JP2002343972A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、酸化膜上にSOI
層を形成し下部ゲート電極を構成して成る例えばダブル
ゲートMOSトランジスタ等の半導体素子の製造方法に
関するものである。The present invention relates to an SOI film on an oxide film.
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device such as a double-gate MOS transistor formed by forming a layer and forming a lower gate electrode.
【0002】[0002]
【従来の技術】SOI(SILICON ON INSULATOR)基板
は、支持基板となるシリコン基板上に絶縁膜として機能
する酸化膜を形成すると共に、その酸化膜上にSOI層
(半導電層;単結晶シリコン薄膜)を形成して構成され
る。例えば、下部ゲート電極(バックゲート)を有する
SOI基板の場合、下部ゲート電極を酸化膜で覆ったパ
ターン構造により形成されるため、その下部ゲート電極
周囲の酸化膜に段差が生じる。半導体素子およびSOI
層の薄膜化を目的として前記のような段差を平坦化する
には、その段差を除去するように酸化膜上にポリシリコ
ンを堆積し、そのポリシリコン層を平坦化してからベー
ス基板を重ね合わせる方法が知られている。2. Description of the Related Art An SOI (SILICON ON INSULATOR) substrate has an oxide film functioning as an insulating film formed on a silicon substrate serving as a support substrate, and an SOI layer (semiconductive layer; single-crystal silicon thin film) on the oxide film. ) Is formed. For example, in the case of an SOI substrate having a lower gate electrode (back gate), the SOI substrate is formed by a pattern structure in which the lower gate electrode is covered with an oxide film, so that a step occurs in the oxide film around the lower gate electrode. Semiconductor element and SOI
In order to flatten such a step for the purpose of thinning the layer, polysilicon is deposited on an oxide film so as to remove the step, the polysilicon layer is flattened, and then the base substrate is overlaid. Methods are known.
【0003】図2は、一般的なベース基板の重ね合わせ
によるSOI基板の製造工程図である。図2において、
ステップS21はゲート酸化膜形成工程を示すものであ
り、予めトレンチ法等により凹部2が形成された半導体
基板1の表面に対して、その凹部2を埋めるように、ゲ
ート酸化膜およびストッパー膜となるSiO2膜3を熱
酸化法等により例えば50nm程度の厚さで形成する。FIG. 2 is a manufacturing process diagram of an SOI substrate by superimposing a general base substrate. In FIG.
Step S21 is a step of forming a gate oxide film, in which a gate oxide film and a stopper film are formed on the surface of the semiconductor substrate 1 in which the recess 2 has been formed in advance by a trench method or the like so as to fill the recess 2. The SiO 2 film 3 is formed with a thickness of, for example, about 50 nm by a thermal oxidation method or the like.
【0004】その後、ステップS22のゲート層形成工
程にて、CVD法等により前記のSiO2膜3表面を覆
うように、ポリシリコン層4を例えば厚さ300nm程
度の厚さで前記SiO2膜3表面に堆積する。そして、
ステップS23のゲート層エッチング工程にて、所望の
パターンのレジストを介して前記のポリシリコン層4を
エッチングすることにより、SiO2膜3表面にゲート
電極(下部ゲート電極(バックゲート))5を形成す
る。[0004] Then, at the gate layer formation step of step S22, as by CVD or the like covering the of SiO 2 film 3 surface, the polysilicon layer 4, for example a thickness 300nm thickness of about SiO 2 film 3 Deposits on the surface. And
In the gate layer etching step of step S23, a gate electrode (lower gate electrode (back gate)) 5 is formed on the surface of the SiO 2 film 3 by etching the polysilicon layer 4 through a resist having a desired pattern. I do.
【0005】ステップS24は酸化膜被覆工程を示すも
のであり、前記のゲート電極5表面を覆うように絶縁膜
となるSiO2膜6を例えば600nmの厚さで前記S
iO2膜3表面に堆積する。これにより、前記のゲート
電極5は絶縁膜により覆われた構造となる。この構造に
おいて、ゲート電極5の形状を反映して形成されるSi
O2膜6の段差5aの厚さは、例えば350nm〜40
0nm程度に達する。Step S24 shows an oxide film covering step, in which an SiO 2 film 6 serving as an insulating film is formed to a thickness of, for example, 600 nm so as to cover the surface of the gate electrode 5.
It is deposited on the surface of the iO 2 film 3. Thus, the gate electrode 5 has a structure covered with the insulating film. In this structure, Si formed to reflect the shape of the gate electrode 5
The thickness of the step 5a of the O 2 film 6 is, for example, 350 nm to 40 nm.
