JPH01214013A - Method for manufacturing SOI substrate - Google Patents
Method for manufacturing SOI substrateInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、絶縁性基体上に結晶性のシリコン層を形成す
るＳＯＩ基体の製造方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method for manufacturing an SOI substrate in which a crystalline silicon layer is formed on an insulating substrate.
従来のＳＯＩ基体の製造方法の一例は、特開昭６２−１
２６６２６公報に記載され、第２図に示したものである
。シリコン基板６上に、二酸化シリコン層とマグネシア
・スピネル層７を積層し、不連続の島状をなす単結晶シ
リコン核８から形成されている。この単結晶シリコン核
８は、上層に固相成長する単結晶シリコン層のシード（
種結晶）となるもので、単結晶の固相成長の際には、こ
の不連続の島状をなす単結晶シリコン８を核にして結晶
粒が形成される。An example of a conventional SOI substrate manufacturing method is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-1
This is described in the publication No. 26626 and shown in FIG. A silicon dioxide layer and a magnesia spinel layer 7 are laminated on a silicon substrate 6, and a monocrystalline silicon core 8 in the form of a discontinuous island is formed. This single crystal silicon core 8 serves as a seed (
During solid phase growth of a single crystal, crystal grains are formed using this discontinuous island-like single crystal silicon 8 as a nucleus.
しかし、従来の技術では、固相成長する単結晶シリコン
層の下層に、シードとなる単結晶シリコン核８と、成長
結晶方位の制御をするための絶縁物結晶としてマグネシ
ア・スピネル層７を必要としていた。そのため、マグネ
シア・スピネル層７の同一基板上での膜質のばらつきが
、上層に固相成長する単結晶シリコン層の改質のばらつ
きに反映しやすく、さらに単結晶シリコン層とマグネシ
ア・スピネル層７などの絶縁物結晶との熱膨脹率の違い
から、単結晶シリコン層に応力が生じ、構造欠陥が生じ
るという問題点を有している。さらには、シードとなる
不連続の島状をなす単結晶シリコン核８と絶縁物結晶で
あるマグネシア・スピネル層７との密着性が悪く、シー
ドとなる単結晶シリコン核８が剥離して、成長結晶核が
失われ、まったく任意の位置から結晶成長が起こり、固
相成長する単結晶シリコン層を構成する結晶粒の形成位
置を制御できなくなり、形成された単結晶シリコン層内
部に多数の結晶粒界を有し、良質な単結晶シリコン層を
得ることができない問題点を有していた。However, the conventional technology requires a single crystal silicon nucleus 8 as a seed and a magnesia spinel layer 7 as an insulating crystal for controlling the growing crystal orientation under the single crystal silicon layer grown in solid phase. there was. Therefore, variations in the film quality of the magnesia spinel layer 7 on the same substrate are likely to be reflected in variations in the modification of the single crystal silicon layer grown in a solid phase on the upper layer, and furthermore, the variation in film quality between the single crystal silicon layer and the magnesia spinel layer 7 Due to the difference in coefficient of thermal expansion from that of the insulator crystal, stress is generated in the single crystal silicon layer, resulting in structural defects. Furthermore, the adhesion between the discontinuous island-shaped single-crystal silicon core 8 that serves as a seed and the magnesia spinel layer 7 that is an insulating crystal is poor, and the single-crystal silicon core 8 that serves as a seed peels off, resulting in growth. Crystal nuclei are lost and crystal growth occurs from completely arbitrary positions, making it impossible to control the formation positions of crystal grains that make up the solid phase grown single crystal silicon layer, resulting in a large number of crystal grains inside the formed single crystal silicon layer. However, there was a problem in that it was not possible to obtain a high-quality single crystal silicon layer.
そこで、本発明は、マグネシア・スピネルなどの絶縁物
結晶を必要とせずに、各種の絶縁基体上の自由に選定し
た位置に、単一のシリコン結晶成長核からなる′！ｒ４
遺欠陥の少ない単結晶シリコン層を得るＳＯＩ基体の製
造方法を提供することを目的としている。Therefore, the present invention does not require an insulating crystal such as magnesia spinel, and instead consists of a single silicon crystal growth nucleus at a freely selected position on various insulating substrates! r4
It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing an SOI substrate that obtains a single crystal silicon layer with few defects.
