JPS6187316A - 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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JPS6187316A
JPS6187316A JP59209079A JP20907984A JPS6187316A JP S6187316 A JPS6187316 A JP S6187316A JP 59209079 A JP59209079 A JP 59209079A JP 20907984 A JP20907984 A JP 20907984A JP S6187316 A JPS6187316 A JP S6187316A
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泰文 山田
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  • Formation Of Insulating Films (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

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、絶縁物基板上に、絶縁*li!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溝収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(S + Ox )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1!!!造す
る従来の方法を工程順に説明する本ので、絶縁物基板l
上に第3図(a)に示す叩<CVD法(化学反応ご用い
て牛導体等を気相成長させる方法)等によって厚ざ0.
!rPmc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fb)の知(同じくCVD法によって形成しf
casμIII程度の陥1韓(石英ガラス膜)3で覆つ
な後、レーザアニール工程を行なって、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Kしている。
前記レーザアニール工程とは、第3図fc)に示すヨウ
に、アルゴンレーザ4の出力光を光学、%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(/lI/2’C)以
上にIJ口熱する工程であり、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Kより加熱g6企移動させ、いbゆるゾーンメル
ティングの原理によってシリコン膜2の結晶性の良化な
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
の上面にざらにシリコン膜2および深層R3企多段に積
層して三次元集積回路ご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l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ご高温に加熱
しつつ絶縁物基板1全面をカバーするに“才、長時間(
例えば70時間)2要するなめ、生産性が極めて悪いと
いう欠点があった。また、保護層3をCVD法やスパッ
タ法等の薄膜形成法によって形成しているため、保護層
3の厚みが7μI11程度かそれ以下に限¥され、従っ
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7μm以下に制限さ
れるという不具合があった。
「間j点を解決するための手段」 本発明は前記間1点ご解決するために、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、シリコンターゲットを用い
た高周波スパッタ法によっ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5iC1,等)の熱酸化反応あるい
は火炎加水分解反応によっ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
で即熱することにより、ガラス微粒子の堆積層を透明ガ
ラス膜(保護層)化するとともにシリコン膜の結晶性を
同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、シリコン膜全体ご一度に加熱で
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実櫃例2第1図に基づいて説明すると
、まず第1図fa)に示す叫<、両面光学研磨した厚さ
/、jM(ミリメートル)、sO謁角の絶縁物基板(例
えば石英ガラス板)110片固K1シリコンターゲット
分用いた高速マグネトロンスパッタ法によって、厚さ3
μm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、5iC1,とB(J、との混合ガス(
BCl、は3モル%)を原料として、第1図(b)の叩
く厚さa′グ謁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1513に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
は基板を医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220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
け原料ガス供給管、31は光温度計である。つまり、堆
積層13を形成するVcv′i、ターンテーブル22上
に基板21、丁なわち絶縁物基板11上にシリコン膜1
2e形成したものを載置し、ターンテーブル22を5r
Ilrn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)によって基板21ごsoo
’c程度に710熱する。次いで、原料ガス供給装置2
9からガラス微粒子形成用原料i X (S I C4
r BCl3 * PCl5 + ’JeC14等)2
燃規用のO,、H2ガスと共に原料ガス供給管302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って粒径a/μ攬程度のガラ
ス微粒子を合成しながら、これご基板21に吹き付けて
堆4]1させる。
次に、第1図(C)に示す妬(、°堆積層13ご形成し
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7350°Cまで上げながら8口熱する工
程を行なう。この工程によってガラス微粒子の堆積層1
3は、焼結、脱泡されて厚さ方向に1/lO哩度に収縮
し、汀1図(d)の■く膜厚35μmの透明ガラス膜(
保護層)15となる。
なお、atam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によって完全に被覆されて
おり、ひび刷れ等の発生は皆無であった。また、XW回
折法によってシリコン膜12の結晶状態を調べなところ
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1
シリコン膜12全体を一翼に加熱でき、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。まな、
35μmもの厚さの保護層15を形成できるので、3μ
mもの厚さのシリコン[121−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gμmのシリ
コン膜を形bZ L 、このシリコン膜ご偏りOμm1
間隔700μm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、スートプロセスご利用し
て35μI11程度の保護層を設けるよってするもので
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実彪例のシリコン膜12よりもさ
らに厚いシリコン渡を埋め込むことができる。まな、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ャル成長の原理により、シリコン膜
の結晶状態が拳結晶状態に近づくという利点がある。
さらに1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Q !r ”’−直径3インチのシリコン
ウェハ(結晶方位: l 00)の表面の熱酸化膜上に
、非晶質シリコン膜な形隠し、しかる後にS + C1
4−GeC4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、これらコ戒
気炉で加熱することにより、S i O,−Ge(J、
からなる保護層によって覆われた結晶質シリコン膜を得
るよってするものである。
この際、Gem、の含有量が30モル%程度になるよう
に設定すると、シリコンウェハ、結晶質シリコン膜、保
護層の熱膨張係数ご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lOμm程度にまで増加した場合にも
、シリコン膜ごパターン化しない状態でひび割れが発生
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から致700μmもの広範囲
にわたって自由に設定することができ、Ge O,のa
度を保護層の厚さ方向に変化させれば屈折率制郭を行な
って保護層に光導波1造ご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S io、 VCB、Q、やP、0.′?i:
添H口すると、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′α導性AA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Qe o、のような8i 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
、@酸化膜の代わりにあらかじめ、Sin、−Gem、
の保護層ご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って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、復数枚の
基板ご同時に熱処哩することが可能であり1生屋性を大
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。従って、種々の1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。
■ 本発明方法てよって得られる保護層は、ツC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、光パ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/、 /μm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2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8
M層を形成するために用いられる装置の一例2示す斜視
図、第J図fa)〜ic)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#IM1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M)、21・
・・・・・基板、22・・・・・・ターーンテーブル、
23・・・・・・回転駆動装置、24・山・・深層カバ
ー、25・・・・・・ガラス微粒子合成トーチ、26・
・・・・・排気管、27・・・・・・排ガス処即装置、
28・・・・・・トーチ移動装置、29・旧・・原料ガ
ス供給装置、30・パ・・・原料ガス供f@管、31・
・・・・・光温度計。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  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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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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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