JPH02185021A - 半導体基板上に多結晶シリコンを形成する方法 - 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、高い電圧に耐えることのできるＬＳＩ等を製
造するに際し、その素子間を電気絶縁物によって電気的
に隔絶した所謂誘電体分離基板の支持層を形成したり、
単結晶Ｓｉ基板上に低抵抗の多結晶シリコン層（ポリシ
リコン層）を形成してノイズによる素子破壊の防止を意
図する際等に要求される半導体基板上への多結晶シリコ
ン層形成方法に関する。

（従来の技術） これまで、例えば誘電体分離基板を製造する方法として
採択されて来た基本的な手段は、以下の如きものである
。

すなわち、第４図（ａ）に示すように先ず単結晶シリコ
ン基板ｌに５ｉＯｚ膜２を熱酸化などの手段で形成した
後、ホトリソエツチング処理により開口部３を設け、次
に同図（ｂ）の如く当該開口部３からの単結晶シリコン
基板１に対するアルカリ性溶液によるエツチング処理に
よって、Ｖ型等の凹溝４を形成し、さらに同図（Ｃ）の
ように上記５ｉＯｚｌ！２を除去して新規に電気絶縁被
膜としての５ｉＯｚ膜５を形成することで半導体基板Ａ
を得、さらに、この５ｉＯｚ　ｌ１ｉ５の表面側にＣＶ
Ｄ法によって多結晶シリコン（ポリＳｉ）を施すことに
より平滑上面６ａをもった多結晶シリコン層８を同図（
ｄ）のように形成するのである。

ここで、もちろんこのようにして形成された誘電体分離
基板７なるものは、第１図（ｅ）に明示の通り、同上図
（ｄ）における除去線８まで単結晶シリコン基板ｌを研
磨することで、７字状とした凹溝４の頂角下端４ａまで
研削除去され、このようにして次のＬＳＩ製造工程に移
行することになるのは既知の通りである。

ところで、上記製造方法によるときは、前記のように多
結晶シリコン層８をＣＶＤ法によって形成しようとして
いるところから、当該層の形成に数時間といった可成り
の時間を費すこととなるだけでなく、上記のようにして
得られた誘電体分離基板７は、これを上記の如くウェハ
研磨しなければならないから、当該研磨に際して加わる
外力に耐えるだけの支持体としての強度がなければなら
ず、それには、どうしても２００〜５００ｐ■程度の厚
い多結晶シリコン層であることを要求されることとなる
。

しかし、上記の如＜ＣＶＤ法により多結晶シリコン層６
を形成しようとすると、前記の如く時間がかかり、極め
て高価なものとなる。

そこで、本願人は既に上記ＣＶＤ法の欠陥を除去するた
め、単結晶シリコン基板に電気絶縁皮膜を形成した半導
体基板上に、溶融シリコンをスプレーすると共に、当該
半導体基板に回転を与えておくことで、短時間に多結晶
シリコンを所要肉厚に形成可能とすることを提案した。

しかし、この場合多結晶シリコン層と上記電気絶縁皮膜
である５ｉＯｚ膜とは、濡れが悪いために、第５図に示
す如く特に凹溝４の箇所等に、多くのピンホール９が発
生することとなる。

この問題を解消するため、さらに本願人は半導体基板上
に直接、高温である溶融多結晶シリコンを噴出させるこ
となく、予め半導体基板にＣＶＤ法により形成の多結晶
シリコン薄膜を積層しておき、これに溶融シリコンをス
プレーすることで、スプレーを受ける側との濡れをよく
し、このことでピンホールθの発生を阻止すると共に、
半導体基板に溶融シリコンを直接噴出させることで、両
者の温度差に基づく半導体基板に対する不本意な熱歪発
生の影響を、当該ＣＶＤ法による多結晶シリコン薄膜に
より吸収除去しようとすることも提案した（特願昭６３
−１３４１７５号）。

