JP2001185612A - Soiウェーハの製造方法 - Google Patents
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Abstract
製造方法を提供する。 【解決手段】 半導体基板の一側面上にパッド酸化層、
窒化層及びマスク酸化層を順次形成する段階、半導体基
板上に素子分離領域が露出されるように蝕刻する段階、
露出された半導体基板領域を蝕刻してトレンチを形成す
る段階、マスク酸化層を除去する段階、トレンチの底面
をフィールド酸化させてバードビークを有するフィール
ド酸化層を形成する段階、フィールド酸化層を除去する
段階、トレンチ内に酸化層を埋めてトレンチ型素子分離
層を形成する段階、前記窒化層及びパッド酸化層を除去
する段階、素子分離層及び半導体基板上に第1絶縁層を
蒸着する段階、ベース基板上に第2絶縁層を蒸着する段
階、第1絶縁層と第2絶縁層が接触するように半導体基
板とベース基板をボンディングする段階、素子分離層を
研磨停止層として半導体基板の他側面を1次研磨する段
階、所望の厚さの半導体層が得られるように半導体基板
の他側面を前記バードピーク部まで2次研磨する段階と
を含むことを特徴とする。
Description
on−on−Insulator)ウェーハ、より詳し
くは良好な素子特性を有するSOIウェーハの製造方法
に関するものである。
するにつれて、バルクシリコンからなった単結晶シリコ
ンウェーハに代わってSOIウェーハを用いる半導体集
積技術が注目されている。これは、SOIウェーハに集
積された半導体素子が、通常の単結晶シリコンウェーハ
に集積された半導体素子に比べ、小さい接合容量(Ju
nction Capacitance)による高速
化、低いしきい値電圧(Threshold Volt
age)による低電圧化、及び完全な素子分離によるラ
ツチーアップ(Latch−Up)の減少などの利点を
有するためである。
基板と、前記ベース基板上に配置されてボンディング媒
介体として機能する埋没酸化層と、前記埋没酸化層上に
配置されて素子形成領域を提供する半導体層の積層構造
を有している。このようなSOIウェーハを製造する方
法としては、SIMOX(Separation by
Implanted Oxygen)法とボンディン
グ法が用いられてきた。
素イオンを注入し、その後、酸素イオンとシリコンが反
応するように熱処理を行うことにより、前記シリコンウ
ェーハの表面から所定深さにシリコンウェーハをベース
基板と半導体層から分離させる埋没酸化層を形成し、そ
の結果、ペース基板と埋没酸化層及び半導体層の積層構
造を有するSOIウェーハを得る方法である。
例えば、ベース基板と半導体基板を酸化層の介在下でボ
ンディングさせ、その後半導体基板の後面一部の厚さを
研磨することにより半導体層を得、その結果、ベース基
板と埋没酸化層及び半導体層の積層構造を有するSOI
ウェーハとする方法である。
ェーハの製造方法は、イオン注入及び熱処理工程により
なされるため、半導体層の厚さ調節が難しく、かつ工程
時間が長いという欠点がある。また、前記ボンディング
法を用いるSOIウェーハの製造方法は、相対的に工程
は簡単であるが、半導体層を得るための研磨時、研磨停
止層がないため、所望厚さの半導体層を得にくいという
欠点がある。
ス基板と半導体基板をボンディングする前に、半導体基
板内に研磨停止層として機能するトレンチ型素子分離層
を備えたボンディング方式が用いられている。
によるSOIウェーハの製造方法を説明する。
らなった半導体基板1を用意し、この半導体基板1の一
部を蝕刻してトレンチTを形成させる。研磨停止層とし
て機能するトレンチ型素子分離層2が、前記トレンチT
内に酸化層を充填させることにより形成される。この
際、前記トレンチTは、ハンプ(Hump)特性を抑え
るためのトップラウンディング効果(Top Roun
ding Effect)、接合漏洩電流(Junct
ion Leakage Current)を改善する
ためのボトムラウンディング効果(Bottom Ro
unding Effect)を考慮して、83〜85
°のスロープを有するように形成させて、良好な素子特
性を得ている。第1酸化層3aは素子分離層2及び半導
体基板1上に形成される。
し、第2酸化層3bを前記ベース基板1上に形成させ
る。前記ベース基板4と半導体基板1が、第1酸化層3
aと第2酸化層3bが接触するようにボンディングさせ
る。素子分離層2を研磨停止層として半導体基板を化学
的に研磨(Chemical Mechanical
Polishing:以下、CMP)することにより半
