JP2008205358A - Ｓｏｉウエーハの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 容易な方法により低コストで部分ＳＯＩ構造を有するＳＯＩウエーハを製造する方法等を提供する。
【解決手段】 シリコン単結晶ウエーハからＳＯＩウエーハを製造する方法であって、少なくとも、前記シリコン単結晶ウエーハの表面に、溝パターンを形成する工程と、該形成した溝パターンの底部にシリコン酸化膜を形成する工程と、前記底部シリコン酸化膜が形成された溝パターンを有するシリコン単結晶ウエーハに対し、水素ガスまたは不活性ガス、あるいはこれらの混合ガス雰囲気下でＲＴＡ処理を行い、前記底部シリコン酸化膜上にシリコン単結晶薄膜を形成するとともに前記底部シリコン酸化膜を埋め込み酸化膜として部分的なＳＯＩ構造を形成する工程とを含む、部分ＳＯＩ構造を有するＳＯＩウエーハを製造するＳＯＩウエーハの製造方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＳＯＩウエーハの製造方法に関する。

半導体集積回路等のデバイスを作製するための基板としては、主にチョクラルスキー法（ＣＺ法）等によって育成されたシリコン単結晶ウエーハが用いられている。このウエーハ上にデバイスを作製する際、ｐ−ｎジャンクションや絶縁体を形成することにより各素子間の分離を行なっていた。

しかし近年、素子分離用絶縁体を予め基板ウエーハ内に形成しておく構造の基板が使われてきた。この代表的なものがＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウエーハである。ＳＯＩウエーハの具体的構造はウエーハの深さ方向に対して、表層のシリコン単結晶層（シリコン活性層、ＳＯＩ層）の下に酸化膜等の絶縁体層（埋め込み絶縁膜）をはさみ、その下部にまたシリコン単結晶層をもつ三層構造になっている。

このＳＯＩウエーハの製法には大きく分けて、以下の三種類の方法がある。
第一に、一般に貼り合わせ法と呼ばれる方法で、少なくとも１枚のシリコン単結晶ウエーハに酸化膜を形成し、２枚のシリコン単結晶ウエーハを貼り合わせる方法であり、特に、一方から研磨して所定の厚さのＳＯＩ層を形成する方法である（特許文献１等参照）。

第二に、イオン注入剥離法（スマートカット（登録商標）法とも呼ばれる）と呼ばれる方法であり、２枚のシリコン単結晶ウエーハを準備し、どちらか一方のウエーハを酸化し、どちらか一方のウエーハに水素イオンを打ち込み、その後２枚のウエーハを貼り合せて熱処理を行い、水素イオンを打ち込んだ領域を脆弱化して剥離することによりシリコン単結晶薄膜が転写され、ＳＯＩ構造を形成する方法である（特許文献２等参照）。

第三に、ＳＩＭＯＸ（Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｂｙ Ｉｍｐｌａｎｔｅｄ Ｏｘｙｇｅｎ）法と呼ばれる方法であり、シリコン単結晶ウエーハに表層から酸素イオンを打ち込み、１３００℃程度以上の高温で熱処理することにより埋め込み酸化膜を形成してＳＯＩウエーハとする方法である。
その他の方法も提案されているが現在、これらが主なＳＯＩウエーハの製造方法である。

しかしながら、これらのＳＯＩウエーハの製造方法には、以下のような問題点があった。
貼り合わせ法、イオン注入剥離法を用いた場合、ウエーハ面内に部分的にＳＯＩ構造（以下、部分ＳＯＩ構造と言うことがある）を形成した、部分ＳＯＩウエーハを製造することは、その製造方法の制限からして極めて困難である。さらに、貼り合わせ法は、膜厚均一性が他の方法と比較して劣り、また、膜厚がナノメートルオーダーのような薄膜になると製造自体が極めて困難である上、１枚のＳＯＩウエーハを製造するために２枚のシリコン単結晶ウエーハを必要とするため、製造コストも高い。また、イオン注入剥離法は、高濃度に水素イオン等を注入する必要がある上、やはり１枚のＳＯＩウエーハを製造するために２枚のシリコン単結晶ウエーハを必要とするため、製造コストも高い。

