JPS59139621A - 半導体基板の製造装置 - Google Patents

半導体基板の製造装置

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JPS59139621A
JPS59139621A JP58012879A JP1287983A JPS59139621A JP S59139621 A JPS59139621 A JP S59139621A JP 58012879 A JP58012879 A JP 58012879A JP 1287983 A JP1287983 A JP 1287983A JP S59139621 A JPS59139621 A JP S59139621A
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semiconductor substrate
heating body
semiconductor
quartz tube
heating
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Yutaka Kobayashi
裕 小林
Takaya Suzuki
誉也 鈴木
Akira Fukami
深見　彰
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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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】 〔発明の利用分野〕 本発明は絶縁板上に半導体膜を形成するための製造装置
に関する。
〔従来技術〕
従来、絶縁板として単結晶サファイヤあるいはスピネル
を用い、この絶縁板上に従来の気相成長（ＣＶＤ　：　
Ｃｈｅｍｉｃａｌ　■ａｐｏｒ　］）ｅｐｏｓｉｔｉｏ
ｎ　　）装置によりＳｉを成長させていた。しかし、単
結晶す７アイヤやスピネルが高価な材料であるためこの
構造そのものが一般化されるまでには至っていない。
一方、絶縁板として非晶質石英あるいはガラス等の廉価
なものを用い、その板上に結晶性の良い半導体薄膜を形
成する方法も提案されている。例えば即品質石英基板上
に形成した多結晶または非晶質Ｓｉ薄膜にＣＷレーザ光
または電子ビームを照射し、走査する方法がある。しか
し、これらの方法に使用する装置はエネルギービームを
半導体基板全面に走査させなければな弧ないため生産性
が低いこと、形成した再成長膜の結晶性が悪いこと等の
問題点がある。
また、カーボン板と細長いカーボン棒に電流を直接流す
ことによシ、それぞれを加熱し、カーボン板上に置いた
半導体基板上方でカーボン棒を移動させることによシ、
細長い線状に溶融させて再結晶化させる装置もある。し
かし、この装置ではカーボン棒を２０００Ｃに加熱させ
なければならないので、カーボン棒と電極との結合部分
で電極材料の蒸発による汚染の問題が考えられる。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、上述した問題点を解決した半導体基板
の製造装置を提供することにある。本発明の他の目的は
、接点からの汚染の少ない半導体基板の製造装置を提供
することにある。
〔発明の概要〕
本発明半導体基板の製造装置の特徴とするところは、半
導体基板を加熱する加熱体の半導体基板側が半導体の融
点以上の領域と融点以下の領域とを備えると共に、半導
体基板と加熱体とを相対的に反対方向に移動する手段を
設けた点にある。加熱体の温度の低い領域は、半導体基
板或いは加熱体の移動方向に対して所定の角度で交差す
る方向に延びる幅の狭い領域であればよい。尚、ここで
半導体基板とは、絶縁板（膜状を含む）上に単結晶半導
体層、多結晶半導体層或いは非晶質半導体層赫を形成し
たもの、或いは半導体層上に更に絶縁層を形成したもの
をいう。
〔発明の実施例〕
以下本発明を実施例として示した図面により詳細に説明
する。
第１図は本発明製造装置の１実施例を示すもので、１は
石英管、２は石英管１の外周に巻回配置されたワークコ
イル、３はカーボンブロックからなる発熱部３１と発熱
部３１上に載置された石英からなる一対の遮熱板３２と
から構成された加熱体である。遮熱板３２は発熱部３１
の表面に形成された凹部に案内され、遮熱板相互間には
発熱部３１の一部３１ａが突出する構成とし、これによ
って加熱体３の遮熱板側は、発熱部３１の突出部３１ａ
が高温領域Ｔ１となり、遮熱板の個所が低温領域Ｔ２　
となる。４は加熱体３上に載置された半導体基板で、石
英からなる絶縁板４１上に多結晶シリコンからなる半導
体層４２及び二酸化シリコンからなる絶縁層４３を順次
積層した構成を有している。５は加熱体３を支持する石
英製の支持台、６は半導体基板４を加熱体上において所
