JP3951814B2

JP3951814B2 - Ｓｏｉ基板の製造方法

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Publication number: JP3951814B2
Application number: JP2002163202A
Authority: JP
Inventors: 信介定光
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2002-06-04
Filing date: 2002-06-04
Publication date: 2007-08-01
Anticipated expiration: 2022-06-04
Also published as: JP2004014627A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はＳＯＩ基板の製造方法、詳しくは鉄、ニッケルなどの金属不純物によるＳＯＩ層の汚染を低減するＳＯＩ基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコン基板上に構成されるＬＳＩの高集積化、多機能化の要請がきびしくなるにつれ、各素子間の分離が重要な課題となっている。従前のＬＳＩは、厚さ５００〜８００μｍのシリコンウェーハの表層（表面から十数μｍの部分）に、電気回路素子が集積されている。
このような素子間の分離の問題を解決するため、ＳＯＩ（ＳｉｌｉｃｏｎＯｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ）基板が知られている。ＳＯＩ基板は、デバイスが形成されるＳＯＩ層と、これを支持する支持基板用ウェーハとの間に、厚さ数μｍの埋め込みシリコン酸化膜が介在された構成を有している。
このＳＯＩ基板にあっては、３次元構造による多機能化を含むデバイスの高集積化が容易となり、ソフトエラーの低減および高信頼性が図れて、消費電力も抑えることができる。
【０００３】
ところで、このＳＯＩ基板にあっては、ＳＯＩ層に対しての金属不純物の汚染の度合いが重要となる。金属汚染により、デバイスの特性不良が発生するおそれがあるためである。そこで、最近ではデバイスメーカからこの金属不純物の濃度が１×１０⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ²以下という高純度のものが要求されている。
この要求に対処する一策として、ゲッタリング技術が提案されている。ゲッタリングは、デバイスが形成される領域以外のウェーハの部分に結晶欠陥（ゲッタリングサイト）を形成し、このサイトに金属不純物を捕獲する。これをＳＯＩ基板に適用するため、例えば支持基板用ウェーハにＩＧ（ＩｎｔｒｉｎｓｉｃＧｅｔｔｅｒｉｎｇ）熱処理を施し、ゲッタリングサイトとなる酸素析出物などを析出させる方法が開発されている。この方法によれば、熱処理時、ＳＯＩ層内で熱拡散した金属不純物が埋め込みシリコン酸化膜を通り抜け、支持基板用ウェーハのゲッタリングサイトに捕獲される。ここでいう酸素析出物とは、シリコン中に存在する酸素が、クリストバライトなどの化合物として熱処理過程で析出したものである。
【０００４】
この方法によれば、熱処理時にＳＯＩ層中の金属不純物が埋め込みシリコン酸化膜を通り抜けなければならない。しかしながら、銅は埋め込みシリコン酸化膜内を通過することができるものの、鉄およびニッケルは通過することができない。
そこで、これを解消する従来技術として、例えば特開２０００−１２４０９１号公報に記載されたものが知られている。これによれば、ＳＯＩ基板が、シリコン製のＳＯＩ層と支持基板用ウェーハとを、埋め込みシリコン酸化膜を貫通する連結領域部（シリコン）を介して連結した構造を有している。この連結領域部を通して、鉄、ニッケルをゲッタリングする。
【０００５】
以下、この従来のＳＯＩ基板の製造方法を、図５を参照して詳細に説明する。図５は、従来手段に係るＳＯＩ基板の製造方法のフローシートである。
ＳＯＩ基板の製造にあっては、まずＳＯＩ層１０１の表面を熱酸化処理してシリコン酸化膜１０１ａを形成し（図５（ａ））、次にシリコン酸化膜１０１ａの表面にレジスト膜１０２を形成する（図５（ｂ））。次いで、フォトリソグラフィ技術（露光、現像処理、エッチング処理）により、レジスト膜１０２に部分的にパターン孔１０２ａを形成し（図５（ｃ））、パターン孔１０２ａを介して、ＨＦ溶液によりシリコン酸化膜１０１ａに開口部１０１ｂを形成する（図５（ｄ））。
【０００６】