一方、ＳＩＭＯＸ法は、酸素イオンを高濃度に注入する必要があることに加え、１３００℃程度以上の高温で長時間の熱処理が必要であるため、製造コストが高い。また、ＳＯＩ層の結晶品質が他の方法と比較して劣るという問題がある。
さらに、これらのいずれの方法の場合も、ＳＯＩウエーハを完成させた後にデバイス製造工程を行うことを前提としており、デバイス製造工程中でＳＯＩ構造を形成することは極めて困難であるなどの不便さもある。

特公平５−４６０８６号公報 特許第３０４８２０１号公報

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、容易な方法により低コストで部分ＳＯＩ構造を有するＳＯＩウエーハを製造する方法を提供することを主な目的とする。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、シリコン単結晶ウエーハからＳＯＩウエーハを製造する方法であって、少なくとも、前記シリコン単結晶ウエーハの表面に、溝パターンを形成する工程と、該形成した溝パターンの底部にシリコン酸化膜を形成する工程と、前記底部シリコン酸化膜が形成された溝パターンを有するシリコン単結晶ウエーハに対し、水素ガスまたは不活性ガス、あるいはこれらの混合ガス雰囲気下でＲＴＡ処理を行い、前記底部シリコン酸化膜上にシリコン単結晶薄膜を形成するとともに前記底部シリコン酸化膜を埋め込み酸化膜として部分的なＳＯＩ構造を形成する工程とを含む、部分ＳＯＩ構造を有するＳＯＩウエーハを製造することを特徴とするＳＯＩウエーハの製造方法を提供する（請求項１）。

このような工程を含み、部分ＳＯＩ構造を有するＳＯＩウエーハを製造するＳＯＩウエーハの製造方法であれば、シリコン単結晶ウエーハに、部分ＳＯＩ構造を、低コストで容易に形成することができる。また、１枚のシリコン単結晶ウエーハから１枚のＳＯＩウエーハを製造することができるため、ＳＯＩウエーハの製造コストを低減することができる。

また、本発明は、前記のＳＯＩウエーハの製造方法により製造された、部分ＳＯＩ構造を有するＳＯＩウエーハから、全面ＳＯＩ構造を有するＳＯＩウエーハを製造する方法であって、前記部分ＳＯＩ構造を有するＳＯＩウエーハの、少なくとも前記埋め込み酸化膜が形成されていない領域の表面に、溝パターンを形成する工程と、該形成した溝パターンの底部にシリコン酸化膜を形成する工程と、前記埋め込み酸化膜が形成されていない領域に、底部シリコン酸化膜が形成された溝パターンを有するＳＯＩウエーハに対し、水素ガスまたは不活性ガス、あるいはこれらの混合ガス雰囲気下でＲＴＡ処理を行い、前記底部シリコン酸化膜上にシリコン単結晶薄膜を形成するとともに前記底部シリコン酸化膜を埋め込み酸化膜として新たに部分ＳＯＩ構造を形成する工程とを少なくとも１回以上繰り返し、前記複数の部分ＳＯＩ構造が複合して構成される全面ＳＯＩ構造を有するＳＯＩウエーハを製造することを特徴とするＳＯＩウエーハの製造方法を提供する（請求項２）。

このような工程を含み、複数の部分ＳＯＩ構造が複合して構成される全面ＳＯＩ構造を有するＳＯＩウエーハを製造するＳＯＩウエーハの製造方法であれば、シリコン単結晶ウエーハに、全面ＳＯＩ構造を、低コストで形成することができる。そして、１枚のシリコン単結晶ウエーハから１枚のＳＯＩウエーハを製造することができるため、ＳＯＩウエーハの製造コストを著しく低減することができる。

これらの場合、前記溝パターンの開口部を、長方形状とすることができる（請求項３）。この場合、前記長方形状の溝パターンの開口部の少なくとも一方の辺の長さを、５μｍ以下とすることが好ましい（請求項４）。
また、前記溝パターンの開口部を、ストライプ状とすることができる（請求項５）。この場合、前記ストライプ状の溝パターンの開口部の幅を、５μｍ以下とすることが好ましい（請求項６）。