上記の方法は確かに、それなりの効果をあげることがで
きるが、これはＣＶＤ法による薄膜たる多結晶シリコン
薄膜と、これにスプレーする溶融多結晶シリコンとして
の液相成長物質とは、同一物質であるため、当該溶融多
結晶シリコンの熱によって、上記多結晶シリコン薄膜が
容易に溶融してしまい、この結晶ピンホールを生ずるこ
とにもなり、これをなくすためには、ＣＶＤ法にて可成
り厚い多結晶シリコン薄膜を形成しておかねばならない
こととなるのであり、またこのようなピンホールの発生
があると、後にデイバイス製作工程において、熱処理を
行った際、誘電体分離基板にクラックが発生し、製品不
良の要因にもなる。

また、前記した如く前記ＣＶＤ法による多結晶シリコン
薄膜が存するに拘らず、スプレーされた溶融シリコンに
より、これが溶融してしまうことで、半導体基板に対す
る前記した熱歪発生の効果も減殺されてしまうこととな
る。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は上記従来の諸問題に鑑み検討されたもので、請
求項（１）の方法にあっては、ＣＶＤ法により多結晶シ
リコン薄膜を形成するのではなく、シリコンに対する濡
れがよく、しかもシリコンよりも融点の高い物質により
、ＣＶＤ法による成長薄膜を予め形成しておき、この上
に溶融シリコンをスプレーすることで、当該スプレーに
よる成長薄膜の溶融が生じないようにすると共に、濡れ
性を確保してやることで、従来からの問題であるビンホ
ールの発生をなくしようとするのが、その目的である。

次に請求項（２）の方法にあっては、請求項（１）の方
法にあって、溶融シリコンのスプレー環境を、単に不活
性雰囲気とするだけでなしに、当該雰囲気を真空ポンプ
などによって減圧下に保持することで、さらに、ピンホ
ールの発生を抑止するようにすると共に、上記請求項（
１）と同じく半導体基板に対する熱歪の影響を、当該成
長薄膜の存在により吸収除去しようとするのが、その目
的である。

（課題を解決するための手段） 本願にあっては、上記の目的を達成するため、請求項（
１）にあっては、表面にＣＶＤ法により、シリコンに対
する濡れ性がよく、かつシリコンよりも融点が高い物質
による成長薄膜が形成されている半導体基板を、不活性
ガス雰囲気内にて回転させながら、上記物質の成長薄層
上に、溶融シリコンを、ノズルからの噴射によりスプレ
ーして、所要厚さの多結晶シリコン層を形成するように
したことを特徴とする半導体基板上に多結晶シリコンを
形成する方法を提供しようとしており、さらに、請求項
（２）にあっては、上記請求項（１）における、不活性
ガス雰囲気を、単なる雰囲気ではなしに、減圧下の不活
性ガス雰囲気とすることを、その内容としている。

（作　　用） 請求項（１）の方法では、半導体基板上には予め成長薄
膜がＣＶＤ法により形成しであるので、これに不活性ガ
ス雰囲気内で溶融シリコンがスプレーされると、両者は
濡れ特性を有するので、速やかに付着し、さらにこの際
成長薄膜の融点はシリコンよりも高いので、当該成長薄
膜は溶融されてしまうことなく、この結果ピンホールの
発生がなく、シかも半導体基板に対する熱歪の影響も解
消され、しかも当該半導体基板は回転しているので、多
結晶シリコンの均一性がよくなる。

請求項（２）では、請求項（１）の内容に加えて、減圧
下の不活性ガス雰囲気内で、多結晶シリコンのスプレー
が行われることから、ピンホールの一発生要因である不
活性ガスの影響が、減圧によって取り除かれ、より一層
ピンホールの発生を抑制することができる。

（実　施　例） 未発゛明を第１図によって詳記すれば、第１図（ａ）　
（ｂ）　（ｃ）は実質的に前記第４図（ａ）　（ｂ）　
（ｃ）の従来例と同じであり、以下同一部材には、同一
符号を用いて説示する。

