JP2008516443A - 様々な絶縁領域及び/又は局所的な垂直導電領域を有する混合積層構造物を製造する方法 - Google Patents

様々な絶縁領域及び/又は局所的な垂直導電領域を有する混合積層構造物を製造する方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、マスクの除去前または除去中に、前記マスク(31)を介して前記マスクの下部表面(35)のレベルまで半導体材料からなる第1基板(30)内に絶縁材料(36)からなる少なくとも1つの第1領域を制御して形成することを含む。前記絶縁材料の形成は、前記マスクの下部表面のレベル(35)まで前記絶縁材料を制御して成長し、それに続いて前記マスクを除去する段階を含む。前記絶縁体の形成は、(a1)前記マスクの下部表面(35)のレベルの上まで絶縁材料を制御して成長する副段階と、(a2)前記マスクの下部表面のレベル(35)まで前記絶縁材料を戻すために前記絶縁材料を選択的に薄膜化する副段階と、を含む。

Description

本発明は、SOIで示されるシリコンオンインシュレーター構造物のようなセミコンダクターオンインシュレータータイプの構造物の分野に関する。
これらの技術である、通常半導体材料である基板は、例えば、二酸化シリコンである埋め込み絶縁膜と表面の半導体材料の膜とを支持する。
このようなセミコンダクターオンインシュレーター構造物の製造は、例えば、Q.Y.TongとU.Goseleが著した書籍“Semiconductor wafer bonding Science and technology”(電気化学会シリーズ、1999年)に記述されるような様々な技術を用いて可能であり、半導体材料中への酸素の注入及び高温での熱処理に基づく方法(SIMOXタイプの方法)によって可能であり、分子結合に基づく方法と、例えば、機械的及び/又は化学的な薄膜化(BSOIタイプの方法)、犠牲層上でのエッチストップを伴う機械的な薄膜化及び化学エッチング(BESOIタイプの方法)、後続の分離を視野に入れて分子結合前に多孔質の脆化領域を形成すること、後続の破砕を視野に入れてその中に脆化された領域を形成するために分子結合の前に半導体ウエハにガス種を注入することを伴って可能である。
本発明は、主に、分子結合に基づく方法の分野とこのような方法によって形成される構造物に関する。
以下のような様々な要求がある。
(1)その基板の電気絶縁領域232a、232bを垂直に分離する、図2Bに示されるような同一の半導体構造物230に垂直導電(エピタキシャル成長されたバルクな半導体などに対する挙動に類似する)を有する領域233を有する可能性がある。
(2)図1Bに示されるような非常に微細な埋め込み酸化物領域32a、32b、32cを有するSOI30と、より厚い埋め込み酸化物領域34a、34bを有するSOIを局所的に有する可能性がある。
(3)垂直導電領域、微細な埋め込み酸化物を有するSOI領域、及び、より厚い埋め込み酸化物及び可変の厚さを有するSOI領域を局所的に有する可能性がある。
(4)埋め込み酸化物の2倍より大きな厚さを有するSOIを有する可能性がある。
例えば、厚い酸化物34a、34b(図1A)を含む領域は、微細な酸化物領域32a、32b、32cと交互に生じ、その他の酸化物領域232a、232bは、あらゆる酸化物がない、すなわち、バージンシリコン(図2A)の領域と交互に生じるように、文献FR−2847077には、表面構造を有するシリコンウエハを形成する可能性が開示されている。
文献FR−2847077に記述される例示の方法によれば、異なる厚さを有する絶縁領域または絶縁層(シリコン酸化物SiOの例が仮定される)32a、32b、32c、34a、34bは、第1半導体基板(シリコンの例が仮定される)30に形成される。様々な技術がこれらの絶縁領域を形成するために適用され得る。それらは、図3A及びそれ以降の図と共にさらに記述されるであろう。
それから、このような構造のウエハは、分子結合によってバージンシリコンウエハ40または酸化シリコンウエハに結合される。そのウエハの酸化物層47は、小さな厚さを有する。
より詳細には、第2の半導体基板40において、原子注入またはイオン注入が実行され、基板40の表面41に実質的に平行に伸びる薄層42を形成する。実際、それによって、層、脆化面または破砕面が形成され、基板40の容積内に、薄膜を形成するための下部領域45と基板40のバルクを形成する上部領域43を画定する。通常、この注入は、水素の注入であるが、他の種によっても実行され、例えば、H/Heの共注入を用いて実行される。
その結果、用意された基板30と40の両方は、その後、“ウエハ結合”タイプの技術または付着性タイプの接触、例えば分子付着や結合によって組み立てられる。これらの技術に関して、Q.Y.TongやU.Goseleらによって著された書籍“Semiconductor Wafer Bonding”(Science and Technology, Wiley Interscience Publications)が参照されてもよい。
この基板40の一部は、その後、脆化面42に沿って破砕が生成される処理によって取り外される。この技術の例は、A.J.Auberton−Herveらの論文“Why can Smart-Cut change the future of microelectronics ?”(International Journal of High Speed Electronics and Systems, Vol.10, No.1 (2000), p.131-146)に記述されている。
それによって、図1Bに従う半導体部品または要素、または、半導体構造物が形成される。
図2A、2Bに記載の他の実施形態によれば、第1基板は、絶縁領域(例えば、SiO)232a、232bがバルクシリコンの領域の傍に形成されたバルクの半導体基板(例えば、シリコン)230である。
第2基板240において、上述の層42と同様の脆化層242は、例えば水素イオンを用いた原子注入またはイオン注入によって形成される。この脆化層は、基板240の容積内で薄層245を画定する。
それによって、用意された基板230と240の両方は、その後、上述の技術(“ウエハ結合”、または、付着タイプの結合または接触、例えば分子付着)の1つを用いて組み立てられる。
次いで、これらの基板を組み立てる面241に対向する側に位置する基板240の部分は、図1Bに関連して既に記述されたように、除去または分離される。
その結果、半導体部品または要素、または、混合平面半導体構造物は、図2Bの構造物に従って形成され、絶縁領域232a、232b(ここでは、SiO)を交互(又は、あらゆる形態の並列または配置)に有する。この絶縁領域232a、232bは、互いに異なる厚さを有し、半導体またはバルクシリコン領域と異なる厚さを有する。
様々な電気部品は、その後、半導体ないしシリコンの表面層45、245、特に絶縁体またはシリコン酸化物領域の上に位置する層の部分に形成される。
文献FR2847077の教示に従って図1Aの基板30及び図2Aの基板230のような構造物を形成することは、図3A−3Eまたは図4A−4Cに記載された以下の段階を特に必要とする。
図3Aにおいて、シリコン酸化物領域532a、532bは、マスク531を介したLOCOS(Local Oxidation of Silicon)方法を用いた成長によって基板530に形成される。これらの領域は、パッドまたはストリップの形状、または、より複雑な形状を有する。
次いで、マスクは除去され(図3B)、シリコン酸化物領域532a、532bが残される。
次いで、化学機械的研磨(図3C)による平坦化段階が実行され、実際の基板のシリコンに並置される二酸化シリコン領域534a、534bを有する基板がもたらされる。この基板は、例えば、図2Aで使用されたものである。
ある代替案(図3D)によれば、この基板の表面酸化層533は、図3Bの構造物から形成され、次いで、表面酸化層535を残すために、その組立体は化学機械的研磨によって平坦化される(図3E)。
それによって数百ナノメートル(例えば、300nm)の層が除去され、異なる厚さを有する二酸化シリコン領域の並列を残す。このタイプの基板は、上記の図1Aに用いられる。
適用される他の方法は、図4A−4Cに示される。
図4Aでは、例えばドライエッチングによってシリコン基板630内にマスク634を介してトレンチ632a、632bがエッチングされる。
次いで、マスクが除去され(図4B)、その後、この基板は表面で熱酸化され、または、二酸化シリコン層が堆積され、二酸化シリコン層636が形成される。
その後、化学機械的研磨による平坦化段階(図4C)が実行され、実際の基板のシリコン633に並列な二酸化シリコン領域634a、634bを有する基板をもたらす。例えば、この基板は、図2Bに用いられたものである。
ある代替案(図4D)によれば、図4Bの組立体は、図4Cの場合よりも少なく平坦化され、二酸化シリコン層638を残す。それによってシリコン基板630の表面の異なる厚さの二酸化シリコン領域の並列が達成される。このタイプの基板は、上記の図1Aで用いられる。
纏めると、これらの技術は以下の段階を使用する。
−ウエハの局所酸化を視野に入れてマスク(例えば、窒化物)を形成する第1リソグラフィ段階、
−マスク(図3A)の開口領域を酸化するための第2段階と、もし必要であれば酸化熱処理によって他の領域を酸化する段階、
−化学機械的研磨技術によって表面トポロジーを減少させる第3段階。
この段階は、シリコンウエハの表面に、交互に微細な酸化物を有する領域と厚い酸化物を有する領域を得ようとするか、交互にバージンシリコンとシリコン酸化物を得ようとするかによる、形成される構造物に依存して停止される。
これらの方法のどちらが適用されるとしても、化学機械的研磨による薄膜化は必要とされ、それは重要な段階であることが分かる。
図5Aに示されるように、この段階は、ウエハの異なる点で厚さの均一性の欠如をもたらし、この厚さの均一性は、特に除去された厚さに比例する。
この問題は、図3Bまたは3Dや図4Bの基板のような基板が化学機械的研磨にさらされると直ぐに出くわす。
したがって、その厚さがシリコンウエハ全体にわたって、または、単にシリコンウエハの様々な点においてでさえ均一である微細な酸化物を有する領域が得られる、この薄膜化研磨技術を用いた動作条件を見出すことは困難である。
さらに、この化学機械的研磨段階は、2つの異なる材料に同時に実行される場合、例えば、図3Cまたは図4Cの構造物にそれぞれ至るように、図3Bまたは図4Bの基板の場合のようなシリコンとシリコン酸化物に同時に実行される場合に重要である。
実際、図5Bに示されるように、その表面に半導体を有する領域633とその表面に酸化物を有する領域634a、634bとの間に差異のある研磨(ディッシング)を避けることは細心の注意を要する。これらの異なる領域のレベルは均一ではない。図5Bでは、酸化物領域は、半導体材料領域に相対的に“リセス”される。化学機械的研磨は、SiOよりもSi上でより効果的であるので、半導体がシリコン及びシリコン酸化物SiOである場合に、“リセス”は、逆にシリコン上に得られる。
何れの場合においても、可能な分子結合に関して問題を引き起こすかもしれない表面をもたらす。
シリコン/シリコン酸化物SiOの系の場合において上述した問題は、他の半導体材料や他の絶縁材料でも引き起こされる。
したがって、図1Aのように可変の厚さの絶縁体か、図2Aのような交互の絶縁材料と半導体材料かを有し、後続の分子付着による結合に適合する、構造化された表面を有するこのような半導体材料ウエハを形成することには問題がある。
微細な絶縁領域の絶縁膜の厚さの均一性が正確であるべきであるということが明らかに求められる。
特に、その表面に交互のバージン半導体と絶縁体がある場合、トポロジーの最小値は、その表面(及び、それ故に、最小のディッシング、または、絶縁領域と半導体領域との間のレベルの差)に存在すべきである。
この問題は、図5A及び5Bに関連して上記で検討された問題を引き起こす化学機械的研磨の長い段階に頼らずにこのような構造物を製造することを提起する。
本発明は、マスクの除去前または除去中に、前記マスクを介して前記マスクの下部表面のレベルまで半導体材料からなる第1基板内に絶縁材料からなる少なくとも1つの第1領域を制御して形成することを含む半導体構造物の製造方法に関する。
この方法は、特に前記マスクの除去後において、化学機械的研磨による如何なる薄膜化段階も使用せず、したがって、それによれば所望の構造物が上述の平面性の問題に遭遇することなく得ることができる。
