JP5063867B2

JP5063867B2 - Manufacturing method of SOI substrate

Info

Publication number: JP5063867B2
Application number: JP2005123411A
Authority: JP
Inventors: 信介定光; 正彦中前
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2005-04-21
Filing date: 2005-04-21
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2025-04-21
Also published as: JP2006303218A

Description

本発明は、アモルファスシリコン層を熱処理することにより単結晶シリコンに変化させるＭＩＬＣ(Metal Induced Lateral Crystallization)技術を用いたＳＯＩ基板の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing an SOI substrate using MILC (Metal Induced Lateral Crystallization) technology in which an amorphous silicon layer is changed to single crystal silicon by heat treatment.

従来、ＳＯＩ基板の製造方法として、ＳＩＭＯＸ法(Separation by inplanted oxygen)やスマートカット法が知られている。このＳＩＭＯＸ法では、シリコン基板の表面に部分的にマスク酸化膜を形成した後、そのマスク酸化膜を介してシリコン基板の表面に垂直に酸素イオンを注入し、そのシリコン基板をアニール処理してシリコン基板の内部に埋込み酸化膜を形成する製造方法である。一方、スマートカット法は、シリコン基板の表面に酸化膜を形成した後そのシリコン基板に水素イオン注入し、この水素イオンを注入したシリコン基板に他のシリコン基板を貼り合わせ、水素を注入した領域から活性層を切り出す製造方法である。しかし、このＳＩＭＯＸ法やスマートカット法では、複数の製造工程から構成される結果、得られたＳＯＩ基板の単価が押し上げられる不具合があった。 Conventionally, as a method for manufacturing an SOI substrate, a SIMOX method (Separation by implanted oxygen) and a smart cut method are known. In this SIMOX method, after a mask oxide film is partially formed on the surface of the silicon substrate, oxygen ions are implanted perpendicularly to the surface of the silicon substrate through the mask oxide film, and the silicon substrate is annealed to form silicon. In this method, a buried oxide film is formed inside a substrate. On the other hand, in the smart cut method, after forming an oxide film on the surface of the silicon substrate, hydrogen ions are implanted into the silicon substrate, another silicon substrate is bonded to the silicon substrate into which the hydrogen ions are implanted, and the hydrogen is implanted from the region where It is a manufacturing method which cuts out an active layer. However, the SIMOX method and the smart cut method have a problem that the unit price of the obtained SOI substrate is pushed up as a result of being composed of a plurality of manufacturing processes.

この点を解消するために、近年では、シリコン基板の表面に形成された酸化膜上にアモルファスシリコン層と金属層をこの順序で形成し、所定の温度で熱処理することによりそのアモルファスシリコン層を単結晶シリコンからなるＳＯＩ層に変化させるＭＩＬＣ(Metal Induced Lateral Crystallization)技術を用いたＳＯＩ基板の製造方法が開発されている（例えば、特許文献１参照。）。即ち、このＭＩＬＣに関する技術を用いることによりアモルファスシリコン層を単結晶シリコンからなるＳＯＩ層に変化させれば、その後金属層をエッチング除去することによりシリコン基板上に酸化膜を介してＳＯＩ層が形成されたＳＯＩ基板を得ることができる。このため、このＭＩＬＣ技術を用いたＳＯＩ基板の方法では、前述したＳＩＭＯＸ法やスマートカット法におけるＳＯＩ基板の製造方法に比較してその製造工程が単純化し、比較的低コストでＳＯＩ基板を作製することができるものと期待されている。
特開２００４−２９６７４４号公報（明細書［００２６］） In order to solve this problem, in recent years, an amorphous silicon layer and a metal layer are formed in this order on an oxide film formed on the surface of a silicon substrate, and the amorphous silicon layer is simply formed by heat treatment at a predetermined temperature. A manufacturing method of an SOI substrate using a MILC (Metal Induced Lateral Crystallization) technique for changing to an SOI layer made of crystalline silicon has been developed (for example, see Patent Document 1). That is, if the amorphous silicon layer is changed to an SOI layer made of single crystal silicon by using this MILC technology, the SOI layer is formed on the silicon substrate via the oxide film by etching and removing the metal layer thereafter. An SOI substrate can be obtained. Therefore, in the SOI substrate method using the MILC technique, the manufacturing process is simplified and the SOI substrate is manufactured at a relatively low cost as compared with the manufacturing method of the SOI substrate in the SIMOX method or the smart cut method described above. It is expected to be able to.
JP 2004-296744 A (specification [0026])