定の速度で移動させるだめの石英製の押棒で、これは減
速機構を介してモータで駆動される。
かかる構成の製造装置で半導体層が単結晶である半導体
基板を製造する場合について説明する。
まず、絶縁板４１′上に低温の気相成長により多結晶シ
リコンからなる半導体層４２、続いてＣＶＤ法によって
二酸化シリコンからなる絶縁層４３を形成した半導体基
板４を準備する。この半導体基板４を加熱体３の一方の
遮熱板３２上に載置−し、加熱体３を石英管１内に案内
する。次に石英管１内に窒素ガスを流した状態で、ワー
クコイル２に高周波電流を流し加熱体３の発熱体３１を
シリコンの融点（１４１２Ｃ）以上に加熱する。これに
よって、加熱体３の半導体基板４を載置する側は第１図
（ｂ）に示すような一部がシリコンの融点を超え、他は
融点以下で略フラットな温度分布が得られる。
遮熱板の厚さを２ｍとしたとき、温度分布は高温領域が
１４５００．低温領域が１３５０ｔ：’となった。
このような温度分布を有する加熱体３上を、一方の遮熱
板３２から他方の遮熱板３２へ向って矢印の方向に半導
体基板４を例えばＬ間／（８）の速度で移動させる。半
導体基板４の半導体層４２は、シリコンの融点以上の高
温領域Ｔ＋　を通過することによって溶融・再結晶が生
じ、多結晶から単結晶に変わる。従って、半導体基板４
が一方の遮熱板上から他方の遮熱板上に完全に移ること
によって、絶縁板上に単結晶半導体層を有する半導体基
板を得ることができる。
このようにして得た半導体基板の半導体層の結晶性を調
べたところ、結晶粒径は数１０μｍ×数１００μｍであ
り、結晶粒界は殆んどが小傾角粒界であり、良好な結晶
性を有していることが確認できた。また、この半導体基
板を用いて第２図（ａ）及び（ｂ）に示すようなＮチャ
ネルＭＯ８）ランジスタを作ったところ、チャネル移動
度は約１０００ｃｒｒ？／Ｖ・Ｓであった。また、その
ソース・ドレイン間電圧とドレイン電流どの関係を第２
図（Ｃ）に示す。
尚、図はゲート電圧のステップを５００ｍＶとして示し
である。
第３図は本発明装置の他の実施例を示すもので、第１図
の実施例とは連続的に処理できるようにした点で相違し
ている。この相違に基づき、石英管１及び加熱体３が長
尺となっている。石英管１には多数個の窒ガス案内口１
１が形成されている。
加熱体３は長尺の発熱部３１と、その略中央部上のみに
僅少間隔を有して隣接配置した一対の遮熱板３２とから
構成されている。遮熱板３２を中央部にのみ載置しであ
るのは、ワークコイル２の巻回密度を中央部を高く他を
低くして、発熱体−３１の周辺部の発熱を抑制する構成
としたためで、もしワークコイル２の巻回密度を長手方
向に沿って均一にする場合には、遮熱板は周辺部まで延
長して設ける必要がある。７１は半導体基板４を加熱体
３上に供給する手段、７２は加熱体３から半導体基板４
を取シ出す手段、７３は半導体基板４を移動させる手段
である。
かかる装置で単結晶半導体層を持つ半導体基板を得るた
めには、加熱体３上面の温度分布を第３図（ｂ）のよう
にした状態で、石英管１の一端から半導体基板を所定の
速度で連続的に供給すればよい。
この装置を試作して確認したところ、１時間当り直径３
インチの半導体基板を４０枚製造することができた。
この装置の加熱体３上面の温度分布としては、高篇領域
Ｔ１から室温まで等しい勾配で連続的に降温するものに
限定することなく、異なる勾配で降温するようにしても
よい。
第４図は本発明装置の更に他の実施例を示すもので、第
３図に示した装置と相違するところは、絶縁板４１上に
多結晶半導体層４２及び絶縁層４３を形成する工程をも
同一石英管内で実行するようにした点にある。従って、
石英管１内は多結晶半導体層４２を形成する第１の領域
Ａ１１絶縁Ｎ４３を形成する第２の領域Ａ２　、多結晶
半導体層を単結晶半導体層に変える第３の領域Ａ３、各
領域間及び領域と外部との間を隔離する複数の第４の領
域Ａ４に分けられている。第１の領域Ａ】は供給口１２
及び排気口１３を持ち、多結晶半導体層を形成午るに必
要な・原料ガス例えば５ＩＨ４ガス雰囲気に維持される
。第２の領域Ａ２は供給口１４及び排気口１５を持ち、
絶縁層を形成するに必要な原料ガス例えばＳ　１　（Ｏ
Ｃ２Ｈ５）４ガス雰囲気に維持される。第３及び第４の
領域Ａ３及びＡ４は供給口１６及び排気口１７金持ち、
不活性ガス例えばＮ２ガス雰囲気に維持される。また、
第１の領域Ａ１に位置する加熱体３の部分は８００Ｃに
、第２の領域Ａ２に位置する加熱体３の部分は７００Ｃ
に、第３の領域Ａ３に位置する加熱体３の部分の一部は
１４６０Ｃのピーク値を維持している。
かかる装置で単結晶半導体層を持つ半導体基板を製造す
る方法について説明する。
まず、石英管１の各領域が第４図（ｂ）に示す醍度分布
となるようにワークコイル（図示せず）Ｋより加熱する
。次に各領域が所定の雰囲気となるように、各供給口よ
シ所定のガスを供給する。しかる後、石英管１の入口側