次いで、炭化水素タイプの汚染物及び粒子を除去するためには、表面洗浄で十分である。
前記絶縁体の形成は、前記マスクの下部表面のレベルまで前記絶縁材料を制御して成長し、それに続いて前記マスクを除去する段階を含んでもよい。
ある代替案によれば、前記絶縁膜の形成は、前記マスクの下部表面のレベルの上まで絶縁材料を制御して成長する段階を含んでもよい。
次いで、前記マスクの下部表面のレベルまで前記絶縁体の表面を戻すことができる。
ある代替案によれば、この表面上の残余の絶縁体層を維持するために、前記絶縁体の上部表面は、前記マスクの下部表面の上の中間レベルまで戻される。
この残余の層は、前記マスクの除去中に少なくとも部分的に除去されることができ、及び/又は、前記マスクを覆う表面層の除去中に少なくとも部分的に除去されることができる。
前記残余の層の除去または前記絶縁体の薄膜化は、化学エッチングによって実行されることができる。
前記基板は、前記表面に絶縁層をさらに含むことができ、前記絶縁層は、必要であれば、交互の導電領域及び/又は半導体領域及び/又は絶縁領域を形成するために、前記絶縁領域の成長または形成後に除去されることができる。
この絶縁体層は、例えば、1nmから50μmの厚さであり得る。
前記基板は、場合によっては、前記マスクの除去後に除去されない保護層で覆われる、例えばリサイドまたは金属からなる導電層を前記表面にさらに含んでもよい。
前記第1基板は、それによって前記半導体材料内にエッチングされた領域を形成する前記絶縁体の少なくとも一部が形成される前記領域内で予めエッチングされることができる。
前記半導体材料のエッチングされた領域は、例えば1nmから10μmの深さを有してもよい。
前記基板上に堆積された生じ得る層によれば、前記エッチングは、表面絶縁層及び/又は導電層、及び、場合によっては、この導電層に対する保護層をエッチングするものであってもよい。
前記マスクの除去は、好ましくは、前記絶縁材料に対して選択的に行われる。
この除去が選択的でない場合、既に上述したように前記マスクの下部表面のレベルの上の絶縁材料の過成長が起こりえ、次いで、過成長は、既に上述したように前記マスクの除去中に薄膜化段階によって、または、前記マスクを覆う表面を除去する段階によって補償される。
本発明は、前記基板の少なくとも1つの第2領域、または、絶縁層、導電層または前記基板の少なくとも1つの第2領域を覆うこのような導電層を保護する層を覆うマスクの下部表面のレベルより上まで、半導体基板の第1領域に前記マスクを介して絶縁体を形成し又は制御して成長し、前記マスクの下部表面によって画定される前記レベルまで前記絶縁体の上部表面を戻すために、前記マスクに対して相対的で選択的に前記絶縁体をエッチングし、及び、前記絶縁体に対して相対的で選択的に前記マスクをエッチングする、半導体部品の製造方法に関する。
前記絶縁体のエッチングは、前記マスクの下部表面によって画定された前記レベルの上に絶縁体の残余の層を残してもよい。
前記残余の層は、前記マスクを覆う表面層のエッチング中に少なくとも部分的に除去され、及び/又は、前記マスクのエッチング中に少なくとも部分的に除去される。
前記基板は、それによって前記半導体材料内にエッチングされた領域を形成する前記絶縁体の少なくとも一部が形成される前記領域内で予めエッチングされることができる。
前記半導体材料内にエッチングされた領域は、1nmから10μmの深さを有してもよい。
前記半導体材料は、シリコン、Si1−xGe(0≦x≦1)または他の半導体材料であり得る。
前記絶縁材料は、SiO、Al、AlN、SiON、Si、ダイヤモンド、HfO、または、高誘電率を有する誘電材料であり得る。
前記マスクは、窒化物であるSi、AlまたはAlNであり得る。
得られた部品は、特に分子付着によって、例えばそれ自体が半導体材料である、その表面に絶縁材料層、例えばSiOを含んでいる第2基板と組立てられることができる。
次に、例えば、多孔質材料の層を形成することによって、または、水素イオン及び場合によってはヘリウムイオンを注入することによって、または、粉砕、研磨またはエッチングによって、前記第1基板及び/又は前記第2基板を薄膜化する段階を進める。
両方の基板は、異なる導電性タイプであり得る。
前記第1基板及び/又は前記第2基板は、前記表面に少なくとも1つの第1導電領域と第2導電領域を含んでもよい。
特に、前記第2基板は、少なくとも1つの回路または表面部品部分を含んでもよい。
前記第1基板の材料は、導電領域及び/又は異なるドーピングを有する領域を含んでもよい。
前記マスクを介した前記絶縁体の形成は、少なくとも部分的に前記半導体基板の熱酸化を含み、場合によっては、絶縁体または酸化物の付加的な堆積を含んでもよい。
本発明による方法を繰り返すことによって、同一半導体基板内にいくつかの絶縁領域を形成することができ、これらの異なる領域は、異なる幾何学的特性及び/又は組成である。
第1に、本発明は、半導体構造物を清掃する方法に関し、この方法は、(a)半導体基板に第1絶縁領域を形成し、(b)次いで、前記同一基板に少なくとも1つの第2絶縁領域を形成することを含み、前記段階(a)及び(b)は、上述のような方法によって行われる。
段階(a)及び(b)は、異なるマスクを用いて行ってもよい。
少なくとも2つの前記形成された絶縁領域は、前記基板内に異なる深さ及び/又は幅を有し、及び/又は、異なる絶縁材料を有して形成される。
絶縁膜は、前記2つの基板の少なくとも一方に形成されることができる。
また、本発明は、半導体基板を含む半導体装置であって、前記基板に少なくとも1つの絶縁領域を有し、前記絶縁領域の表面は、±5nm未満の精度で前記半導体材料の表面と同一平面である半導体装置に関する。
また、本発明は、半導体基板を含む半導体装置であって、前記基板に少なくとも1つの絶縁領域を有し、前記絶縁領域の外側で前記基板上に導電層を有し、前記導電層は、場合によっては保護層で覆われ、前記絶縁領域の表面は、前記導電層の表面と同一平面であり、場合によっては前記保護層の表面と同一平面である半導体装置に関する。
前記導電層は、シリサイドまたは金属であり得る。
前記絶縁領域の表面は、±5nm未満の精度で、前記導電層の表面と同一平面であり、または、場合によって前記保護層の表面と同一平面であり得る。
絶縁材料を覆う層は、前記絶縁領域、及び、前記基板、前記導電層または前記導電層を覆う保護層を覆ってもよい。
前記半導体材料は、シリコンまたはSi1−xGe(0≦x≦1)であり得る。
前記絶縁領域の絶縁材料は、SiO、Al、AlN、SiON、Si、ダイヤモンド、HfO、高誘電率を有する誘電材料、及び/又は、これらの材料の少なくとも1を含む組み合わせであり得る。
図1Aから5Bは、周知の技術とこれらの技術によって引き起こされる問題を示す。図6Aから6J及び図7Aから7Dは、本発明による方法の段階を示す。図8Aから8H、図9Aから9Eは、本発明による他の方法の段階を示す。図10A及び10Bは、本発明の範囲内で使用できる、導電層を有する他のタイプの基板を示す。図11Aから11Eは、本発明の範囲内で使用できる、導電層と保護層を有する他のタイプの基板を示す。図12Aから12Cは、本発明による方法の別の段階を示す。図13A及び13Bは、本発明による、表面に絶縁層を有する部品を示す。図14は、本発明による、2つの異なる絶縁領域を有する部品を示す。図15Aから18Hは、本発明による例示の方法とこれらの例の代替案を示す。
図6Cから6Eは、本発明による方法の第1実施形態を示す。
マスク31を介してトレンチ34がエッチングされた半導体材料の基板30(図6C)から開始して、絶縁材料の表面がマスクと基板30の界面35に達するように、制御された方法で絶縁材料36の成長または形成がキャビティ34から行われる(図6D)。
次いで、半導体材料を保護する障壁層がこの絶縁体の成長または形成中に形成されてもよいが、マスク31が除去され、この材料30の表面と同一平面になってこの絶縁材料を残す(図6E)。両方の表面の位置合わせの精度は、後続の適切な分子結合に対応し、例えば、この精度は、±10nmまたは±5nm未満である。例えば、特にその表面が親水性にされる化学洗浄を経る場合には、混合Si/SiO表面では、それは、10nm(±5nm)より良好とされる。
それから、ウエハまたは基板30の表面は平坦であり、交互の半導体領域40、48と絶縁領域37が形成されている(図6E)。
次いで、例えば、それ自体が半導体材料、バージン材料または構造化された材料であるウエハとの分子付着による結合を視野に入れて、それによって構造化された半導体ウエハは、洗浄されてもよい。この基板の付着力は、例えば熱処理によって増強され、次いで、このウエハの少なくとも一方は、薄膜化されてもよい(薄膜化の例は、後に提供されるであろう)。
このような方法は、図1Aから5Bに関連して記述された従来技術の方法と著しく違って、組立前において如何なる研磨による薄膜化段階も必要としない。せいぜい、これは、以降で見られるように、分子結合を視野に入れて、例えば凹凸や表面粗さを抑制ないし減少するために若干の研磨が行われる程度である。
ある代替案によれば、この絶縁体36は、ここでも非常に良い精度を有してマスク31と基板30の界面35上の高さh(例えば、1nmとマスク31の厚さの間)に位置するレベル39(図6D)まで成長する。
次いで、制御された速度で好ましくはマスク31に対して選択的にエッチングが実施され、この絶縁体の表面は、±10nmないし±5nm未満の精度でマスク31−基板30の界面のレベル35、または、その付近まで戻されても良い。
次いで、例えば分子付着による結合を視野に入れて、マスクの除去(図6E)を行い、基板30の表面の洗浄を行う。
この半導体レベルより30nm高い上部絶縁体レベルを半導体のレベルに戻すために化学機械的研磨段階は必要とされない。
この絶縁体の成長と任意の食刻は、何れも速度を制御して行われる。
この成長または形成の速度は、例えば、0.1nm/minから5nm/minないし10nm/minである。
このエッチング速度は、例えば、0.01nm/minから数十nm/min、例えば50nm/minである。
この半導体基板30のトレンチ形成は、例えば窒化膜である膜32を堆積し、次いでこの膜をエッチングすることによって、バージン基板30(例えば、図6Aのシリコン基板)から行われることができる。
例えば、感光性樹脂がこの膜32の表面上に薄く塗られる。
次に、この樹脂のパターンがフォトリソグラフィによってこの膜32の表面に転写される。
フォトレジストの現像後、この膜32をエッチングし、所定のパターンを有するマスク31を形成するために、例えば反応性イオンエッチング(RIE)タイプのイオンエッチング段階が行われる。
続いて、例えばこのマスク31のパターンに従って再びイオンエッチングすることによって半導体ウエハ30自体がエッチングされる(図6C)。
本発明のある代替案によれば、この半導体ウエハ30はエッチングされない。図7Aの構造物(半導体基板30上に層32を有する。図6Aの基板と同一の基板である。)から開始し、層32をエッチングすることによってマスク31(図7B)を形成し、半導体基板をエッチングすることなしにマスク31(図7C)を通じて半導体ウエハ30を熱酸化することを進めることが可能である。この酸化は、マスク−半導体30の界面35より高いレベル39まで行ってもよい。次いで、マスク31の除去が進められる(図7D)。その結果、図6Eと同様の構造物が得られる。
その結果、ウエハないし基板30の表面は平坦であり、ここでも同様に非常に良好な精度(±10nmないし±5nm未満)を有する交互の半導体領域40、48と絶縁領域37(図6Eと同様の構造物であり図7D参照)が形成される。
それによって構造化されたウエハは、分子付着による結合を視野に入れて洗浄されてもよい。
ここで、より広くは本明細書において、洗浄とは、全体的または部分的に親水性または疎水性の表面を得ることを目的とするあらゆる表面処理を意味し、この処理は、熱処理、及び/又は、湿式、乾式またはプラズマ化学処理、または、CMP洗浄(“ディッシング”のあらゆるリスクなしに20nmまたは30nm未満の表面のミクロの粗さを軽減することを目的とする化学機械的研磨を意味する。この段階は、20nmないし30nmより大きな過剰な厚さを薄膜化することを目的としない。)によるものでさえも含む。
第1タイプの積層構造物を得るために、それによって構造化され洗浄されたウエハは、例えば第2ウエハ50に結合される。この第2ウエハは、例えば、分子結合を視野に入れて洗浄されたバージン半導体(図6F)である。これらのウエハの付着性を向上するために、この積層された構造物は、例えば熱処理にさらされる。