しかし、ＭＩＬＣに関する技術を用いた上記従来のＳＯＩ基板の製造方法では、熱処理することによりアモルファスシリコン層は単結晶化しＳＯＩ層に変化するけれども、そのアモルファスシリコン層上に金属層が形成されることから、単結晶化して形成されたＳＯＩ層にこの金属層から金属が入り込んでそのＳＯＩ層が金属で汚染されてしまうという未だ解決すべき課題が残存していた。
本発明の目的は、比較的低コストでＳＯＩ基板を作製するとともに、ＳＯＩ層における金属汚染を解消し得るＳＯＩ基板の製造方法を提供することにある。 However, in the conventional method for manufacturing an SOI substrate using the technology related to MILC, the amorphous silicon layer is converted into an SOI layer by heat treatment, but a metal layer is formed on the amorphous silicon layer. However, the problem to be solved still remains that metal enters the SOI layer formed by single crystallization from the metal layer and the SOI layer is contaminated with the metal.
An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an SOI substrate which can produce an SOI substrate at a relatively low cost and can eliminate metal contamination in the SOI layer.

請求項１に係る発明は、図１に示すように、シリコン基板１２の表面に形成された酸化膜１３上にアモルファスシリコン層１４と金属層１８をこの順序で形成し、所定の温度で熱処理することによりアモルファスシリコン層１４を単結晶シリコンからなるＳＯＩ層１６に変化させ、その後金属層１８をエッチング除去してシリコン基板１２上に酸化膜１３を介してＳＯＩ層１６が形成されたＳＯＩ基板１１を得るＳＯＩ基板の製造方法の改良である。
その特徴ある点は、金属層１８をエッチング除去することにより表出したＳＯＩ層１６の表面上にＣＶＤ法によりポリシリコン層からなるゲッタリング層１９を直接形成してＳＯＩ層１６中における金属をゲッタリングさせる工程と、ゲッタリング層１９をケミカルメカニカルポリッシングにより除去して金属が除去されたＳＯＩ層１６を表出させる工程とを備えたところにある。
この請求項1に記載されたＳＯＩ基板の製造方法では、金属層１８をエッチング除去することにより表出したＳＯＩ層１６にゲッタリング層１９を形成してＳＯＩ層１６中における金属をゲッタリングさせるので、ＳＯＩ層１６における金属汚染をゲッタリングしたゲッタリング層１９をその後除去することにより金属が除去されたＳＯＩ層１６が表出し、ＳＯＩ層１６における金属汚染が解消されたＳＯＩ基板１１を得ることができる。 In the invention according to claim 1, as shown in FIG. 1, an amorphous silicon layer 14 and a metal layer 18 are formed in this order on an oxide film 13 formed on the surface of a silicon substrate 12, and heat-treated at a predetermined temperature. As a result, the amorphous silicon layer 14 is changed to an SOI layer 16 made of single crystal silicon, and then the metal layer 18 is removed by etching, and the SOI substrate 11 in which the SOI layer 16 is formed on the silicon substrate 12 via the oxide film 13 is obtained. It is improvement of the manufacturing method of the obtained SOI substrate.
The characteristic point is that a gettering layer 19 made of a polysilicon layer is directly formed by CVD on the surface of the SOI layer 16 exposed by etching away the metal layer 18 to getter the metal in the SOI layer 16. And a step of removing the gettering layer 19 by chemical mechanical polishing to expose the SOI layer 16 from which the metal has been removed.
In the SOI substrate manufacturing method described in claim 1, the gettering layer 19 is formed on the exposed SOI layer 16 by etching away the metal layer 18 to getter the metal in the SOI layer 16. Then, by removing the gettering layer 19 obtained by gettering the metal contamination in the SOI layer 16, the SOI layer 16 from which the metal has been removed is exposed, and the SOI substrate 11 in which the metal contamination in the SOI layer 16 is eliminated can be obtained. it can.

