JP2002057310A - Method of forming soi substrate - Google Patents

Method of forming soi substrate

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JP2002057310A
JP2002057310A JP2000240284A JP2000240284A JP2002057310A JP 2002057310 A JP2002057310 A JP 2002057310A JP 2000240284 A JP2000240284 A JP 2000240284A JP 2000240284 A JP2000240284 A JP 2000240284A JP 2002057310 A JP2002057310 A JP 2002057310A
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JP
Japan
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semiconductor substrate
polishing
insulating film
layer
bonding
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JP2000240284A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasunori Okubo
安教 大久保
Motoaki Nakamura
元昭 中村
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce manufacturing cost by making formation of a poly Si layer for flattening a step-difference unnecessary and improving yield of sticking, in the case that an SOI substrate having a back gate electrode is formed by using a sticking method. SOLUTION: In a forming method of the SOI substrate by using a sticking method, a step-difference is formed on a first semiconductor substrate 1. An insulating film 3 for polishing stopper which has a bored part 8 of a prescribed depth is formed on a forming surface of the step-difference. Poly Si is deposited on the insulating film 3, and the bored part 8 is filled with the poly Si. An oxide film 9 for preventing dishing is formed and flattened, thereby forming a back gate electrode BG. A second semiconductor substrate 7 is stuck on the flattened surface via an oxide film 10 for sticking, thereby forming the SOI substrate 100A having the back gate electrode BG.

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SOI基板を、貼り合わせ法で作製する方法に
関する。
The present invention relates to a method for manufacturing an SOI substrate having a back gate electrode by a bonding method.

【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 (Sion Insulator) substrate is formed by forming a single-crystal Si semiconductor layer (SOI layer) on an insulating film. Has been made.

【0003】SOI基板の作製方法の一つに、貼り合わ
せ法がある。図4は、貼り合わせ法により、バックゲー
ト電極を有するSOI基板を形成する場合の製造工程図
である。
[0003] One method of manufacturing an SOI substrate is a bonding method. FIG. 4 is a manufacturing process diagram when an SOI substrate having a back gate electrode is formed by a bonding method.

【0004】この方法では、まず、第1の半導体基板1
にトレンチ法(ドライエッチング法)により凹部2を形
成し、さらに研磨ストッパー用絶縁膜3としてSiO2
膜を50nm程度形成する(図4(a))。
In this method, first, the first semiconductor substrate 1
A recess 2 is formed by a trench method (dry etching method), and SiO 2 is used as an insulating film 3 for a polishing stopper.
A film is formed with a thickness of about 50 nm (FIG. 4A).

【0005】次に、研磨ストッパー用絶縁膜3上に、C
VD法によりPolySiを堆積してバックゲート用PolyS
i層4を300nm程度形成する(図4(b))。
Next, C is deposited on the polishing stopper insulating film 3.
PolySi deposited by VD method and PolyS for back gate
An i-layer 4 is formed with a thickness of about 300 nm (FIG. 4B).

【0006】バックゲート用PolySi層4上にはレジス
トをパターニングし、バックゲート用PolySi層4をエ
ッチングすることによりゲート電極部分にのみバックゲ
ート用PolySi層4を残し、バックゲート電極BGを形
成する(図4(c))。
A resist is patterned on the back gate PolySi layer 4 and the back gate PolySi layer 4 is etched to leave the back gate PolySi layer 4 only at the gate electrode portion, thereby forming a back gate electrode BG ( FIG. 4 (c)).

【0007】次に、バックゲート電極BG及び研磨スト
ッパー用絶縁膜3上に絶縁酸化膜5を600nm程度堆
積し、絶縁酸化膜5でバックゲート電極BGの周りを完
全に囲む(図4(d))。この状態でバックゲート電極
BGとストッパー用絶縁膜3の合計厚に対応する酸化絶
縁膜5の段差は350nmとなる。
Next, an insulating oxide film 5 is deposited to a thickness of about 600 nm on the back gate electrode BG and the insulating film 3 for the polishing stopper, and the insulating oxide film 5 completely surrounds the back gate electrode BG (FIG. 4D). ). In this state, the step of the oxide insulating film 5 corresponding to the total thickness of the back gate electrode BG and the stopper insulating film 3 is 350 nm.

【0008】この段差を埋めるため、段差平坦化用Poly
Si層6をCVD法により形成する(図4(e))。こ
の段差平坦化用PolySi層6の厚みとしては、段差35
0nmとマージン2〜3μmとの合計で5μm程度を形
成する。
In order to fill the step, a step flattening Poly is used.
An Si layer 6 is formed by a CVD method (FIG. 4E). The thickness of the step flattening PolySi layer 6 may be a step 35
A total of about 5 μm is formed by combining 0 nm and a margin of 2 to 3 μm.

【0009】段差平坦化用polySi層6の形成により半
導体基板1を支えていたCVD炉のツメの部分には、po
lySiが突起状に成長する。この突起状物は、後に研磨
や貼り合わせに悪影響を及ぼすので、次工程の平坦化研
磨の前に取り除く。
[0009] The claw portion of the CVD furnace, which supported the semiconductor substrate 1 by forming the step flattening polySi layer 6, has po
lySi grows in a projection shape. Since these projections have a bad influence on polishing and bonding later, they are removed before flattening polishing in the next step.