続いて、硫酸と過酸化水素水とからなる混合液によりレジスト膜１０２を除去し（図５（ｅ））、それからＫＯＨ溶液によりＳＯＩ層１０１の一部分をエッチングし、埋め込みシリコン酸化膜１０３まで達する開口部１０１ｂとする（図５（ｆ））。次いで、ＨＦ溶液により埋め込みシリコン酸化膜１０３を部分的にエッチングし、開口部１０１ｂをさらに深める（図５（ｇ））。これにより、開口部１０１ｂの底部分が、支持基板用ウェーハ１０４の全面に堆積されたポリシリコン層１０４ａに達する。ポリシリコン層１０４ａは、支持基板用ウェーハ１０４に形成されたゲッタリングサイトである。その際、埋め込みシリコン酸化膜１０３の開口部内壁が、ＨＦ溶液によりアンダーカットされ、これに伴い、ＳＯＩ層１０１の各開口部１０１ｂの周りに、オーバーハング部１０１ｃが形成される。
【０００７】
その後、ＳＯＩ基板を高温で水素アニール処理することで、オーバーハング部１０１ｃのシリコンがリフローされて、支持基板用ウェーハ１０４の表面に移動し、開口部１０１ｂがシリコンで埋まる。この埋め込み部分が、ＳＯＩ層１０１と支持基板用ウェーハ１０４とを連結する連結領域部Ｘとなる（図５（ｈ））。
熱処理時において、ＳＯＩ層１０１に存在する金属不純物、特に埋め込みシリコン酸化膜１０３を通り抜けることができない鉄およびニッケルは、この連結領域部Ｘを通路にしてポリシリコン層１０４ａに捕獲される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＳＯＩ基板の製造方法によれば、ＳＯＩ層１０１に開口部１０１ｂを形成する際、および、開口部１０１ｂを埋め込みシリコン酸化膜１０３まで深める際には、いずれもＫＯＨ溶液またはＨＦ溶液を使用したウエットエッチングを採用していた。
そのため、開口部１０１ｂ毎に、オーバーハング部１０１ｃの大きさおよび形状が異なり、均一な開口部１０１ｂを高精度に形成することはできなかった。これにより、埋め込みシリコン酸化膜１０３の連結領域部Ｘは、設定された寸法から大きく外れ、ウェーハ全面において安定したゲッタリング効果が得られなかった。
【０００９】
また、従来法では、ＳＯＩ層１０１にいったんシリコン酸化膜１０１ａを形成し、それから開口部１０１ｂを形成し、その後、シリコン酸化膜１０１ａを除去する。このように、従来法は工程が複雑で、ＳＯＩ基板を製造するにあたって長時間を要していた。
しかも、ＳＯＩ層１０１の表面には、埋め込みシリコン酸化膜１０３への開口部１０１ｂ形成後に除去されるシリコン酸化膜１０１ａを形成するので、ＳＯＩ層１０１の膜厚制御が難しく、薄膜のＳＯＩ層１０１を有するＳＯＩ基板の製造には適さなかった。
【００１０】
そこで、発明者らは、鋭意研究の結果、ＳＯＩ層と支持基板用ウェーハとを、埋め込みシリコン酸化膜の連結領域部を介して連結したＳＯＩ基板を製造するにあたって、異方性のドライエッチングにより、ＳＯＩ層と埋め込みシリコン酸化膜とを貫通した開口部を形成すれば、埋め込みシリコン酸化膜の開口部内壁にアンダーカットが発生せず、したがってオーバーハング部も形成されないことを、知見した。また、この後、還元性雰囲気中でＳＯＩ基板を高温熱処理し、ＳＯＩ層のシリコンを拡散させて開口部をシリコンにより埋めて連結領域部を形成すれば、略あらかじめ設定された通りの寸法の連結領域部が得られることを知見した。その結果、熱処理時に埋め込みシリコン酸化膜を通過できない鉄、ニッケルなどの金属不純物が、この連結領域部を通路としてＳＯＩ層から支持基板用ウェーハに移動し、ウェーハ全面において安定したゲッタリング機能を発揮できることを知見した。しかも、この方法によれば、ＳＯＩ基板の製造工程数を削減することができ、ＳＯＩ基板の製造時間も短縮することができ、さらにＳＯＩ層の膜厚制御が容易になり、薄膜のＳＯＩ層を有するＳＯＩ基板の製造に好適であるという、これらの利点を知見し、この発明を完成させた。
【００１１】
【発明の目的】
この発明は、ウェーハの全面で安定したゲッタリング効果が得られ、またＳＯＩ基板の製造工程数を削減することができ、これによりＳＯＩ基板の製造時間を短縮することができ、さらにはＳＯＩ層の膜厚制御が容易で、薄膜のＳＯＩ層を有するＳＯＩ基板の製造に好適であるＳＯＩ基板の製造方法を提供することを、その目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、ＳＯＩ層と支持基板用ウェーハとの間に埋め込みシリコン酸化膜が介在されたＳＯＩ基板を製造するＳＯＩ基板の製造方法において、前記ＳＯＩ基板をＳＯＩ層側の面から異方性のドライエッチングをすることで、前記ＳＯＩ層および埋め込みシリコン酸化膜を貫通し、前記支持基板用ウェーハまで達した開口部を形成する異方性のドライエッチ工程と、このドライエッチ後のＳＯＩ基板を、還元性雰囲気で高温熱処理して前記開口部をシリコンにより埋めることで、前記埋め込みシリコン酸化膜を貫通するＳＯＩ層と支持基板用ウェーハとの連結領域部を形成する熱処理工程とを備えたＳＯＩ基板の製造方法である。