（図面の左側開口）よシ絶縁板４１を所定の速度で連続
的に供給すると、第１の領域Ａｌにおいて５ｆＨ４ガス
の熱分解によって絶縁板４１上に多結晶シリコンからな
る半導体層４２が形成され、第２の領域Ａ２においてＳ
　ｉ　（ＯＣ２Ｈ５）４ガスの熱分解によって半導体層
４２上に二酸化シリコンからなる絶縁層４３が形成され
、第３の領域Ａ３つ権−−６において半導体層４２が多
結晶シリコンから単結晶シリコンに変換され、石英管１
から所望の半導体基板となって出て来る。
この装置では、多結晶シリコンをモノシランガスの熱分
解によって得たが、他のガス例えばジクロールシラン、
四塩化けい素等でもよい。また、真空蒸着法、プラズマ
堆積法、スパッタ蒸着法等の物理堆積法を使用してもよ
い。但し、物理堆積法を使用する場合には真空排気装置
を必要とする。
更に、絶縁版上に絶縁層、多結晶シリコン、絶縁層の順
に堆積してもよい。
第５図は本発明装置に使用する加熱体３の変形例を示し
ている。第５図（→は発熱部３１の突出部３１ａの断面
を台形状にして、高温領域Ｔ１の温度勾配をゆるやかに
した加熱体を示している。第５図（ｂ）は、加熱体３″
の半導体□基板側の面をＳｉＣ。
力、−ボン、石英等の薄膜３３で被覆して、半導体基板
の移動を円滑にした加熱体を示している。第５図（Ｃ）
は高温領域となる部分３４をカーボンで、その両側に位
置する低温領域となる部分３５を高周波によって発熱し
ない材料例えばＳｉＣ，石英、セラミックス等で形成し
た加熱体を示している。
加熱体３はこれらに限定されることなく種々の変形が可
能である。
以上の実施例では半導体層としてシリコンに形成する場
合について説明したが、シリコン以外の半導体層を形成
する場合についても使用することができ（る。その場合
には高温領域の温度及び雰囲気ガスが適宜選択される。
また、以上の実施例では、不活性ガスとしてＮ２ガスを
使用する場合を説明したが、Ｎ２ガス、Ａｒガス、更に
はこれらの混合ガスを使用することもできる。更に、以
上実施例では、半導体層が絶縁層で被覆されている場合
について説明したが、半導体層の溶融・再結晶の際に厚
さの不均一、クラック等の生じるおそれがなければ、絶
縁層を設ける必要はない〇〔発明の効果〕 以上説明したように本発明製造装置によれば、絶縁板上
に結晶性の優れた単結晶半導体層を゛具備する半導体基
板を容易に製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明装置の一実施例を説明するための断面図
及び温度分布図、第２図は本発明装置で製造した半導体
基板を使用したＭＯＳ）ランジスタ及びその特性を示す
図、第３図は本発明の他の実施例を説明するための断面
図及び温度分布図、第４図は本発明の更に他の実施例を
説明するための断面図及び温度分布図、第５図は本発明
装置に使用する加熱体の変形例を示す断面図である。 １・・・石英管、２・・・ワークコイル、３・・・加熱
体、３１・・・発熱部、３２・・・遮熱板、４・・・半
導体基板。 名１　霞 （ｂ） 冶？霞

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、石英管と、 石英管の外側に置かれた高周波加熱手段と、石英管内に
    置かれて高周波加熱手段によって加熱され、その上側面
    の一部に石英管の長手方向に対して所定の角度をなす方
    向に延び、半導体の融点以上の高温領域を有する加熱体
    と、 絶縁板上に多結晶或いは非晶質半導体層が形成されてな
    る半導体基板を、加熱体上を高温領域の一方側から他方
    側へ所定の速度で移動させる手段と、 を具備することを特徴とする半導体基板の製造装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、加熱体を、高周波
    加熱手段によって発熱する材料からなるブロック状の発
    熱体と、発熱体の上側面の高温領域の両側に位置する個
    所を被う高周波加熱手段によって発熱しない材料からな
    る遮熱板と、から構成したことを特徴とする半導体基板
    の製造装置。 ３、特許請求の範囲第２項において、遮熱板は発熱体の
    上側面に形成された四部に案内されていることを特徴と
    する半導体基板の製造装置。 熱板と、その両側に位置し発熱板と一体化された高周波
    加熱手段によって発熱しない材料からなる一対のブロッ
    ク状体とから構成したことを特徴とする半導体基板の製
    造装置。 ５、特許請求の範囲第２項、第３項或いは第４項におい
    て、高周波加熱手段によって発熱する材料としてはカー
    ボン、発熱しない材料として石英、ｓｉｃ、セラミック
    ス、を使用することを特徴とする半導体基板の製造装置
    。
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