次いで、これらのウエハの一方は、所望の表面膜厚52を得るために薄膜化されることができる(図6G)。この構造物によれば、交互の垂直導電領域と絶縁体36を含む領域とを提供することができる(この層52がSiであり、この領域36がSiOであり、この基板30がSiである場合、SOI領域となる。)。
ある代替案によれば(図6I、6J)、図6Fの構造物から開始して、この基板30は薄膜化され、この構造物の部分30−2は、絶縁体36が形成される他の部分30−1を残して除去される。従って、そのようにされるのであれば、薄膜30−1の厚さは可変である。
他の代替案によれば、第2の積層構造物を得るために、図6Eまたは図7Dの構造化され洗浄されたウエハ30は、例えば表面に絶縁膜(例えば、SiO酸化物層62)を支持し、分子結合を視野に入れて洗浄された半導体である第2ウエハ60に結合される(図6H)。
この最後の手法では、この第2ウエハの絶縁膜、例えば酸化膜62は、有利には微小な厚さ、例えば数nmから50nmの厚さを有する。
これらのウエハの付着性を向上させるために、この積層された構造物は、例えば熱処理にさらされる。
次いで、これらのウエハの一方は薄膜化される。
薄膜化されるのがウエハ60の場合、可変の絶縁体厚さを有する交互の領域(この膜62の厚さとこの膜の厚さに領域36の厚さを加えた厚さの交互の領域)が得られる。
薄膜化されるのがこの構造化されたウエハ30の場合、可変の薄膜厚さ(図6Jの場合と同様)を有する交互の領域がさらに得られる。
意図する代替案のどちらの場合も、2つの結合されたウエハの一方の厚さの一部の減少は、例えば、以下の技術の1つによって達成される。
−機械的薄膜化、例えば粉砕タイプの機械的薄膜化、
−化学機械的研磨(繰り返しになるが、この段階はその表面を研磨するが、例えば20または30nmより大きな厚さの薄膜化ではない)、
−イオン及び/又は化学エッチングによる薄膜化、
−薄膜化されるウエハ内に埋め込まれた脆化領域の結合前における介入(多孔質領域のような、または、これらの基板の一方に、例えば水素イオンまたは水素−ヘリウム混合物であるガス種を注入することによって)、及び、この脆化領域のレベルでの破砕。
または、これらの技術の少なくとも2つのあらゆる組み合わせによって達成される。
図6Aから6Eまたは図7Aから7Dに関連する上記の方法では、この絶縁体を成長または形成する段階、または、この絶縁体を成長または形成し、続いてこの絶縁体をエッチングする段階は、そのマスク31を除去する段階より先に行われる。
しかしながら、図12Aに示されるように、この絶縁体36の成長は、そのマスク上に表面層311を形成することによってこのマスクの表面に影響するかもしれない。例えば、酸化によって行われる成長の場合には、この酸化は、このマスク31上に表面層311を形成するかもしれない。次いで、マスク31を除去するためにこの層311を除去することが求められる。それは、これらの2つの要素を除去する技術が一般に同一ではないからである。
しかし、このマスク311の表面の層311の除去によって、絶縁体36の一部が当然に除去される。
第1に、この絶縁体の成長中に、マスク31のレベルよりも高いレベル、すなわち図6Dまたは7Cの場合のような半導体基板界面(レベル39)に達するように後者の過成長または後者の成長を進める。
この層311の除去中に、絶縁体36の一部も除去され、その絶縁体の過剰な成長(この平面35上の高さh)は、この段階中に、この絶縁体の上部表面が、この基板−マスク界面35のレベルまで、または、マスク界面の付近まで戻されるように算定される。
この高さhの適応は、特に、この絶縁体の成長及びエッチング中に制御された速度の可制御性のために可能である。例えば、この層311は、その厚さに比例する時間にわたってHFを用いたエッチングによって除去される。この同一期間に、HFは、周知の速度でこの絶縁体36の厚さhをエッチングする(例えば、1%HFは、6nm/minの速度で熱酸化物であるSiOをエッチングする。)。
このレベル39までの絶縁体36の成長後、以下の段階が進められる。
(i)レベル39から第1の中間レベル391(図12A)までその表面を戻すために、例えばこの絶縁体36をエッチングすることによって除去する段階、
(ii)例えばエッチングによってこの層311と絶縁体の残っている高さhを除去する段階、
(iii)このマスクを除去する段階。
段階(i)と(ii)は、逆順序で起こり得る。すなわち、段階(ii)に続いて段階(i)が起こり得る。
このマスク31の除去は、この絶縁体36の一部の除去も引き起こす。
ここで再び、第一に、この絶縁体36の成長中に、半導体基板界面であるマスク31のレベルより高いレベルまで達するように、図6Dの場合のように(レベル39)、この後者の過成長、または、この後者の成長が進む。
このマスク31の除去中に、絶縁体36の一部も除去され、その絶縁体の過剰な成長(この平面35上の高さh)は、この段階中に、この絶縁体の上部表面が、この基板のレベルすなわちマスク界面35まで達するように算定される。
この高さhの適応は、特に、この絶縁体の成長及びエッチング中の制御された速度の可制御性のために可能である。例えば、160℃のHPO(燐酸)を用いて80nmのSiマスクを除去するために、4nmのSiO熱酸化物が消費される。
したがって、このレベル39までの絶縁体の成長後に、以下の段階が進められる。
(i)レベル39から中間レベル392(図12B)までその表面を戻すために、例えばこの絶縁体をエッチングすることによって除去する段階、
(ii)この絶縁体の表面をレベル392からレベル35まで戻すために、レベル392とレベル35の間に位置するこの絶縁体残留物を例えばエッチングによって除去しながら、このマスク31を排除または除去する段階。
両方の問題、すなわち、一方ではこの絶縁体の成長中にこのマスクに表面層311が形成されることと、他方ではこのマスクの除去でこの絶縁体36の一部が除去されることは、組み合わされることができる。次いで、この絶縁体36の過成長hは、この層311の除去とマスク31の除去で消費されるだろうこの絶縁体の厚さに従って適合される。
次いで、レベル39までのこの絶縁体36の成長後、以下の段階が進められる。
(i)レベル39から第1中間レベル393までその表面を戻すために、例えばこの絶縁体をエッチングすることによって除去し、それによって、残留厚さ(この絶縁体の初期の過厚さと比較して小さい)を残す段階、
(ii)それによって絶縁体の残留層を減少させる、レベル393から第2中間レベル394までその絶縁体の表面を戻す、例えばエッチングによるこの層311を除去する段階、
(iii)この第2中間レベル394とレベル35の間に位置するこの絶縁体残留物を例えばエッチングすることによって除去しながら、このマスク31の除去または排除する段階。
段階(i)と(ii)は、逆順序で起こり得る。すなわち、段階(ii)に続いて段階(i)が起こり得る。
図12Aから12Cに関連して上述された3つの場合において、この絶縁体は、層311の除去及び/又はこのマスクの除去中にこの絶縁体36がエッチングされることだけを考慮して、このレベル35上に初期的にレベル391、392、393までのみ成長される。次いで、段階(i)は抑制される。
使用されたこの成長方法及び除去方法によれば、この過成長の厚さは可変である。典型的には、Si窒化物マスク及びSiO絶縁体において、このレベル391、393は、例えば、約20nmであると算定され、このレベル392は、この界面35上で約5nmであると算定される。
できるだけこの方法を単純化し、この絶縁体の過成長を除去する一連の段階を制限するために、このマスク31は、この絶縁体36に対してエッチング選択性を有する材料で選択される。
好ましくは、この絶縁体のエッチング速度に対するこのマスクのエッチング速度の比は、2、5、10ないし100より大きい。160℃のHPOによるエッチングの場合、Siと絶縁体としての熱酸化物であるSiOにおいて、その比は20である。
ここで、この基板30の半導体材料としてシリコンを、絶縁材料36として熱酸化物である二酸化シリコンを、このマスク31の材料として窒化シリコンを例に考えてみる。この方法は、図6Eから6Jの1つである。
この例において窒化シリコンは都合が良い。なぜなら、それは、このマスクの下層の領域に対してシリコンの酸化に対する良好な障壁を形成するからである。例えば、この障壁効果を得るためには10nmで十分であろう。
従って、熱酸化物であるSiO36は、このシリコンのエッチングパターン中に形成される(図6D)。
熱酸化中に、酸素原子はシリコンの格子を貫通し、後者の膨張を引き起こす。この膨張によって、この酸化物の表面は、このマスク31の窒化物表面に近づくように形成される。
形成されたこの酸化物の高さは、酸化にさらされたシリコンの高さの約2倍である。
この酸化物の形成速度は制御されるので、形成されたこの酸化物の高さが、このシリコン30とこの窒化物マスク31の間の界面35のレベルに達すると、酸化物形成は停止されることができる。
ある代替案では(図6D)、この酸化物は、基板30−マスク31の界面上に形成される。それで、この酸化物の表面39は、このシリコン−窒化物の界面35上に位置する。これは、エッチングされた領域を単に満たすことによる場合の例であり、十分な高さの酸化物がエッチング深さで得られることができない。
次に、選択的な薄膜化方法は、次いで、この酸化物37の表面がこのシリコン−窒化物の界面35のレベルまたはその付近で停止されることができる制御された速度で使用される。
例えば、この薄膜化方法は、1%に希釈された弗酸による化学エッチングでありえ、SiO熱酸化物をエッチングする弗酸の速度は、このマスク31の窒化物をエッチングしない一方で、6ナノメートル/分のオーダーである。
より一般的には、0.01nm/minから数十nm/min、例えば、30nm/minないし50nm/minの速度を可能にする化学エッチングが使用されることができる。
この酸化物の表面がこのシリコン−窒化物の界面35まで戻される場合、例えば160℃でオルトリン酸を用いたエッチングを使用することによって、このマスク31は除去されることができる。このエッチングは、熱酸化物に対してほとんど活性ではないと考えられる(20より大きな選択性が測定された)。
この窒化物マスク31の表面がオルトリン酸によってエッチングされない代替案(特にこの表面がシリコンの酸化中に酸化される場合、図12Aの場合)では、弗酸ベースの溶液を用いた第1エッチングは、オルトリン酸を用いたエッチングの前に考慮されても良い。次いで、この酸化物の過厚さhは、シリコン/窒化物の界面35上に提供され、それに対応する過成長は、弗酸に基づくエッチングによって除去されるであろう。この酸化物の形成は、制御された速度で行われ、この過厚さは、それ自体も制御されている。
ある代替案では、オルトリン酸はシリコン酸化物36をエッチングする(例えば、異なる溶液温度または希釈)が、このシリコン−窒化物の界面35の上のこの酸化物の過厚さは、ここで再びこの酸化物36の形成速度を制御することによって得られ、それに対応する過厚さは、オルトリン酸を用いたエッチングによって除去されるであろう。
従って、より一般的には、このマスクの除去がこの絶縁体のエッチングまたは除去をもたらす場合において、この絶縁体の過厚さは達成されることができる。
この酸化物パッド36によって達成されたレベルが容易に制御されることができるように、酸化は、この熱酸化物が低速で形成されるような条件下で行われる。
例えば、酸化は、例えば、蒸気または水蒸気のような湿潤な雰囲気下で、例えば650℃から1150℃の温度、または、900℃から1000℃の温度で行われる。これらの条件下で、この酸化物は、このプロセスを完全に制御可能とする酸化温度に依存して約数十nm/minから数nm/minの速度で形成される。この速度は、950℃において約5nm/minである。それは、この酸化時間にさらに依存する。これらの速度におけるより明確な詳細については、半導体技術ハンドブック(編集者:W.C.O’Mara、ノイズ出版(1990))のような標準マイクロエレクトロニクス技術ハンドブックを参照することができる。
他の例によれば、酸化は、乾式酸化雰囲気で、低温、例えば700℃から800℃ないし700℃から1200℃で行われる。これらの条件下で、この酸化物は、約数十nm/minから数nm/minの速度で形成される。この処理は、例えば900℃で0.5nm/minのオーダーの速度で完全に制御可能である。