【００１３】
ＳＯＩ基板の種類は限定されない。例えば、(1) 支持基板用ウェーハに埋め込み酸化膜を介して貼り合わせた活性層用ウェーハを表面研削、表面研磨して薄膜のＳＯＩ層を形成する貼り合わせＳＯＩ、(2) このＳＯＩ層の薄膜化に選択エッチングを採用したＥＬＴＲＡＮＳＯＩウェーハ、(3) このＳＯＩ層の薄膜化に水素イオン剥離を採用したスマートカットＳＯＩウェーハ、(4) ＳＯＩ層の薄膜化に局所プラズマエッチングを採用したＰＡＣＥ−ＳＯＩウェーハ、および、(5) 表面シリコン層とバルク層との間に、イオン注入および熱処理により埋め込みシリコン酸化膜が形成されたＳＩＭＯＸウェーハなどを採用することができる。
支持基板用ウェーハとしては、例えば単結晶シリコンウェーハを採用することができる。
ＳＯＩ層の厚さは限定されない。例えば厚膜のＳＯＩ層では２０〜５０μｍ、好ましくは３０μｍ以下である。また、薄膜のＳＯＩ層では０．０１〜２０μｍである。
【００１４】
埋め込みシリコン酸化膜の厚さは、例えば０．１〜１μｍである。
上記異方性のドライエッチングの条件などは後述する。
支持基板用ウェーハには、あらかじめまたはＳＯＩ基板の製造後に、各種のゲッタリングサイトが形成されるものとする。ゲッタリングサイトとしては、例えばウェーハ内部に形成されたＩＧである酸素析出核、酸素析出物などを採用することができる。
【００１５】
異方性のドライエッチングの種類は限定されない。
ＳＯＩ層のドライエッチ時に利用される異方性のドライエッチング法と、埋め込みシリコン酸化膜のドライエッチ時に利用される異方性のドライエッチング法とは、同じ種類でもよいし、異なる種類でもよい。
【００１６】
ＳＯＩ層の異方性のドライエッチ時に用いられる還元性ガス（第１の還元性ガス）としては、例えばＣｌ₂ガスが挙げられる。その他、ＳＦ₆ガス、ＣＣｌ₄ガスなども採用することができる。
埋め込みシリコン酸化膜の異方性のドライエッチ時に用いられる還元性ガス（第２の還元性ガス）としては、例えばＣＦ₄とＣＨ₂Ｆ₂との混合ガスが挙げられる。その他、Ｃ₂Ｆ₆ガス、Ｃ₃Ｆ₈ガスなども採用することができる。
ＳＯＩ層および埋め込みシリコン酸化膜に貫通して形成される開口部の大きさ、形状は限定されない。例えば、平面視して円形、楕円形、多角形でもよい。
【００１７】
ＳＯＩ層の表面に開口部が占める割合は０．０１３〜０．０８％の範囲が良く、特に０．０２％以上であれば十分なゲッタリング効果が得られる。ただし、開口部が多くなるほどデバイスとして使用される領域が制限されるので、０．０４％程度に抑えることが望ましい。
ＳＯＩ層の一部を溶解する高温熱処理は、例えばアニール装置を用いて行われる。そのときの炉内温度および加熱時間といった各種の加熱条件は、適宜設定される。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、前記異方性のドライエッチング工程では、シリコンのエッチングレートを、酸化シリコンのエッチングレートにより除した値が１０以上である第１の還元性ガスを使用してＳＯＩ層を異方性のドライエッチングし、次いで、酸化シリコンのエッチングレートを、シリコンのエッチングレートにより除した値が１０以上である第２の還元性ガスを使用して埋め込みシリコン酸化膜をエッチングする請求項１に記載のＳＯＩ基板の製造方法である。
ここで、シリコンのエッチングレートを、酸化シリコンのエッチングレートにより除した（以下、シリコン／酸化シリコンのエッチングレート比）好ましい値は、１０〜３０である。シリコンのエッチングレートが、酸化シリコンのエッチングレートよりも１０倍未満では、シリコンの溶け残りが生じ易く、続く埋め込みシリコン酸化膜のドライエッチング時に、ＳＯＩ層の開口部の直下であって、埋め込みシリコン酸化膜の開口部分を十分にドライエッチングし難くなる。
また、酸化シリコンのエッチングレートを、シリコンのエッチングレートにより除した（以下、酸化シリコン／シリコンのエッチングレート比）好ましい値は、１０〜３０である。酸化シリコンのエッチングレートが、シリコンのエッチングレートよりも１０倍未満では、埋め込みシリコン酸化膜に形成された開口部の直下の支持基板用ウェーハが多量にエッチングされるので、その後の熱処理時に連結領域部の形成に支障をきたすおそれがある。
【００１９】
