JP2012238712A - 基板の一部に絶縁層を有する貼り合わせ基板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板の一部に絶縁層を有する貼り合わせ基板の製造方法であって、ベース基板の貼り合わせ面に、部分的に又は厚さが部分的に異なる多孔質層を形成する多孔質層形成工程と、多孔質層が形成されたベース基板に熱処理を行い、多孔質層を絶縁層に変化させることによって、ベース基板の貼り合わせ面に部分的に厚さの異なる絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、厚さの異なる絶縁層の、厚さの薄い部分に相当する厚さ分をエッチングして除去する絶縁層除去工程と、ベース基板の、エッチングされずに残った絶縁層が露出された貼り合わせ面とボンド基板を貼り合わせる貼り合わせ工程と、貼り合わせられたボンド基板を薄膜化して薄膜層を形成する薄膜化工程とを有する貼り合わせ基板の製造方法。
【選択図】図1
Description
SOI−MOSFETは、チャネルが形成されるボディ領域の電位がBOX膜の存在により浮いているため、基板浮遊効果により、回路動作に伴うリーク電流や閾値などの特性変動を生じる可能性がある。このため、DRAMのセルトランジスタやセンスアンプ回路などのように、リーク電流レベル,閾値ばらつき等に対する要求が厳しい回路への適用には不向きと考えられている。
例えば、SOI基板のSOI層と埋め込み絶縁層(BOX層)を部分的にエッチング除去し、該エッチング領域にシリコンを選択エピタキシャル成長させ、研磨平坦化して非SOI領域を形成する方法がある(例えば、特許文献1参照)。また、バルク領域を絶縁性スペーサ及び導電性スペーサで取り囲んだ非SOI領域を形成し、基板浮遊効果を克服し、且つSOI領域を非SOI領域から電気的に分離する方法もある(例えば、特許文献2参照)。
しかしながら、何れの方法においても、SOI基板の構造及びSOI領域のBOX層の構造に関する詳細な記述はなく、より簡単に部分SOI基板を製造する方法が望まれていた。
また、部分的に形成した多孔質層又は厚さを部分的に厚く形成した多孔質層の位置に結果として絶縁層が形成され、さらに多孔質層の厚さに応じて形成される絶縁層の厚さも決定されるため、その後形成される素子の形状や大きさ、性質等に合わせて、製造する基板の任意の個所に最適な厚さの絶縁層を確実に形成することができる。
さらに、このようにして製造された貼り合わせ基板は、同一基板上にロジック回路、DRAM等を混載した多機能化デバイスを作製するにあたり、基板上の、最適な膜厚を有する絶縁層の個所に素子を形成することができるので、作製工程を減らしながらも高機能で多機能な素子を作製可能な貼り合わせ基板となる。
さらに、前記ベース基板及び前記ボンド基板共にシリコン基板を用いることで、構造自体も複雑なものではなく、従来の製造工程を応用でき、低コストで歩留り良く製造することができる貼り合わせ基板の製造方法となるため好ましい。
また、基板製造後に形成される素子の形状や大きさ、性質等に合わせて、製造する基板の任意の個所に最適な厚さの絶縁層を確実に形成することができる。
さらに、同一基板上にロジック回路、DRAM等を混載したデバイスを作製するにあたり、基板上の、最適な膜厚を有する絶縁層の個所に素子を形成することができるので、作製工程を減らしながらも高機能で多機能な素子を作製可能な貼り合わせ基板となる。
この問題の対応として、SOI基板上に非SOI領域を設けることにより、基板浮遊効果と相性の悪い回路部を非SOI領域に形成する方法として、例えば特許文献1や特許文献2の方法が提案されていた。
しかしながら、何れの方法においても、SOI基板の構造及びSOI領域のBOX層の構造に関する詳細な記述はなく、より簡単に部分SOI基板を製造する方法が望まれていた。
本発明の多孔質層形成工程では、ベース基板1の貼り合わせ面に部分的に又は厚さが部分的に異なる多孔質層5を形成する(図1(a)〜(g)、図2(a)〜(e))。この多孔質層形成工程を行うことで、ベース基板の多孔質層が形成された部分と多孔質層が形成されていない部分に対する絶縁層の形成速度の差を利用することが可能となるため、後述する絶縁層形成工程において部分的に厚さの異なる絶縁層を形成することができる。
多孔質層形成工程の第一の態様として、ベース基板の貼り合わせ面に厚さが部分的に異なる多孔質層を形成する場合に、少なくとも、前記ベース基板1の貼り合わせ面に保護膜2を形成し、該保護膜2上にレジスト膜3を塗布し、フォトリソグラフィーによりレジストマスク4を形成し、前記保護膜2を前記レジストマスク4の形状にパターン成形し、前記レジストマスク4を除去し、前記パターン成形された保護膜2’を有する前記ベース基板1の貼り合わせ面に前記多孔質層5を形成することで、前記ベース基板1の貼り合わせ面の全体に厚さが部分的に異なる前記多孔質層5を形成することができる(図1(a)〜(g)参照)。
