[其他]绝缘衬底上混合源双面硅单晶生长

说明书

本发明属于半导体器件及集成电路制造技术，是一种在绝缘衬底上双面同时进行硅单晶外延生长，从而一次实现“单晶硅/绝缘衬底/单晶硅”结构的化学气相淀积工艺。

目前实现“单晶硅/绝缘材料/单晶硅”结构可用于集成电路CMOS/SOI等制造，它可缩小尺寸，提高集成度;寄生电容小，器件速度高和易于器件隔离，因此它是一种开拓形式的材料结构。完成这种材料结构当前采用化学气相淀积（CVD）法和激光回熔再结晶法。现在采用化学气相淀积法只实现了在硅衬底上生长MgO·Al₂O₃，然后再生长淀积单晶硅的“单晶硅/绝缘材料/单晶硅”结构。但该工艺方法繁琐，实现困难很大，仅限于“单晶硅/MgO·Al₂O₃/单晶硅”结构，并且最后淀积的单晶硅层完整性差。激光回熔再结晶法，是将淀积于绝体层上的多晶硅，用激光回熔后，反复扫描，实现由多晶向单晶的转化。该工艺方法繁琐，再结晶层由于扫描出现条纹，单晶化不完全，难以用于生产。

本发明的特点在于以绝缘材料为衬底而不以硅材料为衬底，采用先对绝缘衬底两面进行硅烷外延，生长一薄层硅单晶;然后在原位进行四氯化硅和硅烷混合源硅外延生长，最后完成“单晶硅/绝缘材料/单晶硅”的材料结构。

首先将硅烷通入高温下的反应管（图1中），使硅烷淀积硅能够有效地将绝缘衬底完全包裹起来。然后将硅烷和四氯化硅按一定比例混合通入高温反应管，进行硅单晶生长。最后完成“单晶硅/绝缘衬底/单晶硅”结构。绝缘衬底的选择由半导体器件要求而选定。外延温度900℃～1150℃硅烷和四氯化硅混合比例为SiCl₄摩尔浓度/SiH₄摩尔浓度＝1/9～9/1。其它外延指标可由实际的器件要求而决定。

本发明设备简单，操作方便，生长速率快，双面单晶硅厚度均匀单晶质量好，对绝缘衬底无气相腐蚀，便于生产应用。

图1是实验装置图。1为四氯化硅瓶。2为硅烧瓶。3为反应管。4为高频感应加热装置。5为包硅石墨基座。

图2为绝缘衬底架图。6为包硅石墨基座。7为包硅石墨架。8为绝缘衬底。