第１の還元性ガスとしては、Ｃｌ ₂ ガス、ＳＦ ₆ ガス、ＣＣｌ ₄ ガスなどを採用することができる。
また、第２の還元性ガスとしては、ＣＦ ₄ とＣＨ ₂ Ｆ ₂ との混合ガス、Ｃ ₂ Ｆ ₆ ガス、Ｃ ₃ Ｆ ₈ ガスなどを採用することができる。
【００２０】
請求項３に記載の発明は、前記第１の還元性ガスがＣｌ ₂ ガスで、前記第２の還元性ガスがＣＦ ₄ とＣＨ ₂ Ｆ ₂ との混合ガスである請求項２に記載のＳＯＩ基板の製造方法である。
第１の還元性ガスにＣｌ ₂ ガスを採用することで、ＳＯＩ層の溶け残りを発生させることなく、所定形状のＳＯＩ層開口部を形成することができる。また、第２の還元性ガスにＣＦ ₄ とＣＨ ₂ Ｆ ₂ との混合ガスを採用したので、シリコン酸化膜の溶け残りを発生させることなく、所定形状のシリコン酸化膜開口部を形成することができる。
【００２１】
請求項４に記載の発明は、前記高温熱処理が、水素雰囲気中での１０５０〜１３００℃、１０分〜５時間の熱処理である請求項１〜請求項３のうち、何れか１項に記載のＳＯＩ基板の製造方法である。
好ましい加熱温度は１０５０〜１３００℃である。１０５０℃未満では、シリコンの拡散移動が発生せず、連結領域部が形成されない。また、１３００℃を超えると、スリップの発生および金属汚染の問題が発生するとともに、熱処理炉への熱負担が増大し、炉内構成部品の劣化が激しくなる。
好ましい熱処理時間は１０分〜５時間である。１０分未満ではＳＯＩ層から十分なシリコンが拡散されず、開口部がシリコンで埋まらない。また、５時間を超えるとＳＯＩ基板自体にスリップ、金属汚染などが発生する。
【００２２】
請求項５に記載の発明は、前記異方性のドライエッチングは、反応性イオンエッチング、光励起エッチング、プラズマエッチングの何れか１つである請求項１〜請求項４のうち、何れか１項に記載のＳＯＩ基板の製造方法である。
反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）とは、反応性ガスプラズマを利用し、ウェーハをエッチング室に設置した電極上に載置して行う異方性のドライエッチングである。また、光励起エッチングとは、エッチング室内に反応性ガスを導入し、紫外線、可視光などをガスまたはウェーハに照射して活性種を発生させる異方性のドライエッチングである。さらには、プラズマエッチングとは、反応性ガスプラズマを利用し、主として中性活性種の作用により異方性のドライエッチングを進行させるものである。
【００２３】
【作用】
請求項１に記載のＳＯＩ基板の製造方法によれば、埋め込みシリコン酸化膜に部分的に開口部が形成された構造を有するＳＯＩ基板の製造時、まずＳＯＩ基板をＳＯＩ層側の面から異方性のドライエッチングし、次にＳＯＩ層および埋め込みシリコン酸化膜を貫通して奥部分が支持基板用ウェーハまで達する開口部を形成する。次いで、熱処理によりＳＯＩ層のシリコンで開口部を埋め、連結領域部を形成する。
【００２４】
このようなドライエッチングにより開口部を形成するので、従来のウエットエッチングのように化学反応が支配的な等方性エッチングではなく、物理的スパッタリングが支配的な異方性エッチングとなる（特に、反応性イオンエッチングの場合）。その結果、埋め込みシリコン酸化膜の開口部内壁にアンダーカットが発生し難くなり、必然的にオーバーハング部も形成され難くなる。したがって、その後、還元性雰囲気中でＳＯＩ基板を高温熱処理し、ＳＯＩ層のシリコンを拡散させて開口部を埋めてしまえば、寸法が均一な連結領域部を得ることができる。
これにより、ＳＯＩ層内に存在し、熱処理時に熱拡散しても埋め込みシリコン酸化膜を通り抜けることができない鉄、ニッケルといった金属不純物であっても、これらの連結領域部を通路（バイパス路）として、ＳＯＩ層から支持基板用ウェーハに移動させることができる。その結果、支持基板用ウェーハまで移動した金属不純物を、支持基板用ウェーハの内部に形成された所定のゲッタリングサイトに捕獲することができる。
しかも、従来法のように、ＳＯＩ層の表面にシリコン酸化膜を形成する必要がないなどから、ＳＯＩ基板の製造工程数を削減させることができ、ＳＯＩ基板の製造時間も短縮することができる。しかも、ＳＯＩ層の膜厚制御が容易になり、薄膜のＳＯＩ層を有したＳＯＩ基板の製造に好適となる。
【００２５】
特に、請求項２に記載のＳＯＩ基板の製造方法によれば、ＳＯＩ層に開口部を形成するドライエッチング時には、エッチング室に第１の還元性ガスを供給する。第１の還元性ガスは、シリコンに対するエッチングレートが酸化シリコンに対するエッチングレートよりも１０倍以上高い。そのため、ＳＯＩ層に開口部を形成する時間が短縮される。
