JP3109121B2 - 半導体基板の製造方法 - Google Patents

半導体基板の製造方法

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JP3109121B2 JP8789691A JP8789691A JP3109121B2 JP 3109121 B2 JP3109121 B2 JP 3109121B2 JP 8789691 A JP8789691 A JP 8789691A JP 8789691 A JP8789691 A JP 8789691A JP 3109121 B2 JP3109121 B2 JP 3109121B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体基板の製造方
法に関し、特に、絶縁体上に単結晶シリコン(Si)層が
形成された、いわゆるSOI(silicon on insulator)
基板の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、いわゆる貼り合わせ法を用いたS
OI基板の製造方法において、単結晶Si層の厚さの制御
性を高めるために、研磨ストッパーとして、エッチング
特性が互いに異なる2種類の絶縁膜から成るものを用い
ることが提案されている(例えば、特願昭63−331
340号)。このような2段ストッパー構造を用いた従
来のSOI基板の製造方法について説明すると次の通り
である。
【0003】すなわち、図11に示すように、まず例え
ばp型のSi基板101の一方の主面の所定部分をエッチ
ング除去して矩形断面の凸部を形成した後、研磨ストッ
パーとしての二酸化シリコン(SiO2 )膜102及び窒
化シリコン(Si3 4 )膜103を全面に順次形成す
る。次に、図12に示すように、CVD法により全面に
SiO2 膜104を形成し、さらにこのSiO2 膜104上
に平坦化用の物質層として多結晶Si膜105を厚く形成
した後、この多結晶Si膜105の表面を平坦化する。こ
の後、この多結晶Si膜105の平坦化された表面に支持
基板106を接着する。
【0004】次に、SiO2 膜102を研磨ストッパーと
して用いてSi基板101を他方の主面側から研磨する。
これによって、図13に示すように、島状の単結晶Si層
107が形成される。次に、図14に示すように、ウエ
ットエッチング法により、単結晶Si層107の外側の部
分のSiO2 膜102をエッチング除去する。次に、Si3
4 膜104を研磨ストッパーとして用いて単結晶Si層
107を仕上げ研磨する。これによって、図15に示す
ように、単結晶Si層107を目的とする厚さにする。
【0005】この後、次のようにして、単結晶Si層10
7に例えばnチャネルMOSトランジスタを形成する。
すなわち、図16に示すように、単結晶Si層107上に
ゲート絶縁膜108を形成する。次に、CVD法により
全面に多結晶Si膜を形成し、この多結晶Si膜に不純物を
ドープして低抵抗化した後、この多結晶Si膜をエッチン
グによりパターニングしてゲート電極109を形成す
る。次に、このゲート電極109をマスクとして単結晶
Si層107中に例えばリン(P)のようなn型不純物を
低濃度にイオン注入する。次に、ゲート電極109の側
壁にサイドウォールスペーサ110を形成した後、この
サイドウォールスペーサ110及びゲート電極109を
マスクとして単結晶Si層107中に例えばヒ素(As)の
ようなn型不純物を高濃度にイオン注入する。この後、
注入不純物の電気的活性化のための熱処理を行う。
【0006】これによって、サイドウォールスペーサ1
10の下側の部分に例えばn- 型の低不純物濃度部11
1a、112aを有する例えばn+ 型のソース領域11
1及びドレイン領域112がゲート電極109に対して
自己整合的に形成され、いわゆるLDD(lightly dope
d drain )構造のnチャネルMOSトランジスタが形成
される。この状態における平面図を図17に示す。図1
6は図17の16−16線に沿っての断面に対応する。
なお、図17においては、サイドウォールスペーサ11