【0010】polySiの突起状物を取り除いた後、平坦
化研磨により段差平坦化用PolySi層6を平坦化し、そ
の表面を貼り合わせ可能な面に仕上げる(図4
(f))。この平坦化研磨は、ポリウレタン発泡体の研
磨パッドと平均粒径80nmのコロイダルシリカによる
研磨スラリーによって行う。また、平坦化研磨により段
差を除去した後の表面の仕上げは、平均粒径40nmの
コロイダルシリカによる研磨スラリーを用いて行い、表
面粗さRa=0.4nmのレベルにする。
After removing the projections of polySi, the PolySi layer 6 for flattening a step is flattened by flattening polishing, and its surface is finished to a surface that can be bonded (FIG. 4).
(F)). This flattening polishing is performed using a polishing pad made of a polyurethane foam polishing pad and colloidal silica having an average particle diameter of 80 nm. Finishing of the surface after removing the step by flattening polishing is performed using a polishing slurry of colloidal silica having an average particle diameter of 40 nm, and the surface roughness Ra is set to a level of Ra = 0.4 nm.

【0011】段差を平坦化した第1の半導体基板1と第
2の半導体基板7を貼り合わせる(図4(g))。この
貼り合わせに際しては、予めRCA洗浄等を行うことに
より、貼り合わせる表面にパーティクル等の付着がない
状態とすると共に、表面にOHを存在させ、貼り合わせ
時に気泡が生じないようにする。また、貼り合わせ方法
としては、まず両基板を重ね合わせ、次いで酸素又は窒
素雰囲気中1100℃で30分〜120分熱処理し、強
固な接合状態を作る。
The first semiconductor substrate 1 having the flattened step and the second semiconductor substrate 7 are bonded together (FIG. 4G). At the time of this bonding, RCA cleaning or the like is performed in advance so that particles and the like are not attached to the surface to be bonded, and OH is present on the surface so that bubbles are not generated at the time of bonding. In addition, as a bonding method, first, both substrates are overlapped, and then heat-treated at 1100 ° C. for 30 minutes to 120 minutes in an oxygen or nitrogen atmosphere to form a strong bonding state.

【0012】次に、第1の半導体基板1の非貼り合わせ
面側から研削し、研磨する(図4(h))。研削、研磨
後の第1の半導体基板1の残りの部分が、活性層となる
SOI層となるが、研削の深さは、研削時のダメージが
SOI層に到達しない深さとする。より具体的には、第
1の半導体基板1を厚さ7μm程度残す。また、研磨
は、3μm程度とする。
Next, the first semiconductor substrate 1 is ground and polished from the non-bonded surface side (FIG. 4 (h)). The remaining portion of the first semiconductor substrate 1 after the grinding and polishing becomes an SOI layer serving as an active layer, and the grinding depth is set to a depth at which damage during grinding does not reach the SOI layer. More specifically, the first semiconductor substrate 1 is left with a thickness of about 7 μm. Polishing is performed at about 3 μm.

【0013】研削の方法としては、ダイヤモンド砥石
(砥石番手#2000程度)を使用し、高速回転しなが
ら行うと研削速度が速く、研削面の精度もよいので好ま
しい。但し、この場合でも研削面のダイヤモンドによる
ダメージが深く、面粗さはトランジスタを形成できる程
度ではないので、研削後に研磨を行う。
As a grinding method, it is preferable to use a diamond grindstone (grindstone # 2000) while rotating at a high speed because the grinding speed is high and the precision of the ground surface is good. However, even in this case, polishing is performed after the grinding because the ground surface is deeply damaged by diamond and the surface roughness is not enough to form a transistor.

【0014】さらに、ストッパー用絶縁膜3上の半導体
基板1の残りの膜厚を均一にするため、プラズマエッチ
ング法によるPACE加工を行い、ストッパー用絶縁膜
3上の半導体基板1の膜厚を200nm±50nmに仕
上げる。その後、選択研磨により、半導体基板1を研磨
ストッパー用絶縁膜3の段差の凹部にだけ残し、SOI
層を有するSOI基板を得る(図4(i))。
Further, in order to make the remaining film thickness of the semiconductor substrate 1 on the stopper insulating film 3 uniform, PACE processing by a plasma etching method is performed, and the film thickness of the semiconductor substrate 1 on the stopper insulating film 3 is set to 200 nm. Finish to ± 50 nm. After that, by selective polishing, the semiconductor substrate 1 is left only in the concave portion of the step of the insulating film 3 for polishing stopper, and the SOI
An SOI substrate having a layer is obtained (FIG. 4 (i)).

