JP2012114376A - Ｓｏｉ基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＳＯＩ基板において、簡易な方法で活性層基板にゲッタリングサイトを形成し当該サイトにてゲッタリング機能を持たせたＳＯＩ基板の製造方法を提供する。
【解決手段】活性層基板１１と支持基板１３とが貼り合わさったＳＯＩ基板１の製造方法である。上記製造方法は、支持基板１３と貼り合わせる側の活性層基板１１の主面にホールを形成するホール形成工程と、活性層基板１１の貼り合わせ面側にＳｉ１２を成長させるＳｉ成長工程と、ＢＯＸ酸化膜を有する支持基板１３の当該ＢＯＸ酸化膜と活性層基板１１のホールが形成されている主面とを熱処理により貼り合わせる貼り合わせ熱処理工程とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＳＯＩ基板の製造方法に関し、より特定的には半導体集積回路装置等に用いられる薄い活性層基板を有するＳＯＩ基板に関する。

近年、単結晶Ｓｉ（シリコン）基板にＳｉＯ₂の絶縁膜を介して素子形成のための単結晶Ｓｉ層を設けたＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板が注目されている。

通常、ＳＯＩ基板は、Ｓｉ基板中に酸素を注入したり、表面を酸化したＳｉ基板を貼り合わせたりするなどの方法によって製造される。しかしながら、製造工程においてＳｉ基板中に侵入した重金属によって半導体素子のＰＮ接合がリークするといったことがある。より具体的には、例えば、半導体集積回路装置などの製造工程において、ＳＯＩ基板のＳｉ基板中に侵入するＦｅ、Ｃｕ、Ｐｔ等の金属原子によって、半導体素子のＰＮ接合リークや耐圧の劣化が生じ、ＳＯＩ基板を用いた半導体集積回路装置の信頼度の低下や製造歩留まりの低下が引き起こされるからである。

このような問題に対して例えば特許文献１に開示されている技術がある。

特開平０６−０６１２３５号公報

上記特許文献１に開示されている技術は、ＳＯＩ基板において、貼り合わせ面側に不純物による高濃度埋め込み拡散層を形成し、当該拡散層にゲッタリング機能を持たせ、上記金属原子などによる金属汚染の影響を取り除くものである。

ここで、図５を参照してＳＯＩ基板の従来の製造方法を説明する。図５は、ＳＯＩ基板の従来の製造方法を説明するための図である。まず、図５の（ａ）に示すように、厚さ７５０ｕｍ程度のＳｉ基板３１の片面にイオンを注入し、図５の（ｂ）に示すように埋め込み拡散層３２を形成し、その部分においてゲッタリング機能を持たせる。なお、Ｓｉ基板３１の片面に埋め込み拡散層３２が形成された基板のことを特に活性層基板３３（活性層シリコンウェハ、活性層と称すこともある）と称す。

一方、Ｓｉ基板３４の片面に酸化層３５（ＢＯＸ酸化膜と称すこともある）を形成した支持基板３６（支持側シリコンウェハ、単に下層と称すこともある）を製造する。そして、図５の（ｂ）に示すように、活性層基板３３と支持基板３６とを貼り合わせる。

その後、活性層基板３３を所望の厚さに研削、研磨を行うことによって、図５の（ｃ）に示すようなＳＯＩ基板３が作製される。

なお、一般的には、図５の（ｃ）に示したＳＯＩ基板３における活性層基板３３の厚さは１２ｕｍ程度であり、そのうち埋め込み拡散層３２の厚さは１．５ｕｍ程度であり、酸化層３５の厚さは１ｕｍ程度である。

ところで、活性層基板３３の厚さを薄くすることで、高耐圧が得られたり、トレンチ素子の分離加工が容易になったりするといったことが知られているが、図５に示した製造方法では問題が生じることがある。ここで、例えば、活性層基板３３の厚さを約１２ｕｍから約１．６ｕｍまで薄くしたＳＯＩ基板を作製する場合を仮に想定する。

この場合、活性層基板３３の厚さを薄くすると、当該活性層基板３３が薄いため、埋め込み拡散層３２からの不純物が、素子形成時の熱プロセスによって素子形成領域（例えば、活性層基板３３の上層）に拡散してしまう。そして、結果として埋め込み拡散層３２によるゲッタリング機能を担保できないとう問題が生じる。

