32 is formed on a silicon substrate 31.
Is formed and a polysilicon film 33 is grown thereon by, for example, a chemical vapor deposition (CVD) method, the polysilicon film 33 is irradiated with a laser beam (laser annealing), the polysilicon is melted, and recrystallized. To form a single crystal silicon region 35 in the polysilicon film 33, and a desired element is formed in the single crystal silicon region 35.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

上記した方法では、ポリシリコン/単結晶シリコン/ポ
リシリコンと横に素子分離される構造が得られるが、第
4図(b)に示す構造を縦方向に形成することが、半導
体装置の集積度を高め、かつ、耐環境性の改良すなわち
放射線対策の見地から検討されている。そのためには、
第4図(b)に示したポリシリコン膜33の上に再度SiO2
を堆積し、その上にポリシリコンを成長して前記したレ
ーザアニールを実施し、2層,3層……と多層構造にする
ことによって、たて方向の集積度および耐環境に優れた
デバイスを作ることが可能になるからである。
With the above method, a structure in which elements are laterally separated into polysilicon / single crystal silicon / polysilicon is obtained. However, it is possible to form the structure shown in FIG. It is being studied from the standpoint of improving radiation resistance and improving environmental resistance, that is, measures against radiation. for that purpose,
SiO 2 is again formed on the polysilicon film 33 shown in FIG. 4 (b).
Is deposited, polysilicon is grown on it, and the laser annealing described above is performed to form a multi-layer structure of two layers, three layers, and the like, whereby a device excellent in vertical integration and environment resistance is obtained. Because it will be possible to make.

従来の方法によると、レーザアニールによると、スッ
ポトの小なるレーザビームが照射されたところしか再結
晶化しないのでスループットが悪く、形成される素子
の形状、寸法に制限が加えられ、SiO2膜の上のポリシ
リコンを再結晶化するとき作られる単結晶シリコンの配
向性ができ上がってみなければ判らず、何層にもポリ
シリコンを積んでそれを再結晶化するとき、各層の平坦
度が次第に失われ、単結晶シリコン領域の大きさがピラ
ミッド型に上に行くにつれて小になり、2層ないし3層
構造が限界である、などの問題がある。
According to conventional methods, according to the laser annealing, the throughput is poor because small becomes laser beam Suppoto does not only re-crystallized was irradiated, the shape of the element to be formed, limited to the dimensions are added, the SiO 2 film It is not understood unless the orientation of the single crystal silicon produced when recrystallizing the polysilicon above is completed and re-crystallizing it by stacking polysilicon in multiple layers, the flatness of each layer gradually becomes There is a problem in that the size of the single crystal silicon region is lost, the size of the single crystal silicon region becomes smaller as it goes upward in the pyramid shape, and the two-layer or three-layer structure is limited.

本発明はこのような点に鑑みてなされたもので、上記の
問題点を解決したSOI形成の方法を提供することを目的
とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a method of SOI formation that solves the above problems.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記問題点は、半導体off基板上に絶縁膜を形成する工
程、絶縁膜上にSiHCl3+H2+C3H8系のガスを用いる減圧
化学気相成長法により3C−SiC膜を成長する工程、およ
び3C−SiC膜上にSiH4(またはSi2H6もしくはSi3H8(ト
リシラン)+H2)系のガスを用いる減圧化学気相成長法
によりシリコンをエピタキシャル成長する工程を含むこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法を提供することに
よって解決される。
The above-mentioned problems include a step of forming an insulating film on a semiconductor off substrate, a step of growing a 3C-SiC film on the insulating film by a low pressure chemical vapor deposition method using SiHCl 3 + H 2 + C 3 H 8 type gas, And a step of epitaxially growing silicon on the 3C-SiC film by low pressure chemical vapor deposition using SiH 4 (or Si 2 H 6 or Si 3 H 8 (trisilane) + H 2 ) based gas. This is solved by providing a method for manufacturing a semiconductor device.

第1図は本発明実施例の断面図である。FIG. 1 is a sectional view of an embodiment of the present invention.

本発明においては、シリコン基板11上に絶縁膜12(SiO2
膜またはシリコン窒化膜)を形成し、その上に単結晶3C
−SiC膜13を成長し、この3C−SiCの上にシリコンをエピ
タキシャル成長して単結晶シリコン膜14を形成する。
In the present invention, the insulating film 12 (SiO 2
Film or silicon nitride film) on which a single crystal 3C is formed
A -SiC film 13 is grown, and silicon is epitaxially grown on this 3C-SiC to form a single crystal silicon film 14.