【0015】選択研磨は、研磨パッドと研磨液を使用し
て行われるが、この研磨液としては、半導体基板1(S
OI層)を形成するSiと研磨ストッパー用絶縁膜3を
形成するSiO2との研磨レート比の大きい研磨液(例
えば、エチレンジアミン等アルカリ系研磨液)を使用す
る。これにより、研磨がストッパー用絶縁膜3の凸部に
及んだ時点で研磨の進行が停止する。
The selective polishing is performed using a polishing pad and a polishing liquid. The polishing liquid includes the semiconductor substrate 1 (S
A polishing liquid (for example, an alkaline polishing liquid such as ethylenediamine) having a high polishing rate ratio between Si forming the OI layer and SiO 2 forming the insulating film 3 for the polishing stopper is used. As a result, the progress of the polishing is stopped when the polishing reaches the convex portions of the stopper insulating film 3.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図4に
示した従来の方法では、段差平坦化用polySi層6をC
VD法で5μmの厚さに形成するため(図4(e))、
多大なガスと時間が必要とされるという問題がある。
However, according to the conventional method shown in FIG.
In order to form a thickness of 5 μm by the VD method (FIG. 4E),
There is a problem that a large amount of gas and time are required.

【0017】また、段差平坦化用polySi層6を5μm
の厚さに形成するためにはCVD炉の中にガスを長時間
流すことが必要となるので、CVD炉の中にも多量のpo
lySiが堆積する。このため、炉内クリーニングを頻繁
に行う必要が生じ、作業効率が非常に低くなる。
The poly-Si layer 6 for flattening the step is 5 μm thick.
Since it is necessary to flow gas into the CVD furnace for a long time in order to form to a thickness of
lySi deposits. For this reason, frequent cleaning in the furnace is required, and the working efficiency is very low.

【0018】さらに、段差平坦化用polySi層6の形成
時に半導体基板1を支えていたCVD炉のツメの部分に
はpolySiが突起状に成長するが、この突起状物は、次
工程の平坦化研磨前に取り除かなくてはならいという煩
雑さがある。
Further, polySi grows in a protruding manner at the claw portion of the CVD furnace which has supported the semiconductor substrate 1 when the step flattening polySi layer 6 is formed, and this protruding material is flattened in the next step. There is a complication that it must be removed before polishing.

【0019】段差平坦化用polySi層6に代えて、段差
平坦化用に酸化膜を形成する方法もあるが、この場合の
酸化膜の形成にも多大な時間とガスが必要となる(特開
平8−153780号公報)。
Although there is a method of forming an oxide film for flattening the step in place of the polySi layer 6 for flattening the step, a great amount of time and gas are required for forming the oxide film in this case (Japanese Patent Application Laid-Open No. HEI 9-163572). No. 8-153780).

【0020】また、段差平坦化用polySi層6の平坦化
研磨(図4(f))を行うと、段差の凸部ではpolySi
層6が薄くなり、凹部では厚くなるため、第2の半導体
基板7との貼り合わせ面となる平坦化研磨面のpolySi
のグレーンサイズが不均一になり、貼り合わせの歩留ま
りを低下させる。
When the flattening polishing (FIG. 4F) of the step flattening polySi layer 6 is performed, polySi
Since the layer 6 becomes thinner and becomes thicker in the concave portions, the planarized and polished surface polySi which is to be bonded to the second semiconductor substrate 7 is formed.
Grain size becomes uneven, and the bonding yield decreases.

【0021】図4の製造方法とは異なるSOI基板の作
製方法に、SIMOX法があるが、この方法によると全
面に酸素イオンを注入するため、結晶に損傷が与えら
れ、結晶性が著しく損なわれる。
A method of manufacturing an SOI substrate different from the manufacturing method of FIG. 4 is a SIMOX method. However, according to this method, oxygen ions are implanted into the entire surface, so that the crystal is damaged and the crystallinity is significantly impaired. .

【0022】そこで本発明は、バックゲート電極を有す
るSOI基板を貼り合わせ法により形成する場合に、段
差平坦化用polySi層6の形成を不要とし、また、貼り
合わせの歩留まりを向上させ、製造コストを著しく低下
させることを目的とする。
Therefore, according to the present invention, when an SOI substrate having a back gate electrode is formed by the bonding method, the formation of the step flattening polySi layer 6 is not required, the yield of bonding is improved, and the manufacturing cost is improved. Is intended to be significantly reduced.

【0023】[0023]

【課題を解決するための手段】本発明者は、バックゲー
ト電極を有するSOI基板を貼り合わせ法により形成す
る場合に、基板上の絶縁膜に開けた開孔部にpolySiが
充填されるようにpolySi層を形成し、その開孔部のpo
lySiが残るように、polySi層を平坦化してバックゲ
ート電極を形成することにより、従来の段差平坦化用po
lySi層の形成が不要となること、特に、polySi層の
平坦化に際しては、予めpolySi層上にディッシング防
止用酸化膜を形成し、次いで特定の手順で平坦化するこ
とが有効であることを見出した。
In order to form an SOI substrate having a back gate electrode by a bonding method, the inventor of the present invention has designed to fill an opening formed in an insulating film on the substrate with polySi. Form a polySi layer and open the po
By forming the back gate electrode by flattening the polySi layer so that the lySi remains, the conventional step flattening po
It has been found that it is not necessary to form a lySi layer, and in particular, it is effective to form an oxide film for preventing dishing on the polySi layer in advance and then planarize the polySi layer in a specific procedure when planarizing the polySi layer. Was.