本発明のＳＯＩ基体の製造方法は、絶縁性基体上に、多
結晶シリコン層を成膜し、前記多結晶シリコン層の上に
、二酸化シリコン層を形成し、前チ内に前記多結晶シリ
コン層を種結晶とする選択エピタキシャル成長法により
単結晶シリコン層を構成することを特徴とする。The method for manufacturing an SOI substrate of the present invention includes forming a polycrystalline silicon layer on an insulating substrate, forming a silicon dioxide layer on the polycrystalline silicon layer, and forming the polycrystalline silicon layer in a front chip. The single-crystal silicon layer is formed by selective epitaxial growth using as a seed crystal.
本発明のＳＯＩ基体の製造方法の実施例を図面に基づき
以下に説明する。Embodiments of the method for manufacturing an SOI substrate of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第１図（ａ）において、絶縁性基体１上に多結晶シリコ
ン層２を成膜する。絶縁性基体１は、シリコン基板上に
二酸化シリコンを積層したもの、あるいは、石英基板な
どの絶縁性基板、さらには、それらの上に、窒化シリコ
ン層などの絶縁物層を積層したものなど、いずれでも良
い、また、絶縁性基体１上に多結晶シリコン層２を形成
する方法としては、高真空（１０−’ 〜１０−’Ｐ
ａ ）下での真空蒸着により成膜されたアモルファス・
シリコン層を、５時間以上の３００〜７００℃熱アニー
ルによって多結晶化シリコン層２とする方法や、レーザ
ー・アニールによって多結晶化する方法や、数百度の化
学的気相反応により多結晶シリコン層２を形成する方法
などがある。In FIG. 1(a), a polycrystalline silicon layer 2 is formed on an insulating substrate 1. As shown in FIG. The insulating substrate 1 may be a silicon substrate laminated with silicon dioxide, an insulating substrate such as a quartz substrate, or an insulating material layer such as a silicon nitride layer laminated thereon. Also, as a method for forming the polycrystalline silicon layer 2 on the insulating substrate 1, high vacuum (10-' to 10-'P
a) Amorphous film deposited by vacuum evaporation under
The silicon layer can be made into a polycrystalline silicon layer 2 by thermal annealing at 300 to 700°C for 5 hours or more, or by laser annealing, or by chemical vapor phase reaction at several hundred degrees. There are several methods for forming 2.
次に、第１図（ｂ）に示すように、多結晶シリコン層２
上に、二酸化シリコン層３を形成する。Next, as shown in FIG. 1(b), a polycrystalline silicon layer 2
A silicon dioxide layer 3 is formed on top.
二酸化シリコン層３の形成は、多結晶シリコン層２の表
面を熱酸化して形成する方法や、化学的気相反応で成膜
する方法、さらにスパッタ法により形成する方法がある
。The silicon dioxide layer 3 can be formed by thermally oxidizing the surface of the polycrystalline silicon layer 2, by chemical vapor phase reaction, or by sputtering.
二酸化シリコン層３を形成した後に、異方性のドライ・
エツチング法により第１図（ｃ）に見られる多結晶シリ
コン層２の中層部に至るトレンチ４を構成する。トレン
チ４深さは、０．５μｍ〜４．０μｍで、ＲＩＥ装置を
使ったエツチング時間をコントロールすることにより決
められた深さを得ることが可能である。After forming the silicon dioxide layer 3, anisotropic dry
A trench 4 reaching the middle layer of the polycrystalline silicon layer 2 shown in FIG. 1(c) is formed by an etching method. The depth of the trench 4 is 0.5 μm to 4.0 μm, and a predetermined depth can be obtained by controlling the etching time using an RIE device.
