JPH02106034A - Ｓｏｉ構造の形成方法 - 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】 イ）産業上の利用分野 本発明はＳｏ　Ｉ　（Ｓｉｌｉｃｏｎ　ｏｎ　Ｉｎ５ｕ
ｌａｔｏｒ　）　　ｔｌｌ造の形成方法に関し、特に絶
縁層によりその上層のＳｉが完全に絶縁分離される５Ｏ
ＩｔｊＩ造を形成するらのに関する。

口）従来の技術 絶縁層（絶縁物の基板も含む）上に単結晶Ｓｉ層を形成
したものは、ＳＯＩ溝造と称され、狭い領域で容易に素
子分離が行なえ、高集積化や高速化が可能ならのとして
知られている。そして、従来のＳｉ基板上に素子が作製
される半導体集積回路（ＩＣ）に比べて、特性向上が図
れることから盛んに研究開発が行なわれている。ＳＯＩ
購造を形成する方法の一つに、単結晶Ｓｉ基板上に、こ
の基板全面をシードとして、Ｓｉと同じ結晶構造をもち
良好な格子整合をとる単結晶絶縁膜を形成し、更にこの
単結晶絶縁膜上に、この絶縁膜全面をシードとして単結
晶Ｓｉ膜を形成するヘテロエピタキシャル法がある。し
かしながら、半導体集積回路の高集積化、多機能化のた
めに三次元化を考えた場合、各種デバイスを作製したＳ
ｉ基板上に上述の様な単結晶絶縁膜を形成することは非
常に難しい。

５ＯＩＩＩＩ造を形成する他の方法として、固相エピタ
キシャル成長法がある。これは、単結晶Ｓｉ基板上に、
Ｓｉ基板面の一部をシードとして露出させて絶縁膜を形
成し、シードと絶縁膜上ｃミ非晶質Ｓｉ（以下ａ−５ｊ
と祢す）ＩＩ！ｔ−ｍ積し、６゜Ｏ℃程度の低温でアニ
ールすることで、シードの結晶方位を継承したａ−８ｉ
膜の固相エピタキシャル成長を行い、ａ−５ｉ膜を単結
晶化させるものである（例えばＪｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　
ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ＼’ｏ１．５４．　Ｎ
１１５．　１９８３．　　ＰＰ２８４７−２８４９参照
）。

この同相エピタキシャル成長法では、シードは単結晶Ｓ
ｉ基板の一部で良いものの、単結晶Ｓｉ基板と成長させ
た単結晶Ｓｉ膜とを絶縁分離するためのシード上のＳｉ
膜を除去する必要がある。

すると、成長させた単結晶Ｓｉ膜上にデバイスを作製す
る位置に制約を受けて、自由な回路設計ができなくなる
。

ハ）発明が解決しようとする課題 本発明はヒ述の点に留意して為されたもので、シードと
なる基板と完全な絶縁分離がされ、デバイスを作製する
際に位置制約を受けることのないＳｏ　Ｉｔｓ造を形成
する方法を提供するものである。

二）課題を解決するための手段 本発明は、単結晶Ｓｉ基台上に第１の絶縁膜を形成し、
前記単結晶Ｓｉ基台表面を露出させる開孔部を前記第１
の絶縁膜に選択的に形成し、該第１の絶縁膜に形成され
た開孔部において露出している前記単結晶Ｓｉ基台部分
にのみ第２の単結晶絶縁膜を形成し、第１の絶縁膜及び
第２の単結晶絶縁膜−Ｌにａ−３ｉ膜を形成し、該ａ−
８ｉ膜をアニール処理して単結晶化させる５ｏｌｉｄ造
の形成方法である。

ホ）作用 絶縁膜トに形成されるＳ１膜は、第２の単結晶絶縁膜の
結晶方位を継承して固相エピタキシャル成長される。従
ってこのＳｉ膜は、単結晶Ｓｉ基板とは完全に絶縁分離
された状態で同相エピタキシャル成長することになり、
シード上のＳｉ膜が除去されることはないので固相成長
させたＳｉ膜りでの自由な回路設計が可能となる。

へ）実施例 ｉ１図Ａ乃至Ｆは本范明−実施例の概略工程図を示す。

本実施例では単結晶Ｓｉ基台として、単結晶Ｓｉ基板を
用いているが、基板上に形成されたＩｌｌ結晶Ｓ１膜を
用いても良い。

（１）は（１００）面を主面とする単結晶Ｓｉ基台とし
ての単結晶Ｓｉ基板で。その表面に第１の絶縁膜として
膜厚４０００人程のＳｉｎ、膜（２）をＣＶＤ法により
堆積させる（第１図Ａ）。そして、このＳｉｎ、膜（２
）を公知の技術であるフォトリングラフィ技術によりＳ
ｉ基板（１）表面を露出させる開花部（２ａ）を選択的
に形成する（第１図Ｂ）。