このように、溝パターンの開口部を長方形状とし、その一方の辺の長さを５μｍ以下としたり、溝パターンの開口部をストライプ状とし、その幅を５μｍ以下としたりすれば、より確実に底部シリコン酸化膜上をシリコン単結晶で覆うことができるため、より確実に部分ＳＯＩ構造を形成することができる。

また、前記ＲＴＡ処理を、１０５０℃以上１３００℃以下の温度、１秒以上６００秒以下の時間で行うことが好ましい（請求項７）。
このように、ＲＴＡ処理を、１０５０℃以上１３００℃以下の温度、１秒以上６００秒以下の時間で行えば、効率的に底部シリコン酸化膜上にシリコン単結晶薄膜を形成するとともに底部シリコン酸化膜を埋め込み酸化膜とし、部分ＳＯＩ構造を形成することができる。

また、前記のＳＯＩウエーハの製造方法によるＳＯＩウエーハの製造を、デバイス製造工程中に行うことができる（請求項８）。
このように、前記のＳＯＩウエーハの製造方法によるＳＯＩウエーハの製造であれば、デバイス製造工程中においてもＳＯＩ構造を形成することができる。従って、デバイス設計上極めて有利である。

本発明に係るＳＯＩウエーハの製造方法によれば、容易な方法により低コストで部分ＳＯＩ構造を有するＳＯＩウエーハを製造することができる。また、全面ＳＯＩ構造を有するＳＯＩウエーハを製造することもできる。そして、１枚のシリコン単結晶ウエーハから１枚のＳＯＩウエーハを製造することができるため、ＳＯＩウエーハの製造コストを著しく低減することができる。また、デバイス製造工程中においてもＳＯＩ構造を形成することができる。

以下、本発明についてより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
前述のように、ＳＯＩウエーハの製造方法に関して、貼り合わせ法や、イオン注入剥離法は、２枚のシリコン単結晶ウエーハを必要とし、ＳＩＭＯＸ法は、１３００℃程度以上の高温で長時間の熱処理が必要である等の理由のため、製造コストが高いなどの問題があった。また、いずれの方法も、部分的なＳＯＩ構造を形成したり、デバイス製造工程中でＳＯＩ構造を形成したりすることは困難である等の問題があった。

本発明者らは、このような問題点について鋭意検討した結果、シリコン単結晶ウエーハ上にシリコン酸化膜を底部に有する溝パターンを形成し、その後ＲＴＡ処理することによりシリコン単結晶がシリコン酸化膜上を覆い、部分的にＳＯＩ構造を形成することができることを見出した。そして、このようなＳＯＩウエーハの製造方法によれば、容易な方法により部分ＳＯＩ構造を形成できること、及び、同様の工程を繰り返すことにより全面ＳＯＩ構造を形成できること、また、デバイス製造工程中においてもＳＯＩ構造を形成することができることに想到し、本発明を完成させた。

以下、本発明に係るＳＯＩウエーハの製造方法の一例について、図面を参照して説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

図１は、本発明に係るＳＯＩウエーハの製造方法の一例を示す説明図である。
まず、シリコン単結晶ウエーハ１１を準備する（工程ａ）。
このシリコン単結晶ウエーハ１１は種々のものを用いることができ、用途に応じて適宜選択することができる。

次に、シリコン単結晶ウエーハ１１の表面１２に、溝パターン１３を形成する（工程ｂ）。
この溝パターン１３の形成方法は特に限定されないが、例えば、以下のようなフォトリソグラフィ法を用いて形成することができる。まず、シリコン単結晶ウエーハ１１の表面１２にレジスト膜によるパターンを形成する。次に、このレジスト膜をマスクとして、ドライエッチングにより溝パターン１３を形成する。これにともない、溝パターン残部（凸部）１４が形成される。

なお、後述するように、このときの溝パターン１３の底部１３ａに相当する領域が、部分ＳＯＩ構造が形成される領域となる。また、後述する理由により、この溝パターン１３の形成工程では、溝パターン１３の開口部を長方形状とし、その少なくとも一方の辺の長さを５μｍ以下としたり、溝パターン１３の開口部をストライプ状とし、その幅を５μｍ以下としたりすることが望ましい。
また、後述するように、溝パターン１３の溝深さを調節することにより、最終的に得るＳＯＩウエーハのＳＯＩ層の厚さ（すなわち、埋め込み酸化膜の埋め込み深さ）を調節することができる。この溝パターン１３の溝深さは特に限定されず、所望とするＳＯＩ層の厚さにより適宜決定することができる。