〔作用〕[Action]

本出願人は減圧CVD法により、3C−SiC膜を形成する技術
を開発したもので、本発明においてはその技術を利用
し、絶縁物の上に1つの配向性だけをもった単結晶にき
わめて近い構造的に安定した3C−SiC膜を形成するもの
であり、この3C−SiC膜上にそれと同じ配向性をもった
単結晶シリコン膜がエピタキシャル成長するのである。
The present applicant has developed a technique for forming a 3C-SiC film by a low pressure CVD method, and in the present invention, the technique is utilized to form a single crystal having only one orientation on an insulator. It forms a structurally stable 3C-SiC film, and a single crystal silicon film having the same orientation as that of the 3C-SiC film is epitaxially grown on this 3C-SiC film.

〔実施例〕〔Example〕

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明す
る。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

従来、Si基板上へ単結晶3C−SiC(β−SiC)を成長させ
る場合、大きな格子定数の差を緩和させるための炭化層
をあらかじめ基板上に作製するのが一般的であった。本
出願人は、炭化層を用いないで単結晶3C−SiCを成長さ
せることを試みた。
Conventionally, when a single crystal 3C-SiC (β-SiC) is grown on a Si substrate, a carbonized layer for relaxing a large difference in lattice constant is generally formed on the substrate in advance. Applicants have attempted to grow single crystal 3C-SiC without the carbonized layer.

Si基板ウエハーには、P形、4インチ(100)正基板
と、(111)4°−offの2種類の基板を用いた。成長に
は誘導加熱型リアクターを用い、基板はSiCコートのグ
ラファイトサセプター上に置いた。成長は、SiHCL3−C3
H8−H2系を選び、基板温度;1000℃、成長圧力;200Paで
行った。
As the Si substrate wafer, two types of substrates, a P type, a 4-inch (100) positive substrate and a (111) 4 ° -off substrate were used. An induction heating reactor was used for growth, and the substrate was placed on a SiC-coated graphite susceptor. Growth, SiHCL 3 -C 3
Select H 8 -H 2 system, the substrate temperature; 1000 ° C., the growth pressure; was performed at 200 Pa.

両基板上に成長させたSiC膜の赤外吸収スペクトルに
は、波数800cm-1のところに急峻で大きなピークが観測
された。このことからSi−C結合が形成されていること
がわかった。X線回析の解析では、(111)4度−off基
板上では、3C−SiC(111)のピークのみ観測されたのに
対し、(100)正基板上では、(100)ピークの他に、
(111)のピークも観測された。また、(111)4°−of
f基板上の成長層(3C−SiC膜)の反射電子線回析像にス
トリーク状のスポットが観測された。このことから成長
させたSiC膜が、表面にわずかに凹凸のある単結晶膜で
あることが確認された。
In the infrared absorption spectra of the SiC films grown on both substrates, a steep and large peak was observed at a wave number of 800 cm -1 . From this, it was found that the Si-C bond was formed. In the X-ray diffraction analysis, only the peak of 3C-SiC (111) was observed on the (111) 4 degree-off substrate, whereas on the (100) positive substrate, in addition to the (100) peak. ,
A peak of (111) was also observed. Also, (111) 4 ° -of
f Streak spots were observed in the backscattered electron diffraction image of the growth layer (3C-SiC film) on the substrate. From this, it was confirmed that the grown SiC film was a single crystal film having a slightly uneven surface.

また、成長させたSiC膜には、熱膨張係数等の違いによ
る剥離はみられなかった。これらの結果により、上記の
成長条件下では、単結晶3C−SiCは(111)4°−off基
板上には成長したことがわかった。
In the grown SiC film, peeling due to differences in thermal expansion coefficient was not observed. From these results, it was found that under the above growth conditions, single crystal 3C-SiC was grown on the (111) 4 ° -off substrate.

再び、第1図を参照すると、半導体基板例えばシリコン
基板11上に通常の技術で(SiO2膜+窒化シリコン膜)12
(SiO2膜1000Å,窒化シリコン(Si3N4)膜4000Å)を
形成する。
Referring again to FIG. 1, a (SiO 2 film + silicon nitride film) 12 is formed on a semiconductor substrate such as a silicon substrate 11 by a conventional technique.
(SiO 2 film 1000Å, silicon nitride (Si 3 N 4 ) film 4000Å) is formed.

次いで、前記した減圧CVD法で、1000℃、200Pa雰囲気
で、SiHCL3+H2+C3H8系のガスを用いて、3C−SiC膜13
を作ったところ、反射電子線回析法(RHEED)によって
一つの配向性をもち、ほとんど単結晶といいうる3C−Si
C膜13を作ることができた。
Then, by the above-mentioned low pressure CVD method, in a 1000 Pa, 200 Pa atmosphere, using a SiHCL 3 + H 2 + C 3 H 8 system gas, a 3C-SiC film 13
3C-Si, which has a single orientation by the backscattered electron diffraction method (RHEED) and can be called almost a single crystal.
The C film 13 could be made.