It reaches about 0 nm.
【0006】ステップS25は平坦化膜形成工程を示す
ものであり、前記の段差5a表面を覆うように、SiO
2膜6上にポリシリコン層7をCVD法等により堆積す
る。前記のように段差5aの厚さが350nm〜400
nm程度である場合、ポリシリコン層7の厚さは2〜3
μmで十分ではあるが、一般的には比較的厚く形成して
5μmにすることが好ましい。Step S25 shows a step of forming a flattening film, in which SiO 2 is formed so as to cover the surface of the step 5a.
2 A polysilicon layer 7 is deposited on the film 6 by a CVD method or the like. As described above, the thickness of the step 5a is 350 nm to 400 nm.
In the case of about nm, the thickness of the polysilicon layer 7 is 2-3
Although μm is sufficient, it is generally preferable to form it relatively thick to 5 μm.
【0007】次に、ステップS26は平坦化工程を示す
ものであり、例えばポリウレタン発泡体から成る研磨パ
ッドとコロイダルシリカ(平均粒子径80nm程度)か
ら成る研磨スラリーとを用いて、前記の段差5aの形状
を反映したポリシリコン層7の段差7aを除去するよう
に研磨した後、再びコロイダルシリカ(平均粒子径40
nm程度)から成る研磨スラリーを用いて表面処理する
ことにより、前記のポリシリコン層7を平坦化する。Next, step S26 shows a flattening step. For example, a polishing pad made of polyurethane foam and a polishing slurry made of colloidal silica (average particle diameter of about 80 nm) are used to form the step 5a. After polishing so as to remove the step 7a of the polysilicon layer 7 reflecting the shape, colloidal silica (average particle diameter 40
The surface of the polysilicon layer 7 is flattened by using a polishing slurry having a thickness of about 10 nm.
【0008】その後、ステップS27に示す基板接合工
程にて、前記の平坦化されたポリシリコン層7の表面に
対してベース基板8を重ね合わせる。この重ね合わせに
おいて、前記のポリシリコン層7の表面とベース基板8
との接合面は、RCA洗浄等によりパーティクル等の付
着が無い状態にすると共に、その接合面にOH基が存在
するように親水化処理する。また、前記の重ね合わせ
後、酸素または窒素雰囲気下にて例えば温度1100℃
で30分〜120分の熱処理を行うことにより、ポリシ
リコン層7とベース基板8との接合を強固にすることが
できる。Thereafter, in the substrate bonding step shown in step S27, the base substrate 8 is superposed on the flattened surface of the polysilicon layer 7. In this superposition, the surface of the polysilicon layer 7 and the base substrate 8
The surface to be bonded is subjected to RCA cleaning or the like so that particles and the like are not attached, and is subjected to a hydrophilic treatment so that an OH group is present on the surface to be bonded. Further, after the above-mentioned superposition, for example, at a temperature of 1100 ° C. in an oxygen or nitrogen atmosphere.
By performing the heat treatment for 30 minutes to 120 minutes, the bonding between the polysilicon layer 7 and the base substrate 8 can be strengthened.
【0009】ステップS28は研削工程を示すものであ
り、この研削によるダメージが後述するSOI層9に残
存しない程度に、前記の半導体基板1の表面を研削す
る。まず、ダイヤモンド砥石等(砥石番手♯2000程
度の砥石)を用いて粗削りを行った後、例えばプラズマ
エッチ法のペース加工を行い、半導体基板1の厚さを2
00nm±50nm程度に調整する。Step S28 shows a grinding step, in which the surface of the semiconductor substrate 1 is ground to such an extent that damage due to the grinding does not remain in the SOI layer 9 described later. First, after roughing is performed using a diamond grindstone or the like (a grindstone having a grindstone number of about 2,000), the semiconductor substrate 1 is subjected to, for example, a plasma etching method to reduce the thickness of the semiconductor substrate 1 to 2 mm.
Adjust to about 00 nm ± 50 nm.