【0024】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、第1の半導体基板に段
差を形成し、第1の半導体基板の段差形成面上に、所定
の深さの開孔部を有する研磨ストッパー用絶縁膜を形成
し、研磨ストッパー用絶縁膜上にpolySiを堆積してバ
ックゲート用polySi層を形成することにより前記開孔
部にpolySiを充填し、バックゲート用polySi層上に
ディッシング防止用酸化膜を形成し、バックゲート用po
lySi層及びディッシング防止用酸化膜を、凹部のディ
ッシング防止用酸化膜が残るように研磨して表面を平坦
化し、さらにバックゲート用polySi層を研磨して研磨
ストッパー用絶縁膜を表出させ、ディッシング防止用酸
化膜を除去して第1の半導体基板の表面を平坦化するこ
とによりバックゲート電極を形成し、前記平坦化面上又
は第2の半導体基板上に貼り合わせ用酸化膜を形成し、
貼り合わせ用酸化膜を介して第1の半導体基板と第2の
半導体基板を貼り合わせることからなるバックゲート電
極を有する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 step is formed on a first semiconductor substrate and a predetermined depth is formed on a step forming surface of the first semiconductor substrate. Forming an insulating film for a polishing stopper having an opening portion of polycrystalline silicon; depositing polySi on the insulating film for a polishing stopper to form a polySi layer for a back gate; filling the opening portion with polySi; An oxide film for preventing dishing is formed on the polySi layer, and a po for back gate is formed.
The lySi layer and the dishing prevention oxide film are polished so that the dishing prevention oxide film remains in the concave portions to flatten the surface, and the back gate polySi layer is further polished to expose a polishing stopper insulating film, thereby dishing. Removing the oxide film for prevention and planarizing the surface of the first semiconductor substrate to form a back gate electrode; forming an oxide film for bonding on the planarized surface or on the second semiconductor substrate;
Provided is a method for manufacturing an SOI substrate having a back gate electrode, which includes bonding a first semiconductor substrate and a second semiconductor substrate through a bonding oxide film.

【0025】[0025]

【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.

【0026】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、第1の半導体基板1にトレン
チ法(ドライエッチング法)により凹部2を形成し、次
いで、第1の研磨ストッパー用絶縁膜3aとして、Si
2膜を熱酸化法により50nm〜100nm程度形成
し、さらに、第1の研磨ストッパー用絶縁膜3aよりも
緻密度の低い第2の研磨ストッパー用絶縁膜3bとし
て、CVD法によりSiO2層を、所定のバックゲート
電極BGの厚さに対応した厚さ(例えば、300nm)
に形成する(図1(a))。
FIG. 1 is a manufacturing process diagram of one embodiment of the present invention. In this method, first, a concave portion 2 is formed in a first semiconductor substrate 1 by a trench method (dry etching method), and then a first polishing stopper insulating film 3a is formed of Si.
An O 2 film is formed to a thickness of about 50 nm to 100 nm by a thermal oxidation method, and a SiO 2 layer is formed by a CVD method as a second polishing stopper insulating film 3b having a lower density than the first polishing stopper insulating film 3a. A thickness corresponding to the thickness of a predetermined back gate electrode BG (for example, 300 nm)
(FIG. 1A).

【0027】次に、第2の研磨ストッパー用絶縁膜3b
の表面に生じた段差をCMP法により研磨し、平坦化す
る(図1(b))。この場合研磨は、例えば、ICI0
00とSuba400(ローデルニッタ社製)の研磨パ
ッドを用い、研磨スラリーSC112(キャボット社
製)を用いて行う。
Next, a second polishing stopper insulating film 3b is formed.
The step formed on the surface of the substrate is polished and flattened by the CMP method (FIG. 1B). In this case, polishing is performed, for example, by using ICI0.
Polishing slurry SC112 (manufactured by Cabot) is performed using a polishing pad of No. 00 and Suba400 (manufactured by Rodelnita).

【0028】次に、平坦化した第2の研磨ストッパー用
絶縁膜3bに、バックゲート電極BGを埋め込むための
開孔部8を形成する(図1(c))。開孔部8は、第2
の研磨ストッパー用絶縁膜上に開孔パターンに応じてレ
ジストを塗布し、エッチングすることにより形成でき
る。この開孔部8の寸法と深さは、第1の研磨ストッパ
ー用絶縁膜3aと第2の研磨ストッパー用絶縁膜3bと
のエッチングレート、及びエッチング時間により制御す
ることができる。
Next, an opening 8 for embedding the back gate electrode BG is formed in the planarized second insulating film 3b for polishing stopper (FIG. 1C). The opening 8 is the second
A resist is applied to the polishing stopper insulating film according to an opening pattern and etched. The size and depth of the opening 8 can be controlled by the etching rate and the etching time of the first polishing stopper insulating film 3a and the second polishing stopper insulating film 3b.