すなわち、（１００）の面方位をもつ約５００ｐｍ厚の
単結晶シリコン基板ｌに、熱成長により５ｉＯｚ膜２を
形成した後、所望のパターンにてホトリソエツチング処
理により開口部３を一方の主たる表面に形成、次に同図
（ｂ）の如く上記単結晶シリコン基板ｌにエツチングに
より凹溝４を形成し、さらに上記５ｉＯｚ　Ｆｓ２を除
去して、同図（Ｃ）のように新規な電気絶縁被膜として
の５ｉＯｚ膜５を形成することで、半導体基板Ａを得る
。

次に、本発明では上記半導体基板Ａの表面に予めＣＶＤ
法により、シリコンに対する濡れ性がよく、かつシリコ
ンよりも融点（１４３０℃）の高い物質、例えば、Ｓｉ
３＆　　（融点１Ｂ００−１９００℃）、５ｉＣ（融点
２８３０℃）などのシリコン化合物を用いて、第１図（
ｄ）に示す如く成長薄膜１０を数終■だけ形成しておく
のであり、本発明では、さらに、第２図、第３図に示す
如きスプレー装置１１を用いて、以下に示す多結晶シリ
コン層を得ようとするものである。

ここで、上記スプレー装置１１につき説示すれば、全体
が不活性ガスＧの供給されるチャンバー等による不活性
ガス雰囲気１２内に設けられており、上側に配設された
溶融槽１３にはその下端にノズル１３ａが下向きに開口
されており、この溶融槽１３に″収納された多結晶シリ
コン１４が、側傍の高周波加熱コイル等による第１加熱
源１５によって加熱溶融可能となっていると共に、溶融
槽１３の上側からは加圧不活性ガス１６が付与され、当
該加圧によって溶融したシリコンが、上記のノズル１３
ａから下向きに噴射されるよう構成されている。

さらに同上装置１１は、同じく不活性ガス雰囲気１２内
にあって、上記溶融槽１３の直下に、第２加熱源１７に
よって加熱自在としたターンテーブル１８が配設され、
当該テーブル！８の水平状態である基板器１８ａ上にあ
って、その回転軸心に成長薄膜ｌＯを形成した前記半導
体基板Ａが載置されることとなる。

これに対し、第３図に示すスプレー装置１１にあっては
、シャッタ１８が、溶融槽１３のノズル１３ａと基板器
１８ａと間にあって、噴射される溶融シリコンを遮断可
能なるよう横設されている点が、第２図のものと違って
いる。

そこで、上記スプレー装置１１を用いて本発明を実施す
るには、前記の如く成長薄膜ｌＯをもった半導体基板Ａ
が基板器１８ａの中央に置かれたならば、これを第２加
熱源１７によって１１００℃〜１３５０℃に加熱すると
共に、ターンテーブル１８を稼動して５０〜１１００Ｒ
Ｐの回転を与え、溶融槽１３内の多結晶シリコン１４を
第１加熱源１５により溶融シリコンとし、これを加圧不
活性ガス１８によってノズル１３ａから噴射させ、これ
により上記の回転している半導体基板Ａの成長薄膜１０
上にスプレーするのである。

このスプレーによって、所望厚だけの平滑上面をもった
溶融シリコン層が半導体基板Ａの成長薄膜ｌＯ上に成層
されるに至ったならｌ（、ターンテーブル１８の回転を
止めると共に、第２加熱源１７による加熱も止め、当該
溶融シリコン層を冷却固化させることで、多結晶シリコ
ン層６を半導体基板Ａの成長薄膜１０表面に固着形成す
るのであり、この際当該多結晶シリコン層６は５００鉢
■厚程度とするのである。

かくして得られたものについては、第１図（ｅ）に示さ
れている通り、これを除去線８から研容除去して同図（
ｆ）に示す如き誘電体分離基板とするのは従来法につき
既述した通りである。

ここで、前掲第３図のシャッタ１８付きスプレー装７１
１を用いる場合には、ノズル１３ａの先端から混入する
ような不純物入りの溶融シリコンを、上記シャッタ１８
によって受けてしまうようにし、次にこのシャッタ１８
を開成することで半導体基板Ａの成長薄膜１０上に不純
物のない溶融シリコンをスプレーすることができると共
に、所定量の溶融シリコンをスプレーしたとき、当該シ
ャッタ１８を閉成して、量的な精度の高い制御を行うこ
とも可能となる。