【0010】そして、ステップS29の選択研磨工程に
て、例えば研磨パッドとエチレンジアミン等(SiとS
iO2とに対する研磨レート比が大きい研磨用スラリ
ー)を用い、SiO2膜3の段差部(凹部2を反映した
段差部)表面が露出するように半導体基板1を選択研磨
することにより、SiO2膜3を介してゲート電極5上
にSOI層9が形成されたSOI基板を得ることができ
る。Then, in the selective polishing step of step S29, for example, a polishing pad and ethylenediamine (Si and S
By selectively polishing the semiconductor substrate 1 using a polishing slurry having a large polishing rate ratio with respect to iO 2 so that the surface of the step portion (step portion reflecting the concave portion 2) of the SiO 2 film 3 is exposed, SiO 2 is polished. An SOI substrate having the SOI layer 9 formed on the gate electrode 5 via the film 3 can be obtained.
【0011】なお、前記のポリシリコン層において比較
的厚く形成することにより、抵抗を低減できることがし
られている(特開平10−125881号公報参照)It is known that the resistance can be reduced by forming the polysilicon layer relatively thick (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-125881).
【0012】[0012]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図2に
示すような方法によりSOI基板を作製する場合、例え
ば以下に示すような問題点がある。However, when an SOI substrate is manufactured by the method shown in FIG. 2, there are the following problems, for example.
【0013】1)前記のような平坦化膜形成工程にて、
厚さ350nm〜400nm程度の段差を除去するよう
に厚さ5μm程度のポリシリコン層を形成するには、多
大な時間やガスが費やされ、作業効率が低くランニング
コストが高くなってしまう(特開平2−177433号
参照)。1) In the flattening film forming step as described above,
In order to form a polysilicon layer having a thickness of about 5 μm so as to remove a step having a thickness of about 350 nm to 400 nm, a large amount of time and gas is consumed, and the working efficiency is low and the running cost is high. No. 2-177433).
【0014】2)CVD装置を用いて厚さ5μm程度の
ポリシリコンを堆積させる場合、そのCVD炉内に多量
のポリシリコンが堆積する。このため、CVD炉内を定
期的にクリーニングする必要があり、作業効率が著しく
低下してしまう。2) When depositing polysilicon having a thickness of about 5 μm using a CVD apparatus, a large amount of polysilicon is deposited in the CVD furnace. For this reason, it is necessary to periodically clean the inside of the CVD furnace, and the working efficiency is significantly reduced.
【0015】3)前記のような平坦化膜形成工程の場
合、段差における凸部ではポリシリコンが薄くなり凹部
ではポリシリコンが厚くなる。このため、ベース基板と
重ね合わさる面(接合面;平坦化された面)において、
ポリシリコンのグレーンサイズがそれぞれ異なってしま
い、基板接合工程における歩留に影響する。3) In the step of forming a flattening film as described above, the polysilicon is thinner at the convex portion of the step and thicker at the concave portion. For this reason, on the surface (joining surface; flattened surface) that overlaps with the base substrate,
The grain sizes of the polysilicon are different from each other, which affects the yield in the substrate bonding process.
【0016】4)厚さ5μm程度のポリシリコンを堆積
させる際、基板(半導体基板1)支持用の治具(ツメ)
周辺に対してもポリシリコンが堆積するため、その半導
体基板裏面にて突起状の異物が形成されてしまう。この
ような異物は後工程にて悪影響を与えるため、その異物
を除去する工程が必要になり手間がかかってしまう。4) When depositing polysilicon having a thickness of about 5 μm, a jig (claw) for supporting the substrate (semiconductor substrate 1)
Since polysilicon is also deposited on the periphery, a projection-like foreign matter is formed on the back surface of the semiconductor substrate. Since such foreign matter has an adverse effect in a later step, a step of removing the foreign matter is required, and it takes time and effort.
【0017】5)研磨工程,研削工程,選択研磨工程に
おいて、厚さのある半導体基板を研削したり研磨するた
め、コストが高くなってしまうと共に研磨後の膜厚が不
均一になり、例えば図3に示すようにストッパー膜とな
るSiO2膜3が研削されたり、研磨されるべき半導体
基板1が残存したりする問題がある。5) In the polishing step, the grinding step, and the selective polishing step, since a thick semiconductor substrate is ground or polished, the cost increases and the film thickness after polishing becomes non-uniform. As shown in FIG. 3, there is a problem that the SiO 2 film 3 serving as a stopper film is ground or the semiconductor substrate 1 to be polished remains.
【0018】6)狭い領域に対してポリシリコン層を厚
く形成することになるため、そのポリシリコン層による
空洞(気泡)が発生し易く、歩留まりが低下する問題が
ある。6) Since the polysilicon layer is formed thick in a narrow area, cavities (bubbles) are easily generated by the polysilicon layer, and there is a problem that the yield is reduced.
