JP2002057309A - Method of forming soi substrate - Google Patents

Method of forming soi substrate

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JP2002057309A
JP2002057309A JP2000240236A JP2000240236A JP2002057309A JP 2002057309 A JP2002057309 A JP 2002057309A JP 2000240236 A JP2000240236 A JP 2000240236A JP 2000240236 A JP2000240236 A JP 2000240236A JP 2002057309 A JP2002057309 A JP 2002057309A
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JP
Japan
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layer
insulating film
back gate
substrate
semiconductor substrate
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Application number
JP2000240236A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasunori Okubo
安教 大久保
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable to easily form a gate electrode having a desired Vth when an SOI substrate is formed by using a sticking method to form elements thereon. SOLUTION: An insulating film 6 for element isolation is formed on a first semiconductor substrate 1 constituted of a porous Si layer 2. The insulating film 6 in an SOI layer forming part is eliminated, and the porous Si layer 2 is exposed to a surface. An Si single crystal layer 3 is grown on the porous Si layer 2, and an insulating film 7 for a back gate is formed on the Si single crystal layer 3 and the insulating film 6. A trench 8 for a back gate is formed on the insulating film 7, and an electrode layer 9 for a back gate is so formed that the trench 8 is filled. The first semiconductor substrate 1 is stuck on a second semiconductor substrate 4 via an insulating film 5 for sticking and subjected to grinding or the like from an unstuck surface side, and the SOI substrate 100A in which the electrode layer 9 for a back gate is buried is formed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、バックゲート電極
を有する半導体基板の作製に有用なSOI基板の作製方
法に関する。
The present invention relates to a method for manufacturing an SOI substrate useful for manufacturing a semiconductor substrate having a back gate electrode.

【0002】[0002]

【従来の技術】SOI(Si on Insulator)基板は、絶
縁膜上に単結晶Si半導体層(SOI層)を形成したも
のであり、このSOI層を利用して各種デバイスを作り
込み、集積回路を形成することがなされている。
2. Description of the Related Art An SOI (Si on Insulator) substrate is a substrate in which a single crystal Si semiconductor layer (SOI layer) is formed on an insulating film, and various devices are formed by using this SOI layer to form an integrated circuit. Has been made.

【0003】従来、SOI基板の作製方法の一つに、貼
り合わせエッチバック法(BESOI)があり、この貼り合
わせエッチバック法を改善したものに、第1の半導体基
板(デバイスウエハ)上に多孔質Si層を形成し、その
多孔質Si層上にSi単結晶をエピタキシャル法により
成長させ、一方、第2の半導体基板(ハンドルウエハ)
の表面に貼り合わせ用絶縁膜として酸化膜を形成し、第
1の半導体基板のSi単結晶等と第2の半導体基板の酸
化膜とを貼り合わせ、第1の半導体基板を研削、研磨す
るELTRAN法(Applied Physics Letters, Vol.64, No.1
6, p2108-2110,Apr 1994、特開平5−21338号公
報)がある。
[0003] Conventionally, a bonding etch-back method (BESOI) has been known as one of the methods for fabricating an SOI substrate, and an improved bonding-etch-back method is a method in which a porous film is formed on a first semiconductor substrate (device wafer). A porous Si layer is formed, and a Si single crystal is grown on the porous Si layer by an epitaxial method, while a second semiconductor substrate (handle wafer)
ELTRAN to form an oxide film as a bonding insulating film on the surface of the substrate, bond the single-crystal Si or the like of the first semiconductor substrate with the oxide film of the second semiconductor substrate, and grind and polish the first semiconductor substrate. Method (Applied Physics Letters, Vol.64, No.1
6, p2108-2110, Apr 1994, JP-A-5-21338).

【0004】図3は、ELTRAN法によるSOI基板の製造
工程図である。この方法では、Si単結晶基板1をデバ
イスウエハAとし、まずその表面に、陽極酸化法により
多孔質Si層2を形成する(図3(a))。次いで、多
孔質Si層2の表面を平坦化し、熱処理により多孔質S
i層2の表面の孔を封止し、その後、多孔質Si層2の
表面にエピタキシャル成長法によりSi単結晶層3を成
長させる(図3(b))。Si単結晶層3の層厚は、必
要とするSOI層の厚さにより決定されるが、従来、多
くは100nm〜500nmとされている。
FIG. 3 is a manufacturing process diagram of an SOI substrate by the ELTRAN method. In this method, a Si single crystal substrate 1 is used as a device wafer A, and a porous Si layer 2 is first formed on the surface of the device wafer A by an anodic oxidation method (FIG. 3A). Next, the surface of the porous Si layer 2 is flattened, and the porous S
The holes on the surface of the i-layer 2 are sealed, and then the Si single crystal layer 3 is grown on the surface of the porous Si layer 2 by an epitaxial growth method (FIG. 3B). The thickness of the Si single crystal layer 3 is determined by the required thickness of the SOI layer, and is conventionally generally 100 nm to 500 nm.