最後に、このウエハの表面は平らであり、交互のシリコン領域40、48及び熱酸化物領域37(図6E)で形成され、これらの表面間の位置合わせ精度は、±10nmまたは±5nm未満であり得る。それによって構造化されたシリコンウエハは、分子付着による結合を視野に入れて洗浄されてもよい。
“洗浄による”との意味は、既に上述されている。
第1タイプの積層構造物を得るために、それによって構造化され洗浄されたシリコンウエハは、いわゆる“部分シリコンオンインシュレーター”(PSOI)構造物を形成するために、例えば、分子結合を視野に入れて洗浄された第2ウエハ50のバージンシリコンに結合されることができる(図6F)。
第1結合方法では、これらのウエハは、露出されたシリコン領域を親水性にするために洗浄される。次いで、第2結合方法では、これらのウエハは、この表面に非常に微細な酸化物、典型的には2nm未満の酸化物を有する露出されたシリコン領域を親水性にするために洗浄される。これらのウエハの付着性を増加させるために、この積層された構造物は、例えば熱処理にさらされる。特に親水性表面結合の場合には、有利には、熱処理は、洗浄によって生成された非常に微細な酸化物膜を除去するために使用されることができる。
次に、これらのウエハの一方は、所定の厚さのシリコン表面膜52を得るために薄膜化されることができる(図6G)。この構造物によれば、垂直導電領域及びSOI領域を交互に位置することが可能である。
ある代替案(図6I、6J)によれば、薄膜化されるのは基板30であり、絶縁体36が形成された他の部分30−1を残してこの基板の部分30−2が除去される。したがって、可変厚さを有する薄膜30−1の繰り返しが得られる。
ある代替案によれば、第2タイプの積層構造物を得るために、この構造化され洗浄されたシリコンウエハは、いわゆる“マルチシリコンオンインシュレーター”(MSOI)構造物(図6H)を形成するために、例えば、酸化されたシリコン60(酸化物層62)の第2ウエハに結合され、分子結合を視野に入れて洗浄される。
この最後の手法では、この第2ウエハの酸化物膜62は、有利には、例えば数nm、例えば5nmから50nmである微細な厚さを有するであろう。
これらのウエハの付着性を増加するために、この積層された構造物は、例えば、熱処理にさらされる。
次いで、これらのウエハの一方は、薄膜化される。
薄膜化されるのがこの酸化されたシリコンウエハ60である場合、可変の酸化物厚さを有するSOI領域の繰り返し(この膜62の厚さと、この膜の厚さにこの領域36の厚さを加えた厚さとを繰り返す)が得られる。
さらに、薄膜化されるのがこの構造化されたシリコンウエハ30の場合、可変な薄膜厚さを有するSOI領域の繰り返し(図6Jの場合と同様に)が得られる。
これらの2つの結合されたウエハの一方の厚さの一部を減少させることは、例えば、上述の技術の1つによって達成される(機械的研磨、例えば、粉砕タイプの機械的研磨、及び/又は、非常に小さな厚さ(20nmまたは30nm未満)の化学機械的研磨、及び/又は、イオン及び/又は化学エッチングによる薄膜化、及び/又は、薄膜化されるウエハ内の組み込まれる脆化領域の介入とそれに続く破砕)。
上記の例では、SiO熱酸化物のみが使用される。熱酸化物をあるレベルまで形成することができ、及び/又は、例えばトレンチ34内にPECVDによって堆積される他の絶縁膜の堆積を行うことができる。
しかしながら、この場合、この他の絶縁体の薄膜は、このマスク上に堆積されることもでき、この場合、このマスク31の表面の予備的なCMPタイプの研磨を進めることができる。
本発明による第2実施形態が図8Aから8Eに関連して記述される。
絶縁層33で覆われ、トレンチ34がマスク31を介してエッチングされる半導体材料からなる基板30(図8C)から開始して、絶縁材料36の成長は、この材料の表面37がこのマスクとこの絶縁体33の間の界面41に達するように、例えば0.1nm/minから数nm/min、例えば5nm/minまたは10nm/minの速度範囲で制御された方法で達成される(図8D)。
次いで、このマスク31が除去され、分子結合に適合する誤差、例えば約5nm未満のディッシングを有して、この絶縁層33(図8E)の表面に同一平面であるこのトレンチの絶縁材料36を残す。
このウエハまたは基板30のこの表面は平面であり、交互の微細な絶縁領域70、78及び厚い絶縁領域37で形成される(図8E)。
次いで、それによって構造化された半導体ウエハは、例えば分子付着による結合を視野に入れて洗浄される。
それは、半導体材料、バージン材料または構造化された材料のウエハと組み合わされる。これらのウエハの付着は、例えば熱処理によって強化されることができ、次いで、これらの2つのウエハの少なくとも1つが薄膜化されることができる(薄膜化技術の例は上述されている)。
したがって、このような方法は、従来技術と違って化学機械的研磨による如何なる薄膜化段階も組立前に必要としない。せいぜい、これらのウエハの準備中に、分子結合による組立体に対して、若干の研磨が多くて20nmから30nmのオーダーの凹凸を除去するために行われることができる。しかし、この段階は、図5A及び5Bで議論された従来技術で遭遇する問題を引き起こす危険性はない。
ある代替案によれば、この絶縁体36は、このマスク31−絶縁体33の界面の高さhに位置するレベル39(図8D)まで成長する。
次に、このマスク31に対するエッチング、好ましくは選択的なエッチングは、制御された速度で行われ、この絶縁体の表面は、分子結合に適合する誤差、例えば約5nm未満のディッシングを有して、このマスク31−絶縁体33の界面のレベル41、またはその付近まで戻されることができる。
次いで、場合によって、例えば分子付着による結合を視野に入れてこの絶縁体33の表面を洗浄しながら、このマスクの除去が進められる(図8E)。繰り返して言うが、化学機械的研磨による薄膜段階は必要とされない。この得られた表面の均一性は、5%、4%ないし3%未満である。
絶縁体の成長及び場合によってはそのエッチングの何れも、例えば、既に上述されたように0.1nm/minから数nm/min、例えば5nm/minまたは10nm/minの間の制御された速度で行われる。
図8Cの構造物の製造は、以下の方法で行われる。
この膜または層32の堆積または形成前に、初期の絶縁膜331は、例えば、シリコンウエハの高温での熱酸化によってSiOの場合に得られる特定の厚さを有して形成される(図8A)。
このリソグラフィ段階中にこの画定されたパターンを転写するために、以下の段階はこの絶縁膜の存在を考慮して行われ、この絶縁膜はこの膜32のエッチング後でこの基板30のエッチング前(図8C)にエッチングされる(図8B)。
本発明のある代替案によれば、この半導体ウエハ30はエッチングされない。図9Aの構造物(半導体基板30上に層33、32を有する構造物である。図8Aのそれと同じ構造物である。)から開始して、この層33をエッチングすることなしに、この層32をエッチングすることによってこのマスク31(図9C)の形成が進められることができ、次いで、このマスク31(図9C)を介したこの半導体ウエハ30の熱酸化が進められることができる。この酸化は、このマスク−層33の界面41のレベルよりも高いレベル39まで起こる。次に、このレベル41またはその付近まで後者の表面を戻すためにこの絶縁体の過厚さをエッチングすることが進められ(図9D)、次いで、このマスク31の除去が進められる(図9E)。それで、図8Eのものと同様の構造体が同様の均一特性を有して得られる。
このウエハまたは基板30の表面は、平坦であり、交互の微細な絶縁領域70、78と厚い絶縁領域が形成されている(図8Eと同様の構造物である図9E参照)。
それによって構造化されたウエハは、分子付着による結合を視野に入れて洗浄されることができる。
洗浄という用語は、以上に既に説明されており、ここで同じ意味で繰り返される。特に、任意の化学機械的研磨は、従来技術(図5A、5B参照)によって提起された問題が生じるあらゆる危険なしに、20nmまたは30nmより大きい過厚さを薄膜化するためではなく、この表面のミクロ粗さを20nmまたは30nm未満に軽減するために行われることができる。
第1タイプの積層された構造物を得るために、それによって構造化され洗浄された基板は、例えばバージン半導体である第2ウエハ50に結合されることができ(図8F)、分子結合を視野に入れて洗浄されることもできる。これらのウエハの付着性を増加するために、この積層された構造物は、例えば熱処理にさらされる。
次いで、これらのウエハの一方は、薄膜化されることができ、例えば、このウエハ50は、所望の表面膜厚52を得るために平面51まで薄膜化される(図8F)。この構造物に関して、垂直導電領域及び絶縁体36を含む領域を交互に位置することができる(この層52がSiで、この絶縁体領域がSiOで、この基板30がSiの場合、SOI領域である)。
ある代替案(図8H)によれば、図8Fの構造物から薄膜化されるのは基板30であり、この基板の部分30−2が除去され、この絶縁体36が形成された他の部分30−1を残す。したがって、可変の厚さを有する薄膜30−1が得られる。
ある代替案によれば、第2タイプの積層された構造物を得るために、図8Eまたは9Eの構造化されたウエハ30は洗浄され、例えば、表面が酸化された半導体である第2ウエハ60(酸化物層62)に結合され(図8G)、また分子結合を視野に入れて洗浄される。
この最後の手法で、この第2ウエハの酸化物膜62は、有利には微細な厚さ、例えば数nmから50nmの厚さを有する。
これらのウエハの付着性を増加させるために、この積層された構造物は、例えば熱処理にさらされる。
次いで、これらのウエハの一方が薄膜化される。
薄膜化されるのがこのウエハ60である場合、可変の絶縁体厚さを有する領域の繰り返し(この膜62の厚さにこの層33の厚さを加えた厚さと、これの膜の両方の厚さに領域36の厚さを加えた厚さとを繰り返す)が得られる。
さらに、薄膜化されるのがこの構造化されたウエハ30の場合(参照符号30aは薄膜化平面を示す)、可変な薄膜厚さを有する領域の繰り返し(図6Jの場合と同様の方法で)が得られる。
これらの2つの結合されたウエハの一方の厚さの一部を減少させることは、例えば、上述の技術の1つ又は幾つかによって達成される(機械的研磨、及び/又は、化学機械的研磨(再び、この段階は、この表面のみを研磨し、例えば20または30nmより大きくは薄膜化しない)、イオン及び/又は化学エッチングによる薄膜化、結合前における薄膜化されるウエハ内の組み込まれる脆化領域の介入とこの脆化領域のこのレベルでの破砕)。
図12Aから12Cに関連して上述されたように、この絶縁体のさらなる成長は、この絶縁体の成長がこのマスクの表面に影響する場合、及び/又は、このマスクの除去がこの絶縁体36の部分の表面にもたらされる場合に適している。
ここで、再び、可能な限りこの方法を単純化し、この絶縁体の過成長を除去するための一連の段階を制限するために、このマスク31は、この絶縁体36に対して相対的にエッチング選択比を有する材料で選択される。
好ましくは、この絶縁体のエッチング速度に対するこのマスクのエッチング速度の比は、2、5、10ないし100より大きい。
ここで、この基板の半導体材料としてシリコン、この絶縁材料として二酸化シリコン、このマスク31の材料として窒化シリコンの例を考えてみる。
熱酸化物36は、この食刻パターン34で制御された速度で形成され(図8D)、酸素原子はこのシリコン格子に貫通し、後者の膨張を引き起こす。
この形成された酸化物の高さは、好ましくは、この酸化物の表面37が、この窒化物32と予め形成されたシリコン酸化物331との間の界面41に少なくとも相当するようなものである。
ある代替案では、この酸化物の高さはより大きいものであり得る。例えば、これは、このマスクのみがエッチングされた場合である。次いで、この酸化物の表面39は、初期の酸化物−窒化物の界面41上にあることが分かる(図8D)。次いで、選択的な薄膜化方法が用いられ、この酸化物の表面が初期の酸化物/窒化物の界面に十分に正確に位置される。例えば、この薄膜化方法は、1%に希釈された弗酸を用いた化学エッチングであり、窒化物をエッチングしない一方で、熱酸化物をエッチングするためのこの弗酸の速度は、6ナノメートル/分のオーダーである。
より一般的には、エッチングが使用されることができ、例えば、0.01nm/minから99nm/minの速度を可能にする化学エッチングが使用されることができる。