【0019】図2のようなポリシリコンを用いる方法と
は別に、例えば下部ゲート電極を覆う酸化膜(Si
O2)を予め厚く形成し、その酸化膜を平坦化してから
ベース基板を重ね合わせる方法が知られている(特開平
8−153780号参照)。しかし、前記のようにゲー
ト電極酸化膜で覆ってから平坦化してベース基板を重ね
合わせるには、厚さ5μm程度の酸化膜が必要であると
共に、その酸化膜を一括成膜にて形成する必要があるた
め、前記のポリシリコン層と同様に多大な時間やガスが
費やされ、作業効率が低くランニングコストが高くなっ
てしまう。また、狭い領域に対して酸化膜を厚く形成す
ることになるため、ポリシリコンを用いた際と同様に空
洞が発生し易く、歩留まりが低下する問題がある。In addition to the method using polysilicon as shown in FIG. 2, for example, an oxide film (Si
There is known a method in which O 2 ) is formed thick in advance, the oxide film is planarized, and then a base substrate is superposed (see JP-A-8-153780). However, as described above, in order to cover with a gate electrode oxide film and then flatten and overlay a base substrate, an oxide film having a thickness of about 5 μm is required, and the oxide film must be formed by batch deposition. Therefore, a lot of time and gas are consumed as in the case of the above-mentioned polysilicon layer, and the working efficiency is low and the running cost is high. Further, since an oxide film is formed thick in a narrow region, cavities are easily generated as in the case of using polysilicon, and there is a problem that the yield is reduced.
【0020】半導体基板全面に酸素イオンを注入してS
IO基板を作製する方法(SIMOX法;電子情報通信
学会の信学技法(1997-03)参照)においても知られて
いるが、その酸素イオンにより基板に対して損傷を与え
てしまうため、結晶性を著しく損なう等の問題がある。Oxygen ions are implanted into the entire surface of the semiconductor substrate to
Although it is also known in a method of producing an IO substrate (SIMOX method; see IEICE's IEICE (1997-03)), the oxygen ions cause damage to the substrate, and therefore the There is a problem such as remarkably impairing.
【0021】本発明は前記課題に基づいてなされたもの
であり、下部ゲート電極形成に起因する段差を高い精度
で効率良く平坦化すると共に、SOI基板においてラン
ニングコスト等の製造コストを低減し歩留まりを向上さ
せる半導体素子の製造方法を提供することにある。The present invention has been made on the basis of the above-mentioned problem, and it is intended to efficiently and efficiently flatten a step caused by the formation of a lower gate electrode, and to reduce a manufacturing cost such as a running cost in an SOI substrate to reduce a yield. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device to be improved.
【0022】[0022]
【発明を解決するための手段】本発明は、前記の課題の
解決を図るために、請求項1に記載の発明は、半導体基
板上に対して酸化膜(SiO2)で覆われた下部ゲート
電極をパターン形成した後、ベース基板を重ね合わせS
OI層を形成して成る半導体素子の製造方法において、
前記の酸化膜側からイオン注入(水素イオン注入)を行
い半導体基板に対して剥離層(イオン注入層)を形成す
る工程と、前記の酸化膜上にベース基板を重ね合わせる
工程と、(半導体基板を熱処理することにより)前記の
剥離層にて半導体基板を剥離し、ベース基板側に残存し
た半導体基板を選択研磨して前記SOI層を形成する工
程と、を有することを特徴とする。According to the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 is directed to a lower gate covered with an oxide film (SiO 2 ) on a semiconductor substrate. After patterning the electrodes, the base substrate is
In a method of manufacturing a semiconductor device formed by forming an OI layer,
A step of performing ion implantation (hydrogen ion implantation) from the oxide film side to form a peeling layer (ion implantation layer) on the semiconductor substrate, and a step of superimposing a base substrate on the oxide film; Removing the semiconductor substrate with the release layer, and selectively polishing the semiconductor substrate remaining on the base substrate side to form the SOI layer.
【0023】請求項2に記載の発明は、前記SOI層と
同じ厚さの段差を有するストッパー膜(SiO2)を形
成し、そのストッパー膜に対して酸化膜を堆積した後、
前記の酸化膜をパターニングして凹部を形成し、その凹
部に埋め込むように前記酸化膜上に対しゲート層(ポリ
シリコン)を堆積して、前記の凹部のみにゲート層が残
存するようにエッチングした後、CMP法により平坦化
して前記の下部ゲート電極を形成したことを特徴とす
る。According to a second aspect of the present invention, after a stopper film (SiO 2 ) having a step having the same thickness as the SOI layer is formed, and an oxide film is deposited on the stopper film,
The oxide film was patterned to form a recess, a gate layer (polysilicon) was deposited on the oxide film so as to be embedded in the recess, and etching was performed so that the gate layer remained only in the recess. Thereafter, the lower gate electrode is formed by planarization by a CMP method.
