JPH0770478B2 - 埋め込みシリコン膜の製造方法 - Google Patents

埋め込みシリコン膜の製造方法

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JPH0770478B2
JPH0770478B2 JP59209079A JP20907984A JPH0770478B2 JP H0770478 B2 JPH0770478 B2 JP H0770478B2 JP 59209079 A JP59209079 A JP 59209079A JP 20907984 A JP20907984 A JP 20907984A JP H0770478 B2 JPH0770478 B2 JP H0770478B2
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  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、絶縁物基板上に、絶縁物膜で覆われたシリコ
ン膜を形成する方法に係わり、特に、電子回路や集積回
路あるいは光集積回路等の構成に有用な高品質の埋め込
みシリコン膜の製造方法に関するものである。
「従来の技術」 石英ガラス(SiO2)等の絶縁物基板上に、高品質のシリ
コン膜を形成し、さらに、このシリコン膜を絶縁物膜で
被覆する技術は、高耐圧トランジスタ等の電子素子や、
平面表示素子、さらには将来の三次元集積回路や光集積
回路を製造するうえで、きわめて重要な基本技術となり
つつある。
第3図は、この種の埋め込みシリコン膜を製造する従来
の方法を工程順に説明するもので、絶縁物基板1上に第
3図(a)に示す如くCVD法(化学反応を用いて半導体
等を気相成長させる方法)等によつて厚さ0.5μm(ミ
クロンメートル)程度の非晶質あるいは多結晶のシリコ
ン膜2を形成し、次いでこのシリコン膜2を第3図
(b)の如く同じくCVD法によつて形成した0.5μm程度
の保護層(石英ガラス膜)3で覆つた後、レーザアニー
ル工程を行なつて、シリコン膜の結晶性を向上させるこ
とにより、埋め込みシリコン膜を得るようにしている。
前記レーザアニール工程とは、第3図(c)に示すよう
に、アルゴンレーザ4の出力光を光学系5a,5bを経由し
てレーザビームとしてシリコン膜2に照射し、シリコン
膜2を局部的に融点(1412℃)以上に加熱する工程であ
り、レーザビームと絶縁物基板1とを矢印(イ)−
(イ)の方向に徐々に相対移動させることにより加熱部
6を移動させ、いわゆるゾーンメルテイングの原理によ
つてシリコン膜2の結晶性の良化を図るものである。
このようなシリコン埋め込み膜は、所望部分の保護層3
を除去して電子素子を形成したり、あるいは、保護層3
の上面にさらにシリコン膜2および保護層3を多段に積
層して三次元集積回路を形成したりするのに利用され
る。
「発明が解決しようとする問題点」 しかしながら、このような従来方法では、レーザアニー
ル工程を一枚の絶縁物基板1ごとに実施する必要があ
り、しかも細いレーザビームでシリコン膜2を高温に加
熱しつつ絶縁物基板1全面をカバーするには、長時間
(例えば10時間)を要するため、生産性が極めて悪いと
いう欠点があつた。また、保護層3をCVD法やスパツタ
法等の薄膜形成法によつて形成しているため、保護層3
の厚みが1μm程度がそれ以下に限定され、従つて、シ
リコン膜2のひび割れ防止を考慮すると、埋め込み可能
なシリコン膜2の厚さがほぼ1μm以下に制限されると
いう不具合があつた。
「問題点を解決するための手段」 本発明は前記問題点を解決するために、保護層の形成に
際してガラス微粒子(スート)を用いる、いわゆるスー
トプロセスを利用することを特徴とするもので、シラン
系ガスを用いたCVD法や、シリコンターゲツトを用いた
高周波スパツタ法によつて絶縁物基板上に非晶質あるい
は多結晶シリコン膜を形成した後、ガラス微粒子形成用
原料ガス(例えばSiCl4等)の熱酸化反応あるいは火炎
加水分解反応によつてガラス微粒子を合成してこれをシ
リコン膜上に堆積付着させ、次いでこれらを炉中で加熱
することにより、ガラス微粒子の堆積層を透明ガラス
(保護層)化するとともにシリコン膜の結晶性を向上さ
せるようにしたものである。
「作用」 本発明では、ガラス微粒子の堆積層を透明ガラス膜化す
る際の炉中加熱により、シリコン膜全体の一度に加熱で
き、しかも、透明ガラス膜(保護層)の膜厚の設定範囲
を従来よりも大幅に広げることができる。
「実施例」 以下本発明の第1実施例を第1図に基づいて説明する
と、まず第1図(a)に示す如く、両面光学研磨した厚