本発明の絶縁層形成工程では、ベース基板1に熱処理を行うことによって多孔質層5を絶縁層6に変化させることで、ベース基板1の貼り合わせ面に部分的に厚さの異なる絶縁層6を形成する(図1(h)、図2(f))。この場合、絶縁層形成工程において、多孔質層5が形成されたベース基板1に熱酸化処理を行い、多孔質層5を酸化膜に変化させることで、ベース基板1の貼り合わせ面に部分的に厚さの異なる絶縁層6を形成することが好ましい。このように、酸化膜を形成することで、ベース基板1の貼り合わせ面に部分的に厚さの異なる絶縁層6をより容易に形成することができる。このときの酸化条件、酸化方法は、製造される貼り合わせ基板10が基板の一部に有する絶縁層6’の膜厚等によって適宜決定する。
本発明の絶縁層除去工程では、厚さの異なる絶縁層6の、厚さの薄い部分に相当する厚さ分をエッチングして除去し、ベース基板1の貼り合わせ面上の一部に、エッチングされずに残った絶縁層6’を露出させる(図1(i)、図2(g))。このようにして、絶縁層6の厚さの薄い部分はエッチングにより除去し、厚さの厚い部分は、厚さの薄い部分に相当する厚さ分だけ薄くすることによって、ベース基板1の貼り合わせ面上に絶縁層のある個所と無い個所を形成する。このときのエッチング方法としては、特には限定されないが、例えばHF処理とすることができる。尚、絶縁層形成工程において、ベース基板1及びボンド基板7の貼り合わせ面の両方に絶縁層6を形成した場合は、両基板上に形成された絶縁層6それぞれに対してエッチングを行い、厚さの薄い部分に相当する厚さ分だけ薄くすることによって、両基板の貼り合わせ面上に絶縁層のある個所と無い個所を形成する。
本発明の貼り合わせ工程では、ベース基板1の、エッチングされずに残った絶縁層6’が露出された貼り合わせ面とボンド基板7を貼り合わせる(図1(k)、図2(i))。また、本発明の貼り合わせ工程では、貼り合わせ後に結合強度を上げるために結合熱処理を行うこともできる。この貼り合わせ工程の条件は特に限定されず、通常の貼り合わせ基板を作製する条件のいずれをも適用することができる。
本発明の薄膜化工程では、貼り合わせ工程後に、貼り合わせられたボンド基板7を薄膜化して薄膜層8を形成する(図1(l)、図2(j))。この場合の薄膜化方法としては、一般に用いられる方法で行うことができ、エッチングや研磨による方法も可能であるし、貼り合わせ前にボンド基板7に水素イオンを注入してイオン注入層を形成し、その後熱処理して該イオン注入層で剥離、薄膜化する方法等でも良い。
抵抗率0.05Ω・cmのボロンをドープした直径150mmのシリコン単結晶基板をベース基板として、まずこれを温度1000℃、Pyro雰囲気で90分の熱処理を行い、保護膜として200nmの酸化膜を形成した。この後、基板上にレジスト膜を塗布し、フォトリソグラフィーによってレジストマスクを形成した。このときレジスト膜として、ネガレジストを選択した。貼り合わせ基板としたときに絶縁層になる個所は、1mm角の開口部とした。このレジストマスク付き基板において、バッファードHF溶液にて保護膜をエッチングし、硫酸過酸化水素混合液にてレジストマスクを除去後、RCA洗浄を実施することで、保護膜をレジストマスクの形状にパターン成形した。このベース基板に対してHF濃度が25% 、電流印加時間が50秒で陽極酸化を行い、厚さが約100nm、多孔度が約40%の多孔質層を形成した。保護膜のある個所は、この保護膜がHFにてエッチングされるまでの間多孔質層が形成されないため、結果として、ベース基板の貼り合わせ面に厚さが部分的に異なる多孔質層が形成された。陽極酸化後に、ベース基板をPyro雰囲気、温度1000℃で1時間熱酸化処理を行い、多孔質層を酸化膜に変化させることで、ベース基板の貼り合わせ面に部分的に厚さの異なる絶縁層を形成した。この場合、保護膜のなかった多孔質層は0.15μmの酸化膜に、保護膜のあった多孔質層は、0.09μmの酸化膜となった。絶縁層が形成されたベース基板の断面写真を図3に示す。図3に示すように、ベース基板の貼り合わせ面に部分的に厚さの異なる絶縁層が形成されていることが分かった。