次に、溝パターンの底部１３ａにシリコン酸化膜１５ａを形成する（工程ｃ、ｄ）。
この底部シリコン酸化膜１５ａの形成方法は特に限定されないが、例えば、以下のような工程を経ることによって実現できる。すなわち、まず、工程ｂで溝パターン１３を形成したシリコン単結晶ウエーハ１１を酸化性雰囲気で熱処理し、溝パターン１３内の表面を含むウエーハ表面全体に酸化膜１５（熱酸化膜）を形成する（工程ｃ）。次に、溝パターンの底部１３ａに形成されているシリコン酸化膜上のみにレジスト膜を塗布してレジストパターンを形成し、ドライエッチングにより底部のシリコン酸化膜以外のシリコン酸化膜をエッチング除去する（工程ｄ）。

なお、このとき形成される底部シリコン酸化膜１５ａの膜厚は、ＳＯＩ構造が形成されたときの埋め込み酸化膜の膜厚に影響する。従って、所望の埋め込み酸化膜層の厚さが得られるように底部シリコン酸化膜１５ａの膜厚を調節することが好ましい。例えば前述の熱酸化による場合には、この底部シリコン酸化膜１５ａの膜厚は、熱酸化における雰囲気の組成や熱処理温度、熱処理時間等で調節することができる。また、この底部シリコン酸化膜１５ａの膜厚は特に限定されるものではなく、ＳＯＩウエーハの用途等に合わせて適宜選択することができる。

次に、この底部シリコン酸化膜１５ａが形成された溝パターン１３を有するシリコン単結晶ウエーハに対し、水素ガスまたはヘリウム、ネオン、アルゴンなどの不活性ガス、あるいはこれらの混合ガス雰囲気下でＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ；瞬間熱アニール）処理を行う（工程ｅ）。
このＲＴＡ処理により、主に溝パターンの残部１４を構成していたシリコン原子の一部が底部シリコン酸化膜１５ａ上にマイグレーション（移動）し、底部シリコン酸化膜１５ａ上にシリコン単結晶薄膜１６が形成されるとともに、底部シリコン酸化膜１５ａが埋め込み酸化膜１７となり、部分的なＳＯＩ構造（部分ＳＯＩ構造）１８が形成される。すなわち、部分ＳＯＩ構造１８は、シリコン単結晶層上に埋め込み酸化膜１７を有し、さらにその上にシリコン単結晶薄膜（部分ＳＯＩ層）１６を有する。また、ウエーハの表面は全面がシリコン単結晶となる。すなわち、この時点で部分ＳＯＩ構造１８を有するＳＯＩウエーハ（部分ＳＯＩウエーハ）２１が製造されたことになる。

なお、このとき、溝パターンの残部１４に相当する領域では、シリコン原子がシリコン酸化膜１５ａ上にマイグレーションするため、その分だけウエーハ厚さが薄くなる。その結果、溝パターン１３により生じた凹凸が平均化され、理想的にはウエーハ厚さは一定になる。すなわち、前述したように、工程ｂで形成する溝パターン１３の溝深さを調節することにより、部分ＳＯＩウエーハ２１のＳＯＩ層１６の厚さを調節することができる。