【0005】一方、ハンドルウエハBとしてSi基板4
を用意し、その表面に貼り合わせ用絶縁膜5としてSi
2膜を熱酸化法又はCVD法により形成する(図3
(c))。貼り合わせ用絶縁膜5の膜厚は、絶縁の良否
と後の貼り合わせ工程での歩留まりに大きく影響する重
要な要素であり、従来、200nm〜400nmとされ
ている。
On the other hand, as a handle wafer B, an Si substrate 4
Is prepared, and the surface thereof is formed of Si as an insulating film 5 for bonding.
An O 2 film is formed by a thermal oxidation method or a CVD method (FIG. 3)
(C)). The thickness of the bonding insulating film 5 is an important factor that greatly affects the quality of insulation and the yield in the subsequent bonding step, and is conventionally set to 200 nm to 400 nm.

【0006】次に、デバイスウエハAのSi単結晶層3
とハンドルウエハBの貼り合わせ用絶縁膜(SiO
2膜)5とが対向するように、デバイスウエハAとハン
ドルウエハBを重ね合わせ、熱処理することによりSi
単結晶層3と貼り合わせ用絶縁膜(SiO2膜)5との
接合状態を作る(図3(d))。
Next, the Si single crystal layer 3 of the device wafer A
Insulating film (SiO
The device wafer A and the handle wafer B are overlapped with each other so that the second film
A bonding state between the single crystal layer 3 and the bonding insulating film (SiO 2 film) 5 is formed (FIG. 3D).

【0007】こうしてデバイスウエハAとハンドルウエ
ハBとを貼り合わせた後、デバイスウエハAの裏面を研
削、研磨し、多孔質Si層2を表出させ(図3
(e))、さらに多孔質Si層2をエッチングする。こ
のエッチングでは、多孔質Si層2とSi単結晶層3と
のエッチングレートが105程度に大きく異なるため、
エッチングによりSi単結晶層3が表出した時点でエッ
チングレートが大きく低下し、エッチングが停止し(図
3(f))、SOI層(Si単結晶層3)が形成され
る。
After bonding the device wafer A and the handle wafer B in this manner, the back surface of the device wafer A is ground and polished to expose the porous Si layer 2 (FIG. 3).
(E)) Further, the porous Si layer 2 is etched. In this etching, the etching rate of the porous Si layer 2 and the etching rate of the Si single crystal layer 3 are greatly different from each other to about 10 5 .
When the Si single crystal layer 3 is exposed by the etching, the etching rate is greatly reduced, the etching is stopped (FIG. 3F), and the SOI layer (Si single crystal layer 3) is formed.

【0008】Si単結晶層3のエッチング面は表面粗さ
が粗いため、タッチポリッシュ又は水素アニール等によ
って表面粗さを改善した後、素子形成が行われる。
Since the etched surface of the Si single crystal layer 3 has a rough surface, the device is formed after the surface roughness is improved by touch polishing or hydrogen annealing.

【0009】このようにELTRAN法によりSOI基板を形
成すると、SOI層を50nmレベルに形成することが
可能となる。
When the SOI substrate is formed by the ELTRAN method, the SOI layer can be formed at a level of 50 nm.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】SOI基板対しては、
パターンルールの微細化(0.1μmレベル)の要請に
より、SOIの層厚を30〜50nmに極薄膜化するこ
とが求められている。
SUMMARY OF THE INVENTION For an SOI substrate,
Due to the demand for finer pattern rules (at the 0.1 μm level), it is required to make the SOI layer ultra-thin to a thickness of 30 to 50 nm.

【0011】しかしながら、ELTRAN法により形成したS
OI基板に素子形成をするに場合には、次のような種々
の問題が生じている。
However, the S formed by the ELTRAN method
When forming an element on an OI substrate, there are various problems as follows.

【0012】第1に、従来のELTRAN法により形成したS
OI基板には埋め込みゲートが形成されていないため、
ゲート電極としてはトップゲート電極を形成することと
なるが、この場合、VthはSOI層(Si単結晶層3)
の厚さに依存する。したがって、Vthの低いゲート電極
を形成するためには、SOI層の厚さをパターンルール
に合わせて薄くする必要があり、例えば、0.1μm以
下のパターンルールに適合させるためには、SOI層の
厚さを10nm以下にすることが必要とされる。しかし
ながら、厚さ10nmのSOI層を形成することは、実
際上非常に困難である。
First, S formed by the conventional ELTRAN method
Since no embedded gate is formed on the OI substrate,
As a gate electrode, a top gate electrode is formed. In this case, Vth is the SOI layer (Si single crystal layer 3).
Depends on the thickness of the Therefore, in order to form a gate electrode having a low Vth, it is necessary to reduce the thickness of the SOI layer in accordance with the pattern rule. It is required that the thickness be 10 nm or less. However, forming a 10 nm thick SOI layer is very difficult in practice.