【0029】なお、このように開孔部8を有する研磨ス
トッパー用絶縁膜3(第1の研磨ストッパー用絶縁膜3
aと第2の研磨ストッパー用絶縁膜3b)の形成方法と
しては、第2の研磨ストッパー用絶縁膜3bと第1の研
磨ストッパー用絶縁膜3aのエッチングを第1の半導体
基板1が表出するまで行い、開孔部8に熱酸化によりS
iO2層を形成してもよい。
The insulating film 3 for the polishing stopper having the opening 8 as described above (the first insulating film 3 for the polishing stopper)
As a method for forming the second polishing stopper insulating film 3b) and the second polishing stopper insulating film 3b, the first semiconductor substrate 1 exposes the etching of the second polishing stopper insulating film 3b and the first polishing stopper insulating film 3a. To the opening 8 by thermal oxidation.
An iO 2 layer may be formed.

【0030】次に、研磨ストッパー用絶縁膜3上にpoly
Siを堆積してバックゲート用polySi層4を形成する
ことにより、前記開孔部8にpolySiを充填する(図1
(d))。このバックゲート用polySi層4を形成する
polySiには、抵抗の制御のため、ドーピングしたもの
を使用する。ドーピングは、当初からドーピングしたS
iを用いて層形成することにより行ってもよく、層形成
後に、イオンの打ち込みを行うことによってもよい。バ
ックゲート用polySi層4の厚さは、第2の研磨ストッ
パー用絶縁膜3bとほぼ等しくする。
Next, a poly is formed on the polishing stopper insulating film 3.
The opening 8 is filled with polySi by depositing Si to form the back gate polySi layer 4 (FIG. 1).
(D)). Forming the back gate polySi layer 4
A doped polySi is used for controlling the resistance. Doping is S doped from the beginning
This may be performed by forming a layer using i, or by implanting ions after forming the layer. The thickness of the back gate polySi layer 4 is made substantially equal to the thickness of the second polishing stopper insulating film 3b.

【0031】次に、バックゲート用polySi層4を平坦
化するが、単にCMPで平坦化する場合には、図3に示
すように平坦化面が平らにならず、ディッシング(dish
ing)が生じ易くなる。そこで、本発明においては、バ
ックゲート用polySi層上にディッシング防止用酸化膜
9を形成する(図1(e))。ディッシング防止用酸化
膜9としては、CVD法によるSiO2、Si34等を
形成することができる。ディッシング防止用酸化膜9の
厚さは、砥粒入りの研磨スラリーで容易に除去できる厚
さとすることが好ましく、より具体的には10〜200
nmとすることが好ましい。ディッシング防止用酸化膜
9は、CMPにより研磨し、凸部にバックゲート用poly
Si層4が表出し、凹部にディッシング防止用酸化膜9
が残るように平坦化する(図1(f))。さらに、凸部
のバックゲート用polySi層4を選択研磨することによ
り第2の研磨ストッパー用絶縁膜3bを表出させ、ディ
ッシング防止用酸化膜9は残す(図1(g))。この選
択研磨では、バックゲート用polySi層4は研磨される
が、第2の研磨ストッパー用絶縁膜(SiO2膜)3b
で研磨が停止するように、バックゲート用polySi層4
に比して第2の研磨ストッパー用絶縁膜(SiO2膜)
3bの研磨が十分に遅くなる研磨材を使用する。例え
ば、不織布基材クロスの研磨パッドとエチレンジアミン
液等を使用する。選択研磨で残ったディッシング防止用
酸化膜9は、ウェットエッチング等により除去し(図1
(h))、第2の研磨ストッパー用絶縁膜(SiO
2膜)3bとバックゲート用polySi層4との間に生じ
た段差をCMP法等により平坦化する(図1(i))。
Next, the polySi layer 4 for the back gate is flattened. When the back gate polySi layer 4 is simply flattened by CMP, the flattened surface is not flattened as shown in FIG.
ing) easily occurs. Therefore, in the present invention, the dishing preventing oxide film 9 is formed on the back gate polySi layer (FIG. 1E). As the dishing preventing oxide film 9, SiO 2 , Si 3 N 4 or the like can be formed by a CVD method. The thickness of the dishing preventing oxide film 9 is preferably a thickness that can be easily removed with a polishing slurry containing abrasive grains, and more specifically, 10 to 200.
It is preferably set to nm. The dishing prevention oxide film 9 is polished by CMP, and the back gate poly is
The Si layer 4 is exposed, and the dishing preventing oxide film 9 is formed in the concave portion.
(FIG. 1F). Further, by selectively polishing the back gate polySi layer 4 of the convex portion, the second polishing stopper insulating film 3b is exposed, and the dishing preventing oxide film 9 is left (FIG. 1 (g)). In this selective polishing, the back gate polySi layer 4 is polished, but the second polishing stopper insulating film (SiO 2 film) 3b
So that the polishing is stopped by
2nd insulating film for polishing stopper (SiO 2 film)
Use an abrasive that sufficiently slows polishing of 3b. For example, a polishing pad of a nonwoven fabric substrate cloth and an ethylenediamine solution are used. The dishing preventing oxide film 9 remaining by the selective polishing is removed by wet etching or the like (FIG. 1).
(H)), a second polishing stopper insulating film (SiO 2
The step formed between the ( 2 film) 3b and the back gate polySi layer 4 is flattened by a CMP method or the like (FIG. 1 (i)).