導体層1が得られ、その結果、ベース基板1と第1酸化
層3a及び第2酸化層3bを含む埋没酸化層3及び素子
分離層2が半導体層1の積層構造になったSOIウェー
ハが得られる。
の製造方法は、次のような理由により良好な素子特性が
得られないという問題点があった。
は、良好な素子特性を得るため、83〜85°のスロー
プを有するように形成される。ところが、その後の工程
で、前記トレンチTは上下が逆になるため、良好な素子
特性が期待できなくなる。
特性は、半導体層1aの厚さの均一性に大きく依存して
いる。ところが、研磨停止層として素子分離層を用いて
半導体基板を研磨すると、図2に示すように、シリコン
と酸化層の研磨選択比の差により前記半導体層1aの表
面にディッシング(Dishing)Dが発生して半導
体層1aの厚さの均一性が損なわれ、良好な素子特性を
期待することができなくなる。
な素子特性が得られるSOIウェーハの製造方法を提供
することである。
するため本発明のSOIウェーハの製造方法は、半導体
基板及びベース基板を用意する段階と、前記半導体基板
の一側面上にパッド酸化層、窒化層及びマスク酸化層を
順次形成する段階と、前記半導体基板上に素子分離領域
が露出されるように、前記マスク酸化層,窒化層及びパ
ッド酸化層を蝕刻する段階と、前記露出された半導体基
板領域を蝕刻してトレンチを形成する段階と、前記マス
ク酸化層を除去する段階と、前記トレンチの底面をフィ
ールド酸化させて、縁部にバードビークを有するフィー
ルド酸化層を形成する段階と、前記フィールド酸化層を
除去する段階と、前記トレンチ内に酸化層を埋めてトレ
ンチ型素子分離層を形成する段階と、前記窒化層及びパ
ッド酸化層を除去する段階と、前記素子分離層及び半導
体基板上に第1絶縁層を蒸着する段階と、前記ベース基
板上に第2絶縁層を蒸着する段階と、前記第1絶縁層と
第2絶縁層が接触するように、前記半導体基板とベース
基板をボンディングする段階と、前記素子分離層を研磨
停止層として前記半導体基板の他側面を1次研磨する段
階と、所望厚さの半導体層が得られるように、前記半導
体基板の他側面を前記バードピーク部まで2次研磨する
段階とを含むことを特徴とする。
Iウェーハの製造方法を図3〜図11に基づいて説明す
る。
った半導体基板11を用意し、パッド酸化層12、窒化
層13及びマスク酸化層14をそれぞれ5〜10nm、
100〜150nm及び30〜60nmの厚さで前記半
導体基板11の一側面上に順次蒸着していく。素子分離
層を形成する領域を決めて、フォトリソグラフイー(P
hoto Lithography)プロセスにより、
ホトレジスト層パターン15を前記マスク酸化層14上
に形成させる。前記マスク酸化層14、窒化層13及び
パッド酸化層12を、半導体基盤11の素子分離領域が
露出されるように、前記ホトレジスト層パターン15を
蝕刻バリアとして用いて蝕刻する。
ンを除去する。露出された半導体基板領域が所定の厚さ
に蝕刻され、垂直スロープを有するトレンチTが形成さ
れる。
る。前記トレンチTを含む基板1の全面に酸化防止層を
蒸着し、その後、前記酸化防止層を全面蝕刻(BIan
ket−Etch)することにより、前記トレンチTの
側壁にスペーサ16が形成される。ここで、前記スペー
サ16は、後続のフィールド酸化時、前記トレンチTの
側壁を酸化しないようにするためのもので、ポリシリコ
ン層又は窒化層からなっている。
アとして用いて、露出されたトレンチTの底面を酸化す
ることにより、縁部にバードビーク(bird bea
k)を有するフィールド酸化層17が形成される。
ペーサを蝕刻して除去し、酸化層18をトレンチTの内
部及び窒化層13上に蒸着してトレンチTを完全に埋め
るようになる。
ロセスにより研磨し、窒化層13を露出し、下部にバー
ドビークを持つ素子分離層18aを形成させ、さらに前
記酸化層を研磨して、窒化層とその下部のパッド酸化層
を順次除去していく。第1絶縁層19aを素子分離層1
8a及び半導体基板11の一側面上に形成させる。
し、第2絶縁層19bを前記ベース基板20の一側面上
に形成させる。前記ベース基板20と半導体基板11
を、前記第1絶縁層19aと第2絶縁層19bが接触す
るようにボンディングさせる。前記第1絶縁層19aと
第2絶縁層19bは後に得られるSOIウェーハにおい
て埋没酸化層として機能し、例えばBPSG層で形成さ
れる。
う一方の側面を、素子分離層18aを研磨停止層として
用いるCMPプロセスにより1次研磨する。
半導体基板11の面を、さらにバードビーク部までCM
Pプロセスにより2次研磨することにより、素子分離層
18aを有する半導体層11aが得られ、その結果、ベ