【0013】また、SOI層を薄くするのと同時にゲー
ト酸化膜の厚さも薄くすることが必要となるが、従来の
ELTRAN法ではゲート酸化膜を薄くすると貼り合わせ面に
気泡が発生し易くなるので、基板作製の歩留まりが著し
く低下する。このためゲート酸化膜を薄くすることには
限界があり、デバイスの作製上の障壁となっている。
Further, it is necessary to reduce the thickness of the gate oxide film at the same time as reducing the thickness of the SOI layer.
In the ELTRAN method, when the gate oxide film is thinned, bubbles are likely to be generated on the bonding surface, so that the yield of substrate fabrication is significantly reduced. Therefore, there is a limit in reducing the thickness of the gate oxide film, which is a barrier in device fabrication.

【0014】本発明は以上のような従来技術の問題点に
対し、貼り合わせ法によりSOI基板を作製し、SOI
基板に素子形成するにあたり、所望のVthを有するゲー
ト電極を容易に形成できるようにすることを目的として
いる。
The present invention solves the above-mentioned problems of the prior art by fabricating an SOI substrate by a bonding method,
It is an object of the present invention to easily form a gate electrode having a desired Vth when forming an element on a substrate.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明者は、SOI基板
にゲート電極を形成するにあたり、バックゲート電極を
形成するとVthがSOI層の厚さに依存せず、Vthを所
望の値に制御できること、また、バックゲート電極の形
成に対応したSOI基板の作製方法としては、ELTRAN法
において、貼り合わせ前のデバイスウエハに予めバック
ゲート用電極層を形成することが有効であることを見出
した。
Means for Solving the Problems In forming a gate electrode on an SOI substrate, the present inventors have found that when a back gate electrode is formed, Vth can be controlled to a desired value without depending on the thickness of the SOI layer. Also, as a method for manufacturing an SOI substrate corresponding to formation of a back gate electrode, it has been found that it is effective to previously form a back gate electrode layer on a device wafer before bonding by an ELTRAN method.

【0016】即ち、本発明は、基板貼り合わせ法による
SOI基板の作製方法であって、多孔質Si層からなる
第1の半導体基板上にエピタキシャル成長法によりSi
単結晶層を成長させ、Si単結晶層上にバックゲート用
絶縁膜を形成し、バックゲート用絶縁膜上にバックゲー
ト用電極層を形成し、バックゲート用電極層上又は第2
の半導体基板上に貼り合わせ用絶縁膜を形成し、貼り合
わせ用絶縁膜を介して第1の半導体基板と第2の半導体
基板とを貼り合わせ、第1の半導体基板を非貼り合わせ
面側から研削、研磨又はエッチングすることからなる、
バックゲート用電極層が埋め込まれているSOI基板の
作製方法を提供する。
That is, the present invention relates to a method for manufacturing an SOI substrate by a substrate bonding method, wherein a Si substrate is formed on a first semiconductor substrate comprising a porous Si layer by an epitaxial growth method.
A single crystal layer is grown, an insulating film for a back gate is formed on the Si single crystal layer, an electrode layer for the back gate is formed on the insulating film for the back gate, and the back gate electrode layer or the second
Forming a bonding insulating film on the semiconductor substrate, bonding the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate through the bonding insulating film, and bonding the first semiconductor substrate from the non-bonding surface side Consisting of grinding, polishing or etching,
Provided is a method for manufacturing an SOI substrate in which a back gate electrode layer is embedded.

【0017】また、本発明は、基板貼り合わせ法による
SOI基板の作製方法であって、基板貼り合わせ法によ
るSOI基板の作製方法であって、多孔質Si層からな
る第1の半導体基板上に素子分離用絶縁膜を形成し、S
OI層形成部分の素子分離用絶縁膜を除去して多孔質S
i層を表出させ、多孔質Si層上にエピタキシャル成長
法によりSi単結晶層を成長させ、Si単結晶層及び素
子分離用絶縁膜上にバックゲート用絶縁膜を形成し、バ
ックゲート用絶縁膜にバックゲート用溝を形成し、バッ
クゲート用溝を埋め込むようにバックゲート用電極層を
形成し、バックゲート電極層又は第2の半導体基板上に
貼り合わせ用絶縁膜を形成し、貼り合わせ用絶縁膜を介
して第1の半導体基板と第2の半導体基板とを貼り合わ
せ、第1の半導体基板を非貼り合わせ面側から研削、研
磨又はエッチングすることからなる、バックゲート用電
極層が埋め込まれているSOI基板の作製方法を提供す
る。
Further, the present invention relates to a method of manufacturing an SOI substrate by a substrate bonding method, which is a method of manufacturing an SOI substrate by a substrate bonding method, wherein the SOI substrate is formed on a first semiconductor substrate comprising a porous Si layer. An insulating film for element isolation is formed,
The insulating film for element isolation at the portion where the OI layer is formed is removed to remove the porous S
exposing the i layer, growing a Si single crystal layer on the porous Si layer by an epitaxial growth method, forming an insulating film for a back gate on the Si single crystal layer and the insulating film for element isolation, Forming a back gate groove on the substrate, forming a back gate electrode layer so as to fill the back gate groove, and forming a bonding insulating film on the back gate electrode layer or the second semiconductor substrate; A first semiconductor substrate and a second semiconductor substrate are bonded to each other with an insulating film interposed therebetween, and the first semiconductor substrate is ground, polished, or etched from the non-bonded surface side, and a back gate electrode layer is embedded. Provided is a method for manufacturing a SOI substrate.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ、本発明
を詳細に説明する。なお、各図中、同一符号は同一又は
同等の構成要素を表している。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In each of the drawings, the same reference numerals represent the same or equivalent components.