図6Aから6Eに関連して記述されたこの段階は、この別の方法で置換可能であり、この“窒化物/シリコン”界面は、“窒化物/初期の酸化物”界面に置き換えられることができる。
この酸化物の起こり得る過厚さの使用に加えて、上記で議論され、オルトリン酸及び任意の弗酸によるエッチングに関連する検討は、この熱酸化物条件と同様に有効である。
この窒化物除去段階の後、このウエハの表面は、初期的に形成された熱酸化物70、78であるそれほど厚くない領域とこの食刻されたパターンで形成された厚い熱酸化物の領域36とを交互に有して形成される。それによって構造化されたシリコンウエハは、分子付着による結合を視野に入れて洗浄される。
次いで、それは、例えばバージンシリコンウエハ50(図8F)または分子結合を視野に入れて洗浄された酸化されたシリコンウエハ60(図8G)に結合される。参照符号62は、このウエハ60の表面酸化物層を示す。このような方法で、構造物は、“マルチシリコンオンインシュレーター”(MSOI)領域と呼ばれる可変厚さの酸化物とSOI領域とを交互に有して得られる。
それは、図8Eで得られるように第2ウエハに結合されることもできる。ここで再び、MSOI構造物が得られる。
これらの2つのウエハの一方は、例えば、シリコン膜52、63(図8F、8G)を得るために薄膜化されることができる。
一般に、SiO及びシリコンに関連する上記の例を超えて、この方法の代替案によってPSOIを製造することができる。
実際、上記の第2方法(図8E)の最終段階で、このウエハは、薄い絶縁体領域70、78と平らな表面を有する厚い絶縁体領域36とを有して形成される。したがって、この薄い絶縁体領域70、78の厚さに相当する絶縁体厚さを除去した後に、この半導体材料30に達するためにこの表面を全体的にエッチングすることが可能である。この酸化物エッチングは、化学溶液、プラズマ、イオン照射のような様々な方法で行われることができる。エッチングのタイプは、この半導体のエッチング速度とこの絶縁膜のエッチング速度の差ができるだけ小さくなる(通常、エッチング速度の比は、2未満である)ように選択される。
SiO/シリコン対の場合、希釈されたHFに基づく溶液が可能であるが、このエッチングの停止を制御するには注意を要する。一方、NHOH/H/HOに基づく溶液は、2未満のエッチング速度比を有し、より好まれる。同様の方法で、イオン照射によるエッチングは、小さなエッチング速度差を有する。
組立中にこれらのウエハの付着性を向上するために、この積層された構造物は、例えば熱処理にさらされる。これらのウエハの一方は、シリコン表面膜の所望の厚さを得るために薄膜化される。
これらの2つの結合されたウエハの一方の厚さの一部を減少させることは、このシリコン表面膜の正確な厚さを得るために、及び、所望のMSOIまたはPSOI構造物を得るために、例えば上述の技術の1つ又はこれらの技術の少なくとも2つのあらゆる組み合わせよって達成される。
この得られた構造物は、この方法の様々な代替案の組み合わせに起因する。
この方法は、同じウエハ内に様々なドーピングを有する半導体ウエハを使用することができ、例えば、シリコンウエハは、他の領域がドーピングされない、又は、異なるドーピングを有する一方で、垂直導電領域(絶縁領域がない)においてp+ドーピングされることができる。図8Eの場合、微細な層70、78及び厚い領域36の下で、例えば異なるドーピングを有することができる。これは、例えば、このマスクの下の領域においてエッチングの前に得られることができ、この絶縁体36の下の領域においてエッチングの後に得られることができる。例えばnタイプのSiウエハ30及びpタイプのSiウエハ50、60である異なるドーピングを有する第1及び第2ウエハの組立体であり得る。
あるいは(図10A)、高い導電性を有する膜310がこのマスク31によって保護される領域内に形成されることができ、例えば、それは窒化物マスクによって保護された領域内のシリサイドまたは金属膜である。
例えば、シリサイドまたは金属膜310は、この窒化物膜31を堆積するために堆積されることができる。有利には、例えばシリサイドまたは金属からなり、これらのブリッジのベース(いわゆる、この基板の非エッチング領域)に局在化する高い伝導性を有するこの膜は、例えばこの酸化物である絶縁体をエッチングされたパターン内に形成するためのこの熱処理の温度に適合する。例えば、この薄膜310は、タングステンシリサイド膜(WSi)またはタングステン膜(それは、その後に、熱処理中に下層のシリコンと反応するであろう)である。
最後に、この構造物への図6Aから6Eの方法の適用は、この表面の構造化をもたらし(図10B)、交互の絶縁領域36と高い導電性の領域310−1、310−2を含む。これらの様々な領域は、±10nmまたは±5nm未満に非常に良好な制度で位置合わせされることができる。他の基板との組み合わせ段階は、図6Fから6Jに示されるように、このような構造物を用いて行われることができる。
ある特定の場合には、この高い導電性の膜310は、このマスク31を除去するために使用されるエッチング液(例えば、HPO)から保護されるであろう。この保護は、非常に微細な停止層410(例えば、SiOからなる)であり得る(その中で同一の又は類似の要素を示すために図10Aの他の参照符号を繰り返す図11Aを参照)。
後続の段階は、エッチングを行い(図11B)、絶縁体36を形成(成長または堆積)し(図11C)、このマスクを除去する(図11D)ために行われる。
例えば、SOIの埋め込み酸化物、及び、ほかの場所であるマイクロ波周波数用途における非常に抵抗性のある(例えば、1kΩ・cmより大きい抵抗率を有する)基板(例えばシリコン)の下のような埋め込み絶縁体の下に高い導電性を有する領域を有することによる利益がある得ることを注記する。このような場合、この高い導電性を有する領域310は、接地面に相当してもよい。
したがって、この段階を停止することができ、図11Dの部品は、この保護層410を除去することなしに使用されることができる。
この保護層410(図11E)がさらに除去される場合、図8E及び9Eの一方のような構造物が得られる(この絶縁領域36間の導電部分を有するが)。
次いで、図8Fから8Hのこの段階は、この構造物に適用されることができる。
上述の様々な例ではシリコンの例が与えられたが、本発明による方法は、この第1ウエハ30及び/又はこの第2ウエハ50、80、82においてシリコン以外の半導体に適用することができる。例えば、Si(1−x)Ge(x)(0≦x≦1)が挙げられるであろう。
この初期酸化物膜33の厚さは、1nmから数十マイクロメートル、例えば0.1または0.5μmであり得る。
この基板のエッチングされたパターン34の深さ(図6C及び8Cの“P”)は、数ナノメートルから数マイクロメートル、例えば5nmから2μmであり得る。図7Aから7D及び図9Aから9Eの場合は、この基板の如何なるエッチングもない実施形態を示すので、0である。
一般に、この絶縁体の制御された成長を形成するために、ある精度を有する深さpを知ることが求められる。
この深さが比較的小さい場合、ある手段を用いてそれは正確に測定されることができる(例えば、光学または機械的な表面形状測定装置または光学干渉計またはエリプソメーター)。
この深さが大きい場合、参照用にこのマスク31の上部平面を使用することができ、このマスクの厚さが正確に知られる(例えばエリプソメーターによって)。次いで、この絶縁体は、マスク−基板(図6Dまたは7C)またはマスク−絶縁体層(図8D及び9C)界面に相対的に引き上げられるレベル39まで形成される。それで、このマスクの表面とこの絶縁体の表面の間の高さの差は、上述された手段で測定可能な大きさのオーダーになる。
このパターン34の側方寸法(図6C及び8Cの“L”)は、通常、0.1μmから数ミリメートル例えば5mmの範囲である。
このエッチングされたパターン34の絶縁体36の厚さの適合は、このマスク31をエッチングせず(または、ほとんどせず)に、このエッチングされたパターンの絶縁体の選択的なエッチングを提供する様々な技術によって達成されることができる。例えば、SiOは1%HFでエッチングされ、それ故に、この酸でSiマスクをエッチングすることがない一方で、6nm/minのエッチング速度を有する。例えば反応性イオンエッチングが挙げられる。
この積層された構造物(52または30)のウエハの一方を薄膜化することによって得られる表面の半導体膜の厚さは、例えば、数ナノメートルから数十ミクロンであり、例えば、1nm、5nmから10μm、50μmまたは100μmの間である。
この構造化された表面を用意する段階の後に、このMOSIタイプの構造物の製造において、この微細な絶縁体は、結合される2つのウエハの少なくとも一方の上に形成(堆積、成長など)される。
この方法は、この窒化物の前に堆積された初期の絶縁体の微細な膜、及び/又は、この第2ウエハ上に形成された絶縁体の微細な薄膜、及び/又は、追加の段階で形成された絶縁体の微細な膜としての、図6Eに示されるような構造化されたウエハ上のシリコン酸化物であるSiO以外の絶縁体に容易に適合されることができる。例えば、Al、AlN、SiON、Si、ダイヤモンド、HfO、高誘電率k(マイクロエレクトニクスにおいて伝統的に高kと呼ばれる)を有するあらゆる誘電体、または、これらの材料の少なくとも1つを含むあらゆる組み合わせが挙げられる。
この方法は、この窒化物Si膜32以外の障壁膜を用いて使用されることができる。例えば、AlまたはAlN膜が使用されることができる。この絶縁体311に関する選択的な除去は、例えば、Alに対してはNHOH:H:HO溶液で化学エッチングすることによって、AlNに対してはTMAH(水酸化テトラメチルアンモニウム)溶液で化学エッチングすることによって行われるであろう。
この方法は、同一の第1基板に数回繰り返されることができる。それによって、SOI領域が埋め込まれた酸化物の様々な厚さを有して形成されることができる。
この方法及び様々な例示の実施形態において、分子結合を強化するための段階を適用することができる(この表面の特定の洗浄、または、プラズマ、特定の雰囲気での結合、または、熱処理などによる表面の活性化によって)。
この酸化物表面のミクロ粗さを改善するために化学機械的タイプの微細研磨(接触研磨)を実施することもできる。この処理は、酸化物表面のトポグラフィが大規模に復旧されることができる研磨による薄膜化方法に対抗されるような表面処理(1nmから30nmのオーダーのほんの少しの材料の除去)とみなされる。
上述の方法では、この絶縁体36の表面は、除去が行われることが必要とされる場合、この成長速度またはエッチング速度を制限することによって特に制御されることができる(マスク−半導体界面(図6D)、初期の絶縁体−マスク界面41(図7D)、または、導電膜−マスク界面(図10B)上のこの絶縁体レベル39の場合)。
例えば、特に偏光解析法のようなこの膜の厚さを測定するための光学技術を用いることによって、このパターン内に形成された絶縁体36の表面とこの界面の表面を正確に位置合わせすることがさらにできる。
何れの場合においても、本発明による方法は、化学機械的研磨による如何なる薄膜化も必要とせず、したがって、図5Aと5Bに関連して導入部で言及したリスクを抑制する。
化学機械的研磨は、接触されるこの表面の表面処理中に行われる。しかし、繰り返しになるが、この段階は、それから多くて数nm、20nmまたは30nmの起伏を有する特定の表面粗さを除去するために表面を研磨のみ行い、例えば20または30nmより大きな厚さで薄膜化しない。
本発明による方法によれば、例えば、表面に少なくとも1つの第1絶縁領域を有し、又は、この基板がこの層45のような層と組み合わされる場合には埋め込まれる絶縁領域、及び、表面に少なくとも1つの第2絶縁領域を有し、又は、この基板がこの層45のような層と組み合わされる場合には埋め込まれる絶縁領域を含む、図1Bのような半導体構造物を得ることが可能であり、この第1絶縁領域は、ゼロではない第1の好ましい均一な厚さを有し、この第2絶縁領域は、この第1の厚さとは異なるゼロではない第2の好ましい均一な厚さを有する。
本発明による方法によれば、同一基板内に3つ(またはそれ以上)の異なる絶縁体厚さを得ることができる。これについて、連続して堆積されるいくつかのマスクレベルを用いてこの方法を繰り返すことができる。この酸化物または絶縁体を形成し、次いで、局所的なエッチングによって局所的な酸化物の過厚さを取り扱うために、異なる深さを有するキャビティを形成することもできる。