【0024】なお、前記の酸化膜をパターニングする
際、例えば酸化膜をストッパー膜と共にエッチングし半
導体基板表面を露出して凹部を形成した後、熱酸化法に
より凹部底部に対し所定厚さのSiO2膜等を形成して
からゲート層を堆積しても良い。When the oxide film is patterned, for example, the oxide film is etched together with a stopper film to expose the surface of the semiconductor substrate to form a recess, and then a predetermined thickness of SiO 2 is formed on the bottom of the recess by thermal oxidation. The gate layer may be deposited after forming a film or the like.
【0025】[0025]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態におけ
る半導体素子の製造方法を図面に基づいて詳細に説明す
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
【0026】本実施の形態は、ポリシリコン等の平坦化
膜を用いることなく、SOI基板の作製において下部ゲ
ート電極形成に起因する段差を高い精度で効率良く平坦
化するために、下部ゲート電極におけるパターン形成を
改良すると共に、水素注入分離法(UNIBOND法;
電子情報通信学会の信学技法(1997-03)参照))を利
用して半導体素子を作製するものである。In the present embodiment, in order to flatten the step caused by the formation of the lower gate electrode with high accuracy and high efficiency in the fabrication of an SOI substrate without using a flattening film such as polysilicon, the lower gate electrode In addition to improving pattern formation, a hydrogen injection separation method (UNIBOND method;
A semiconductor device is manufactured using the IEICE's IEICE (1997-03)))).
【0027】図1は、本実施の形態における半導体素子
の製造方法を示す概略工程図である。なお、図2に示し
たものと同様なものには同一符号を用いて、その詳細な
説明を省略する。図1において、ステップS10は酸化
膜形成工程を示すものであり、ゲート酸化膜形成工程S
21と同様の工程を経て作製したストッパー膜となるゲ
ート酸化膜3上に対して、そのゲート酸化膜3の凹部2
を埋めるように、CVD法等によりSiO2膜10を堆
積した。なお、例えば、前記の半導体基板1の凹部2の
厚さは30nm〜120nm(目的とするデバイスに応
じて、SOI層形成に必要な厚さ)とし、ゲート酸化膜
3の厚さは50nm〜100nmとする。FIG. 1 is a schematic process chart showing a method of manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment. The same components as those shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and a detailed description thereof will be omitted. In FIG. 1, step S10 indicates an oxide film forming step, and a gate oxide film forming step S10 is performed.
21, the recess 2 of the gate oxide film 3 is formed on the gate oxide film 3 serving as a stopper film manufactured through the same process as that of the stopper film 2.
The SiO 2 film 10 was deposited by a CVD method or the like so as to fill the gap. For example, the thickness of the concave portion 2 of the semiconductor substrate 1 is set to 30 nm to 120 nm (thickness necessary for forming an SOI layer according to a target device), and the thickness of the gate oxide film 3 is set to 50 nm to 100 nm. And
【0028】ステップS11は酸化膜エッチング工程を
示すものであり、まず凹部2の形状を反映したSiO2
膜10の凹部11を除去するように、研磨パッド(例え
ば、ロデールニッタ製のIC1000+Suba40
0)と研磨スラリー(例えば、キャボット製のSC11
2)とを用いたCMP法によりSiO2膜10を所定の
厚さに研磨(例えば、300nm;目的とするゲート電
極と同じ厚さに研磨)して平坦化した。その後、所定パ
ターンのレジスト等を介して、前記SiO2膜10にお
けるゲート電極形成部分のみをエッチングしてパターニ
ングし、SiO2膜3を露出してSiO2膜10に凹部1
2を形成した。Step S11 shows an oxide film etching step. First, SiO 2 reflecting the shape of the concave portion 2 is formed.
Polishing pad (for example, IC1000 + Suba40 manufactured by Rodel Nitta) so as to remove the concave portion 11 of the film 10
0) and a polishing slurry (for example, SC11 manufactured by Cabot)
2), the SiO 2 film 10 was polished to a predetermined thickness (for example, 300 nm; polished to the same thickness as a target gate electrode) and planarized. Thereafter, only the gate electrode forming portion of the SiO 2 film 10 is etched and patterned through a predetermined pattern of resist or the like, so that the SiO 2 film 3 is exposed and the concave portion 1 is formed in the SiO 2 film 10.