【0032】次に、この平坦化面上に貼り合わせ用酸化
膜10としてSiO2層をCVDにより50〜300n
m程度形成する(図1(j))。本発明においては、貼
り合わせ用酸化膜10を介して第1の半導体基板1と第
2の半導体基板7を貼り合わせ、任意の方法で第1の半
導体基板1の非貼り合わせ面を研磨し、研磨ストッパー
用絶縁膜3の段差部に残った第1の半導体基板をSOI
層としてバックゲート電極を有するSOI基板を作製す
ることができるが、貼り合わせ用酸化膜10としてSi
2膜を形成することにより、第1の半導体基板1と第
2の半導体基板7の貼り合わせ面がSi−SiO2接合
となるので、従来のSi−Si接合よりも貼り合わせが
安定化し、基板の貼り合わせの歩留まりを向上させるこ
とができる。
Next, an SiO 2 layer is formed on the flattened surface as a bonding oxide film 10 by 50 to 300 nm by CVD.
m (FIG. 1 (j)). In the present invention, the first semiconductor substrate 1 and the second semiconductor substrate 7 are bonded via the bonding oxide film 10, and the non-bonded surface of the first semiconductor substrate 1 is polished by an arbitrary method. The first semiconductor substrate remaining on the step portion of the insulating film 3 for polishing stopper is
An SOI substrate having a back gate electrode as a layer can be manufactured.
By forming the O 2 film, the bonding surface of the first semiconductor substrate 1 and the second semiconductor substrate 7 becomes a Si—SiO 2 junction, so that the bonding becomes more stable than the conventional Si—Si junction, The yield of bonding substrates can be improved.

【0033】また、本発明においては、貼り合わせ用酸
化膜10を介して第1の半導体基板1と第2の半導体基
板7を貼り合わせるにあたり、貼り合わせ用酸化膜10
は、第1の半導体基板1と第2の半導体基板7のいずれ
に形成してもよいが、好ましくは、以下に説明するよう
に、貼り合わせ用酸化膜10を第1の半導体基板1に形
成し、第1の半導体基板1と第2の半導体基板7を貼り
合わせる前に第1の半導体基板1の貼り合わせ用酸化膜
10側から水素イオンを注入し、第1の半導体基板1の
不要部分を剥離することが好ましい。
In the present invention, when bonding the first semiconductor substrate 1 and the second semiconductor substrate 7 via the bonding oxide film 10, the bonding oxide film 10 is used.
May be formed on either the first semiconductor substrate 1 or the second semiconductor substrate 7, but preferably, the bonding oxide film 10 is formed on the first semiconductor substrate 1 as described below. Before bonding the first semiconductor substrate 1 and the second semiconductor substrate 7, hydrogen ions are implanted from the bonding oxide film 10 side of the first semiconductor substrate 1, and unnecessary portions of the first semiconductor substrate 1 are Is preferably removed.

【0034】即ち、貼り合わせ用酸化膜10の上からは
水素イオンを注入し、剥離層11を形成する(図1
(k))。剥離層11の剥離面の深さは、第1の研磨ス
トッパー用絶縁膜3aの下200nm前後とし、研磨取
り代12を残す。
That is, hydrogen ions are implanted from above the bonding oxide film 10 to form the peeling layer 11.
(K)). The depth of the peeling surface of the peeling layer 11 is set to be about 200 nm below the first polishing stopper insulating film 3a, and a polishing allowance 12 is left.

【0035】次に、貼り合わせ用酸化膜10の上に第2
の半導体基板7を重ね合わせ、両基板を接合する(図2
(l))。接合方法としては、予めRCA洗浄を行うこ
とにより、接合面にパーティクル等の付着がないように
すると共に、接合面にOH基を存在させ、接合時に気泡
が入らないようにする。また、両基板を重ね合わせた後
は、酸素又は窒素雰囲気中350〜450℃程度の熱処
理を行うことにより仮接合し、さらに仮接合した基板を
550〜650℃で熱処理する。これにより、注入した
水素部分で、第1の半導体基板1を剥がす(図2
(m))。その後、貼り合わせ面の結合を強固にするた
め、窒素雰囲気中800℃〜1100℃で熱処理する。
Next, a second layer is formed on the bonding oxide film 10.
2 and the two substrates are joined together (FIG. 2).
(L)). As a bonding method, by performing RCA cleaning in advance, particles and the like are not attached to the bonding surface, and an OH group is present on the bonding surface to prevent bubbles from entering during bonding. After the two substrates are overlapped with each other, the substrates are temporarily bonded by performing a heat treatment at about 350 to 450 ° C. in an oxygen or nitrogen atmosphere, and the temporarily bonded substrates are further heat treated at 550 to 650 ° C. Thereby, the first semiconductor substrate 1 is peeled off at the implanted hydrogen portion (FIG. 2).
(M)). Thereafter, heat treatment is performed at 800 ° C. to 1100 ° C. in a nitrogen atmosphere in order to strengthen the bonding between the bonding surfaces.