なお、上述したように、このＲＴＡ処理により主に溝パターンの残部１４を構成していたシリコン原子の一部が底部シリコン酸化膜１５ａ上にマイグレーションすることにより底部シリコン酸化膜１５ａ上にシリコン単結晶薄膜１６を形成する。このとき、シリコン原子のマイグレーション距離を短くすれば、より確実に結晶品質の高い部分ＳＯＩ層１６を有する部分ＳＯＩ構造を形成することができる。そして、このシリコン原子のマイグレーション距離は、工程ｂにおいて形成した溝パターンの底部１３ａの形状と大きさ、及び、工程ｄにおいて形成した底部シリコン酸化膜１５ａの形状と大きさに影響される。具体的には、溝パターン底部１３ａ内において、溝パターンの残部１４の側壁からの距離が約２．５μｍ以内となるように溝パターン１３を形成することが望ましい。例えば、前述のように、工程ｂにおいて、溝パターン１３の開口部を長方形状とし、その一方の辺の長さを５μｍ以下としたり、溝パターン１３の開口部をストライプ状とし、その幅を５μｍ以下としたりすることが望ましい。溝パターン１３の開口部をこのような形状及び大きさとすれば、溝パターン１３の底部１３ａもほぼ同じ形状及び大きさとすることができる。これ以上の大きさの領域にＳＯＩ構造を形成する場合には、後述するように、上記工程ｂ〜ｅと同様の工程を繰り返して部分ＳＯＩ構造を複合させて大面積のＳＯＩ構造とすることによっても実現することができる。

また、このＲＴＡ処理は、１０５０℃以上１３００℃以下の温度、１秒以上６００秒以下の時間で行うことが望ましい。このような加熱温度、加熱時間であれば、より確実に底部シリコン酸化膜１５ａ上にシリコン単結晶薄膜１６を形成するとともに底部シリコン酸化膜１５ａを埋め込み酸化膜１７とし、部分ＳＯＩ構造１８を形成することができる。

なお、以上のような部分ＳＯＩウエーハの製造方法であれば、デバイス製造工程の途中でも、フォトリソグラフィにより溝パターンを形成して、ウエーハの必要な領域に部分ＳＯＩ構造を形成することができる。従って、種々のデバイスに応用でき、デバイス設計の幅が広がり、きわめて有利である。

以下、工程ａ〜ｅによって製造された、部分ＳＯＩ構造１８を有するＳＯＩウエーハ２１から全面ＳＯＩ構造を有するＳＯＩウエーハ（全面ＳＯＩウエーハ）の製造を行う方法を説明する。
基本的には、上記の工程ｂ〜ｅと同様の工程を繰り返して新たに部分ＳＯＩ構造を形成し、先に形成した部分ＳＯＩ構造と複合して全面ＳＯＩ構造を構成する。以下では、部分ＳＯＩ構造の形成サイクルを２回（工程ｂ〜ｅと後述する工程ｆ〜ｉ）行うことによって全面ＳＯＩ構造を形成する場合を主に説明するが、これに限定されず、３回以上の部分ＳＯＩ構造形成サイクルを行って全面ＳＯＩ構造とすることもできる。

まず、工程ｅまで行って得た、部分ＳＯＩ構造１８を有するＳＯＩウエーハ２１に対し、少なくとも埋め込み酸化膜１７が形成されていない領域の表面に、新たな溝パターン２３を形成する（工程ｆ）。
溝パターン２３の形成方法は、工程ｂの溝パターン１３の形成方法と同様である。

なお、２回のサイクルによって形成される部分ＳＯＩ構造のそれぞれの埋め込み酸化膜の埋め込み深さを同一にするには、溝パターン２３の溝深さを調節する必要がある。例えば、溝パターン２３の溝深さを、埋め込み酸化膜１７とほぼ一致するまでの溝深さとすれば、後述する工程ｇのシリコン酸化膜形成工程において、溝パターン２３の底部２３ａに形成されるシリコン酸化膜を、先に形成されている埋め込み酸化膜１７とほぼ同一の平面に形成することができ、最終的な全面ＳＯＩウエーハの埋め込み酸化膜の埋め込み深さ、及びＳＯＩ層の膜厚を一定にすることができる。ただし、本発明はこれに限定されるものではなく、両者の埋め込み酸化膜の埋め込み深さが異なっていてもよい。

このように溝パターン２３が形成されると、それにともない、溝パターンの残部が形成される。図１（ｆ）には、溝パターン２３が埋め込み酸化膜１７以外の領域と一致するように形成する例を示しており、このようにすれば、後述する工程ｇ〜ｉを行うことによって全面ＳＯＩウエーハを２回の部分ＳＯＩ構造形成サイクルにより製造することができる。ただし、これに限定されず、少なくとも埋め込み酸化膜１７が形成されていない領域を含むように溝パターン２３を形成するようにしてもよい。