しかも、この際溶融槽１３からの溶融シリコンを噴射さ
せたまま、これをシャッタ１９により遮断しておき、こ
の状態で基板器１８ａに新規の半導体基板Ａを交換載置
したならば、シャッタ１８を開いて当該基板Ａにスプレ
ーを行うといった作業手順を採用することができること
となり、このため作業能率の向上にも望ましい結果が得
られる。

次に請求項（２）の方法にあってはは、前記の不活性ガ
ス雰囲気１２内へ、単に不活性ガスＧを供与するだけで
なく、例えばステンレス鋼製のチャンバーに真空ポンプ
Ｐを接続しておき、当該ポンプＰを作動させて、不活性
ガスＧによりチャンバー内を置換し、チャンバー内の圧
力を１００Ｔｏｒｒ未満程度に保持するようにし、この
ような減圧下の不活性ガス雰囲気にあって、前記請求項
（１）につき説示した如く、溶融シリコンのスプレーを
行い、これによって多結晶シリコン層を製造するのであ
る。

（発明の効果） 請求項（１）の方法は、上記のようにして実施し得るも
のであるから、誘電体分離基板の製造に際し、ＣＶＤ法
を一部だけ用い他の主要工程は液相成長法を採択するこ
とで低コスト化を計ることができるだけでなく、ＣＶＤ
法による成長薄膜の物質を選定したことによりピンホー
ルの問題を解消することができると共に、当該薄膜によ
って高温の溶融シリコンをスプレーするに際し、その半
導体基板に対する温度差に基づく熱歪の影響を低減し得
ることとなり、製品の不良原因を除去することができる
。

請求項（２）では、さらに減圧下の不活性ガス雰囲気に
あって溶融シリコンをスプレーすることとしたため、不
活性ガスの存在に基づくピンホールの発生が解消され、
さらに望ましい多結晶シリコンの形成を行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）（ｆ）は、本願
請求項（１）（２）に係る半導体基板上に多結晶シリコ
ンを形成する方法を説示するため例示された当該半導体
基板の製造工程順縦断正面説明図、第２図と第３図は本
願発明に用いることができるスプレー装置の異種例を示
した縦断正面略示図、第４図（ａ）　（ｂ）（ｃ）　（
ｄ）　（ｅ）は従来のＣＶＤ法により半導体基板上に多
結晶シリコンを形成する方法説示のため例示された当該
半導体基板の製造工程順縦断正面説明図、第５図は同上
従来法によるピンホール発生状態を示した半導体基板の
縦断正面図である。 ８・・・・・・多結晶シリコン層 】Ｏ・・・・・・成長薄膜 １２・・・・・・不活性ガス雰囲気 １３ａ・拳・・ノズル Ａ・・・・・・半導体基板 代理人　弁理士　斎　藤　義　雄

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）表面にＣＶＤ法により、シリコンに対する濡れ性
   がよく、かつシリコンよりも融点が高い物質による成長
   薄膜が形成されている半導体基板を、不活性ガス雰囲気
   内にて回転させながら、上記物質の成長薄膜上に、溶融
   シリコンを、ノズルからの噴射によりスプレーして、所
   要厚さの多結晶シリコン層を形成するようにしたことを
   特徴とする半導体基板上に多結晶シリコンを形成する方
   法。
2. （２）表面にＣＶＤ法により、シリコンに対する濡れ性
   がよく、かつシリコンよりも融点が高い物質による成長
   薄膜が形成されている半導体基板を、減圧下の不活性ガ
   ス雰囲気内にて回転させながら、上記物質の成長薄膜上
   に、溶融シリコンを、ノズルからの噴射によりスプレー
   して、所要厚さの多結晶シリコン層を形成するようにし
   たことを特徴とする半導体基板上に多結晶シリコンを形
   成する方法。