【0036】第1の半導体基板1を剥がした後、第1の
研磨ストッパー用絶縁膜3a上に残った100〜500
nm程度の第1の半導体基板1を選択研磨し、第1のス
トッパー用絶縁膜3aの段差分に第1の半導体基板1を
残し、SOI層を有するSOI基板100Aを得る(図
2(n))。
After the first semiconductor substrate 1 is peeled off, the remaining 100-500 on the first polishing stopper insulating film 3a.
The first semiconductor substrate 1 having a thickness of about nm is selectively polished, and the first semiconductor substrate 1 is left on the step difference of the first stopper insulating film 3a to obtain an SOI substrate 100A having an SOI layer (FIG. 2 (n)). ).

【0037】選択研磨の方法としては、不織布基材の研
磨パッドとエチレンジアミンにより行うことが好まし
い。この場合、エチレンジアミンは、濃度を0.000
5〜0.5%に希釈し、第1の半導体基板1を構成する
Siは研磨できるが、第1の研磨ストッパー用絶縁膜3
aを構成するSiO2はほとんど研磨できないようにす
る。これにより、ストッパー用絶縁膜3で研磨が停止し
た状態で研磨を終了することができる。また、好ましい
研磨パッドの具体例としては、例えば、ロデールニッタ
製Suba800で不織布基材クロス(硬度82((As
ker-c))-JISK-6301に準拠)を挙げることができる。
As a method of selective polishing, it is preferable to perform polishing using a polishing pad of a nonwoven fabric substrate and ethylenediamine. In this case, ethylenediamine has a concentration of 0.000.
Although the Si constituting the first semiconductor substrate 1 can be polished by diluting to 5 to 0.5%, the first polishing stopper insulating film 3 is formed.
The SiO 2 constituting a is hardly polished. Thus, the polishing can be completed in a state where the polishing is stopped in the stopper insulating film 3. As a specific example of a preferable polishing pad, for example, a nonwoven fabric substrate cloth (Hardness 82 ((As
ker-c))-based on JISK-6301).

【0038】選択研磨の後にはSOI層の表面粗さを改
善するため、砥粒入り研磨スラリーとソフトな研磨パッ
ドを用いてSOI層のごく表面を研磨することが好まし
い。これにより、表面欠陥の少ないSOI基板100A
を得ることができる。
After the selective polishing, in order to improve the surface roughness of the SOI layer, it is preferable to polish the very surface of the SOI layer using a polishing slurry containing abrasive grains and a soft polishing pad. Thereby, the SOI substrate 100A with few surface defects
Can be obtained.

【0039】なお、第1の半導体基板1から剥離した剥
離層11は、表面を研磨し、粗さを小さくすることによ
り再利用することができる。
The release layer 11 peeled off from the first semiconductor substrate 1 can be reused by polishing the surface and reducing the roughness.

【0040】本発明は、図1に示した態様の他に種々の
態様をとることができる。例えば、段差を形成する第1
の半導体基板1として、エピタキシャル成長法により形
成されたSi層を有する半導体基板を使用し、SOI層
がエピタキシャル成長法によるSiで構成されるように
してもよい。これにより、SOI基板のSOI層の表面
欠陥を低減させることができる。
The present invention can take various aspects other than the aspect shown in FIG. For example, the first step forming a step
A semiconductor substrate having a Si layer formed by an epitaxial growth method may be used as the semiconductor substrate 1 of the above, and the SOI layer may be made of Si by the epitaxial growth method. Thus, surface defects of the SOI layer of the SOI substrate can be reduced.

【0041】また、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上述した方法
に限られない。
In the method of manufacturing an SOI substrate according to the present invention, the methods such as grinding, polishing, and etching are not limited to the above-described methods.

【0042】[0042]

【発明の効果】本発明の方法によれば、バックゲート電
極を有するSOI基板を貼り合わせ法により形成する場
合に、段差平坦化用polySi層の形成が不要となり、ま
た、貼り合わせの歩留まりが向上し、製造コストが著し
く低下する。
According to the method of the present invention, when an SOI substrate having a back gate electrode is formed by a bonding method, it is not necessary to form a polySi layer for flattening a step, and the yield of bonding is improved. And the manufacturing cost is significantly reduced.

【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】 本発明の一態様の工程説明図である。FIG. 2 is a process explanatory diagram of one embodiment of the present invention.

【図3】 バックゲート用polySi層の平坦化により生
じるディッシングの説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of dishing caused by flattening a back gate polySi layer.