さ1.5mm(ミリメートル),50mm角の絶縁物基板(例えば
石英ガラス板)11の片面に、シリコンターゲツトを用い
た高速マグネトロンスパツタ法によつて、厚さ3μmの
非晶質状態のシリコン膜12を形成し、このシリコン膜12
上に、SiCl4とBCl3との混合ガス(BCl3は3モル%)を
原料として、第1図(b)の如く厚さ0.4mm程度のガラ
ス微粒子の堆積層13を形成する。
ここで、前記堆積層13を形成するスートプロセスを行な
うために用いられる装置の一例を第2図を用いて説明す
れば、図中21はシリコン膜を形成した基板、22は基板を
保持し回転するターンテーブル、23は回転駆動装置、24
は保護カバー、25はガラス微粒子合成トーチ、26は排ガ
ス処理装置、28はガラス微粒子合成トーチ25をターンテ
ーブル22の半径方向に往復動させるトーチ移動装置、29
は原料ガス供給装置、30は原料ガス供給管、31は光温度
計である。つまり、堆積層13を形成するには、ターンテ
ーブル22上に基板21、すなわち絶縁物基板11上にシリコ
ン膜12を形成したものを載置し、ターンテーブル22を5r
pm程度の回転速度で回転させつつターンテーブル22内の
ヒータ(図示略)によつて基板21を500℃程度に加熱す
る。次いで、原料ガス供給装置29からガラス微粒子形成
用原料ガスSiCl4,BCl3,PCl3,GeCl4等)を燃焼用のO2,H2
ガスと共に原料ガス供給管30を介してガラス微粒子合成
トーチ25に供給し、酸水素炎による火炎加水分解反応に
よつて粒径0.1μm程度のガラス微粒子を合成しなが
ら、これを基板21に吹き付けて堆積させる。
次に、第1図(c)に示す如く、堆積層13を形成した基
板21を電気炉14中に移し、Heガス雰囲気中で徐々に温度
を1350℃まで上げながら加熱する工程を行なう。この工
程によつてガラス微粒子の堆積層13は、焼結、脱泡され
て厚さ方向に1/10程度に収縮し、第1図(d)の如く膜
厚35μmの透明ガラス膜(保護層)15となる。なお、顕
微鏡観察によればこのようにして得られたシリコン膜12
は、保護層15によつて完全に被覆されており、ひび割れ
等の発生は皆無であつた。また、X線回析法によつてシ
リコン膜12の結晶状態を調べたところ非晶質状態から結
晶質状態に転じていた。
このように本発明方法では、ガラス微粒子の焼結時に、
シリコン膜12全体を一度に加熱でき、しかも、多数枚の
基板21を同時に加熱することも可能である。また、35μ
mもの厚さの保護層15を形成できるので、3μmもの厚
さのシリコン膜12を埋め込むことができる。
次いで、本発明の第2実施例について説明する。本実施
例は、前記絶縁物基板11上に厚さ8μmのシリコン膜を
形成し、このシリコン膜を幅40μm、間隔100μmのス
トライプ状に反応性イオンエツチング法によりパターン
化した後、スートプロセスを利用して35μm程度の保護
層を設けるようにするものである。このような方法によ
れば、シリコン膜にひび割れを発生させずに、第1実施
例のシリコン膜12よりもさらに厚いシリコン膜を埋め込
むことができる。また、この方法では、シリコン膜がパ
ターン化されているので、グラフオエピタキシヤル成長
の原理により、シリコン膜の結晶状態が単結晶状態に近
づくという利点がある。
さらに、本発明の第3実施例について説明すると、本実
施例は、厚さ0.5mm、直径3インチのシリコンウエハ
(結晶方位:100)の表面の熱酸化膜上に、非晶質シリコ
ン膜を形成し、しかる後に、SiCl4,GeCl4混合ガスをガ
ラス微粒子形成用原料ガスとして非晶質シリコン膜上に
堆積層を形成し、これらを電気炉で加熱することによ
り、SiO2−GeO2からなる保護層によつて覆われた結晶質
シリコン膜を得るようにするものである。この際、GeO2
の含有量が30モル%程度になるように設定すると、シリ
コンウエハ、結晶質シリコン膜、保護層の熱膨張係数を
整合させることができる。すなわち、この方法によれ
ば、熱応力が緩和されるのでシリコン膜の厚さを例えば
10μm程度にまで増加した場合にも、シリコン膜をパタ
ーン化しない状態でひび割れ発生することがなく、ま
た、保護層の上に再度シリコン膜および保護層を繰り返
し積層することも可能である。さらに、保護層の厚さを
数μmから数100μmもの広範囲にわたつて自由に設定
することができ、GeO2の濃度を保護層の厚さ方向に変化
させれば屈折率制御を行なつて保護層に光導波構造を付
与することもできる。
なお、前記第1,第2実施例において、ガラス微粒子組成
としてSiO2にB2O3やP2O5を添加すると、ガラス微粒子の