次いで、SiH4(またはSi2H6)+H2系のガスを用い800℃
〜900℃の温度で減圧CVD法でシリコンのエピタキシャル
成長を行ったところ、表面がほとんど鏡面の単結晶シリ
コン膜14が作られた。その結果、単結晶シリコン膜14の
上に再度絶縁膜12を形成し、3C−SiCを成長し、シリコ
ンをエピタキシャル成長する工程を繰り返し行うことが
可能になった。
Next, use SiH 4 (or Si 2 H 6 ) + H 2 system gas at 800 ℃
When silicon was epitaxially grown by a low pressure CVD method at a temperature of up to 900 ° C., a single crystal silicon film 14 whose surface was almost a mirror surface was formed. As a result, it becomes possible to repeat the steps of forming the insulating film 12 again on the single crystal silicon film 14, growing 3C-SiC, and epitaxially growing silicon.

3C−SiC膜13の成長には第2図に示す装置を用い、同図
において、21は石英二重管、22は8KHzの誘導加熱用のコ
イル、23は黒鉛サセプタ、24はマス・フロー・コントロ
ーラ(MFC)、25は気化コントローラである。かかる装
置を用い、(SiHCL3+H2+C3H8)系のガスを二重構造管
21の内管に供給し、サセプタ23を加熱してシリコン基板
11の温度を上げ、3C−SiCを基板11上に成長した。
The apparatus shown in FIG. 2 was used to grow the 3C-SiC film 13, in which 21 is a quartz double tube, 22 is a coil for induction heating at 8 KHz, 23 is a graphite susceptor, and 24 is a mass flow. The controller (MFC), 25 is a vaporization controller. Using such a device, a (SiHCL 3 + H 2 + C 3 H 8 ) type gas is used as a double structure tube.
21 inner tube to heat the susceptor 23 to heat the silicon substrate
The temperature of 11 was raised and 3C-SiC was grown on the substrate 11.

p型シリコン基板上に上記の方法でn−SiCを形成し、
n−SiC/p−Siヘテロジャンクションの電流電圧特性を
調査した結果は第3図の線図に示され、この結果から前
記した3C−SiCは150Vまでの高出力トランジスタに利用
可能であることが判明した。
n-SiC is formed on the p-type silicon substrate by the above method,
The result of investigating the current-voltage characteristics of the n-SiC / p-Si heterojunction is shown in the diagram of FIG. found.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上述べてきたように本発明によれば、 大面積の単結晶シリコンは得られ、 単結晶シリコンに形成される素子を形状、寸法を制限
することなく設計でき、 配向性が制御でき、 量産化が可能であり、 何層でも積層することができる、 効果がある。
As described above, according to the present invention, a large-area single crystal silicon can be obtained, an element formed on the single crystal silicon can be designed without limiting the shape and size, the orientation can be controlled, and mass production can be performed. It is possible to stack any number of layers, which is effective.

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

第1図は本発明実施例断面図、 第2図は3C−SiC膜成長装置の断面図、 第3図はn−SiC/p−Siヘテロジャンクションの電流電
圧特性を示す線図、 第4図(a)と(b)は従来例断面図である。 第1図と第2図において、 11はシリコン基板、12は(SiO2膜+Si3N4膜)、13は3C
−SiC膜、14は単結晶シリコン膜、21は石英二重管、22
はコイル、23はサセプタ、24はマス・フロー・コントロ
ーラ、25は気化コントローラである。
1 is a sectional view of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view of a 3C-SiC film growth apparatus, FIG. 3 is a diagram showing current-voltage characteristics of an n-SiC / p-Si heterojunction, and FIG. (A) And (b) is a conventional example sectional drawing. 1 and 2, 11 is a silicon substrate, 12 is (SiO 2 film + Si 3 N 4 film), and 13 is 3C.
-SiC film, 14 single crystal silicon film, 21 quartz double tube, 22
Is a coil, 23 is a susceptor, 24 is a mass flow controller, and 25 is a vaporization controller.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体off基板(11)上に絶縁膜(12)を
形成する工程、 絶縁膜(12)上にSiHCl3+H2+C3H8系のガスを用いる減
圧化学気相成長法により3C−SiC膜(13)を成長する工
程、および 3C−SiC膜(13)上にSiH4(またはSi2H6もしくはSi3H8
(トリシラン)+H2)系のガスを用いる減圧化学気相成
長法によりシリコンをエピタキシャル成長する工程を含
むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
1. A step of forming an insulating film (12) on a semiconductor off substrate (11), by a low pressure chemical vapor deposition method using SiHCl 3 + H 2 + C 3 H 8 based gas on the insulating film (12). The step of growing the 3C-SiC film (13), and SiH 4 (or Si 2 H 6 or Si 3 H 8 on the 3C-SiC film (13)
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising a step of epitaxially growing silicon by a low pressure chemical vapor deposition method using a (trisilane) + H 2 ) gas.
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