その後、エッチング室に第２の還元性ガスを供給し、埋め込みシリコン酸化膜に異方性のドライエッチングを施す。このとき、酸化シリコンに対するエッチングレートがシリコンに対するエッチングレートよりも１０倍以上高い。その結果、埋め込みシリコン酸化膜に開口部を形成する時間が短縮される。このような第１の還元性ガスと第２の還元性ガスという２種類のガスを使用し、ＳＯＩ層および埋め込みシリコン酸化膜を貫通する開口部を形成したので、高精度に所定形状の開口部を形成することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。
図１および図２は、この発明の一実施例に係るＳＯＩ基板の製造方法を示すフローシートである。図３は、この発明の一実施例に係るＳＯＩ基板の製造方法により得られたＳＯＩ基板の要部拡大平面図である。図４は、この発明の一実施例に係るＳＯＩ基板の製造方法に適用される反応性イオンエッチング装置の概略構成図である。
図１に示すように、まずＣＺ法により引き上げられた単結晶シリコンインゴットをスライスし、面取りし、ラッピング、エッチング、研磨することで、厚さ７２５μｍ、直径１７５ｍｍの片面または両面が鏡面に仕上げられた活性層用ウェーハ１０を用意する。一方、この活性層用ウェーハ１０と同じ製法により、同じ厚さ、同一口径の鏡面仕上げされた支持基板用ウェーハ２０を用意する（図１（ａ））。このうち、活性層用ウェーハ１０は、熱酸化炉に挿入して熱酸化処理され、その露出面の全体に厚さ０．４μｍの絶縁性のシリコン酸化膜１０ａが形成されている。
【００２７】
その後、両ウェーハ１０，２０の鏡面同士をクリーンルームの室温下で重ね合わせる（図１（ｂ））。これにより、貼り合わせウェーハ３０が形成される。この貼り合わせにより、活性層用ウェーハ１０と支持基板用ウェーハ２０との間に介在されたシリコン酸化膜１０ａの部分が埋め込みシリコン酸化膜１０ｂとなる。埋め込みシリコン酸化膜１０ｂの厚さは、０．４μｍである。
次に、この貼り合わせウェーハ３０を、貼り合わせ用の熱酸化炉の石英反応管に挿入し、酸素ガス雰囲気で貼り合わせ熱処理する。これにより、接合強度が増す。貼り合わせ温度は１１００℃，熱処理時間は２時間である（同じく図１（ｂ））。これにより、貼り合わせウェーハ３０の露出面全体がシリコン酸化膜３０ａにより覆われる。その結果、活性層用ウェーハ１０の酸化膜は厚くなる。便宜上、図１中ではシリコン酸化膜１０ａ，３０ａを色分けして示している。
【００２８】
次いで、超音波照射によるボイド検査を行う。良品の貼り合わせウェーハ３０については、面取りされた両ウェーハ１０，２０の外周部形状に起因した貼り合わせ不良領域を除去するため、活性層用ウェーハ１０の外周部が、そのデバイス形成面側から＃３００〜＃２０００のレジノイド研削砥石を用いて研削される（図１（ｃ））。貼り合わせ不良領域が存在すれば、その後の洗浄工程、研磨工程などにおいて、この不良部分が剥がれて飛散し、それが付着してＳＯＩ層の表面が汚染されたり、この付着した飛散物により、後工程のウェーハ加工時にＳＯＩ層の表面を傷つける。この外周研削は、貼り合わせ界面に達しない深さに止められる。これにより現出される活性層ウェーハ１０の外周部の削り残し部ｃの厚さは、５０μｍ程度である。削り残し部ｃのウェーハ半径方向の長さは２ｍｍ程度である。
【００２９】
続いて、この削り残し部ｃが、アルカリエッチにより除去される（図１（ｄ））。すなわち、貼り合わせウェーハ３０が、ＫＯＨなどのアルカリ性エッチング液に浸漬され、その削り残し部ｃが溶かされる。こうして、支持基板用ウェーハ２０の外周部の領域（テラス部分）、具体的には埋め込み酸化膜１０ｂの外周部が露出される。その際、テラス部分の外周部に、厚さ２μｍ程度のシリコン酸化膜１０ａ，３０ａの残存部ａが現出する。
次に、活性層用ウェーハ１０がそのデバイス形成面側から、＃３６０〜＃２０００のレジノイド研削砥石を用いて表面研削され、ＳＯＩ層１０Ａとなる（図１（ｅ））。このとき、表面研削量は６００〜６５０μｍ、ＳＯＩ層１０Ａの厚さは２０μｍ程度とする。このＳＯＩ層１０Ａの表面のＴＴＶは１μｍ程度とする。
【００３０】
その後、このＳＯＩ層１０Ａの研削面に、表面研磨が施される。具体的には、図示しない枚葉式の研磨装置の研磨ヘッドの下面に表面研削された貼り合わせウェーハ３０をＳＯＩ層１０Ａ側を下方に向けて保持する。次いで、ＳＯＩ層１０Ａの研削面を、研磨定盤の上面にスポンジゴムを介して展張された研磨布に押し付け、表面研磨する。研磨布には、仕上げ用としてロデール社製の軟質不織布パッド、Ｓｕｂａ６００（Ａｓｋｅｒ硬度８０°）が採用されている。また、１次研磨用としてローズ製ＬＰ５７、２次研磨用としてフジボウ製ポリパス＃２４が採用されている。