2 was formed.
【0029】なお、前記の酸化膜エッチング工程S11
において、例えばSiO2膜3およびSiO2膜10にお
けるゲート電極形成部分をエッチングすることにより、
半導体基板1表面を露出して凹部12を形成した後、熱
酸化法により凹部12底部に対して所定厚さのSiO2
膜(ゲート酸化膜)を形成しても良い。The above oxide film etching step S11
In, for example, by etching a gate electrode forming portion in the SiO 2 film 3 and the SiO 2 film 10,
After the concave portion 12 is formed by exposing the surface of the semiconductor substrate 1, a predetermined thickness of SiO 2 is formed on the bottom of the concave portion 12 by a thermal oxidation method.
A film (gate oxide film) may be formed.
【0030】ステップS12はゲート層形成工程を示す
ものであり、前記の凹部12を埋めるように、露出した
SiO2膜3およびSiO2膜10表面に対してポリシリ
コン層4を堆積した。次に、ステップS13のマスク形
成工程にて、前記ポリシリコン層4上におけるゲート電
極形成部分のみに対し、SiO2またはレジストから成
る所定パターンのマスク13を形成した。その後、ステ
ップS14のゲート層エッチング工程にて、前記ポリシ
リコン層4においてゲート電極形成部分のみを残すよう
にエッチング(プラズマエッチ等)した。そして、ステ
ップS15のゲート層平坦化工程にて、SiO2膜10
と同じ厚さになるように、ポリシリコン層4をCMPで
平坦化研磨することにより、ゲート電極14をパターン
形成した。Step S12 shows a gate layer forming step, in which a polysilicon layer 4 is deposited on the exposed surfaces of the SiO 2 film 3 and the SiO 2 film 10 so as to fill the recesses 12 described above. Next, in a mask forming step of step S13, a mask 13 having a predetermined pattern made of SiO 2 or resist was formed only on the gate electrode forming portion on the polysilicon layer 4. Thereafter, in the gate layer etching step of step S14, etching was performed (plasma etching or the like) so that only the gate electrode forming portion was left in the polysilicon layer 4. Then, in the gate layer flattening step of step S15, the SiO 2 film 10
The polysilicon layer 4 was planarized and polished by CMP so as to have the same thickness as that of the gate electrode 14 to form a pattern.
【0031】ステップS16はイオン注入工程を示すも
のであり、前記のゲート電極14上およびSiO2膜1
0上に対して重ね合わせおよび絶縁膜としてのSiO2
膜15をCVD法等により堆積した後、図1中矢印で示
すように水素イオンを注入することにより、半導体基板
1におけるSiO2膜3近傍に対して剥離層としてのイ
オン注入層16を形成した。なお、例えば、前記のSi
O2膜15の厚さは300nmとし、前記のイオン注入
層16はSiO2膜3から約200nm程度隔てた位置
に均一な深さで形成する。Step S16 shows an ion implantation step, which is performed on the gate electrode 14 and the SiO 2 film 1.
SiO 2 as a superposition and insulating film on top
After depositing the film 15 by a CVD method or the like, an ion-implanted layer 16 as a release layer was formed in the vicinity of the SiO 2 film 3 in the semiconductor substrate 1 by implanting hydrogen ions as shown by arrows in FIG. . Note that, for example, the Si
The thickness of the O 2 film 15 is 300 nm, and the ion-implanted layer 16 is formed at a position approximately 200 nm away from the SiO 2 film 3 with a uniform depth.
【0032】次に、ステップS17に示す基板接合工程
にて、前記の平坦化されたSiO2膜15の表面に対し
てベース基板8を重ね合わせ、酸素または窒素雰囲気下
にて例えば温度400℃の熱処理を行うことにより仮接
合した。なお、この基板接合工程において、前記のSi
O2膜15とベース基板8との接合面は、例えばRCA
洗浄等によりパーティクル等の付着が無い状態にすると
共に、その接合面にOH基が存在するように親水化処理
することにより、前記接合面に気泡が形成されないよう
にする。Next, in the substrate bonding step shown in step S17, the base substrate 8 is superimposed on the flattened surface of the SiO 2 film 15 and, for example, at a temperature of 400 ° C. in an oxygen or nitrogen atmosphere. Temporarily joined by heat treatment. In this substrate bonding step, the Si
The bonding surface between the O 2 film 15 and the base substrate 8 is, for example, RCA
By cleaning and the like, particles and the like are not attached, and by performing a hydrophilic treatment so that OH groups are present on the joint surface, bubbles are not formed on the joint surface.