次に、工程ｃ、ｄと同様の手法により、溝パターンの底部２３ａにシリコン酸化膜２５ａを形成する（工程ｇ、ｈ）。
すなわち、例えば、工程ｆで溝パターン２３を形成した部分ＳＯＩウエーハ２１を酸化性雰囲気で熱処理し、溝パターン２３内の表面を含むウエーハ表面全体に酸化膜２５（熱酸化膜）を形成する（工程ｇ）。次に、溝パターンの底部２３ａに形成されているシリコン酸化膜上のみにレジスト膜を塗布してレジストパターンを形成し、ドライエッチングにより溝パターン底部のシリコン酸化膜以外の、ウエーハ表面に形成されているシリコン酸化膜をエッチング除去する（工程ｈ）。

なお、前述の底部シリコン膜１５ａと埋め込み酸化膜１７の膜厚の関係と同様に、このときに形成される底部シリコン酸化膜２５ａの膜厚は、ＳＯＩ構造が形成されてこの底部シリコン酸化膜２５ａが埋め込み酸化膜となったときの膜厚に影響する。この膜厚は、既に形成されている埋め込み酸化膜１７の膜厚と同一になるようにしてもよいし、そうでなくてもよく、適宜選択することができる。

次に、この底部シリコン酸化膜２５ａが形成された溝パターン２３を有する部分ＳＯＩウエーハに対し、工程ｅと同様の手法により、水素ガスまたは不活性ガス、あるいはこれらの混合ガス雰囲気下でＲＴＡ処理を行う（工程ｉ）。
このＲＴＡ処理により、主に溝パターン２３の残部を構成していたシリコン原子が底部シリコン酸化膜２５ａ上にマイグレーションし、底部シリコン酸化膜２５ａ上にシリコン単結晶薄膜２６が形成されるとともに、底部シリコン酸化膜２５ａが埋め込み酸化膜２７となり、部分的なＳＯＩ構造（部分ＳＯＩ構造）２８が形成される。すなわち、部分ＳＯＩ構造２８は、シリコン単結晶層上に埋め込み酸化膜２７を有し、さらにその上にシリコン単結晶薄膜（部分ＳＯＩ層）２６を有する。また、ウエーハの表面は全面がシリコン単結晶となっている。前述のように、２回のサイクルによって形成されるそれぞれの部分ＳＯＩ構造の形成位置を重ね合わせた場合にウエーハ全面を覆うようにすれば、先に形成されている部分ＳＯＩ構造１８と、工程ｆ〜ｉで形成された部分ＳＯＩ構造２８とが複合した、全面ＳＯＩ構造となる。このようにして、全面にＳＯＩ構造を有するＳＯＩウエーハ（全面ＳＯＩウエーハ）３１を製造することができる。

なお、前述の場合と同様に、このとき、溝パターン２３の残部に相当する領域では、シリコン原子がシリコン酸化膜２５ａ上にマイグレーションするため、その分だけウエーハ厚さが薄くなる。その結果、溝パターン２３により生じた凹凸が平均化され、理想的にはウエーハ厚さは一定になる。すなわち、工程ｂで形成する溝パターン１３の溝深さ及び工程ｆで形成する溝パターン２３の溝深さが、全面ＳＯＩウエーハ３１のＳＯＩ層の厚さに影響する。また、予め溝深さを調節することで、全面ＳＯＩウエーハ３１のＳＯＩ層の厚さを調節することもできる。

また、２回以上の部分ＳＯＩ構造の形成サイクルを行い、これらの部分ＳＯＩ構造を複合した場合であって、全面ＳＯＩ構造としなかった場合は、大面積の部分ＳＯＩ構造を形成したことになる。全面ＳＯＩ構造は、この大面積部分ＳＯＩ構造の一種と言える。

また、工程ａ〜工程ｉによる全面ＳＯＩウエーハの製造方法であれば、デバイス製造工程の途中でも、ウエーハに全面ＳＯＩ構造を形成することもできる。

以下、本発明を実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
（実施例１）
図１（ａ）〜（ｉ）に示した全面ＳＯＩウエーハの製造方法に従い、以下のように全面ＳＯＩウエーハを製造した。