表面研磨時、研磨ヘッドの回転速度は３０ｒｐｍ、研磨定盤の回転速度は６０ｒｐｍ、研磨砥粒を含む研磨剤（コロイダルシリカ）の供給量は、１８００ｍｌ／分である。研磨量は１０〜１５μｍ程度、研磨後に得られたＳＯＩ層１０Ａの厚さは１０μｍ程度である。ＳＯＩ層１０Ａの研磨面のＴＴＶは１μｍ程度となる。
【００３１】
その後、このＳＯＩ層１０Ａの研磨面にプラズマエッチングを施す。具体的には、まず反射分光法によりエッチング前のＳＯＩ層１０Ａの厚さを測定し、このＳＯＩ層１０Ａの厚さ分布のデータに基づき、エッチング時間を制御して局所的にプラズマエッチングを行い、ＳＯＩ層１０Ａを０．１μｍまで薄膜化する。プラズマエッチングは、高周波電源を用いて、エッチングガスＳＦ₆を１００〜１０００ｃ／分でエッチング反応炉内に流しながら、この反応炉内に配置された断面が下向きのコの字形のプラズマ発生電極（電極サイズ７〜５０ｍｍ）と、貼り合わせウェーハ３０の静電チャックを兼用するチャック兼用電極との間に、周波数１３．５６ＭＨｚ、電力４００〜７００ワットの高周波電圧を連続的に印加する。これによりプラズマ発生電極の内部空間で、エッチングガスＳＦ₆が励起されてプラズマが発生する。その後、このプラズマ発生電極を、ＳＯＩ層１０Ａの表面に沿って、このＳＯＩ層１０Ａの表面のうねり部（起伏部）の厚さに合わせて移動速度を変更しながら動かすことで、このうねり部がプラズマアシスト化学エッチングされる。
【００３２】
それから、ＳＯＩ層１０Ａのプラズマエッチング面の全体に、スピンコート法により、レジスト膜４０を１μｍだけ塗布する（図１（ｆ））。その後、このレジスト塗布膜を除くフォトリソグラフィ技術により、図３に示すようにこのレジスト膜４０のうち、例えば縦３９ｍｍ×横３９ｍｍの正方形の範囲で、５ｍｍ角のチップ形成領域４１と、１０ｍｍ角のチップ形成領域４２と、２０ｍｍ角のチップ形成領域４３とに塗布された部分を露光、現像する。それ以外にも、このレジスト膜４０の残り部分で、５ｍｍ×１０ｍｍのチップ形成領域４４と、５ｍｍ×２０ｍｍのチップ形成領域４５と、１０ｍｍ×２０ｍｍのチップ形成領域４６とをそれぞれ２箇所ずつ露光、現像する。隣接するチップ形成領域４１〜４６の間には、レジスト膜４０の一部が現像時に除去された幅２μｍの平面視して格子状のパターン孔４０ａが形成される（図３および図２（ａ））。
【００３３】
次いで、このパターン孔４０ａを介して、ＳＯＩ層１０Ａに部分的に開口部１０ｃをイオンエッチングする（図２（ｂ））。ここでは、図４に示す反応性イオンエッチング装置５０が使用される。反応性イオンエッチング装置５０は、反応性ガスプラズマを利用したドライエッチング装置で、その構成は、反応室５１と、この反応室５１内の天井部に配置され、接地電位とされる平板の電極５２と、反応室５１内の下部に配置され、上面に複数枚の貼り合わせウェーハ３０…が載置され、電極５２と平行な平板である電極５３と、この電極５３に接続される高周波電源５４とを備えている。
【００３４】
まず、図示しない真空発生装置により、反応室５１の内部空気を１０^-4〜１０^-5Ｐａまで排気し、それから真空発生装置を停止後、Ｃｌ₂ガス（第１の還元性ガス）を反応室５１に０．０１リットル／分で供給する。次いで、高周波電源５４から下側の電極５３に１３．５６ＭＨｚの高周波を印加し、プラズマと貼り合わせウェーハ３０…との間に電位（自己バイアス）を発生させる。これにより、貼り合わせウェーハ３０には、数１０〜数１００ｅＶのエネルギを有するイオンが入射される。したがって、ここでは中性活性種と、反応性ガスイオンとの相乗効果でエッチングが行われる。このＣｌ₂ガスを使用した反応性イオンエッチングにより、レジスト膜４０のパターン孔４０ａから露出したＳＯＩ層１０Ａに、部分的に深さ０．１５μｍ（オーバーエッチ５０％）の格子状の開口部１０ｃが形成される。
Ｃｌ₂ガスは、シリコンに対してのエッチングレートは高いが、酸化シリコンに対するエッチングレートは低い。すなわち、ここではシリコン／酸化シリコンのエッチングレート比が２５となっている。これにより、確実にＳＯＩ層１０Ａを除去することができる。
【００３５】
その後、Ｃｌ₂ガスに代えて、ＣＦ₄とＣＨ₂Ｆ₂との混合ガス（第２の還元性ガス）を反応室５１に０．０１リットル／分で供給し、同様の操作でＳＯＩ層１０Ａの開口部１０ｃの直下に存在する埋め込みシリコン酸化膜１０ｂの部分を０．６μｍ（オーバーエッチ５０％）だけエッチングする（図２（ｃ））。その結果、開口部１０ｃと連通し、しかも埋め込みシリコン酸化膜１０ｂを貫通した開口部１０ｄが形成される。このように、反応性イオンエッチングにより開口部１０ｃ，１０ｄを形成するので、貼り合わせウェーハ３０の厚さ方向に向かって略直線的に、あらかじめ設定された通りの形状および大きさの開口部１０ｃ，１０ｄを形成することができる。