本発明による方法によれば、例えば、表面に少なくとも1つの第1絶縁領域を有し、又は、この基板がゼロではない第1の好ましい均一な厚さを有するこの層245のような層と組み合わされる場合には埋め込まれる絶縁領域、及び、表面に少なくとも1つの第2半導体領域を有し、又は、この基板がこの層245のような層と組み合わされる場合には埋め込まれる絶縁領域を含む、図2Bのような半導体構造物を得ることが可能である。
この方法によれば、それが繰り返された場合、半導体領域に交互に同一基板内に2つの異なる厚さp及び/又は2つの異なる絶縁体幅Lを形成することができる。
他のタイプの絶縁体の領域が続く第1タイプの絶縁体の領域36が形成されることもできる。
図14は、絶縁領域36、36−1を有する半導体基板30を示し、それらの絶縁領域36、36−1は、幾何学的寸法(深さ及び/又は幅)及び/又はそれらを構成する材料の特性が異なる。
これらの異なる絶縁領域は、様々な絶縁領域を形成するために様々な段階で様々なマスクを用いて本発明による方法を繰り返すことによって得られる。
本発明による方法によれば、例えば、表面に少なくとも1つの第1絶縁領域を有し、又は、ゼロではない第1の好ましい均一な厚さを有して埋め込まれた絶縁領域、及び、表面に少なくとも1つの第2伝導領域を有し、又は、この第1の厚さとは異なる第2の好ましい均一な厚さを有して埋め込まれる絶縁領域を含む、図8Bのような半導体構造物を形成することが可能である。
検討された実施形態の何れも、上記の方法の何れかに従う部品の上に絶縁材料膜を形成することが可能である。例えば、図13A及び13Bでは、図6E及び8Eの構造物は、例えばAlNである、このような絶縁膜100を有して示される。他の基板を有する組立体の場合、このような膜は、この他の基板の表面に存在し得る。
本発明による部品が第2基板と組み立てられた場合(例えば、図6Fから6Jまたは図8Fから8H参照)、この第2基板50、60は、第1導電性を有する少なくとも1つの領域と、その表面に第2導電性を有する領域とを含むことができる。この基板30と組み合わせるための面となる少なくとも1つの回路または表面部品部分を含むこともできる。したがって、この第2基板も構造化されることができる。次いで、この第1基板との組み合わせは、両方の基板の位置合わせに適用することができる。
第2基板との組立中に、これらのウエハまたは基板の付着性を増加させるために、この積層された構造物は、熱処理にさらされることができる。さらに、この熱処理が高温で行われた場合(例えば、1100℃またはそれ以上)、極端に微細な残余酸化物がその結合表面で消失することを引き起こすかもしれない。この起こり得る界面酸化物の消失を容易にすることを視野に入れて、2つの組み立てられた基板ウエハ(例えばシリコン)間の結晶的な不整合をできるだけ最小化することが試みられる。
他の例示の実施形態は、以下に提供される。
(第1実験例)
この第1実験例において、この窒化物膜32は、プラズマ化学気相堆積(PECVD)技術または低圧化学気相堆積(LPCVD)技術によって堆積される。この薄膜は、80ナノメートルの厚さを有する(図6A)。このパターン34は、反応性イオンエッチング(RIE)タイプの方法を用いてこの窒化物及びシリコンにエッチングされ、このシリコン内に50ナノメートルの深さを有する(図6C)。
この熱酸化物36は、これらのパターン内に蒸気雰囲気下で900℃の熱処理によって得られる。その厚さは、100ナノメートルである。このエッチングされたパターン内に形成された酸化物の表面37は、この窒化物−シリコンの界面35のレベルにある。
それによって構造化されたウエハは、140℃のオルトリン酸による化学エッチングにさらされる。窒化物で覆われたこの領域は露出される。構造化されたウエハは、平坦であり、滑らかであり、後続の分子結合に適合している。
次いで、このウエハは、起こり得る炭化水素を抑制し、この粒子を除去し、表面親水性を生じさせるために洗浄される。
次いで、この第1の構造化されたウエハは、酸化シリコンの第2ウエハ60に結合され、この酸化物膜の厚さは20ナノメートルであり(図6H)、この第2ウエハは、同一の方法によって洗浄される。この積層された構造物は、1100℃のアルゴン雰囲気下で2時間熱処理にさらされる。次いで、例えばシリコン64を25マイクロメートルだけ残すために、この積層された構造物の第2シリコンウエハは、例えば粉砕技術によって薄膜化される。MSOIタイプの積層された構造物は、この方法で得られる。
この実験例の代替案は、このシリコンウエハに厚い絶縁体の領域を得るために行われることができる。この窒化物膜は、例えばLPCVDによって堆積される。窒化物膜の厚さは、後続の熱処理中に経験する厚さの減少に従って適合される(図12Aに関連して上述されたように)。例えば、それは、180nmの初期厚さを有するだろう。この代替案において、エッチングされたこのパターンは、1.5μmのシリコンエッチング深さを有する(図15A、15B)。
熱酸化は、1100℃で行われ、例えば、蒸気雰囲気で約3μmの酸化物を形成する(マイクロエレクトロニクスにおける標準的な蒸気タイプの方法)。この場合、この窒化物膜の厚さは、約110nmまで酸化によって減少される。形成した酸化物を除去する段階の後に、この酸化中に、ほんの約70nmの窒化物がその窒化物膜の表面から除去される。
このような場合、このパターンの端部で酸化物の重畳(オーバーラッピング)領域700が現れ、このマスク31(例えば窒化物マスク)の上部レベル701に対して相対的に局所的な酸化物の過厚さを構成する(図15C)。これらの重畳領域は、構造化された面の非常に低い表面密度を表す。他の場所で周知の技術による平坦化方法を用いることによって(例えば、「マイクロエレクトロニクス材料の化学機械的平坦化」(J.Steigerwaldら、John Wiley&Sons、New York)の酸化物の平坦化の章を参照)、これらの重畳領域は除去されることができる(図15D)。
この絶縁体の高さ(ここでは、SiO)、すなわち、その窒化物の下部のレベルまでそれを戻すためのこの酸化物のパターンの上部レベルは、この同じレベルに対して相対的にこの窒化物マスク31の除去中に除去されるだろう酸化物の若干の過厚さを残して(図15E)、化学エッチングによって低くされることができる(図15F)。次いで、この酸化物36の上部表面は、後者の除去中又は除去後に、このマスク31の下部表面のレベルまで達する。
以下の段階は、この窒化物マスクの除去から開始する前述の例の段階と同じである。
さらなる代替案(図16A)によれば、微細な酸化物層702は、マスクとして使用される窒化物膜31の下に導入される。この酸化物膜は、このシリコンウエハ30の初期の熱酸化によって形成されることができ、例えば、20nmの厚さを有することができる。続いてこのシリコン30のパターンが例えば1.5μmの深さを有してエッチングされるように、この酸化物膜は、例えばこの窒化物膜31のエッチングの直ぐ後にエッチングされる。このような代替案の方法によれば、図15Bから15Eに関連して上述された段階と同じ段階の後に、交互の微細な酸化物膜702(この代替案では20nm以下)で覆われた領域と厚い酸化物(この例では3μm以下)で覆われた領域36とを有する構造化されたウエハ(図16B)を最終的に得ることができる。繰り返しになるが、次いで、この後者の除去中または除去後にこの酸化物36の上部表面は、このマスク31の下部表面のレベルまで達する。
(第2実験例)
この第2実験例は、第1実験例の代替案である。
この構造化されたウエハは、酸化されていない第2のシリコンウエハ50に結合される(図6F)。この洗浄処理のために、自然酸化物膜が、この構造化されたウエハの露出されたシリコン領域40、48と第2のシリコンウエハ上に存在する。
例えば1100℃より高温で2時間の熱処理によれば、この酸化物は局所的に消失されることができる。この方法で、PSOIタイプの積層構造物が得られる。起こり得る界面酸化物の消失を容易にすることを視野に入れて、結合された両方のシリコンウエハ間の結晶的な不整合を最小化することをできるだけ行おうとする。
(第3実験例)
この第3実験例において、第1シリコンウエハ30は、20nmの厚さを有する酸化物膜33を形成するために、乾燥した酸素雰囲気下で900℃で熱酸化される(図8A)。窒化物膜32は、80nmの厚さを有してPECVDによって後者の上に堆積される。このパターン34は、RIE(反応性イオンエッチング)タイプの方法を用いてシリコン内にエッチングされ、シリコン内に50nmの深さを有する(図8C)。
この熱酸化物36は、蒸気雰囲気下で900℃の熱処理によってこれらのパターンに形成される。その厚さは、140nmである。このエッチングされたパターン内に形成された酸化物36の表面37は、窒化物が初期堆積されたシリコン酸化物界面41のレベルにある(図8D)。
それによって構造化されたウエハは、140℃のオルトリン酸による化学エッチングにさらされる。窒化物で覆われたこの領域はエッチングされる。
この構造化されたウエハの表面は、熱酸化物からなる(図8C)。それは、平坦で、滑らかで、後続の分子結合に適合している。次いで、このウエハは、生じうる炭化水素を抑制し、この粒子を除去し、表面親水性を得るために洗浄される。
次いで、この第1の構造化されたウエハ50は、同じ手段によって洗浄された酸化されていない第2のシリコンウエハに結合される(図8F)。この積層された構造物は、例えば1100℃のアルゴン雰囲気中で2時間熱処理にさらされる。次いで、この積層構造物の第2のシリコンウエハは、例えば、ほんの20マイクロメートルのシリコン52を残すように粉砕技術によって薄膜化される。この方法で、MSOIタイプの積層構造物が得られる。
図16A及び16Bに関連して上述された第1実験例の代替案は、この第3実験例の代替案でもある。
(第4実験例)
この第4実験例は、第3実験例の代替案である。
初期酸化物膜33の厚さは、10ナノメートルである(図8A)。窒化物膜の厚さとこのシリコン内にエッチングされたパターンの深さは、前述の実験例と同じである。
このパターン34内に形成された酸化物36は、120ナノメートルの厚さを有する。構造化されたこの第1のウエハの用意の終了は、実験例3と同じである。次いで、この第1ウエハは、第2の酸化シリコンウエハに結合され、この第2ウエハの酸化物の厚さは10ナノメートルであり、乾燥した酸素雰囲気下で900℃で熱酸化によって得られ、この第2ウエハは、同じ手順に従って洗浄される。
この積層された構造物は、例えば1100℃のアルゴン雰囲気下で2時間熱処理にさらされる。
次いで、この積層された構造物の第2シリコンウエハは、例えばほんの5マイクロメートルのシリコン52を残して粉砕技術によって薄膜化されることができる。この方法で、MSOIタイプの積層構造物が得られる(図8F)。
(第5実験例)
第4実験例の代替案である第5実験例において、この第2ウエハは、洗浄され、構造化された第1ウエハに結合される前に、例えば70keVのエネルギーで5×1016at/cmの投与量で水素イオンが注入される。
この積層された構造物が500℃の熱処理に30分間さらされると、破砕がこの第2ウエハにもたらされる。
0.5マイクロメーターに近い厚さを有するシリコン膜52が得られ、構造化された第1のウエハに分子結合によって一体にされる。
次いで、この積層された構造物は、分子結合を強固にするために、例えば1000℃より高い温度で熱処理にさらされる。このようにして、表面の微細なシリコン膜を有するMSOIタイプの積層構造物が得られる。
(第6実験例)
この第6実験例は、第3、第4または第5実験例の代替案である。20ナノメートルの酸化物膜33が第1ウエハ上に初期的に形成される(図8A)。80ナノメートルの厚さの窒化物膜32がこの酸化物上にPECVDで形成される。
パターン34は、このシリコン内に50ナノメートルの深さを有してこの第1ウエハ上でエッチングされる。
蒸気雰囲気での熱酸化処理によって、160ナノメートルの厚い酸化物36がエッチングされたパターン内に形成されることができる。
このパターン内に形成された酸化物の表面37は、初期の酸化物−窒化物の界面41よりも高い(約20ナノメートル高い)。
選択的なエッチングによれば、この窒化物の厚さを減少させることなく、このパターン内の酸化物厚さを減少させることができる。このエッチングは、1%に希釈された塩酸を用いたエッチングからなる。この酸化物のエッチング速度は、6ナノメートル/分のオーダーである。特に、この段階で、例えば偏光解析法のようなこの膜の厚さを測定する光学的測定技術によって、このパターン内に形成される酸化物36の表面とこの窒化物/初期酸化物の界面41は、正確に位置合わせされることができる。それで、平坦で滑らかな表面が得られ、後続の分子結合に適合する。