次に第１図（ｄ）に示すように、トレンチ４内部に選択
エピタキシャル成長法により単結晶シリコン層５を形成
する１選択エピタキシャル法によれば、二酸化シリコン
層３の上にはシリコンが積層せず、多結晶シリコン層２
の露出したトレンチの内部にのみシリコンを選択的に成
長させることが可能である。これは、二酸化シリコン層
３の表面では、以下の反応が進行し、
５ｉ０２＋Ｓｉ→２ＳｉＯ（蒸発）
同時に、反応中の反応炉へ流入される無水塩酸により二
酸化シリコン層３のシリコンが取り去れるものと考えら
れる９選択エピタキシャル成長は、四塩化シリコンか二
塩化シランと、無水塩酸及びキャリア・ガスとしての水
素を加え、８００℃〜１２００℃で、気相反応させるこ
とにより可能である。この方法により、トレンチ４の内
部に構成される単結晶シリコン層５の膜質は、トレンチ
４の穴の面積の大小によって異なり、トレンチ４の穴の
面積が数千μイを超えると、多結晶シリコン層になって
しまう、これは、トレンチ４の容積の増大により、トレ
ンチ４内部に複数の成長結晶核が成長する確率が増大す
るためで、複数の成長結晶核からの同時結晶成長が進行
した場合、トレンチ４内部に、複数の結晶粒が存在する
多結晶シリコン層が形成されることになる。そこで、こ
の複数の結晶核のトレンチ４内における発生を防ぎ、単
一の結晶核の発生と単一核からの成長を進行させるため
には、トレンチ４の面積を数千μｄ以下にする成形用の
マスク設計をおこなう必要がある。Next, as shown in FIG. 1(d), according to the one-selection epitaxial method in which a single crystal silicon layer 5 is formed inside the trench 4 by a selective epitaxial growth method, silicon is not deposited on the silicon dioxide layer 3. , polycrystalline silicon layer 2
It is possible to selectively grow silicon only inside the exposed trenches. This is because the following reaction progresses on the surface of the silicon dioxide layer 3: 5i02+Si→2SiO (evaporation) At the same time, silicon from the silicon dioxide layer 3 is removed by anhydrous hydrochloric acid flowing into the reactor during the reaction. 9 Possible selective epitaxial growth is possible by adding silicon tetrachloride or silane dichloride, anhydrous hydrochloric acid and hydrogen as a carrier gas, and carrying out a gas phase reaction at 800 DEG C. to 1200 DEG C. With this method, the quality of the single crystal silicon layer 5 formed inside the trench 4 varies depending on the area of the hole in the trench 4, and when the area of the hole in the trench 4 exceeds several thousand microns, This is because the increase in the volume of the trench 4 increases the probability that multiple growing crystal nuclei will grow inside the trench 4, and if simultaneous crystal growth from multiple growing crystal nuclei progresses. , a polycrystalline silicon layer including a plurality of crystal grains is formed inside the trench 4. Therefore, in order to prevent the generation of multiple crystal nuclei within the trench 4 and to promote the generation and growth of a single crystal nucleus, it is necessary to It is necessary to design a mask.
また、トレンチ４内部において選択エピタキシャル成長
する単結晶とトレンチ４内体を形成する多結晶の両物質
は、同一元素のシリコンより形成されているなめに、熱
膨張率が同じで、熱によるひずみが生じることもなく、
構造欠陥を生むこともなく、トレンチ４壁の多結晶シリ
コン層５の成長方位制御を受けながら、良質の多結晶シ
リコン層５を得ることが可能である。Furthermore, since both the single crystal selectively epitaxially grown inside the trench 4 and the polycrystal forming the inside of the trench 4 are made of the same element, silicon, they have the same coefficient of thermal expansion, causing distortion due to heat. Without a problem,
It is possible to obtain a high quality polycrystalline silicon layer 5 without producing structural defects while controlling the growth direction of the polycrystalline silicon layer 5 on the trench 4 wall.