前記混合ガスは、酸化シリコンはエッチングするが、シリコンはほとんどエッチングしない。すなわち、ここでは酸化シリコン／シリコンのエッチングレート比が２０となっている。これにより、この混合ガスを使用した反応性イオンエッチング時、ＳＯＩ層１０Ａの開口部１０ｃの内壁をアンダーカットしたり、支持基板用ウェーハ２０の部分まで大きくエッチングするおそれがない。
【００３６】
次に、１２０℃の硫酸と過酸化水素水とからなる混合液（２００：１）に、１０分間だけ浸漬し、レジスト膜４０を除去する（図２（ｄ））。
その後、得られた貼り合わせウェーハ３０を、窒素雰囲気、７００℃の熱処理炉内に挿入し、次いで、この炉内を水素雰囲気に置換してから３段階の昇温ステップにより徐々に昇温速度を低くして１２００℃まで昇温し、この温度で１時間熱処理する。このとき、水素アニールによりＳＯＩ層１０Ａのシリコンが熱拡散により開口部１０ｃ，１０ｄに移動する。その後、開口部１０ｃ、１０ｄに移動したシリコンにより、埋め込みシリコン酸化膜１０ｂを貫通してＳＯＩ層１０Ａと支持基板用ウェーハ２０とを連結する連結領域部Ｘが形成される。しかも、この水素アニール時には、支持基板用ウェーハ２０に、多数の酸素析出物からなるＩＧ層２０ａが形成される。
実際に、光学顕微鏡により支持基板用ウェーハ２０の断面について欠陥観察したところ、５×１０^-8個／ｃｍ³の多面体酸素析出物が観察された。その結果、水素アニールによって支持基板用ウェーハ２０の内部に十分なゲッタリングサイトが形成されていることが確認された。
次に、３段階の降温ステップにより徐々に降温速度を高めながら７００℃まで炉内の温度を下げる。それから、炉内を窒素雰囲気に戻し、製造されたＳＯＩ基板を炉内から取り出す。
その後，ＳＯＩ層１０Ａの表面を平滑化するため、ＣＭＰ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈ）を施す。これにより、連結領域部Ｘの凹みが埋まり、ＳＯＩ層１０Ａの平坦度が高まる。
【００３７】
このように、ドライエッチングにより埋め込みシリコン酸化膜１０ｂに開口部１０ｄを形成し、ＳＯＩ層１０Ａと支持基板用ウェーハ２０とを連結領域部Ｘによって部分的に連結するようにしたので、熱処理時に埋め込みシリコン酸化膜１０ｂを通過できない鉄、ニッケルなどの金属不純物であっても、この連結領域部Ｘを通路としてＳＯＩ層１０Ａから支持基板用ウェーハ２０に移動することができる。これにより、埋め込みシリコン酸化膜１０ｂを通り抜ける銅だけでなく鉄、ニッケルなどの金属不純物を、ウェーハ全面において安定して支持基板用ウェーハ２０のＩＧ層２０ａにゲッタリングすることができる。しかも、ＳＯＩ層１０Ａの製造工程数を削減することができ、ＳＯＩ基板の製造時間も短縮することができる。さらには、ＳＯＩ層１０Ａの膜厚制御が容易になり、薄膜のＳＯＩ層１０Ａを有するＳＯＩ基板の製造に好適である。
【００３８】
ここで、実際に支持基板用ウェーハのＩＧ層のゲッタリング能力を調査した結果を報告する。
まず、この発明のＳＯＩ基板を２枚用意し、それらのＳＯＩ層の表面に１×１０¹¹ａｔｏｍｓ／ｃｍ²のニッケルをスピンコート法により付着させた。その後、１枚のＳＯＩ基板は９００℃、１時間の熱処理を施し、他のＳＯＩ基板は９００℃、４時間の熱処理を施した。
次に、ＳＯＩ基板をＨＦ溶液（フッ酸５０％、水５０％の混合液）中に、約１５分間浸漬し、その後、光学顕微鏡によりＳＯＩ層の表面について欠陥観察を行った。このとき、ＳＯＩ層内にニッケルシリサイドが形成されていれば、ＨＦ溶液によるエッチング処理によりニッケルシリサイドが溶解され、埋め込みシリコン酸化膜に達する貫通孔が形成される。しかも、貫通孔を通して、ニッケルシリサイドが存在していた部分の直下で、埋め込みシリコン酸化膜の一部がＨＦ溶液により溶解され、ホール化することになる。これがＨＦ欠陥である。
その後、このＳＯＩ層の表面について、光学顕微鏡により欠陥観察を行い、ＨＦ欠陥が観察されれば、ニッケルに対するゲッタリング効果が不十分、ＨＦ欠陥が観察されなければゲッタリング効果は十分であると推定することができる。
【００３９】