【0033】その後、ステップS18に示す熱処理工程
にて、前記のようにベース基板8を接合した半導体基板
1を例えば窒素雰囲気中で600℃の熱処理を施してイ
オン注入層16を膨張させることにより、半導体基板1
をイオン注入層16の位置から剥離した。なお、前記の
ように半導体基板1を剥離した後、例えば窒素雰囲気中
で800℃〜1000℃の熱処理を施すことにより、S
iO2膜15とベース基板8との接合を強固にすること
ができる。また、前記の剥離した半導体基板1は、その
剥離した表面を必要に応じて研磨して表面粗さを小さく
して、例えば前記の基板接合工程S17において再利用
することができる。Thereafter, in the heat treatment step shown in step S18, the semiconductor substrate 1 to which the base substrate 8 has been joined as described above is subjected to a heat treatment at, for example, 600 ° C. in a nitrogen atmosphere to expand the ion-implanted layer 16, Semiconductor substrate 1
Was stripped from the position of the ion-implanted layer 16. After the semiconductor substrate 1 is peeled as described above, a heat treatment at, for example, 800 ° C. to 1000 ° C. is performed in a nitrogen atmosphere, so that S
The bonding between the iO 2 film 15 and the base substrate 8 can be strengthened. Further, the peeled surface of the semiconductor substrate 1 can be polished as necessary to reduce the surface roughness, and can be reused in, for example, the substrate bonding step S17.
【0034】そして、ステップS19の選択研磨工程に
て、不織布基材クロス(例えば、ロデールニッタ製のS
uba400(JISのK−6301に準拠した硬度が
82))等の研磨パッドとエチレンジアミン溶液(例え
ば、エチレンジアミン濃度0.0005%の溶液)等の
選択研磨用スラリー(SiとSiO2とに対する研磨レ
ート比が大きい研磨用スラリー)を用い、SiO2膜3
の段差部(凹部2を反映した段差部)表面が露出するよ
うに、前記熱処理工程S18で残存した半導体基板1の
みを選択研磨することにより、SiO2膜3を介してゲ
ート電極5上にSOI層17が形成されたSOI基板を
得ることができる。Then, in the selective polishing step of step S19, a nonwoven fabric substrate cloth (for example,
a polishing pad such as uba400 (having a hardness of 82 according to JIS K-6301)) and a selective polishing slurry such as an ethylenediamine solution (eg, a solution having an ethylenediamine concentration of 0.0005%) (polishing rate ratio with respect to Si and SiO 2 ) Polishing slurry) having a large SiO 2 film 3
By selectively polishing only the semiconductor substrate 1 remaining in the heat treatment step S18 so that the surface of the stepped portion (stepped portion reflecting the concave portion 2) is exposed, the SOI is formed on the gate electrode 5 via the SiO 2 film 3. An SOI substrate on which the layer 17 is formed can be obtained.
【0035】前記のSOI基板において、一般的なパタ
ーン方法によりSOI層17上に上部ゲート電極を形成
すると共にソース電極,ドレイン電極等を形成すること
により、例えばダブルゲートMOSトランジスタを作製
することができる。In the above-mentioned SOI substrate, for example, a double gate MOS transistor can be manufactured by forming an upper gate electrode and a source electrode, a drain electrode and the like on the SOI layer 17 by a general patterning method. .
【0036】以上示したようにSOI基板を作製するこ
とにより、ポリシリコン等の平坦化膜を用いる必要がな
いため、そのポリシリコンによるCVD炉内の堆積物や
基板支持用治具に起因する異物の発生を抑えることがで
きる。また、ゲート層平坦化工程や選択研磨工程等で
は、例えば図2に示した方法と比較して、研磨領域が極
めて小面積(例えば、ゲート層エッチング工程S15)
または薄い領域(例えば、選択研磨工程S19)にな
る。さらに、基板接合工程における基板(Si)と酸化
膜(SiO2)との接合は、例えば図2に示したような
基板(Si)とポリシリコン(Si)との接合と比較し
て強固で安定なものとなる。By manufacturing an SOI substrate as described above, it is not necessary to use a flattening film such as polysilicon. Therefore, foreign matter caused by deposits in the CVD furnace due to the polysilicon or a substrate supporting jig. Can be suppressed. Further, in the gate layer flattening step, the selective polishing step, and the like, the polished region has an extremely small area (for example, the gate layer etching step S15) as compared with, for example, the method shown in FIG.