ＳＯＩ層１６の表面上にＣＶＤ法によりポリシリコン層からなるゲッタリング層１９を直接形成することで、ＳＯＩ層１６中における金属をゲッタリングするゲッタリング層１９を確実に形成することができる。 By directly forming the gettering layer 19 made of a polysilicon layer on the surface of the SOI layer 16 by the CVD method, the gettering layer 19 for gettering the metal in the SOI layer 16 can be surely formed.
また、ゲッタリング層の除去をケミカルメカニカルポリッシングにより行うことで、金属をゲッタリングしたゲッタリング層１９を効果的に除去することができる。Moreover, the gettering layer 19 obtained by gettering the metal can be effectively removed by removing the gettering layer by chemical mechanical polishing.

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、金属層１８がアモルファスシリコン層１４上に蒸着させたニッケルからなることを特徴とする。 The invention according to claim 2 is the invention according to claim 1, wherein the metal layer 18 is made of nickel deposited on the amorphous silicon layer 14.
この請求項２に記載されたＳＯＩ基板の製造方法では、アモルファスシリコン層１４をＳＯＩ層１６に変化させるニッケルシリサイド（ＮｉＳｉ In this method for manufacturing an SOI substrate, nickel silicide (NiSi) for changing the amorphous silicon layer 14 to the SOI layer 16 is used. ₂₂ ）１４ａが単結晶シリコンの格子定数に非常に近く、アモルファスシリコン層１４を効果的に単結晶化させることができる。) 14a is very close to the lattice constant of single crystal silicon, and the amorphous silicon layer 14 can be effectively single crystallized.

請求項３に係る発明は、請求項１に係る発明であって、ＣＶＤ法によりポリシリコン層を成長させる温度が６００℃以上７００℃以下であって、成長したポリシリコン層の厚さが１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることを特徴とする。
この請求項３に記載されたＳＯＩ基板の製造方法では、ＳＯＩ層１６中における金属をゲッタリング層１９に確実にゲッタリングさせることができる。ポリシリコンを成長させる温度が６００℃未満であると、金属をゲッタリングするゲッタリング層１９を形成することができずに、ポリシリコンが形成されることになる。ポリシリコンを成長させる温度が７００℃を越えると、ポリシリコンの再結晶化が進み得られたゲッタリング層１９におけるゲッタリング効果が劣化する。また、ゲッタリング層１９を構成するポリシリコンの厚さが１０ｎｍ未満であると、ゲッタリング効果が不十分であり、その厚さが１００ｎｍを越えると、ゲッタリング層１９を構成するポリシリコンの成長に長時間必要となる不具合がある。ここで、ＣＶＤ法によりポリシリコン層を成長させる温度の更に好ましい範囲は６２０℃以上６７０℃以下であって、成長したポリシリコン層の更に好ましい厚さは２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。 The invention according to claim 3 is the invention according to claim 1 , wherein the temperature at which the polysilicon layer is grown by the CVD method is 600 ° C. or more and 700 ° C. or less, and the thickness of the grown polysilicon layer is 10 nm or more. It is 100 nm or less.
In the method for manufacturing an SOI substrate according to the third aspect , the gettering layer 19 can reliably getter the metal in the SOI layer 16. If the temperature for growing polysilicon is less than 600 ° C., the gettering layer 19 for gettering metal cannot be formed, and polysilicon is formed. If the temperature at which the polysilicon is grown exceeds 700 ° C., the gettering effect in the gettering layer 19 where the recrystallization of the polysilicon has progressed deteriorates. If the thickness of the polysilicon constituting the gettering layer 19 is less than 10 nm, the gettering effect is insufficient, and if the thickness exceeds 100 nm, the growth of the polysilicon constituting the gettering layer 19 is grown. Has a problem that requires a long time. Here, the more preferable range of the temperature for growing the polysilicon layer by the CVD method is 620 ° C. or more and 670 ° C. or less, and the more preferable thickness of the grown polysilicon layer is 20 nm or more and 50 nm or less.