上記実施例より明らかなように、本発明によるＳＯＩ基
体の製造方法によれば、マグネシア・スピネルなどの絶
縁物結晶や、剥離しやすい不連続の島状の単結晶シリコ
ンのシードを用いる必要がなく、絶縁基体上に多結晶シ
リコン層と二酸化シリコン層の二種類のみの層を積層し
トレンチを構成するという簡単な工程により、基体上に
設定した任意の位置に選択的な単結晶シリコンを成長さ
せることが可能で、さらに、得られる単結晶シリコンは
構造欠陥の少ない方位制御された膜であるという利点を
有している。また、単結晶シリコン層は、多結晶シリコ
ン層内に形成されたトレンチ内にあり、同一元素のシリ
コンによって囲まれているなめ、異種結晶界面に生ずる
熱膨張率差による応力を受けることもなく、高温度スト
レスにも強いＳＯＩ基体を製造できるという利点を有す
る。As is clear from the above examples, according to the method of manufacturing an SOI substrate according to the present invention, there is no need to use insulating crystals such as magnesia spinel or seeds of discontinuous island-shaped single crystal silicon that are easily peeled off. By a simple process of stacking only two types of layers, a polycrystalline silicon layer and a silicon dioxide layer, on an insulating substrate to form a trench, single-crystal silicon can be grown selectively at any position set on the substrate. Furthermore, the obtained single crystal silicon has the advantage that it is an orientation-controlled film with few structural defects. In addition, since the single crystal silicon layer is located in a trench formed in the polycrystalline silicon layer and surrounded by silicon of the same element, it is not subjected to stress due to the difference in thermal expansion coefficient that occurs at the interface of different types of crystals. This method has the advantage that it is possible to manufacture an SOI substrate that is resistant to high temperature stress.
第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明のＳＯＩ基体の製造方法
の一実施例を示す要部断面図、第２図は従来のＳＯＩ基
体を示す要部断面図である。
１・・・絶縁性基体
２・・・多結晶シリコン層
３・・・二酸化シリコン層
４・・・トレンチ
５・・・単結晶シリコン層
６・・・シリコン基板
７・・・マグネシア・スピネル層
８・・−単結晶シリコン核
以 上。
出願人 セイコーエプソン株式会社
代理人 弁理士 最 上 務（他１名）−・１′）開
７ 濶FIGS. 1(a) to 1(d) are sectional views of essential parts showing an embodiment of the method for manufacturing an SOI substrate of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view of essential parts of a conventional SOI substrate. 1... Insulating substrate 2... Polycrystalline silicon layer 3... Silicon dioxide layer 4... Trench 5... Single crystal silicon layer 6... Silicon substrate 7... Magnesia spinel layer 8・・More than a single crystal silicon nucleus. Applicant Seiko Epson Co., Ltd. Agent Patent Attorney Mogami Mutsumi (and 1 other person) - 1') Open 7 濶
Claims (1)
結晶シリコン層の上に、二酸化シリコン層を形成し、前
記二酸化シリコン層表面から前記多結晶シリコン層の中
層部に到るトレンチを構成し、前記トレンチ内に前記多
結晶シリコン層を種結晶とする選択エピタキシャル成長
法により単結晶シリコン層を構成することを特徴とする
ＳＯＩ基体の製造方法。A polycrystalline silicon layer is formed on an insulating substrate, a silicon dioxide layer is formed on the polycrystalline silicon layer, and a trench is formed from the surface of the silicon dioxide layer to the middle layer of the polycrystalline silicon layer. A method of manufacturing an SOI substrate, comprising forming a single crystal silicon layer in the trench by a selective epitaxial growth method using the polycrystalline silicon layer as a seed crystal.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3881488A JPH01214013A (en) | 1988-02-22 | 1988-02-22 | Method for manufacturing SOI substrate |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3881488A JPH01214013A (en) | 1988-02-22 | 1988-02-22 | Method for manufacturing SOI substrate |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01214013A true JPH01214013A (en) | 1989-08-28 |
Family
ID=12535742
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3881488A Pending JPH01214013A (en) | 1988-02-22 | 1988-02-22 | Method for manufacturing SOI substrate |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01214013A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100599043B1 (en) * | 2005-03-18 | 2006-07-12 | 삼성전자주식회사 | Manufacturing Method of Semiconductor Device |
| KR100611108B1 (en) * | 2005-01-13 | 2006-08-09 | 삼성전자주식회사 | Thin Film Formation Method |
| KR100679610B1 (en) * | 2006-01-16 | 2007-02-06 | 삼성전자주식회사 | Formation method of thin film with single crystal structure |
-
1988
- 1988-02-22 JP JP3881488A patent/JPH01214013A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100611108B1 (en) * | 2005-01-13 | 2006-08-09 | 삼성전자주식회사 | Thin Film Formation Method |
| KR100599043B1 (en) * | 2005-03-18 | 2006-07-12 | 삼성전자주식회사 | Manufacturing Method of Semiconductor Device |
| KR100679610B1 (en) * | 2006-01-16 | 2007-02-06 | 삼성전자주식회사 | Formation method of thin film with single crystal structure |
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