【0019】図1は、本発明の一形態の製造工程図であ
る。この方法では、まず、Si単結晶基板1を第1の半
導体基板(デバイスウエハA)とし、その表面に、陽極
酸化法により多孔質Si層2を形成する(図1
(a))。この多孔質Si層2の表面でエピタキシャル
成長が可能となるように、真空中、1040℃程度で水
素アニールを行い、多孔質Si層2の表面の孔を埋める
ことが好ましい。
FIG. 1 is a manufacturing process diagram of one embodiment of the present invention. In this method, first, the Si single crystal substrate 1 is used as a first semiconductor substrate (device wafer A), and a porous Si layer 2 is formed on the surface thereof by an anodic oxidation method (FIG. 1).
(A)). It is preferable to perform hydrogen annealing in vacuum at about 1040 ° C. to fill the holes on the surface of the porous Si layer 2 so that epitaxial growth can be performed on the surface of the porous Si layer 2.

【0020】次いで、多孔質Si層2の表面にSiO2
膜からなる素子分離用絶縁膜6を形成する(図1
(b))。素子分離用絶縁膜6の層厚は、必要とされる
SOI層の厚さとし、通常、30nm〜300nmとす
る。
Next, the surface of the porous Si layer 2 is coated with SiO 2
A device isolation insulating film 6 made of a film is formed (FIG. 1).
(B)). The layer thickness of the isolation insulating film 6 is the required thickness of the SOI layer, and is usually 30 nm to 300 nm.

【0021】素子分離用絶縁膜6のうちSOI層形成部
分を除去し、多孔質Si層2を表出させ(図1
(c))、その多孔質Si層2上にエピタキシャル成長
法によりSi単結晶層3を成長させる(図1(d))。
この場合、Si単結晶層3の層厚は素子分離用絶縁膜6
の層厚と等しくする。
The portion where the SOI layer is to be formed is removed from the element isolation insulating film 6 to expose the porous Si layer 2 (FIG. 1).
(C)) An Si single crystal layer 3 is grown on the porous Si layer 2 by an epitaxial growth method (FIG. 1 (d)).
In this case, the thickness of the Si single crystal layer 3 is
Layer thickness.

【0022】次に、Si単結晶層3及び素子分離用絶縁
膜6上にバックゲート用絶縁膜7をCVD等により形成
する(図1(e))。バックゲート用絶縁膜7の厚さ
は、必要とするバックゲート電極BGの厚さとゲート酸
化膜の厚さの合計によって定める。例えば、バックゲー
ト電極BGの厚さを300nmとし、ゲート酸化膜の厚
さを30nmとする場合、バックゲート用絶縁膜7の厚
さは330とする。
Next, a back gate insulating film 7 is formed on the Si single crystal layer 3 and the isolation insulating film 6 by CVD or the like (FIG. 1E). The thickness of the back gate insulating film 7 is determined by the sum of the required thickness of the back gate electrode BG and the thickness of the gate oxide film. For example, when the thickness of the back gate electrode BG is 300 nm and the thickness of the gate oxide film is 30 nm, the thickness of the back gate insulating film 7 is 330.

【0023】このバックゲート用絶縁膜7にバックゲー
ト用溝8を形成し(図1(f))、バックゲート用溝8
を埋め込むようにバックゲート用電極層9を形成する
(図1(g))。より具体的には、バックゲート用電極
層9として、例えば、poly Siをバックゲート用溝8
にCVD法によって堆積させる。この場合、poly Si
の堆積させる厚さは、次工程でバックゲート用電極層9
を平坦化し、バックゲート用溝8にバックゲート用電極
層9を残してバックゲート電極BGを形成しうる程度と
する。例えば、バックゲート電極BGの厚さを300n
mとする場合、バックゲート用電極層9としては、poly
Siを450nm堆積させる。
A back gate groove 8 is formed in the back gate insulating film 7 (FIG. 1F), and the back gate groove 8 is formed.
Is formed to form a back gate electrode layer 9 (FIG. 1 (g)). More specifically, as the back gate electrode layer 9, for example, poly Si is
Is deposited by CVD. In this case, poly Si
Is deposited in the next step in the back gate electrode layer 9.
Is flattened so that the back gate electrode BG can be formed while leaving the back gate electrode layer 9 in the back gate groove 8. For example, the thickness of the back gate electrode BG is set to 300 n
m, the back gate electrode layer 9 is poly
450 nm of Si is deposited.