0の図示は省略されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上述の従来のSOI基
板の製造方法は次のような問題を有する。すなわち、1
段目の研磨ストッパーとしてのSiO2膜102をウエッ
トエッチング法によりエッチング除去していることか
ら、図14に示すように、単結晶Si層107とその周囲
のSi3 4 膜102との間に、この単結晶Si層107の
全周にわたって溝が形成される。この結果、後に形成さ
れるゲート電極109形成用の多結晶Si膜をパターニン
グするためにこの多結晶Si膜をエッチングした後におい
ても、この溝に図16に示すように多結晶Si膜113が
残される。この溝は上述のように単結晶Si層107の全
周に形成されていることから、この溝に残された多結晶
Si膜113もまた単結晶Si層107の全周にわたってい
る(図17参照)。このため、この多結晶Si膜113に
より、ソース領域111及びドレイン領域112の間が
ショートしてしまう。
【0008】この問題を解決するために、SiO2 膜10
2を除去するためのエッチングを反応性イオンエッチン
グ(RIE)法により行うことが考えられるが、この場
合にはエッチング速度のばらつきや単結晶Si層107の
表面の損傷(表面欠陥など)の発生が問題となるので、
この方法は採用し難い。従って、この発明の目的は、単
結晶シリコン層から成る島状の半導体領域の周囲に溝が
形成されることに起因するショートなどの不良を防止す
ることができる半導体基板の製造方法を提供することに
ある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、半導体基板の製造方法において、半導
体基板(1)の第1の主面上に互いにエッチング特性が
異なる第1の絶縁膜(2)及び第2の絶縁膜(3)を少
なくとも形成した後、第1の絶縁膜(1)及び第2の絶
縁膜(3)に開口(4)を形成し、開口(4)の部分に
おける半導体基板(1)上に選択エピタキシャル成長法
により単結晶シリコン層(5)を成長させ、単結晶シリ
コン層(5)上に第3の絶縁膜(6)を形成し、半導体
基板(1)上に平坦化用の物質層(8)を形成した後、
物質層(8)の表面を平坦化し、物質層(8)の平坦化
された表面に支持基板(9)を接着し、半導体基板
(1)の第2の主面側から半導体基板(1)を第1の絶
縁膜(2)を研磨ストッパーとして用いて研磨して単結
晶シリコン層(5)から成る島状の半導体領域を形成し
た後、第1の絶縁膜(2)をエッチング除去するように
したものである。
【0010】
【作用】上述のように構成されたこの発明の半導体基板
の製造方法によれば、第1の絶縁膜(2)及び第2の絶
縁膜(3)に形成された開口(4)の部分における半導
体基板(1)上に単結晶シリコン層(5)を成長させて
いるので、第1の絶縁膜(2)を研磨ストッパーとして
用いて半導体基板(1)を研磨して島状の単結晶シリコ
ン層(5)を形成した状態においては、第1の絶縁膜
(2)がこの単結晶シリコン層(5)の外側だけにこの
単結晶シリコン層(5)を取り囲むように形成された構
造となる。このため、その後にウエットエッチングを行
うことによりこの第1の絶縁膜(2)を完全に除去する
ことができることから、単結晶シリコン層(5)の周囲
に溝が形成されることがなくなり、従って素子形成のた
めに後に形成される導電層がこの溝に残されることもな
くなる。以上により、単結晶シリコン層(5)から成る
島状の半導体領域の周囲に溝が形成されることに起因す
るショートなどの不良を防止することができる。
【0011】
【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照しながら説明する。図1〜図9はこの発明の一実施例
によるSOI基板の製造方法を示す。この実施例におい
ては、図1に示すように、まず例えばp型のSi基板1の
一方の主面上に、研磨ストッパーとしてのSiO2 膜2及
びSi3 4 膜3を順次形成する。SiO2 膜2は例えば熱
酸化法により形成され、Si3 4 膜3は例えばCVD法
により形成される。次に、図2に示すように、SiO2
2及びSi3 4 膜3の所定部分を例えばRIE法により