その結果、９００℃、１時間で熱処理したＳＯＩ基板については、図３に示す５ｍｍ角のチップ形成領域４１および１０ｍｍ角のチップ形成領域４２の場合、ＨＦ欠陥が観察されなかった。これにより、小型のチップでは、製造後の熱処理条件にかかわらず、ニッケルの低減が図れることがわかった。ただし、２０ｍｍ角の大型のチップ形成領域４３では、ニッケルの低減効果が十分ではなかった。これに対して、９００℃、４時間で熱処理したＳＯＩ基板については、全てのサイズ形成領域４１，４２，４３の場合で、ＨＦ欠陥は観察されなかった。したがって、デバイス工程で９００℃、４時間相当の熱処理を行えば、２０ｍｍ角のチップであっても、ＳＯＩ層中のニッケルは十分に支持基板用ウェーハに拡散して、ＩＧ層にゲッタリングされる。なお、埋め込みシリコン酸化膜に開口部が形成されていない従来のＳＯＩ基板について、同様の評価試験を行ったところ、ＨＦ欠陥が１０００個／ｃｍ²程度観察された。
【００４０】
【発明の効果】
請求項１に記載のＳＯＩ基板の製造方法によれば、異方性のドライエッチングにより埋め込みシリコン酸化膜に開口部を形成し、ＳＯＩ層と支持基板用ウェーハとを連結領域部によって部分的に連結しているので、ＳＯＩ層に存在する鉄、ニッケルなどの埋め込みシリコン酸化膜を通り抜けできない金属不純物であっても、これらの連結領域部を通路として、ＳＯＩ層から支持基板用ウェーハに移動させ、支持基板用ウェーハの内部に形成されたＩＧ層に捕獲することができる。
しかも、異方性のドライエッチングを利用して得られた連結領域部は、略あらかじめ設定された通りの寸法を有している。そのため、ウェーハ全面で安定したゲッタリング効果が得られる。しかも、従来法のようにＳＯＩ層にシリコン酸化膜を形成する必要がないので、ＳＯＩ基板の製造工程数を削減させることができ、ＳＯＩ基板の製造時間も短縮する。さらには、ＳＯＩ層の膜厚制御が容易になり、薄膜のＳＯＩ層を有したＳＯＩ基板の製造に好適となる。
【００４１】
特に、請求項２に記載のＳＯＩ基板の製造方法によれば、ＳＯＩ層に開口部を形成する際、および、埋め込みシリコン酸化膜に開口部を形成する際において、一方より１０倍以上もエッチングレートが高い第１の還元ガスまたは第２の還元ガスを使用して異方性のドライエッチングを行うので、ＳＯＩ層または埋め込みシリコン酸化膜に開口部を形成する時間がそれぞれ短縮される。すなわち、ＳＯＩ基板に開口部を形成する全体の時間を短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例に係るＳＯＩ基板の製造方法を示すフローシートである。
【図２】図１に続く、この発明の一実施例に係るＳＯＩ基板の製造方法を示すフローシートである。
【図３】この発明の一実施例に係るＳＯＩ基板の製造方法により得られたＳＯＩ基板の要部拡大平面図である。
【図４】この発明の一実施例に係るＳＯＩ基板の製造方法に適用される反応性イオンエッチング装置の概略構成図である。
【図５】従来手段に係るＳＯＩ基板の製造方法のフローシートである。
【符号の説明】
１０ＡＳＯＩ層、
１０ｂ埋め込みシリコン酸化膜、
１０ｃ，１０ｄ開口部、
２０支持基板用ウェーハ、
Ｘ連結領域部。

Claims

ＳＯＩ層と支持基板用ウェーハとの間に埋め込みシリコン酸化膜が介在されたＳＯＩ基板を製造するＳＯＩ基板の製造方法において、
前記ＳＯＩ基板をＳＯＩ層側の面から異方性のドライエッチングをすることで、前記ＳＯＩ層および埋め込みシリコン酸化膜を貫通し、前記支持基板用ウェーハまで達した開口部を形成する異方性のドライエッチ工程と、
このドライエッチ後のＳＯＩ基板を、還元性雰囲気で高温熱処理して前記開口部をシリコンにより埋めることで、前記埋め込みシリコン酸化膜を貫通するＳＯＩ層と支持基板用ウェーハとの連結領域部を形成する熱処理工程とを備えたＳＯＩ基板の製造方法。
前記異方性のドライエッチング工程では、
シリコンのエッチングレートを、酸化シリコンのエッチングレートにより除した値が１０以上である第１の還元性ガスを使用してＳＯＩ層を異方性のドライエッチングし、
次いで、酸化シリコンのエッチングレートを、シリコンのエッチングレートにより除した値が１０以上である第２の還元性ガスを使用して埋め込みシリコン酸化膜をエッチングする請求項１に記載のＳＯＩ基板の製造方法。
前記第１の還元性ガスがＣｌ ₂ ガスで、
前記第２の還元性ガスがＣＦ ₄ とＣＨ ₂ Ｆ ₂ との混合ガスである請求項２に記載のＳＯＩ基板の製造方法。
前記高温熱処理が、水素雰囲気中での１０５０〜１３００℃、１０分〜５時間の熱処理である請求項１〜請求項３のうち、何れか１項に記載のＳＯＩ基板の製造方法。
前記異方性のドライエッチングは、反応性イオンエッチング、光励起エッチング、プラズマエッチングの何れか１つである請求項１〜請求項４のうち、何れか１項に記載のＳＯＩ基板の製造方法。