【0024】バックゲート用電極層9を研磨し、バック
ゲート用電極層9の上面とバックゲート用絶縁膜7の上
面の高さを揃え、バックゲート電極BGの部分にのみバ
ックゲート用電極層9を残し、バックゲート電極BGを
形成する(図1(h))。バックゲート電極層9上に貼
り合わせ用絶縁膜5として、CVD等によりSiO2
堆積させ、その表面をCMP等で平坦化することによ
り、貼り合わせ可能な面粗さに仕上げる(図1
(i))。
The back gate electrode layer 9 is polished to make the upper surface of the back gate electrode layer 9 and the upper surface of the back gate insulating film 7 uniform in height, and the back gate electrode layer 9 is formed only on the back gate electrode BG. To form a back gate electrode BG (FIG. 1H). SiO 2 is deposited as a bonding insulating film 5 on the back gate electrode layer 9 by CVD or the like, and the surface thereof is flattened by CMP or the like to finish the surface to a bonding surface roughness (FIG. 1).
(I)).

【0025】この貼り合わせ用絶縁膜5の表面仕上げの
状態としては、例えば、表面粗さRa=0.4nmレベ
ルに研磨し、貼り合わせ面にパーティクルがない状態に
する。また、CMPとしては、例えば、平均粒径40n
mのコロイダルシリカによる研磨スラリーと発泡ウレタ
ン(スウェードタイプの連続発泡体等)による研磨パッ
ドを用いる。さらに、貼り合わせ面には、OHを存在さ
せ、親水性にすることが必要であるため、親水性処理を
行う。親水性処理としては、アンモニア水、過酸化水素
水、高純度純水(NH3:H22:H2O=1:2:7)
によるRCA洗浄を行う。
As a surface finish state of the bonding insulating film 5, for example, the surface is polished to a surface roughness Ra of 0.4 nm level to leave no particles on the bonding surface. As the CMP, for example, an average particle diameter of 40 n
The polishing pad is made of a polishing slurry of colloidal silica of m and urethane foam (such as a suede-type continuous foam). Furthermore, since it is necessary to make OH exist on the bonding surface and make it hydrophilic, a hydrophilic treatment is performed. As the hydrophilic treatment, aqueous ammonia, aqueous hydrogen peroxide, high-purity pure water (NH 3 : H 2 O 2 : H 2 O = 1: 2: 7)
RCA cleaning is performed.

【0026】一方、第2の基板(ハンドルウエハB)と
してSi基板4を用意し(図1(j))、その貼り合わ
せ面に、デバイスウエハAの貼り合わせ用絶縁膜5の表
面と同様に親水性処理を行う。
On the other hand, a Si substrate 4 is prepared as a second substrate (handle wafer B) (FIG. 1 (j)), and the bonding surface thereof is formed in the same manner as the surface of the bonding insulating film 5 of the device wafer A. Perform hydrophilic treatment.

【0027】ハンドルウエハBとデバイスウエハAの貼
り合わせ用絶縁膜5とを重ね合わせる(図1(k))。
この場合貼り合わせ方法は、双方のウエハの熱膨張係数
の違い等により、バックゲート電極のパターンの伸縮に
不都合が生じないように、特開平6−69476号公報
に記載の方法を用いることが好ましい。
The handle wafer B and the insulating film 5 for bonding the device wafer A are overlaid (FIG. 1 (k)).
In this case, it is preferable to use the method described in JP-A-6-69476 so that the bonding method does not cause any inconvenience in the expansion and contraction of the pattern of the back gate electrode due to the difference in thermal expansion coefficient between the two wafers. .

【0028】重ね合わせ後には、例えば、縦型拡散炉を
用いて、酸素又は窒素雰囲気中、800〜1100℃で
30分から120分熱処理し、強固な貼り合わせ状態を
形成する。
After the superposition, for example, a heat treatment is performed in an oxygen or nitrogen atmosphere at 800 to 1100 ° C. for 30 to 120 minutes using a vertical diffusion furnace to form a strong bonded state.