次にこの基板を図示しないＭＢＥ（分子線エピタキー）
成長装置の試料室にセットし、１Ｏ１Ｔ。

ｒｒ台まで真空排気して、１０−１０Ｔｏｒｒ台の真空
度に保持されている成長室に基板を移す。

基板を８５０℃まで昇温しで約２０〜３０分間に汀って
この温度を保持し、露出している単結晶８１基板（１）
表面の薄い自然酸化膜及びコンタミネーションを熱的に
除去して清浄表面を露出させる。洗浄表面が露出したか
どうかは、：ＭＢＥ成長装置に備えられた電子線回折装
置を用いて判断する。その後、基板の温度を約５５０℃
に降下させ、予め１１４５〜１２３０℃に昇温しでおい
たＣａＦｔ　を充填しであるクヌードセンセルから、温
度に応じた分子線強度を有するＣａＦ＊分子線を基板へ
照射し、成長速度１４０人／ｍｉｎ、５分間、ＣａＦｔ
膜を成長させ、更に基板温度を７５０℃にして、連続し
てＣａＦ、膜を成長させ厚さ４０００人のＣａＦ、膜（
３）を形成する（第１図Ｃ）、このときＣａ　Ｆ　！　
膜＜３　）は５４０．膜（２）Ｅでは多結晶で、単結晶
Ｓｉ基板（１）の露出しているシード（ｌａ）ｉ　（開
孔部（２ａ）内）ではＳｉ基板（１）の結晶方位を継承
した単結晶となっている。

次にこのＣａ　Ｆ　を膜（３）上にレジストを塗布して
表面を平坦化し、ドライエツチングにより、エッチバッ
クして多結晶のＣａＦ、膜部分を除去して、第２の単結
晶絶縁膜としての単結晶ＣａＦｔ　ｆｌｕ（３ａ）を開
孔部（２ａ）内に得る（第１図Ｄ）。

そして、再びこの基板をＭＢＥ装置内にセットし、基板
温度を１００℃に設定して、Ｓｉ分子線を基板に照射す
る。そして、基板上全面（Ｓｉ膜１膜（２）及び単結晶
ＣａＦ、膜（３ａ）上）にａ−３ｉ１１！（４）を膜厚
５０００人程堆積重る（第１図Ｅ）。このときの堆積速
度は１０人／ｓｅｃである。

ａ−５ｉ膜（４）の堆積が終了したら、ＭＢＥ装置内の
設置したまま、基板温度を６００℃、１２時間のアニー
ル処理を行って、単結晶ＣａＦｓ膜（３ａ）の結晶方位
（即ち、単結晶Ｓｉ基板（１）の結晶方位）を継承させ
てａ−Ｓｉ膜（４）を固相エピタキシャル成長させた単
結晶Ｓ　ｉ　（４’）膜を得る（第１図Ｆ）。

ト）発明の効果 本発明は以上の説明から明らかな如く、単結晶Ｓｉ基板
とは完全に絶縁分離された単結晶Ｓｉ膜を部分的に欠く
ことなく形成することができる。

また、ＩＪＬ結晶Ｓｉ膜形成するために必要な結晶方位
を継承させるｌｉｔ結晶Ｓｉ基板面は一部で良いので、
ｌｆｔ結晶Ｓｉ基板上にデバイスが作製されていてら、
そのヒにＳＯ■構造は容易に形成される。

そして、作製したｓｏ　ｒ構造上に自由な回路設計そし
てデバイスの作製が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＡ乃至Ｆは本発明一実施例の工程説明図である
。 （１）・・・単結晶Ｓｉ基板、（２）・・・Ｓ１０．膜
（第１の絶縁膜）　、　＜２ａ＞−開孔部、（３）・−
Ｃａ　Ｆ　。 膜、（３ａ）・・・単結晶Ｃａ　Ｆ　！膜（第２の単結
晶絶縁膜）　、　（４）・”ａ−５ｉ膜、（４”）・Ｑ
Ｌ結晶Ｓｉ膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）単結晶半導体基台上に第１の絶縁膜を形成し、前記
   単結晶半導体基台表面を露出させる開孔部を前記第１の
   絶縁膜に選択的に形成し、該第１の絶縁膜に形成された
   開孔部において露出している前記単結晶半導体基台部分
   にのみ第２の単結晶絶縁膜を形成し、第１の絶縁膜及び
   第２の単結晶絶縁膜上に非晶質半導体膜を形成し、該非
   晶質半導体膜をアニール処理して単結晶化させることを
   特徴とするＳＯＩ構造の形成方法。 ２）前記単結晶半導体基台は単結晶Ｓｉ基台、前記第１
   の絶縁膜はＳｉＯ＿２膜、前記第２の単結晶絶縁膜は単
   結晶ＣａＦ＿２膜および前記非晶質半導体膜は非晶質Ｓ
   ｉ膜であることを特徴とする請求項１記載のＳＯＩ構造
   の形成方法。