本発明のＳＯＩ基板の製造方法では、表出したＳＯＩ層にゲッタリング層を形成してＳＯＩ層中における金属をゲッタリングさせる工程を含むので、ＳＯＩ層における金属汚染をゲッタリングしたゲッタリング層をその後除去することにより金属が除去されたＳＯＩ層が表出し、ＳＯＩ層における金属汚染が解消されたＳＯＩ基板を得ることができる。そして、ＳＯＩ層に後に変化するアモルファスシリコン層上に形成された金属層がアモルファスシリコン層上に蒸着させたニッケルであれば、アモルファスシリコン層を効果的に単結晶化させることができる。
また、ゲッタリング層がＣＶＤ法によりＳＯＩ層の表面上に直接形成されたポリシリコン層であり、ゲッタリング層の除去がケミカルメカニカルポリッシングにより行われれば、ＳＯＩ層中における金属をゲッタリングするゲッタリング層を確実に形成することができ、かつ金属をゲッタリングしたゲッタリング層を効果的に除去することができる。そして、ＣＶＤ法によりポリシリコン層を成長させる温度が６００℃以上７００℃以下であって、成長したポリシリコン層の厚さが１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であれば、ＳＯＩ層中における金属をゲッタリング層に効果的にゲッタリングさせることができる。
The method for manufacturing an SOI substrate according to the present invention includes a step of forming a gettering layer on the exposed SOI layer and gettering the metal in the SOI layer. Therefore, a gettering layer obtained by gettering metal contamination in the SOI layer is formed. Thereafter, the SOI layer from which the metal has been removed is exposed by removing it, and an SOI substrate in which metal contamination in the SOI layer is eliminated can be obtained. If the metal layer formed on the amorphous silicon layer that changes to the SOI layer later is nickel deposited on the amorphous silicon layer, the amorphous silicon layer can be effectively single-crystallized.
In addition, if the gettering layer is a polysilicon layer formed directly on the surface of the SOI layer by a CVD method and the gettering layer is removed by chemical mechanical polishing, gettering for gettering the metal in the SOI layer is performed. The layer can be reliably formed, and the gettering layer obtained by gettering the metal can be effectively removed. If the temperature at which the polysilicon layer is grown by the CVD method is 600 ° C. or more and 700 ° C. or less and the thickness of the grown polysilicon layer is 10 nm or more and 100 nm or less, the metal in the SOI layer is used as the gettering layer. Effective gettering can be achieved.

次に本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
図１（ｏ）に示すように、ＳＯＩ基板１１は、シリコン単結晶からなるシリコン基板１２と、シリコン基板１２上にシリコン酸化膜１３を介して接合させられるシリコン単結晶からなるＳＯＩ層１６とを備える。上記酸化膜１３は電気絶縁性を有するシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂膜）である。この実施の形態におけるＳＯＩ基板１１は、酸化膜１３上にアイランド状にＳＯＩ層１６が存在するものであって、ＳＯＩ層１６が存在する部分のシリコン基板１２の表面の一部にのみ上記酸化膜１３は形成される場合を示す。 Next, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1 (o), an SOI substrate 11 includes a silicon substrate 12 made of a silicon single crystal and an SOI layer 16 made of a silicon single crystal bonded to the silicon substrate 12 via a silicon oxide film 13. Prepare. The oxide film 13 is a silicon oxide film (SiO ₂ film) having electrical insulation. The SOI substrate 11 in this embodiment has an SOI layer 16 in an island shape on an oxide film 13, and the oxide film is formed only on a part of the surface of the silicon substrate 12 where the SOI layer 16 exists. 13 shows the case where it is formed.