【0029】次いで、貼り合わせたデバイスウエハA
(Si単結晶基板1)を、貼り合わせ用絶縁膜5の形成
面と反対側の面から多孔質Si層2まで研削及び研磨す
る(図1(l))。この場合、研削によるダメージは通
常20μm程度であるため、この研削は、研削後にSi
単結晶基板1が多孔質Si層2上に20μm程度残るよ
うに行い、その後、残った20μm程度のSi単結晶基
板1に対して、研削によるダメージを除去するために研
磨を行うことが好ましい。
Next, the bonded device wafer A
The (Si single crystal substrate 1) is ground and polished from the surface opposite to the surface on which the insulating film 5 for bonding is formed to the porous Si layer 2 (FIG. 1 (l)). In this case, since the damage due to the grinding is usually about 20 μm,
It is preferable that the single-crystal substrate 1 be left on the porous Si layer 2 by about 20 μm, and thereafter, the remaining Si single-crystal substrate 1 of about 20 μm be polished to remove damage due to grinding.

【0030】研削の具体的手法としては、例えば、ダイ
ヤモンド砥石(砥石番手#2000)を使用し、高速回
転(2400〜3000rpm)させながら削る。な
お、研削速度が速いと研削面に或る程度の精度を得るこ
とができるが、その場合でもダメージの除去は必要とな
る。
As a specific method of grinding, for example, a diamond grindstone (grindstone # 2000) is used, and is ground while being rotated at high speed (2400 to 3000 rpm). It should be noted that if the grinding speed is high, a certain degree of accuracy can be obtained on the ground surface, but even in that case, it is necessary to remove damage.

【0031】ダメージを除去する研磨は、例えば、平均
粒径40nmのコロイダルシリカによる研磨スラリーと
発泡ウレタンによる研磨パッドを使用して行う。この研
磨により、多孔質Si層2を表出させる。
The polishing for removing the damage is performed using, for example, a polishing slurry of colloidal silica having an average particle diameter of 40 nm and a polishing pad of urethane foam. By this polishing, the porous Si layer 2 is exposed.

【0032】次に、多孔質Si層2を選択エッチングに
より除去し、SOI層(Si単結晶層3)を表出させる
(図1(m))。この選択エッチングでは、SOI層
(Si単結晶層3)と多孔質Si層2との間に105
度の高選択比があるため、±5%程度の高精度でSOI
層の厚さを制御することが可能となる。
Next, the porous Si layer 2 is removed by selective etching to expose the SOI layer (Si single crystal layer 3) (FIG. 1 (m)). In this selective etching, since there is a high selectivity of about 10 5 between the SOI layer (Si single crystal layer 3) and the porous Si layer 2, the SOI is obtained with high accuracy of about ± 5%.
It is possible to control the thickness of the layer.

【0033】選択エッチングの後には、表面粗さの改善
のために、タッチポリッシュ又は水素アニールを行う。
タッチポリッシュは、例えば、平均粒径40nmのコロ
イダルシリカによる研磨スラリーと発泡ウレタン(スウ
ェードタイプの連続発泡体等)による研磨パッドを用い
て行う。
After the selective etching, touch polishing or hydrogen annealing is performed to improve the surface roughness.
Touch polishing is performed using, for example, a polishing slurry made of colloidal silica having an average particle size of 40 nm and a polishing pad made of urethane foam (such as a suede-type continuous foam).

【0034】こうして得られたSOI基板100Aは、
バックゲート電極BGが形成されているので、このSO
I基板100Aを用いて形成した集積回路では、バック
ゲート電極BGの制御により、Vthを容易に制御するこ
とが可能となる。また、デバイス設計が容易となり、高
性能の集積回路を作ることができる。さらに、貼り合わ
せ用絶縁膜5を厚く形成することができるので、貼り合
わせが安定し、製品の歩留まりを向上させることができ
る。
The SOI substrate 100A thus obtained is
Since the back gate electrode BG is formed, this SO
In an integrated circuit formed using the I substrate 100A, Vth can be easily controlled by controlling the back gate electrode BG. Further, device design becomes easy, and a high-performance integrated circuit can be manufactured. Further, since the bonding insulating film 5 can be formed thick, bonding can be stabilized, and the yield of products can be improved.

【0035】図2は、本発明の他の態様の製造工程図で
ある。この方法では、図1に示した態様と同様に、Si
単結晶基板1に陽極酸化法により多孔質Si層2を形成
し(図2(a))、その表面にエピタキシャル成長法に
よりSi単結晶層3を成長させる(図2(b))が、素
子分離用溝を形成することなく、Si単結晶層3上にバ
ックゲート用絶縁膜7として、例えばSiO2膜をCV
D法により堆積する(図2(c))。
FIG. 2 is a manufacturing process diagram of another embodiment of the present invention. In this method, as in the embodiment shown in FIG.
A porous Si layer 2 is formed on a single crystal substrate 1 by anodization (FIG. 2A), and a Si single crystal layer 3 is grown on the surface thereof by an epitaxial growth method (FIG. 2B). For example, an SiO 2 film is formed as a back gate insulating film 7 on the Si single crystal layer 3 without forming a trench for CV.
It is deposited by the D method (FIG. 2C).