(第7実験例)
第1または第2実験例の代替案である第7実験例において、80ナノメートルの厚さの窒化物膜が第1シリコンウエハ上にPECVDによって形成される(図6A)。パターン34は、シリコン内に50ナノメートルの深さを有してこの第1ウエハにエッチングされる。蒸気雰囲気下の熱酸化処理によれば、このエッチングされたパターンに120ナノメートルの厚い酸化物36を形成することができる(図6D)。
このパターンに形成された酸化物の表面39は、このシリコン/窒化物の界面35よりも高い(約20ナノメートル高い)。選択的なエッチングによれば、この窒化物厚さを減少させることなく、パターンの酸化物厚さを減少させることができる。このエッチングは、1%に希釈された塩酸を用いたエッチングからなる。この酸化物エッチング速度は、6ナノメートル/分のオーダーである。特に、例えば偏光解析法のような膜の厚さを測定する光学的技術を使用して、この段階によれば、このパターン内に形成された酸化物の表面37とこの窒化物/初期酸化物の界面35を正確に位置合わせすることが可能になる。それで、平坦で滑らかな表面が得られ、後続の分子結合に適合する。
(第8実験例)
50ナノメートルの厚さの窒化物膜31が堆積されるシリコンウエハ30から開始する(図17A)。
例えばポジティブ膜である樹脂薄膜がその上に設けられ、次いで第1マスクを介して分離され、現像が行われ、それによってマスクは非分離樹脂で形成される。
エッチング(例えば、RIE)によれば、この樹脂マスクは、この窒化物膜に転写される。この残余の樹脂は除去される。
この窒化物マスク31を用いて、このシリコン30は、パターン34を形成するためにドライエッチング(例えばRIE)またはウェットエッチング(例えばTMAH)によって、例えば1.5μmの深さまでエッチングされる。
次いで、例えばシリカである分離膜703(図17B)は、例えばPECVD堆積技術またはLPCVD堆積技術によって1.6μmの厚さに堆積される。
次に、他の場所で知られた技術(上述の書籍の“シャロートレンチ分離”(274頁)を参照)によってカウンタマスク原理に基づくリソグラフィ技術を用いてこの窒化物領域31のベースにあるこのシリカ膜を除去する。従来、酸化物堆積の後、樹脂、例えばポジティブ樹脂は、この酸化物の上に設けられ、マスクを通して分離が形成される。このマスクは最初に使用された第1マスクに相補的であるので、このマスクはカウンタマスクと言われ、それにより、非分離重畳領域700が初期に形成されたパターン34の付近を画定することが可能になる。
この樹脂の現像の後、このパターンのベースに樹脂マスクが残っている。例えばドライエッチング(RIE)によれば、この樹脂マスクを用いて、重畳領域700を除いて窒化物で覆われた領域のベースの酸化物を抑制することができる(図17C)。
この酸化物重畳領域は、このマスク31(この実験例では窒化物マスク)の上部レベルまで相対的に堆積された局所的な過厚さの酸化物内にある。
この重畳領域は、構造化された表面の非常に低い表面密度を表す。これらの重畳領域は、他の場所で知られた技術による平坦化方法を用いて除去されることができる(例えば、上記の書籍の“酸化物平坦化”の章を参照)。次いで、これらのパターンのシリカ膜36の上部レベルは、この窒化物膜31の上部レベルの付近にある(図17D)。
化学エッチングによって、これらのパターンの酸化物の上部レベルは、この窒化物の除去中に除去されるだろう若干の酸化物の過厚さを残しながら、この窒化物31の下部レベルまで移動するために低減される(図17E)。例えば、この窒化物膜が50nmの厚さを有する場合、これは5nmの酸化物過厚さを残すだろう。例えば、窒化物31は、160℃のHPOで化学エッチングによって除去される。
この窒化物の除去後に、これらのパターン34の酸化物36の上部レベルは、この窒化物マスクの下にあるこのシリコン領域の上部レベルにある(図17F)。次いで、後者の除去中または除去後に、この酸化物36の上部表面は、このマスク31の下部表面のレベルに達する。
表面処理(CMPやプラズマなどによる化学エッチング及び表面活性化)は、後続の結合に適した表面を形成するために使用されることができる。次いで、このような構造化されたウエハは、例えばシリコンまたは酸化シリコンである、もう1つの基板に結合されることができる。
この例示の実施形態の代替案によれば、微細な酸化物層702(図17A)は、マスクとして使用されるこの窒化物膜31の下に導入される。
この酸化物膜は、このシリコンウエハの初期の熱酸化によって形成されることができ、例えば20nmの厚さを有してもよい。
これらのパターンがこのシリコン内で続いてエッチングされることができるように、例えば、酸化物膜はこの窒化物膜のエッチングの直後にエッチングされる。
このような代替案の方法によれば、図17Bから17Eに関連して上述された段階と同様の段階の後に、交互の微細な酸化物膜702(この実験例では20nm以下)で覆われた領域と厚い酸化物36(この実験例では1.5μm以下)で覆われた領域とを有する構造化されたウエハ(図17G)を最後に得ることができる。
(第9実験例)
約120nmの厚さを有する窒化物膜は、例えばLPCVDによってシリコンウエハの上に堆積される。
例えばポジティブ樹脂である樹脂の膜は、その上に設けられ、次いでマスクを介して絶縁され、現像が行われ、それによって非絶縁樹脂(図18A)を有するマスク31はシリコン基板30上に形成される。
この樹脂マスクは、ドライエッチング(例えば、RIE)によって窒化物膜に転写される。残っている樹脂が除去される。
この窒化物マスクを用いて、このシリコンは、例えばパターン34(図18A)を形成するためにドライエッチング(例えば、RIE)またはウェットエッチング(例えば、TMAH)の何れかによって、例えば1.5μmの深さまでエッチングされる。
次いで、2.5μmの厚さの第1のシリカ膜704は、PECVDまたはLPCVDによって堆積される(図18B)。
このシリカ膜は、平坦化を停止するパッドとしてこれらの窒化物領域を用いてこの窒化物領域31のベースで除去され、他の場所で知られた技術(既に上述された書籍の“酸化物平坦化”の章を参照)による平坦化方法によって良好な除去均一性を保持することが可能である。
次いで、この第1の平坦化段階の後、これらのパターン34の酸化物の上部レベル360が、80nmのオーダーの高さhのこの窒化物マスク31の上部レベルまで相対的に低下させられることが見られる(図18C)。
次いで、約0.25μmの厚さを有する第2シリカ膜705(図18D)は、例えばPECVDまたはLPCVDによって堆積される。
必要であれば、平坦化を停止するためのパッドとしてのこれらの窒化物領域を用いることによって各々の堆積/平坦化サイクルにおいて、厚い酸化物膜より厚い堆積量または薄い堆積量でこのような段階は1回または数回実行されることができる。
このシリカ膜は、平坦化を停止するパッドとしてのこれらの窒化物領域を用いることによってこの窒化物領域31のベースで除去される。例えば、前述と同じタイプの平坦化方法が使用される。
次いで、これらのパターンのこのシリカ膜の上部レベルは、この窒化物膜の上部レベルの付近にある(図18E)。
化学エッチングによれば、これらのパターンの酸化物の上部レベルは、この窒化物マスクの除去中に除去されるだろう若干の酸化物の過厚さを残すことによって(図18F)、この窒化物の下部レベルまでそれを移動するために低減される。例えば、窒化物膜が50nmの厚さを有する場合、これは、8nmの酸化物過厚さeを残すだろう。また例えば、この窒化物は、HPOの化学エッチングによって除去されることができる。
この窒化物の除去の後、これらのパターン34の酸化物36の上部レベルは、このシリコン領域の上部レベルにあり、それはこの窒化物膜31を明確に示す(図18G)。したがって、この酸化物36の上部表面は、この後者の除去中または除去後にこのマスク31の下部表面のレベルに達する。
表面処理(化学洗浄、CMPやプラズマなどによる表面活性化)は、後続の結合に適した表面を形成するために使用されることができる。次いで、このような構造化されたウエハは、例えばシリコンウエハである、表面が酸化された又は酸化されていない他のウエハに結合されることができ、それは、用途がPSOIまたはMSOI構造物のどちらに関連するかに依存する。
この例示の実施形態の代替案によれば、微細な酸化物膜702は、マスクとして使用されるこの窒化物膜31の下に導入される(図18A)。
この酸化物膜702は、このシリコンウエハの初期の熱酸化によって形成されることができ、例えば20nmの厚さを有してもよい。
この酸化物は、これらのパターンがこのシリコン内で続いてエッチングされることができるように、例えばこの窒化物膜をエッチングした直後にエッチングされる。
このような代替の方法によれば、図18Aから18Fに関連して上述された段階と同様の段階の後に、交互の微細な酸化物膜702(この実験例では20nm以下)で覆われた領域と厚い酸化物(この実験例では1.5μm以下)で覆われた領域とを有する構造化されたウエハ(図18H)を最後に得ることができる。
周知の技術とこれらの技術によって引き起こされる問題を示す図である。 周知の技術とこれらの技術によって引き起こされる問題を示す図である。 周知の技術とこれらの技術によって引き起こされる問題を示す図である。 周知の技術とこれらの技術によって引き起こされる問題を示す図である。 周知の技術とこれらの技術によって引き起こされる問題を示す図である。 周知の技術とこれらの技術によって引き起こされる問題を示す図である。 周知の技術とこれらの技術によって引き起こされる問題を示す図である。 周知の技術とこれらの技術によって引き起こされる問題を示す図である。 周知の技術とこれらの技術によって引き起こされる問題を示す図である。 周知の技術とこれらの技術によって引き起こされる問題を示す図である。 周知の技術とこれらの技術によって引き起こされる問題を示す図である。 周知の技術とこれらの技術によって引き起こされる問題を示す図である。 周知の技術とこれらの技術によって引き起こされる問題を示す図である。 周知の技術とこれらの技術によって引き起こされる問題を示す図である。 周知の技術とこれらの技術によって引き起こされる問題を示す図である。 本発明による方法の段階を示す図である。 本発明による方法の段階を示す図である。 本発明による方法の段階を示す図である。 本発明による方法の段階を示す図である。 本発明による方法の段階を示す図である。 本発明による方法の段階を示す図である。 本発明による方法の段階を示す図である。 本発明による方法の段階を示す図である。 本発明による方法の段階を示す図である。 本発明による方法の段階を示す図である。 本発明による方法の他の段階を示す図である。 本発明による方法の他の段階を示す図である。 本発明による方法の他の段階を示す図である。 本発明による方法の他の段階を示す図である。 本発明による他の方法のさらに他の段階を示す図である。 本発明による他の方法のさらに他の段階を示す図である。 本発明による他の方法のさらに他の段階を示す図である。 本発明による他の方法のさらに他の段階を示す図である。 本発明による他の方法のさらに他の段階を示す図である。 本発明による他の方法のさらに他の段階を示す図である。 本発明による他の方法のさらに他の段階を示す図である。 本発明による他の方法のさらに他の段階を示す図である。 本発明による他の方法のさらに他の段階を示す図である。 本発明による他の方法のさらに他の段階を示す図である。 本発明による他の方法のさらに他の段階を示す図である。 本発明による他の方法のさらに他の段階を示す図である。 本発明による他の方法のさらに他の段階を示す図である。 本発明の範囲内で使用できる、導電層を有する他のタイプの基板を示す図である。 本発明の範囲内で使用できる、導電層を有する他のタイプの基板を示す図である。 本発明の範囲内で使用できる、導電層と保護層を有する他のタイプの基板を示す図である。 本発明の範囲内で使用できる、導電層と保護層を有する他のタイプの基板を示す図である。 本発明の範囲内で使用できる、導電層と保護層を有する他のタイプの基板を示す図である。 本発明の範囲内で使用できる、導電層と保護層を有する他のタイプの基板を示す図である。 本発明の範囲内で使用できる、導電層と保護層を有する他のタイプの基板を示す図である。 本発明による方法の別の段階を示す図である。 本発明による方法の別の段階を示す図である。 本発明による方法の別の段階を示す図である。 本発明による、表面に絶縁層を有する部品を示す図である。 本発明による、表面に絶縁層を有する部品を示す図である。 本発明による、2つの異なる絶縁領域を有する部品を示す図である。 本発明による例示の方法とこれらの例の代替案を示す図である。 本発明による例示の方法とこれらの例の代替案を示す図である。 本発明による例示の方法とこれらの例の代替案を示す図である。 本発明による例示の方法とこれらの例の代替案を示す図である。 本発明による例示の方法とこれらの例の代替案を示す図である。 本発明による例示の方法とこれらの例の代替案を示す図である。 本発明による例示の方法とこれらの例の代替案を示す図である。 本発明による例示の方法とこれらの例の代替案を示す図である。 本発明による例示の方法とこれらの例の代替案を示す図である。 本発明による例示の方法とこれらの例の代替案を示す図である。 本発明による例示の方法とこれらの例の代替案を示す図である。 本発明による例示の方法とこれらの例の代替案を示す図である。 本発明による例示の方法とこれらの例の代替案を示す図である。 本発明による例示の方法とこれらの例の代替案を示す図である。 本発明による例示の方法とこれらの例の代替案を示す図である。 本発明による例示の方法とこれらの例の代替案を示す図である。 本発明による例示の方法とこれらの例の代替案を示す図である。 本発明による例示の方法とこれらの例の代替案を示す図である。 本発明による例示の方法とこれらの例の代替案を示す図である。 本発明による例示の方法とこれらの例の代替案を示す図である。 本発明による例示の方法とこれらの例の代替案を示す図である。 本発明による例示の方法とこれらの例の代替案を示す図である。 本発明による例示の方法とこれらの例の代替案を示す図である。