Or it becomes a thin area (for example, selective polishing step S19). Furthermore, the bonding between the substrate (Si) and the oxide film (SiO 2 ) in the substrate bonding step is stronger and more stable than, for example, the bonding between the substrate (Si) and polysilicon (Si) as shown in FIG. It becomes something.
【0037】以上、本発明において、記載された具体例
に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範
囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者
にとって明白なことであり、このような変形および修正
が特許請求の範囲に属することは当然のことである。Although the present invention has been described in detail only with respect to the specific examples described above, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations are possible within the technical idea of the present invention. It goes without saying that such variations and modifications belong to the scope of the claims.
【0038】[0038]
【発明の効果】以上示したように本発明によれば、ポリ
シリコン等の平坦化膜を用いる必要がないため、SOI
基板作製に要する時間,コスト等を低減できる。また、
ゲート層平坦化工程や選択研磨工程等では、極めて小面
積または薄い領域を研磨するため、それら研磨を高精度
および容易に行うことができる。さらに、基板接合工程
における基板(Si)と酸化膜(SiO2)との接合が
強固で安定しているため、その接合面において空洞等が
発生することなく歩留まり良好なSOI基板が得られ
る。As described above, according to the present invention, it is not necessary to use a flattening film such as polysilicon.
The time and cost required for manufacturing a substrate can be reduced. Also,
In a gate layer flattening step, a selective polishing step, and the like, an extremely small area or a thin region is polished. Further, since the bonding between the substrate (Si) and the oxide film (SiO 2 ) in the substrate bonding step is strong and stable, an SOI substrate with a good yield can be obtained without generating a cavity or the like at the bonding surface.
【図1】本実施の形態におけるSOI基板の製造工程
図。FIG. 1 is a manufacturing process diagram of an SOI substrate in this embodiment.
【図2】一般的なSOI基板の製造工程図。FIG. 2 is a manufacturing process diagram of a general SOI substrate.
【図3】不均一に研削および研磨されたSOI基板の概
略構成図。FIG. 3 is a schematic configuration diagram of an SOI substrate that has been unevenly ground and polished.
1…半導体基板 2,11,12…凹部 3,10,15…SiO2膜 4…ポリシリコン層 8…ベース基板 13…マスク 14…ゲート電極 16…イオン注入層 17…SOI層1 ... semiconductor substrate 2,11,12 ... recess 3,10,15 ... SiO 2 film 4 ... polysilicon layer 8 ... base substrate 13 ... mask 14 ... gate electrode 16 ... ion implanted layer 17 ... SOI layer
Claims (2)
下部ゲート電極をパターン形成した後、ベース基板を重
ね合わせSOI層を形成して成る半導体素子の製造方法
において、 前記の酸化膜側からイオン注入を行い半導体基板に対し
て剥離層を形成する工程と、 前記の酸化膜上にベース基板を重ね合わせる工程と、 前記の剥離層にて半導体基板を剥離し、ベース基板側に
残存した半導体基板を選択研磨して前記SOI層を形成
する工程と、を有することを特徴とする半導体素子の製
造方法。1. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a lower gate electrode covered with an oxide film on a semiconductor substrate by patterning; and overlaying a base substrate to form an SOI layer. Forming a release layer on the semiconductor substrate by performing ion implantation from the above; a step of superimposing a base substrate on the oxide film; and removing the semiconductor substrate with the release layer and remaining on the base substrate side. Selectively polishing a semiconductor substrate to form the SOI layer.
ストッパー膜を形成し、そのストッパー膜に対して酸化
膜を堆積した後、 前記の酸化膜をパターニングして凹部を形成し、その凹
部に埋め込むように前記酸化膜上に対しゲート層を堆積
して、 前記の凹部のみにゲート層が残存するようにエッチング
した後、CMP法により平坦化して前記の下部ゲート電
極を形成したことを特徴とする請求項1記載の半導体素
子の製造方法。2. A stopper film having a step having the same thickness as the SOI layer is formed, an oxide film is deposited on the stopper film, and then the oxide film is patterned to form a concave portion. A gate layer is deposited on the oxide film so as to be embedded in the oxide film, and etched so that the gate layer remains only in the concave portion, and then flattened by a CMP method to form the lower gate electrode. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
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- 2001-05-15 JP JP2001144045A patent/JP2002343972A/en active Pending
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