また一方で、不純物として電気的に不活性なＣ（カーボン）、Ａｒ（アルゴン）などを用いて埋め込み拡散層３２を形成することで、当該埋め込み拡散層３２にゲッタリング機能を持たせることも可能である。しかしながら、Ｃ（カーボン）、Ａｒ（アルゴン）などをＳｉ基板３１に注入する際に、素子形成領域（例えば、活性層基板３３の上層）にダメージを与えたり、Ｃ（カーボン）、Ａｒ（アルゴン）が素子形成領域にまで拡散したりして、欠陥等の原因となることもある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ＳＯＩ基板において、活性層基板を薄くしたために生じる、ゲッタリングサイトにおいて充分なゲッタリング機能を持たすことが難しいといった問題に対して、簡易な方法で活性層基板にゲッタリングサイトを形成し当該サイトにてゲッタリング機能を持たせたＳＯＩ基板の製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。すなわち第１の発明は、活性層基板と支持基板とが貼り合わさったＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板の製造方法である。上記製造方法は、支持基板と貼り合わせる側の活性層基板の主面にホールを形成するホール形成工程と、活性層基板の貼り合わせ面側にＳｉ（シリコン）を成長させるＳｉ成長工程と、ＢＯＸ酸化膜を有する支持基板の当該ＢＯＸ酸化膜と活性層基板のホールが形成されている主面とを熱処理により貼り合わせる貼り合わせ熱処理工程とを備える。

第２の発明は、上記第１の発明において、上記Ｓｉ成長工程は、Ｓｉエピタキシャル成長方法によりＳｉを成長させることを特徴とする。

第３の発明は、上記第１の発明において、上記Ｓｉ成長工程において成長させるＳｉはアモルファスＳｉであることを特徴とする。

本発明によれば、ＳＯＩ基板において、活性層基板を薄くしたために生じる、ゲッタリングサイトにおいて充分なゲッタリング機能を持たすことが難しいといった問題を解決することができる。すなわち、活性層基板を薄くしたとしても、簡易な方法で活性層基板にゲッタリングサイトを形成し当該サイトにてゲッタリング機能を持たせたＳＯＩ基板の製造方法を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係るＳＯＩ基板の製造工程の一例を示した図 図１の（ａ）の破線で示した箇所を例に図１の（ｂ）におけるホール形成工程の一例を示した図 ホールＨＬ内がＳｉ結晶で満たされる様子を示した図 図１の（ｆ）の貼り合わせ熱処理を説明するための図 ＳＯＩ基板の従来の製造方法を説明するための図

（第１の実施形態）
以下、図面を参照しつつ、本発明の第１の実施形態に係るＳＯＩ基板の製造方法について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係るＳＯＩ基板の製造工程の一例を示した図である。

まず、図１の（ａ）〜（ｃ）に示すように予め洗浄、研磨された単結晶Ｓｉ（シリコン）ウェハ１１の片面（後述する支持基板と貼り合わせる側の主面）にホールＨＬを形成する。ここで、図２を参照して、図１の（ｂ）におけるホール形成の工程について説明する。なお、後述より明らかとなるが、図１の（ａ）で示した単結晶Ｓｉウェハ１１は、特に貼り合わせＳＯＩ基板における活性層基板となる。以下、図１の（ａ）で示した単結晶Ｓｉウェハ１１のことを単に活性層基板１１と称すこともある。

図２は、図１の（ａ）の破線Ａで示した箇所を例に図１の（ｂ）におけるホール形成工程の一例を示した図である。なお、説明および図示の簡略化のため図２においては図１の（ａ）の破線Ａで示した箇所を拡大し上下逆に示した。

まず、図２の（ａ）〜（ｂ）に示すように、予め洗浄、研磨された単結晶Ｓｉウェハ１１上にレジスト２１を塗布する。そして、レジスト２１上に予め定められたピッチでフォトマスク２２をして、露光、現像することによりレジスト２１に開口部を形成する（図２の（ｂ）〜（ｄ））。その後、ドライエッチングにより単結晶Ｓｉウェハ１１にホールＨＬを形成し、アッシングおよび有機剥離によりレジスト２１を除去する（図２の（ｅ））。

図１の説明に戻って、図１の（ｂ）のホール形成工程を経ることによって図１の（ｃ）に示すように、活性層基板１１の片面、つまり後述する支持基板と貼り合わせる側の主面にホールＨＬが形成される。

なお、ホールＨＬの深さおよびホールＨＬの間隔は、例えば、素子形成時にホールＨＬと素子とが接触しない程度で設定すればよい。

次に図１の（ｄ）に示すように、上記ホールＨＬ内においてＳｉ結晶１２を成長させ当該ホール内をＳｉ結晶で満たす。具体的には、図１の（ｃ）に示したようにホールＨＬが形成された活性層基板１１につき、Ｓｉエピタキシャル成長方法を行うことにより、上記ホールＨＬ内を含む当該活性層基板１１の片面（支持基板との張り合わせ面側）をＳｉ結晶で満たす。なお、Ｓｉエピタキシャル成長方法とは、具体的には、例えば、高温に加熱した活性層基板１１を水素キャリアによりＳｉＨ₄等のシリコンソースガス（材料ガス）を供給し、基板上でＨ−Ｓｉ−Ｃｌ系の反応を通じてＳｉ単結晶を堆積、成長させるＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等のことである。