【図4】 従来の貼り合わせ法によるSOI基板の製造
工程図である。
FIG. 4 is a manufacturing process diagram of an SOI substrate by a conventional bonding method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…第1の半導体基板、 2…凹部、 3…研磨ストッ
パー用絶縁膜、 3a…第1の研磨ストッパー用絶縁
膜、 3b…第2の研磨ストッパー用絶縁膜、4…バッ
クゲート用polySi層、 5…絶縁酸化膜、 6…段差
平坦化用polySi層、 7…第2の半導体基板、 8…
開孔部、 9…ディッシング防止用酸化膜、 10…貼
り合わせ用酸化膜、 11…剥離層、 12…研磨取り
代、 100A…SOI基板、 BG…バックゲート電
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... 1st semiconductor substrate, 2 ... concave part, 3 ... insulating film for polishing stoppers, 3a ... insulating film for 1st polishing stoppers 3b ... insulating film for 2nd polishing stoppers, 4 ... polySi layer for back gates, 5 ... insulating oxide film 6 ... polySi layer for flattening steps 7 ... second semiconductor substrate 8 ...
Opening portion, 9: Oxidation film for preventing dishing, 10: Oxide film for bonding, 11: Release layer, 12: Polishing allowance, 100A: SOI substrate, BG: Back gate electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/336 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 21/336

Claims (4)

【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、第1の半導体基板に段差を形成し、第
1の半導体基板の段差形成面上に、所定の深さの開孔部
を有する研磨ストッパー用絶縁膜を形成し、研磨ストッ
パー用絶縁膜上にpolySiを堆積してバックゲート用po
lySi層を形成することにより前記開孔部にpolySiを
充填し、バックゲート用polySi層上にディッシング防
止用酸化膜を形成し、バックゲート用polySi層及びデ
ィッシング防止用酸化膜を、凹部のディッシング防止用
酸化膜が残るように研磨して表面を平坦化し、さらにバ
ックゲート用polySi層を研磨して研磨ストッパー用絶
縁膜を表出させ、ディッシング防止用酸化膜を除去して
第1の半導体基板の表面を平坦化することによりバック
ゲート電極を形成し、前記平坦化面上又は第2の半導体
基板上に貼り合わせ用酸化膜を形成し、貼り合わせ用酸
化膜を介して第1の半導体基板と第2の半導体基板を貼
り合わせることからなるバックゲート電極を有するSO
I基板の作製方法。
1. A method for manufacturing an SOI substrate by a substrate bonding method, wherein a step is formed in a first semiconductor substrate, and an opening having a predetermined depth is formed on a step forming surface of the first semiconductor substrate. Forming an insulating film for the polishing stopper having a surface, and depositing polySi on the insulating film for the polishing stopper to form a back gate po.
The opening is filled with polySi by forming a lySi layer, a dishing preventing oxide film is formed on the back gate polySi layer, and the back gate polySi layer and the dishing preventing oxide film are prevented from being dished in the concave portion. The surface of the first semiconductor substrate is polished by polishing so as to leave an oxide film for polishing, flattening the surface, further polishing the polySi layer for the back gate to expose an insulating film for a polishing stopper, removing the dishing prevention oxide film. A back gate electrode is formed by flattening the surface, an oxide film for bonding is formed on the flattened surface or on the second semiconductor substrate, and the first semiconductor substrate is bonded to the first semiconductor substrate via the oxide film for bonding. SO having a back gate electrode consisting of bonding a second semiconductor substrate
Method for manufacturing I substrate.
【請求項2】 所定の深さの開孔部を有する研磨ストッ
パー用絶縁膜の形成を、第1の半導体基板の段差形成面
上に第1の研磨ストッパー用絶縁膜を形成し、第1の研
磨ストッパー用絶縁膜上に、該第1の研磨ストッパー用
絶縁膜よりも緻密度の低い第2の研磨ストッパー用絶縁
膜を形成し、第2の研磨ストッパー用絶縁膜を開孔する
ことにより行う請求項1記載のSOI基板の作製方法。
2. An insulating film for a polishing stopper having an opening having a predetermined depth is formed by forming an insulating film for a first polishing stopper on a step forming surface of a first semiconductor substrate. This is performed by forming a second polishing stopper insulating film having a lower density than the first polishing stopper insulating film on the polishing stopper insulating film, and opening the second polishing stopper insulating film. A method for manufacturing an SOI substrate according to claim 1.
【請求項3】 貼り合わせ用酸化膜を第1の半導体基板
の平坦化面上に形成した後、貼り合わせ用酸化膜側から
水素イオンを注入し、第1の半導体基板に剥離層を形成
し、次いで貼り合わせ用酸化膜を介して第1の半導体基
板と第2の半導体基板を貼り合わせ、その後第1の半導
体基板の剥離層を剥離除去する請求項1又は2記載のS
OI基板の作製方法。
3. An oxide film for bonding is formed on the planarized surface of the first semiconductor substrate, and then hydrogen ions are implanted from the side of the oxide film for bonding to form a peeling layer on the first semiconductor substrate. 3. The S according to claim 1, wherein the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate are bonded to each other via a bonding oxide film, and then the release layer of the first semiconductor substrate is removed.
A method for manufacturing an OI substrate.
【請求項4】 段差を形成する第1の半導体基板とし
て、エピタキシャル成長法により形成されたSi層を有
する半導体基板を使用する請求項1〜3のいずれかに記
載のSOI基板の作製方法。
4. The method for manufacturing an SOI substrate according to claim 1, wherein a semiconductor substrate having an Si layer formed by an epitaxial growth method is used as the first semiconductor substrate forming the step.
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