まず、シリコン単結晶ウエーハ１１として導電型がＰ型で直径２００ｍｍ、厚さ６２５μｍ、面方位＜１００＞のＣＺウエーハを用意した（工程ａ）。
次に、シリコン単結晶ウエーハ１１の表面１２にレジスト膜によるパターンをマスクとしてドライエッチングにより、深さ３００ｎｍ、幅２μｍ、溝間の幅２μｍのストライプ状の溝パターン１３をウエーハ全面に形成した（工程ｂ）。
次に、溝パターン１３を形成したシリコン単結晶ウエーハ１１を酸化性雰囲気で熱処理し、ウエーハ表面に１００ｎｍ厚さのシリコン酸化膜１５を形成した（工程ｃ）。次に、溝パターンの底部１３ａのシリコン酸化膜上のみにレジストパターンを形成し、底部のシリコン酸化膜以外のシリコン酸化膜をエッチング除去した（工程ｄ）。
次に、このウエーハをＲＴＡ処理した（工程ｅ）。ＲＴＡの条件は加熱温度が１２００℃、加熱時間６０秒、雰囲気ガスはＨ_２：６Ｌ／ｍｉｎ、Ａｒ：１４Ｌ／ｍｉｎの混合ガスとした。その後、全ての溝パターンの底部のシリコン酸化膜がシリコンの単結晶で覆われたことを確認した。すなわち、この時点で部分ＳＯＩウエーハ２１が完成した。

次に、工程ｂと同様にレジスト膜によるパターンをマスクとしてドライエッチングを行うことにより、部分ＳＯＩウエーハ２１の埋め込み酸化膜１７が形成されていない領域に、深さを埋め込み酸化膜１７の位置と同一にした、幅２μｍのストライプ状の溝パターン２３を形成した（工程ｆ）。
次に、このウエーハを酸化性雰囲気で熱処理し、ウエーハ表面に１００ｎｍ厚さのシリコン酸化膜２５を形成した（工程ｇ）。
次に、新たに形成した溝パターンの底部２３ａのシリコン酸化膜上のみにレジストパターンを形成し、溝パターン残部の表面（部分ＳＯＩ構造１８の表面）上に形成されているシリコン酸化膜をエッチング除去した（工程ｈ）。
次に、再度このウエーハをＲＴＡ処理した（工程ｉ）。ＲＴＡ条件は工程ｅのＲＴＡ処理と同様に加熱温度１２００℃、加熱時間６０秒、雰囲気ガスはＨ_２：６Ｌ／ｍｉｎ、Ａｒ：１４Ｌ／ｍｉｎとした。
このようにして、膜厚約１００ｎｍの埋め込み酸化膜上に膜厚平均４８ｎｍのＳＯＩ層を全面に有するＳＯＩウエーハが製造することができた。

（実施例２）
まず、実施例１と同様に、ただし、工程ｂにおける溝パターン１３の形成を、深さ３００ｎｍ、縦横２μｍの溝パターン１３を市松模様（長方形状の溝パターンと溝パターン残部を互い違いに面内に敷き詰めたような分布）のようにウエーハ全面に形成し、工程ｅの雰囲気ガスをＨ_２：２０Ｌ／ｍｉｎとして工程ａ〜ｅを行い、部分ＳＯＩ構造１８が面内に市松模様状に分布する部分ＳＯＩウエーハを製造した。
次に、実施例１と同様に、ただし、工程ｆにおいて、部分ＳＯＩ構造１８が形成されていない領域に、深さを埋め込み酸化膜１７の位置と同一にした、縦横２μｍの溝のパターン２３を市松模様のようにウエーハ全面に形成し、工程ｉの雰囲気ガスをＨ_２：２０Ｌ／ｍｉｎとして工程ｆ〜ｉを行い、全面ＳＯＩウエーハを製造した。
このようにして、ＳＯＩ層の膜厚平均が５３ｎｍである全面ＳＯＩウエーハを製造することができた。

（実施例３）
実施例２と同様に、ただし、工程ｂ、工程ｆの溝パターン形成を、ともに縦横４μｍの市松模様とし、工程ｅ、ｉの雰囲気ガスをＡｒ：２０Ｌ／ｍｉｎとして全面ＳＯＩウエーハの製造を行った。ＳＯＩ層の膜厚を測定したところ、平均３４ｎｍであった。