抵抗率0.05Ω・cmのボロンをドープした直径150mmのシリコン単結晶基板をベース基板として、まず基板上にレジスト膜を塗布し、フォトリソグラフィーによってレジストマスクを形成した。このときレジスト膜として、ネガレジストを選択した。貼り合わせ基板としたときに絶縁層になる個所は、1mm角の開口部とした。このベース基板に対してHF濃度が25% 、電流印加時間が50秒で陽極酸化を行い、厚さが約100nm、多孔度が約40%の多孔質層を形成した。レジストマスクのある個所は陽極酸化されないため陽極酸化された個所、されない個所がベース基板上に形成され、結果として、ベース基板の貼り合わせ面に部分的に多孔質層を形成することができた。陽極酸化後にレジストマスク除去後、ベース基板をPyro雰囲気、温度1000℃で1時間熱酸化処理を行い、多孔質層を酸化膜に変化させることで、ベース基板の貼り合わせ面に部分的に厚さの異なる絶縁層を形成した。この場合、レジストマスクのなかった個所(多孔質層)は0.15μmの酸化膜に、レジストマスクのあった個所(非多孔質層)は、0.09μmの酸化膜となった。絶縁層が形成されたベース基板の断面を確認したところ、図3と同じく、ベース基板の貼り合わせ面に部分的に厚さの異なる絶縁層が形成されていることが分かった。
3…レジスト膜、 4…レジストマスク、 5…多孔質層、 6…絶縁層、
6’…エッチングされずに残った絶縁層、 7…ボンド基板、 8…薄膜層、
10…貼り合わせ基板。
Claims (7)
- ベース基板とボンド基板を貼り合わせることによって形成され、基板の一部に絶縁層を有する貼り合わせ基板の製造方法であって、少なくとも、
前記ベース基板の貼り合わせ面に、部分的に又は厚さが部分的に異なる多孔質層を形成する多孔質層形成工程と、
該多孔質層が形成されたベース基板に熱処理を行い、前記多孔質層を前記絶縁層に変化させることによって、前記ベース基板の貼り合わせ面に部分的に厚さの異なる前記絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、
該厚さの異なる絶縁層の、厚さの薄い部分に相当する厚さ分をエッチングして除去し、前記ベース基板の貼り合わせ面上の一部に、エッチングされずに残った前記絶縁層を露出させる絶縁層除去工程と、
前記ベース基板の、前記エッチングされずに残った絶縁層が露出された貼り合わせ面と前記ボンド基板を貼り合わせる貼り合わせ工程と、
該貼り合わせられたボンド基板を薄膜化して薄膜層を形成する薄膜化工程と、
を有することを特徴とする貼り合わせ基板の製造方法。 - 前記多孔質層形成工程において、前記ベース基板の貼り合わせ面に厚さが部分的に異なる前記多孔質層を形成する場合に、少なくとも、
前記ベース基板の貼り合わせ面に保護膜を形成し、該保護膜上にレジストマスクを形成し、前記保護膜を前記レジストマスクの形状にパターン成形し、前記レジストマスクを除去し、前記パターン成形された保護膜を有する前記貼り合わせ面に前記多孔質層を形成することで、前記ベース基板の貼り合わせ面の全体に、厚さが部分的に異なる前記多孔質層を形成することを特徴とする請求項1に記載の貼り合わせ基板の製造方法。 - 前記多孔質層形成工程において、前記ベース基板の貼り合わせ面に部分的に前記多孔質層を形成する場合に、少なくとも、
前記ベース基板の貼り合わせ面にレジストマスクを形成し、該レジストマスクを形成した貼り合わせ面に多孔質層を形成した後に、前記レジストマスクを除去することで、前記ベース基板の貼り合わせ面に、部分的に前記多孔質層を形成することを特徴とする請求項1に記載の貼り合わせ基板の製造方法。 - 前記多孔質層形成工程において、前記ベース基板の貼り合わせ面を陽極酸化することで、該貼り合わせ面に部分的に又は厚さが部分的に異なる前記多孔質層を形成することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の貼り合わせ基板の製造方法。
- 前記多孔質層形成工程において、前記ベース基板の貼り合わせ面に、厚さが部分的に異なる前記多孔質層を形成する場合に、
前記パターン成形した保護膜を形成した前記ベース基板の貼り合わせ面を陽極酸化すると供に、該保護膜を除去することを特徴とする請求項2に記載の貼り合わせ基板の製造方法。 - 前記ベース基板及び/又はボンド基板としてシリコン基板を用いることによって、基板の一部に絶縁層を有する部分SOI基板を製造することを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の貼り合わせ基板の製造方法。
- 前記絶縁層形成工程において、前記多孔質層が形成されたベース基板に熱酸化処理を行い、前記多孔質層を酸化膜に変化させることによって、前記部分的に厚さの異なる絶縁層を形成することを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の貼り合わせ基板の製造方法。
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