【0036】次に、バックゲート用絶縁膜7上にバック
ゲート用電極層9としてpoly Siを堆積し(図2
(d))、さらに貼り合わせ用絶縁膜5を形成し、その
表面をCMPで平坦化し、さらに親水性処理することに
より、貼り合わせ可能な面粗さに仕上げる(図2
(e))。
Next, poly Si is deposited on the back gate insulating film 7 as the back gate electrode layer 9 (FIG. 2).
(D)) Further, an insulating film 5 for bonding is formed, and the surface thereof is flattened by CMP, and further subjected to a hydrophilic treatment, thereby finishing the surface to be bondable (FIG. 2).
(E)).

【0037】一方、ハンドルウエハBとしてSi基板4
を用意し(図2(f))、その貼り合わせ面に、デバイ
スウエハAの貼り合わせ用絶縁膜5の表面と同様に親水
性処理を行う。
On the other hand, as the handle wafer B, a Si substrate 4
Is prepared (FIG. 2 (f)), and a hydrophilic treatment is performed on the bonding surface in the same manner as the surface of the bonding insulating film 5 of the device wafer A.

【0038】次いで、ハンドルウエハBとデバイスウエ
ハAの貼り合わせ用絶縁膜5とを重ね合わせる(図2
(g))。
Next, the handle wafer B and the insulating film 5 for bonding the device wafer A are overlaid (FIG. 2).
(G)).

【0039】貼り合わせたデバイスウエハA(Si単結
晶基板1)は、図1の貼り合わせ後の工程と同様に、貼
り合わせ用絶縁膜5の形成面と反対側の面から多孔質S
i層2まで研削及び研磨し、多孔質Si層2を表出させ
(図2(h))、多孔質Si層2を選択エッチングによ
り除去し、SOI層(Si単結晶層3)を表出させ(図
2(i))、SOI基板100Bを得る。
The bonded device wafer A (Si single crystal substrate 1) is made of porous S from the surface opposite to the surface on which the bonding insulating film 5 is formed, similarly to the process after bonding in FIG.
Grinding and polishing to the i-layer 2 exposes the porous Si layer 2 (FIG. 2 (h)), removes the porous Si layer 2 by selective etching, and exposes the SOI layer (Si single crystal layer 3). (FIG. 2I) to obtain an SOI substrate 100B.

【0040】この図2の方法により得られるSOI基板
100Bは、素子分離はされていないが、バックゲート
電極BGを形成するための電極層9(poly Si層)が
埋め込まれているので、このSOI基板100Bにはバ
ックゲート電極を容易に形成することができ、また、そ
の他の種々のデバイスを形成することができる。
Although the SOI substrate 100B obtained by the method shown in FIG. 2 is not separated, the SOI substrate 100B has an embedded electrode layer 9 (poly Si layer) for forming the back gate electrode BG. A back gate electrode can be easily formed on the substrate 100B, and other various devices can be formed.

【0041】本発明は、図示した態様に限られない。基
板貼り合わせ法によってSOI基板を作製するにあた
り、第1の半導体基板と第2の半導体基板を貼り合わせ
る前に、予めバックゲート用電極層を形成する限り、種
々の態様をとることができる。
The present invention is not limited to the illustrated embodiment. In manufacturing an SOI substrate by a substrate bonding method, various modes can be employed as long as a back gate electrode layer is formed in advance before bonding the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate.

【0042】例えば、バックゲート電極層としては、po
lySi層の他にSi化合物、Al、W等を形成してもよ
い。
For example, as the back gate electrode layer, po
In addition to the lySi layer, a Si compound, Al, W, or the like may be formed.

【0043】また、図1及び図2に示した態様では、第
1の半導体基板と第2の半導体基板を貼り合わせる前
に、貼り合わせ用絶縁膜5を第1の半導体基板(デバイ
スウエハA)に形成しているが、貼り合わせ用絶縁膜5
は第2の半導体基板の貼り合わせ面に形成してもよい。
In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, before bonding the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate, the bonding insulating film 5 is bonded to the first semiconductor substrate (device wafer A). But the insulating film 5 for bonding.
May be formed on the bonding surface of the second semiconductor substrate.

【0044】本発明のSOI基板の作製方法において、
研削、研磨、エッチング等の手法は適宜定めることがで
きる。
In the method of manufacturing an SOI substrate according to the present invention,
Techniques such as grinding, polishing, and etching can be appropriately determined.

【0045】[0045]

【発明の効果】本発明のSOI基板の作製方法によれ
ば、SOI基板内にバックゲート電極層が埋め込まれる
ので、本発明により得られるSOI基板を用いて集積回
路を形成する際には、SOI層の厚さに依存することな
く、Vthを所望の値に制御できるバックゲート電極を容
易に形成することが可能となる。
According to the method of manufacturing an SOI substrate of the present invention, the back gate electrode layer is embedded in the SOI substrate. Therefore, when forming an integrated circuit using the SOI substrate obtained by the present invention, A back gate electrode capable of controlling Vth to a desired value can be easily formed without depending on the thickness of the layer.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の一態様の工程説明図である。FIG. 1 is a process explanatory diagram of one embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の他の態様の工程説明図である。FIG. 2 is a process explanatory view of another embodiment of the present invention.