なお、実施例１〜３の全面ＳＯＩウエーハのＳＯＩ層厚さの面内均一性を比較したところ、実施例２の、溝パターンが縦横２μｍとした場合が最も面内均一性が良好であった。

尚、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

本発明に係るＳＯＩウエーハの製造方法の一例を示す説明図である。

符号の説明

１１…シリコン単結晶ウエーハ、 １２…表面
１３…溝パターン、 １３ａ…溝パターン底部、
１４…溝パターン残部（凸部）、
１５…シリコン酸化膜、 １５ａ…底部シリコン酸化膜、
１６…シリコン単結晶薄膜（部分ＳＯＩ層）、 １７…埋め込み酸化膜、
１８…部分ＳＯＩ構造、 ２１…部分ＳＯＩウエーハ、
２３…溝パターン、 ２３ａ…溝パターン底部、
２５…シリコン酸化膜、 ２５ａ…底部シリコン酸化膜、
２６…シリコン単結晶薄膜（部分ＳＯＩ層）、 ２７…埋め込み酸化膜、
２８…部分ＳＯＩ構造、 ３１…全面ＳＯＩウエーハ。

Claims (8)

1. シリコン単結晶ウエーハからＳＯＩウエーハを製造する方法であって、少なくとも、
   前記シリコン単結晶ウエーハの表面に、溝パターンを形成する工程と、
   該形成した溝パターンの底部にシリコン酸化膜を形成する工程と、
   前記底部シリコン酸化膜が形成された溝パターンを有するシリコン単結晶ウエーハに対し、水素ガスまたは不活性ガス、あるいはこれらの混合ガス雰囲気下でＲＴＡ処理を行い、前記底部シリコン酸化膜上にシリコン単結晶薄膜を形成するとともに前記底部シリコン酸化膜を埋め込み酸化膜として部分的なＳＯＩ構造を形成する工程と
   を含む、部分ＳＯＩ構造を有するＳＯＩウエーハを製造することを特徴とするＳＯＩウエーハの製造方法。
2. 請求項１に記載のＳＯＩウエーハの製造方法により製造された、部分ＳＯＩ構造を有するＳＯＩウエーハから、全面ＳＯＩ構造を有するＳＯＩウエーハを製造する方法であって、
   前記部分ＳＯＩ構造を有するＳＯＩウエーハの、少なくとも前記埋め込み酸化膜が形成されていない領域の表面に、溝パターンを形成する工程と、
   該形成した溝パターンの底部にシリコン酸化膜を形成する工程と、
   前記埋め込み酸化膜が形成されていない領域に、底部シリコン酸化膜が形成された溝パターンを有するＳＯＩウエーハに対し、水素ガスまたは不活性ガス、あるいはこれらの混合ガス雰囲気下でＲＴＡ処理を行い、前記底部シリコン酸化膜上にシリコン単結晶薄膜を形成するとともに前記底部シリコン酸化膜を埋め込み酸化膜として新たに部分ＳＯＩ構造を形成する工程と
   を少なくとも１回以上繰り返し、前記複数の部分ＳＯＩ構造が複合して構成される全面ＳＯＩ構造を有するＳＯＩウエーハを製造することを特徴とするＳＯＩウエーハの製造方法。
3. 前記溝パターンの開口部を、長方形状とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＳＯＩウエーハの製造方法。
4. 前記長方形状の溝パターンの開口部の少なくとも一方の辺の長さを、５μｍ以下とすることを特徴とする請求項３に記載のＳＯＩウエーハの製造方法。
5. 前記溝パターンの開口部を、ストライプ状とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＳＯＩウエーハの製造方法。
6. 前記ストライプ状の溝パターンの開口部の幅を、５μｍ以下とすることを特徴とする請求項５に記載のＳＯＩウエーハの製造方法。
7. 前記ＲＴＡ処理を、１０５０℃以上１３００℃以下の温度、１秒以上６００秒以下の時間で行うことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載のＳＯＩウエーハの製造方法。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載のＳＯＩウエーハの製造方法によるＳＯＩウエーハの製造を、デバイス製造工程中に行うことを特徴とするＳＯＩウエーハの製造方法。

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