符号の説明
30 基板
31 マスク
32 窒化膜
34 トレンチ
35 下部表面
36 絶縁材料
50 基板
60 基板
62 酸化膜

Claims (57)

  1. マスクの除去前または除去中に、前記マスク(31)を介して前記マスクの下部表面(35、41)のレベルまで半導体材料からなる第1基板(30)内に絶縁材料(36)からなる少なくとも1つの第1領域を制御して形成することを含む、半導体構造物の製造方法。
  2. 前記絶縁材料の形成は、前記マスクの下部表面のレベル(35)まで前記絶縁材料を制御して成長し、それに続いて前記マスクを除去する段階を含む、請求項1に記載の方法。
  3. 前記絶縁体の形成は、
    (a1)前記マスクの下部表面(35)のレベルの上まで絶縁材料を制御して成長する副段階と、
    (a2)前記マスクの下部表面のレベル(35)まで前記絶縁材料を戻すために前記絶縁材料を選択的に薄膜化する副段階と、
    を含む、請求項1に記載の方法。
  4. 前記絶縁体の形成は、
    (a1)前記マスクの下部表面(35)のレベルの上まで絶縁材料を制御して成長する副段階と、
    (a2)前記マスクの下部表面(35)よりも高いレベル(391、394、394)まで前記絶縁材料を戻すために前記絶縁材料を選択的に薄膜化する副段階であって、それによってこの表面上に残余の絶縁体層を保持する副段階と、
    を含む、請求項1に記載の方法。
  5. 前記残余の層は、前記マスクの除去中に少なくとも部分的に除去される、請求項4に記載の方法。
  6. 前記残余の層は、前記副段階(a1)において、前記マスク(31)上に形成される表面層(311)の除去中に少なくとも部分的に除去される、請求項4または5に記載の方法。
  7. 前記段階(a2)は、化学エッチングによって実行される、請求項3から6の何れか一項に記載の方法。
  8. 前記副段階(a1)は、前記マスク(31)の上部表面(701)上に絶縁材料(700、703、704、705)を制御して成長する段階である、請求項3から7の何れか一項に記載の方法。
  9. 前記マスク(31)のベースにある前記絶縁材料の少なくとも一部の除去は、少なくとも1つの重畳領域(700)を残す、請求項8に記載の方法。
  10. 前記マスク(31)のベースにある前記絶縁材料の少なくとも一部の除去は、均一であり、前記マスクの少なくとも一部は、この除去中(図18E)に停止領域として使用される、請求項8に記載の方法。
  11. 前記副段階(a1)は、前記マスク(31)の上部表面(701)上に重畳領域(700)を成長するための副段階を含む、請求項8に記載の方法。
  12. 前記重畳領域(700)の除去をさらに含む、請求項9または11に記載の方法。
  13. 前記基板は、前記表面に絶縁層(33、702)をさらに含む、請求項1から12の何れか一項に記載の方法。
  14. 半導体領域と絶縁領域との交互の領域を形成するために前記絶縁体層を抑制する段階をさらに含む、請求項13に記載の方法。
  15. 前記絶縁体層(33)は、1nmから0.5μmの厚さを有する、請求項13または14に記載の方法。
  16. 前記基板は、前記表面に導電層(310)をさらに含む、請求項1から15の何れか一項に記載の方法。
  17. 前記導電層は、シリサイド、金属またはドーピングされたシリコンである、請求項16に記載の方法。
  18. 前記導電層は、保護層(410)で覆われる、請求項16または17に記載の方法。
  19. 前記保護層(410)は、前記マスク(31)の除去後に除去されない、請求項19に記載の方法。
  20. 前記マスク(31)を介して半導体材料からなる前記第1基板(30)をエッチングし、前記半導体材料、及び、場合によっては前記絶縁体表面層(33)、または、場合によっては前記導電層(310)及びその保護層(410)に、少なくとも1つのエッチングされた領域(34)を形成することを含み、
    前記絶縁材料は、少なくとも前記エッチングされた領域に形成される、請求項1から19の何れか一項に記載の方法。
  21. 前記エッチングされた領域(34)は、前記第1半導体材料に1nmから10μmの深さを有する、請求項20に記載の方法。
  22. 前記マスクの除去は、前記絶縁材料に対して相対的で選択的に実行される、請求項1から21に記載の方法。
  23. 前記基板(30)の少なくとも1つの第2領域、または、絶縁層(33)、導電層(310)または前記基板の少なくとも1つの第2領域を覆う導電層(310)の保護層(410)を覆うマスク(31)の下部表面のレベル(35)より上まで、半導体基板(30)の第1領域に前記マスクを介して絶縁体(36)を形成し又は制御して成長し、
    前記マスクの下部表面によって画定される前記レベル(35)まで前記絶縁体の他の表面(39)を戻すために、前記マスクに対して相対的で選択的に前記絶縁体をエッチングし、及び、前記絶縁体に対して相対的で選択的に前記マスクをエッチングする、半導体部品の製造方法。
  24. 前記絶縁体をエッチングする段階は、前記マスク(31)の下部表面によって画定された前記レベル(35)の上に残余の絶縁体を残す、請求項23に記載の方法。
  25. 前記残余の層は、前記マスクを覆う表面層(311)のエッチング中に少なくとも部分的に除去され、及び/又は、前記マスクのエッチング中に少なくとも部分的に除去される、請求項24に記載の方法。
  26. 前記基板の第1領域のエッチング(34)を含む、請求項23から25の何れか一項に記載の方法。
  27. 前記エッチングされた領域(34)は、前記基板に1nmから10μmの深さを有する、請求項26に記載の方法。
  28. 前記半導体材料は、シリコンまたはSi1−xGe(0≦x≦1)である、請求項1から27の何れか一項に記載の方法。
  29. 前記絶縁材料は、SiO、Al、AlN、SiON、Si、ダイヤモンド、HfO、または、高誘電率を有する誘電材料である、請求項1から28の何れか一項に記載の方法。
  30. 前記マスクは、Si、AlまたはAlNである、請求項1から29の何れか一項に記載の方法。
  31. 第2基板(50、60)を用いた組立段階をさらに含む、請求項1から30の何れか一項に記載の方法。
  32. 前記組立は、分子付着によって行われる、請求項31に記載の方法。
  33. 前記第2基板は、第2半導体材料である、請求項31または32に記載の方法。
  34. 前記第2基板は、前記第2半導体材料上に絶縁体層(62)をさらに含む、請求項33に記載の方法。
  35. 前記第1基板は、第1導電型の少なくとも1つの領域を有し、前記第2基板は、それと反対の導電型の少なくとも1つの領域を有する、請求項33または34に記載の方法。
  36. 前記第1基板及び/又は第2基板を薄膜化する段階をさらに含む、請求項31から35の何れか一項に記載の方法。
  37. 前記基板の一方または両方を薄膜化する段階は、脆化層または脆化領域を形成することによって実行される、請求項36に記載の方法。
  38. 前記脆化層または前記脆化領域は、多孔質のシリコン層によって形成される、請求項37に記載の方法。
  39. 前記脆化層または前記脆化領域の形成は、前記第1基板または前記第2基板にイオンを注入することによって行われる、請求項38に記載の方法。
  40. 前記注入されるイオンは、水素イオン、または、水素イオンとヘリウムイオンの混合物である、請求項39に記載の方法。
  41. 前記薄膜化段階は、研磨またはエッチングによって行われる、請求項40に記載の方法。
  42. 前記第1基板及び/又は第2基板は、前記表面に少なくとも1つの第1導電領域と第2導電領域を含む、請求項31から41の何れか一項に記載の方法。
  43. 前記第2基板は、少なくとも1つの表面回路または部品部分を含む、請求項33から42の何れか一項に記載の方法。
  44. 前記第1基板の材料は、異なるドーピングを有する領域を含む、請求項1から43の何れか一項に記載の方法。
  45. 前記マスクを介した前記絶縁体の形成は、少なくとも部分的に前記半導体基板の熱酸化を含む、請求項1から44の何れか一項に記載の方法。
  46. 絶縁体または酸化物の堆積をさらに含む、請求項45に記載の方法。
  47. (a)半導体基板に第1絶縁領域を形成し、
    (b)次いで、前記同一基板に少なくとも1つの第2絶縁領域を形成することを含み、
    前記段階(a)及び(b)は、請求項1から45の何れか一項に記載の方法によって行われる、半導体構造物の製造方法。
  48. 前記段階(a)及び(b)は、異なるマスクを用いて行われる、請求項47に記載の方法。
  49. 少なくとも2つの前記形成された絶縁領域は、前記基板内に異なる深さ及び/又は幅を有し、及び/又は、異なる絶縁材料を有して形成される、請求項47または48に記載の方法。
  50. 絶縁膜(100)は、前記2つの基板の少なくとも一方に形成される、請求項1から49の何れか一項に記載の方法。
  51. 半導体基板(30)を含む半導体装置であって、前記基板に少なくとも1つの絶縁領域(36)を有し、前記絶縁領域の表面は、±5nm未満の精度で前記半導体材料の表面と同一平面である半導体装置。
  52. 半導体基板(30)を含む半導体装置であって、前記基板に少なくとも1つの絶縁領域(36)を有し、前記絶縁領域の外側で前記基板上に導電層(310−1、310−2)を有し、前記導電層は、場合によっては保護層(410)で覆われ、前記絶縁領域の表面は、前記導電層(310)の表面と同一平面であり、場合によっては前記保護層(410)の表面と同一平面である半導体装置。
  53. 前記導電層は、シリサイド、金属またはドーピングされたシリコンである、請求項52に記載の半導体装置。
  54. 前記絶縁領域の表面は、±5nm未満の精度で、前記導電層(310)の表面と同一平面であり、または、場合によって前記保護層(410)の表面と同一平面である、請求項52または53に記載の半導体装置。
  55. 前記絶縁領域、及び、前記基板、前記導電層(310−1、310−2)または前記導電層を覆う保護層(410)を覆う絶縁材料の層をさらに含む、請求項52から54の何れか一項に記載の半導体装置。
  56. 前記半導体材料は、シリコンまたはSi1−xGe(0≦x≦1)である、請求項51から55の何れか一項に記載の半導体装置。
  57. 前記絶縁領域の絶縁材料は、SiO、Al、AlN、SiON、Si、ダイヤモンド、HfO、または、高誘電率を有する誘電材料である、請求項51から56の何れか一項に記載の半導体装置。
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