エッチング除去して開口4を形成する。この後、このR
IEによりSi基板1の表面に生じた損傷を犠牲酸化やウ
エットエッチングなどにより除去する。
【0012】次に、図3に示すように、開口4の部分に
おけるSi基板1上に、選択エピタキシャル成長法により
例えばp型の単結晶Si層5を成長させる。次に、図4に
示すように、単結晶Si層5とSi3 4 膜3との界面を少
なくするために、熱酸化法によりこの単結晶Si層5の表
面にSiO2 膜6を形成する。次に、図5に示すように、
CVD法により全面に例えばSiO2 膜7を形成し、さら
にこのSiO2 膜7上に平坦化用の物質層として多結晶Si
膜8を厚く形成した後、この多結晶Si膜8の表面を平坦
化する。この後、この多結晶Si膜8の平坦化された表面
に支持基板9を接着する。この支持基板9としては例え
ばSi基板が用いられる。
【0013】次に、SiO2 膜2を研磨ストッパーとして
用いてSi基板1を他方の主面側から研磨する。これによ
って、図6に示すように、島状の単結晶Si層5が形成さ
れる。次に、図7に示すように、ウエットエッチング法
によりSiO2 膜2をエッチング除去する。この場合、こ
のSiO2 膜2は、単結晶Si層5の外側だけにこれを取り
囲むように平坦な状態で形成されていることから、この
エッチングにより容易に完全に除去され、従ってこのエ
ッチングにより単結晶Si層5の周囲に溝が形成されるお
それはない。次に、Si3 4 膜3を研磨ストッパーとし
て用いて単結晶Si層5を仕上げ研磨する。これによっ
て、図8に示すように、単結晶Si層5を目的とする厚さ
にする。
【0014】この後、次のようにして、単結晶Si層5に
例えばLDD構造のnチャネルMOSトランジスタを形
成する。すなわち、図9に示すように、単結晶Si層5上
に熱酸化法によりSiO2 膜のようなゲート絶縁膜10を
形成する。次に、CVD法により全面に多結晶Si膜を形
成し、この多結晶Si膜に例えばPのような不純物をドー
プして低抵抗化した後、この多結晶Si膜をエッチングに
よりパターニングしてゲート電極11を形成する。次
に、このゲート電極11をマスクとして単結晶Si層5中
に例えばPのようなn型不純物を低濃度にイオン注入す
る。次に、例えばCVD法により全面に例えばSiO2
を形成した後、このSiO2 膜を例えばRIE法によりエ
ッチバックして、ゲート電極11の側壁にサイドウォー
ルスペーサ12を形成する。次に、このサイドウォール
スペーサ12及びゲート電極11をマスクとして単結晶
Si層5中に例えばAsのようなn型不純物を高濃度にイオ
ン注入する。この後、注入不純物の電気的活性化のため
の熱処理を行う。
【0015】これによって、サイドウォールスペーサ1
2の下側の部分に例えばn- 型の低不純物濃度部13
a、14aを有する例えばn+型のソース領域13及び
ドレイン領域14がゲート電極11に対して自己整合的
に形成され、LDD構造のnチャネルMOSトランジス
タが形成される。この状態における平面図を図10に示
す。図9は図10の9−9線に沿っての断面に対応す
る。なお、図10においては、サイドウォールスペーサ
12の図示は省略されている。
【0016】以上のように、この実施例によれば、研磨
ストッパーとしてのSiO2 膜2及びSi3 4 膜3に形成
された開口4の部分におけるSi基板1上に選択エピタキ
シャル成長法により単結晶Si層5を成長させているの
で、SiO2 膜2を研磨ストッパーとして用いてSi基板1
を研磨して島状の単結晶Si層5を形成した状態において
は、SiO2 膜2がこの単結晶Si層5の外側だけにこれを
取り囲むように形成された構造となる。従って、その後
に行われるウエットエッチングによりこのSiO2 膜2を
完全に除去することができる。このため、単結晶Si層5
の周囲に溝が形成されることがなくなり、従ってゲート
電極11の形成のために後に形成される多結晶Si膜がこ
の溝に残されることもなくなる。これによって、ソース
領域13及びドレイン領域14の間のショート不良を防
止することができる。この実施例によるSOI基板の製
造方法によれば、例えばSOI構造のMOSLSIなど
を容易に製造することができる。