【図3】 従来のELTRAN法によるSOI基板の製造工程
図である。
FIG. 3 is a manufacturing process diagram of an SOI substrate by a conventional ELTRAN method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…第1の半導体基板(Si単結晶基板)、 2…多孔
質Si層、 3…Si単結晶層、 4…第2の半導体基
板(Si基板)、 5…貼り合わせ用絶縁膜、6…素子
分離用絶縁膜、 7…バックゲート用絶縁膜、 8…バ
ックゲート用溝、 9…バックゲート用電極層、 BG
…バックゲート電極、
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... 1st semiconductor substrate (Si single crystal substrate), 2 ... Porous Si layer, 3 ... Si single crystal layer, 4 ... 2nd semiconductor substrate (Si substrate), 5 ... Bonding insulating film, 6 ... Element isolation insulating film, 7: Back gate insulating film, 8: Back gate groove, 9: Back gate electrode layer, BG
… Back gate electrode,

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板貼り合わせ法によるSOI基板の作
製方法であって、多孔質Si層からなる第1の半導体基
板上にエピタキシャル成長法によりSi単結晶層を成長
させ、Si単結晶層上にバックゲート用絶縁膜を形成
し、バックゲート用絶縁膜上にバックゲート用電極層を
形成し、バックゲート用電極層上又は第2の半導体基板
上に貼り合わせ用絶縁膜を形成し、貼り合わせ用絶縁膜
を介して第1の半導体基板と第2の半導体基板とを貼り
合わせ、第1の半導体基板を非貼り合わせ面側から研
削、研磨又はエッチングすることからなる、バックゲー
ト用電極層が埋め込まれているSOI基板の作製方法。
1. A method for manufacturing an SOI substrate by a substrate bonding method, wherein a Si single crystal layer is grown on a first semiconductor substrate composed of a porous Si layer by an epitaxial growth method, and a back is formed on the Si single crystal layer. Forming an insulating film for the gate, forming an electrode layer for the back gate on the insulating film for the back gate, forming an insulating film for bonding on the electrode layer for the back gate or on the second semiconductor substrate, A first semiconductor substrate and a second semiconductor substrate are bonded to each other with an insulating film interposed therebetween, and the first semiconductor substrate is ground, polished, or etched from the non-bonded surface side, and a back gate electrode layer is embedded. Method for manufacturing a SOI substrate.
【請求項2】 基板貼り合わせ法によるSOI基板の作
製方法であって、多孔質Si層からなる第1の半導体基
板上に素子分離用絶縁膜を形成し、SOI層形成部分の
素子分離用絶縁膜を除去して多孔質Si層を表出させ、
多孔質Si層上にエピタキシャル成長法によりSi単結
晶層を成長させ、Si単結晶層及び素子分離用絶縁膜上
にバックゲート用絶縁膜を形成し、バックゲート用絶縁
膜にバックゲート用溝を形成し、バックゲート用溝を埋
め込むようにバックゲート用電極層を形成し、バックゲ
ート電極層又は第2の半導体基板上に貼り合わせ用絶縁
膜を形成し、貼り合わせ用絶縁膜を介して第1の半導体
基板と第2の半導体基板とを貼り合わせ、第1の半導体
基板を非貼り合わせ面側から研削、研磨又はエッチング
することからなる、バックゲート用電極層が埋め込まれ
ているSOI基板の作製方法。
2. A method for manufacturing an SOI substrate by a substrate bonding method, wherein an insulating film for element isolation is formed on a first semiconductor substrate made of a porous Si layer, and an insulating film for element isolation is formed in a portion where the SOI layer is formed. Removing the film to expose the porous Si layer,
An Si single crystal layer is grown on the porous Si layer by an epitaxial growth method, a back gate insulating film is formed on the Si single crystal layer and the isolation insulating film, and a back gate groove is formed in the back gate insulating film. Then, a back gate electrode layer is formed so as to fill the back gate groove, a bonding insulating film is formed over the back gate electrode layer or the second semiconductor substrate, and the first insulating film is formed via the bonding insulating film. Of the SOI substrate in which the back gate electrode layer is embedded, by bonding the first semiconductor substrate to the second semiconductor substrate and grinding, polishing, or etching the first semiconductor substrate from the non-bonded surface side Method.
【請求項3】 バックゲート用電極層がpolySi層から
なる請求項1又は2記載のSOI基板の作製方法。
3. The method for manufacturing an SOI substrate according to claim 1, wherein the back gate electrode layer is made of a polySi layer.
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