軟化点を低下させることができ、かつ、シリコン膜電導
性制御のドーパントとして作用させることができる。但
し、ドーピングを避けたい場合には、このようなドーパ
ントを添加しないか、あるいはGeO2のようなSiと同族の
添加物を用いることが望ましい。また、前記第3実施例
において、熱酸化膜の代わりにあらかじめ、SiO2−GeO2
の保護層を形成しておいてもよい。
「発明の効果」 以上説明したように本発明によれば、スートプロセスの
利用により、ガラス微粒子の焼結時に同時にシリコン膜
を加熱して結晶質化するようにしたので次のような優れ
た効果を得ることができる。
シリコン膜全体が一度に加熱され、かつ、複数枚の
基板を同時に熱処理することが可能であり、生産性を大
幅に向上させることができる。
保護層の厚さの設定範囲が広がるため、保護層を厚
くしてその絶縁性を向上させることができ、かつ、膜厚
の厚いシリコン膜をひび割れさせることなく得ることが
できる。従つて、種々の電子素子や三次元集積回路の形
成に好適な埋め込みシリコン膜を得ることができる。
本発明方法によつて得られる保護層は、光導波膜と
して利用することもできるので、微細加工技術を適宜活
用して、光・電子集積回路を形成する等、埋め込みシリ
コン膜を広範囲に適用することができる。なお、シリコ
ンが透明となる1.1μm以上での光波長領域ではシリコ
ン膜自体を光導波膜として利用することもできる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(d)は、本発明の第1実施例を工程順
に説明する断面図、第2図は本発明方法において堆積層
を形成するために用いられる装置の一例を示す斜視図、
第3図(a)〜(c)は従来の埋め込みシリコン膜の製
造方法を工程順に説明する断面図である。 11……絶縁物基板、12……シリコン膜、13……堆積層、
14……電気炉、15……保護層(透明ガラス膜)、21……
基板、22……ターンテーブル、23……回転駆動装置、24
……保護カバー、25……ガラス微粒子合成トーチ、26…
…排気管、27……排ガス処理装置、28……トーチ移動装
置、29……原料ガス供給装置、30……原料ガス供給管、
31……光温度計。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 泰文 茨城県那珂郡東海村大字白方字白根162番 地 日本電信電話公社茨城電気通信研究所 内 (72)発明者 小林 盛男 茨城県那珂郡東海村大字白方字白根162番 地 日本電信電話公社茨城電気通信研究所 内 (56)参考文献 特開 昭58−52843(JP,A) 特開 昭56−135808(JP,A) 特開 昭58−181785(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】絶縁物基板上に非晶質あるいは多結晶シリ
    コン膜を形成した後、このシリコン膜上に、ガラス微粒
    子形成用原料ガスの熱酸化反応あるいは火炎加水分解反
    応によつて得られるガラス微粒子を堆積してなる堆積層
    を形成し、しかる後に、これらシリコン膜および堆積層
    を絶縁物基板ごと炉中で加熱することにより、堆積層を
    透明ガラス膜化するとともに、シリコン膜を結晶質化す
    ることを特徴とする埋め込みシリコン膜の製造方法。
JP59209079A 1984-10-05 1984-10-05 埋め込みシリコン膜の製造方法 Expired - Lifetime JPH0770478B2 (ja)

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JPS503780A (ja) * 1973-05-15 1975-01-16
JPS56135808A (en) * 1980-03-28 1981-10-23 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Manufacture of glass waveguide path for optical circuit
JPS5852843A (ja) * 1981-09-25 1983-03-29 Hitachi Ltd 半導体集積回路装置の製造法
JPS58181785A (ja) * 1982-04-15 1983-10-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd 結晶膜の製造方法

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