ここで、図１の（ｃ）、（ｄ）の処理、つまり、ホールＨＬ内においてＳｉ結晶１２が成長し、当該ホールＨＬ内にＳｉ結晶１２が形成される様子を説明する。図３は、ホールＨＬ内においてＳｉ結晶１２が成長し、当該ホールＨＬ内がＳｉ結晶１２で満たされる様子を示した図である。なお、図３は、図１の破線Ｃおよび破線Ｄで囲んだ箇所を拡大した図であり、より具体的には「エピタキシャル成長前」とは図１の（ｃ）の工程における破線Ｃで囲んだ箇所を示しており、「エピタキシャル成長後」とは図１の（ｄ）の工程における破線Ｄで囲んだ箇所を示している。

まず、図３の「エピタキシャル成長前」で示すように、ホールＨＬ内においてＳｉ結晶１２を成長させる場合を想定すると、Ｓｉ結晶１２はホールＨＬ内の底面および側面から成長する（図３の矢印方向）。そして、ホールＨＬ内でさらにＳｉ結晶１２が成長すると最終的にはホールＨＬ中央においてホールＨＬ内部がＳｉ結晶１２で埋まることになる。つまり、ホールＨＬの底面と側面とで面方位が異なるためホールＨＬ内でＳｉ結晶１２が成長すると当該面方位の境界で歪み生じる（図３の「エピタキシャル成長後」）。なお、本発明の第１の実施形態に係るＳＯＩ基板においては、ホールＨＬ内の境界のＳｉ結晶１２は完全なＳｉ−Ｓｉ結合とはなっていないため、この境界をゲッタリングサイトとして利用する。

図１の説明に戻って、図１の（ｅ）に示すように、ホールＨＬ内にのみＳｉ結晶１２が形成されるように、ホールＨＬ内部以外のＳｉ結晶１２をドライエッチングや化学的機械的研磨（ＣＭＰ；Chemical Mechanical Polishing）により除去する。

そして、図１の（ａ）〜（ｅ）の工程を経て製造された活性層基板１１を、図１の（ｆ）の工程（貼り合わせ熱処理）において、支持基板と貼り合わせる。

ここで、図４を参照して、図１の（ｆ）の貼り合わせ熱処理について説明する。図４は、図１の（ｆ）の貼り合わせ熱処理を説明するための図である。まず、図４の（ａ）に示すように、一方を活性層基板１１とし、他方を支持基板１３とする。なお、支持基板１３自体は、単結晶シリコンウェハであるが、当該支持基板１３の露出面には、Ｓｉ酸化膜１４が形成されている。なお、Ｓｉ酸化膜１４は、熱酸化装置に支持基板１３を挿入し、酸素ガスの雰囲気で、約１０００℃、７２時間程度、熱処理することによって得られる。

次いで、図４の（ｂ）に示すように、活性層基板１１と支持基板１３とを、約１０００℃、２時間程度の熱処理を行って貼り合わせる。なお、このとき、活性層基板１１の貼り合わせ面はホールＨＬが形成されている側、支持基板１３の貼り合わせ面はＳｉ酸化膜１４が形成されている側となるように当該活性層基板１１と当該支持基板１３とを貼り合わせ、貼り合わせ基板１５を作製する。

その後、当該貼り合わせ基板１５の活性層基板１１を薄膜化する。すなわち、研削装置等により活性層基板１１を、支持基板１３側に厚さ数μｍの削り残し部分を有して研削したり、Ｓｉエピタキシャル成長を行ったりすることにより、例えば、活性層基板１１の残厚が約１．６μｍとなるようにする。これにより、厚さ約１．６μｍの活性層１１が形成されたＳＯＩ基板１が製造される（図１の（ｇ）参照）。なお、この活性層基板１１がデバイス形成層となる。

以上の説明したように、本発明の第１の実施形態に係るＳＯＩ基板１は、図１の（ａ）〜（ｇ）の工程を経て作製される。

このように、本発明の第１の実施形態に係るＳＯＩ基板の製造方法によれば、簡易な方法で活性層基板にゲッタリングサイトを形成することのできるＳＯＩ基板の製造方法を提供することができる。つまり、活性層基板を薄くすることで、高耐圧が得られたり、トレンチ素子の分離加工が容易になったりするといったことが知られているところ、例えば、活性層基板の厚さを約１２μｍから約１．６μｍとする場合を仮に想定する。このようにすると、従来のＳＯＩ基板の製造方法では問題が生じることがある。つまり、活性層基板を薄くしたために、埋め込み拡散層からの不純物が、素子形成時の熱プロセスによって素子形成領域（例えば、活性層基板の上層）に拡散してしまう。