【0017】以上、この発明の一実施例につき具体的に
説明したが、この発明は、上述の実施例に限定されるも
のではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形
が可能である。例えば、上述の実施例においては、研磨
ストッパーとしてSiO2 膜2及びSi3 4 膜3から成る
ものを用いたが、他の2種類の絶縁膜の組み合わせを用
いることが可能であることは勿論、エッチング特性が互
いに異なる3種類以上の絶縁膜から成る研磨ストッパー
を用いることも可能である。また、上述の実施例におい
ては、単結晶Si層5にnチャネルMOSトランジスタを
形成する場合について説明したが、この単結晶Si層5に
は、pチャネルMOSトランジスタは勿論、MOSトラ
ンジスタ以外の素子を形成することも可能である。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、単結晶シリコン層から成る島状の半導体領域の周囲
に溝が形成されることに起因するショートなどの不良を
防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例によるSOI基板の製造方
法を説明するための断面図である。
【図2】この発明の一実施例によるSOI基板の製造方
法を説明するための断面図である。
【図3】この発明の一実施例によるSOI基板の製造方
法を説明するための断面図である。
【図4】この発明の一実施例によるSOI基板の製造方
法を説明するための断面図である。
【図5】この発明の一実施例によるSOI基板の製造方
法を説明するための断面図である。
【図6】この発明の一実施例によるSOI基板の製造方
法を説明するための断面図である。
【図7】この発明の一実施例によるSOI基板の製造方
法を説明するための断面図である。
【図8】この発明の一実施例によるSOI基板の製造方
法を説明するための断面図である。
【図9】この発明の一実施例によるSOI基板の製造方
法を説明するための断面図である。
【図10】図9に対応する平面図である。
【図11】2段ストッパー構造を用いた従来のSOI基
板の製造方法を説明するための断面図である。
【図12】2段ストッパー構造を用いた従来のSOI基
板の製造方法を説明するための断面図である。
【図13】2段ストッパー構造を用いた従来のSOI基
板の製造方法を説明するための断面図である。
【図14】2段ストッパー構造を用いた従来のSOI基
板の製造方法を説明するための断面図である。
【図15】2段ストッパー構造を用いた従来のSOI基
板の製造方法を説明するための断面図である。
【図16】2段ストッパー構造を用いた従来のSOI基
板の製造方法を説明するための断面図である。
【図17】図16に対応する平面図である。
【符号の説明】
1 Si基板 2 SiO2 膜 3 Si3 4 膜 4 開口 5 単結晶Si層 6 SiO2 膜 8 多結晶Si膜 9 支持基板 11 ゲート電極 13 ソース領域 14 ドレイン領域

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板の第1の主面上に互いにエッ
    チング特性が異なる第1の絶縁膜及び第2の絶縁膜を少
    なくとも形成した後、上記第1の絶縁膜及び上記第2の
    絶縁膜に開口を形成し、上記開口の部分における上記半
    導体基板上に選択エピタキシャル成長法により単結晶シ
    リコン層を成長させ、上記単結晶シリコン層上に第3の
    絶縁膜を形成し、上記半導体基板上に平坦化用の物質層
    を形成した後、上記物質層の表面を平坦化し、上記物質
    層の上記平坦化された表面に支持基板を接着し、上記半
    導体基板の第2の主面側から上記半導体基板を上記第1
    の絶縁膜を研磨ストッパーとして用いて研磨して上記単
    結晶シリコン層から成る島状の半導体領域を形成した
    後、上記第1の絶縁膜をエッチング除去するようにした
    ことを特徴とする半導体基板の製造方法。
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