ース基板20と埋没酸化層19及び半導体層11aの積
層構造からなったSOIウェーハが得られる。前記2次
研磨は、シリコンと酸化層の研磨選択比を1:1である
スラリーを使用して行われ、所望の厚さの半導体層が得
られる迄行う。
ーズピークによりトップラウンディング効果が得られ、
これによりこの後の工程でのゲート酸化層の劣化やハン
プ(Hump)特性が抑えられる。また、2次研磨をシ
リコンと酸化層の研磨選択比が1:1であるスラリーを
使用して行い、そして素子分離層に作られたバードビー
クにより半導体層でのディッシング現象を小さくするこ
とができる。以上のほかにも、本発明はその要旨を逸脱
しない範囲で多様に変更実施することができる。
り製造されたSOIウェーハに半導体素子を集積させる
場合、ゲート酸化層の劣化及びハンプ特性が抑制され、
かつ半導体層の厚さの均一性が向上できることにより、
良好な素子特性を得ることができる。また、半導体層の
厚さが均一になることにより、後続工程の信頼性も高め
ることができる。
で、半導体基板上にトレンチと酸化層を形成させた断面
図である。
素子分離層が積層構造になったSOIウェーハの断面図
である。
導体基板にホトレジスト層パターンを蝕刻バリアとして
パッド酸化層、窒化層及びマスク酸化層を蝕刻した断面
図である。
トレジスト層パターンを除去した断面図である。
スク酸化層を除去した断面図である。
ードビークを有するフィールド酸化層が形成された断面
図である。
ィールド酸化層とスペーサを蝕刻して除去してトレンチ
を完全に埋めるようにした断面図である。
1絶縁層を素子分離層及び半導体基板の一側面上に形成
させた断面図である。
ース基板と半導体基板を、第1絶縁層と第2絶縁層が接
触するようにボンディングさせた断面図である。
半導体基板のもう一方の側面を研磨した断面図である。
半導体基板の面を、さらにバードビーク部まで研磨し
て、ベース基板と埋没酸化層及び半導体層の積層構造と
したSOIウェーハの断面図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 半導体基板及びベース基板を用意する段
階と、 前記半導体基板の一側面上にパッド酸化層、窒化層及び
マスク酸化層を順次形成する段階と、 前記半導体基板上に素子分離領域が露出されるように、
前記マスク酸化層,窒化層及びパッド酸化層を蝕刻する
段階と、 前記露出された半導体基板領域を蝕刻してトレンチを形
成する段階と、 前記マスク酸化層を除去する段階と、 前記トレンチの底面をフィールド酸化させて、縁部にバ
ードビークを有するフィールド酸化層を形成する段階
と、 前記フィールド酸化層を除去する段階と、 前記トレンチ内に酸化層を埋めてトレンチ型素子分離層
を形成する段階と、 前記窒化層及びパッド酸化層を除去する段階と、 前記素子分離層及び半導体基板上に第1絶縁層を蒸着す
る段階と、 前記ベース基板上に第2絶縁層を蒸着する段階と、 前記第1絶縁層と第2絶縁層が接触するように、前記半
導体基板とベース基板をボンディングする段階と、 前記素子分離層を研磨停止層として前記半導体基板の他
側面を1次研磨する段階と、 所望厚さの半導体層が得られるように、前記半導体基板
の他側面を前記バードピーク部まで2次研磨する段階と
を含んでなることを特徴とするSOI(Silicon
−on−Insulator)ウェーハの製造方法。 - 【請求項2】 前記パッド酸化層は5〜10nmの厚さ
に蒸着することを特徴とする請求硬1記載のSOIウェ
ーハの製造方法。 - 【請求項3】 前記パッド窒化層は100〜150nm
の厚さに蒸着することを特徴とする請求項1記載のSO
Iウェーハの製造方法。 - 【請求項4】 前記マスク酸化層は30〜60nmの厚
さに蒸着することを特徴とする請求項1記載のSOIウ
工−ハの製造方法。 - 【請求項5】 前記トレンチは垂直のスロープを有する
ように形成することを特徴とする請求項1記載のSOI
ウェーハの製造方法。 - 【請求項6】 前記トレンチを形成する段階後、かつ前
記フィールド酸化層を形成する段階前、前記トレンチの
側壁に酸化防止用スペーサを形成する段階を更に含んで
なることを特徴とする請求項1記載のSOIウェーハの
製造方法。 - 【請求項7】 前記スペーサは、ポリシリコン層又は窒
化層から形成することを特徴とする請求項6記載のSO
Iウェーハの製造方法。 - 【請求項8】 前記2次研磨は、シリコンと酸化層の研
磨選択比が1:1であるスラリーを使用して行うことを
特徴とする請求項1記載のSOIウェーハの製造方法。
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