しかしながら、本発明の第１の実施形態に係るＳＯＩ基板の製造方法では、上述したように、Ｓｉエピタキシャル成長によってホールＨＬをＳｉ結晶にて埋め込むことで、当該ホールＨＬ内に埋め込まれたＳｉ結晶には歪みが生じることとなり、この歪みをゲッタリングサイトとして利用することができる。つまり、活性層基板を薄くしたために生じていた、埋め込み拡散層からの不純物が素子形成時の熱プロセスによって素子形成領域に拡散してしまといった問題、つまり活性層基板の支持基板との貼り合わせ面側に埋め込み拡散層を形成してもゲッタリング機能を担保することができないといった問題を活性層基板のホールＨＬ内のＳｉ結晶の歪みをゲッタリングサイトとして利用することで解決した。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係るＳＯＩ基板の製造方法について説明する。

なお、以下の第２の実施形態の説明では、上述した第１の実施形態と異なる点についてのみ説明する。具体的には、第１の実施形態ではホールＨＬ内においてＳｉ結晶を成長させる方法として、Ｓｉエピタキシャル成長方法を採用した。本発明の第２の実施形態では、ホールＨＬ内においてアモルファスＳｉを成長させる。なお、アモルファスＳｉを成長させる方法は周知の技術を用いればよいので、その説明は省略する。

このように、第２の実施形態に係るＳＯＩ基板の製造方法では、ホールＨＬ内をアモルファスＳｉで満たす。これにより、続く工程、つまり貼り合わせ熱処理において、ホールＨＬ内をアモルファスＳｉが結晶化し、体積変動するので、ホールＨＬ内に満たされていたＳｉに歪みが生じ、この歪みをゲッタリングサイトとして利用することができる。

さらに、一般的なＳＯＩ基板を製造する場合において、活性層基板と支持基板とを貼り合わせる場合、凹凸の多い埋め込み拡散層（多結晶シリコン層）を挟んで貼り合わせるため、活性層基板と支持基板との密着性が低く、活性層基板と支持基板とが剥がれやすいといった問題もあった。

しかしながら、本発明の第１および第２の実施形態に係るＳＯＩ基板の製造方法では、上述したように、支持基板との貼り合わせ面側においてホールＨＬを形成して、当該ホールＨＬ内にのみＳｉ結晶が形成されるような処理が施されているため、支持基板との貼り合わせ面側でホールＨＬが形成されていない箇所が残ることになる。言い換えると、支持基板との貼り合わせ面側で凹凸の少ない箇所が残ることになり、この箇所で支持基板と貼り合わすことができ、従来の方法と比べて活性層基板と支持基板との密着性が向上する。

以上、本発明の各実施形態を説明してきたが、これら実施形態で説明した態様は、単に具体例を示すものであり、本願発明の技術的範囲を何ら限定するものではない。よって、本願の効果を奏する範囲において、任意の構成を採用することが可能である。

本発明に係るＳＯＩ基板の製造方法は、活性層を薄くしたために生じる、ゲッタリングサイトにおいて充分なゲッタリング機能を持たすことが難しいといった問題に対して、簡易な方法で活性層にゲッタリングサイトを形成し当該サイトにてゲッタリング機能を持たせた、半導体集積回路装置等に用いられる薄い活性層を有するＳＯＩ基板等として有用である。

１、３…ＳＯＩ基板
１１…単結晶シリコンウェハ（活性層基板）
１２…Ｓｉ結晶
１３、３６…支持基板
１４…Ｓｉ酸化膜
１５…貼り合わせ基板
３１、３４…Ｓｉ基板
３２…埋め込み拡散層
３３…活性層
３５…酸化層

Claims (3)

1. 活性層基板と支持基板とが貼り合わさったＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板の製造方法であって、
   前記支持基板と貼り合わせる側の前記活性層基板の主面にホールを形成するホール形成工程と、
   前記活性層基板の貼り合わせ面側にＳｉ（シリコン）を成長させるＳｉ成長工程と、
   ＢＯＸ酸化膜を有する前記支持基板の当該ＢＯＸ酸化膜と前記活性層基板の前記ホールが形成されている主面とを熱処理により貼り合わせる貼り合わせ熱処理工程とを備える、ＳＯＩ基板の製造方法。
2. 前記Ｓｉ成長工程は、Ｓｉエピタキシャル成長方法によりＳｉを成長させることを特徴とする、請求項１に記載のＳＯＩ基板の製造方法。
3. 前記Ｓｉ成長工程において成長させるＳｉはアモルファスＳｉであることを特徴とする、請求項１に記載のＳＯＩ基板の製造方法。

Images