このようなＳＯＩ基板１１の本発明における製造方法を説明する。
＜酸化膜形成工程＞
先ずシリコン単結晶からなるシリコン基板１２を準備し、そのシリコン基板を酸素雰囲気中、９００〜１０００℃の温度で加熱し、そのシリコン基板１２の表面に電気絶縁性を有するシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂膜）１３を形成する（図１（ａ））。この酸化膜１３は、その厚さが５０〜３００ｎｍ、好ましくは１００〜２００ｎｍの厚さになるように形成される。ここで、酸化膜１３の厚さを５０〜３００ｎｍの範囲に限定したのは、５０ｎｍ未満では後述するシリコン基板１２との接合において高温時の酸化膜の流動性に起因したボイド消滅という効果が小さくなりその結果ボイドが発生し易くなり、３００ｎｍを越えると埋込み酸化膜の均一性がデバイス要求より劣化するからである。なお、上記酸化膜（ＳｉＯ₂膜）１３を熱酸化ではなくＣＶＤ法によりシリコン基板の表面にのみ形成してもよい。 A method for manufacturing such an SOI substrate 11 in the present invention will be described.
<Oxide film formation process>
First, a silicon substrate 12 made of a silicon single crystal is prepared, and the silicon substrate is heated in an oxygen atmosphere at a temperature of 900 to 1000 ° C., and a silicon oxide film (SiO ₂ film having electrical insulation) is formed on the surface of the silicon substrate 12. ) 13 is formed (FIG. 1A). The oxide film 13 is formed so as to have a thickness of 50 to 300 nm, preferably 100 to 200 nm. The reason why the thickness of the oxide film 13 is limited to the range of 50 to 300 nm is that if the thickness is less than 50 nm, the effect of void disappearance due to the fluidity of the oxide film at a high temperature in bonding to the silicon substrate 12 described later is small. As a result, voids are likely to be generated, and when the thickness exceeds 300 nm, the uniformity of the buried oxide film deteriorates from the device requirement. The oxide film (SiO ₂ film) 13 may be formed only on the surface of the silicon substrate by CVD instead of thermal oxidation.

＜アモルファスシリコン層の形成工程＞
次に、シリコン基板１２の表面に形成された酸化膜１３上にアモルファスシリコン層１４を形成する（図１（ｂ））。このアモルファスシリコン層１４を形成はＬＰ−ＣＶＤ(Low Pressure - Chemical Vapor Deposition)の方法でアモルファスシリコンを成長させることにより行うことが好ましい。即ち、シリコン基板１２をＬＰ−ＣＶＤ炉に挿入し、圧力１０〜４０Ｐａ，温度３００〜５００℃の成長条件によってＳｉＨ₄を原料ガスとしてその炉の内部に供給し、アモルファスシリコンを酸化膜１３の表面上に成長させることが好ましい。このアモルファスシリコン層１４は後に単結晶化されてＳＯＩ層１６に変化するものであるため、その厚さはデバイスの要求によるけれども、一般的には、１０〜２００ｎｍ、好ましくは１０〜７０ｎｍの範囲に形成することが望ましい。ここで、アモルファスシリコン層１４の厚さを１０〜２００ｎｍの範囲に限定したのは、１０ｎｍ未満ではデバイス構造を作り込めない不具合があり、２００ｎｍを越えると再結晶化が起こりにくい不具合があるからである。 <Amorphous silicon layer formation process>
Next, an amorphous silicon layer 14 is formed on the oxide film 13 formed on the surface of the silicon substrate 12 (FIG. 1B). The amorphous silicon layer 14 is preferably formed by growing amorphous silicon by LP-CVD (Low Pressure-Chemical Vapor Deposition). That is, the silicon substrate 12 is inserted into an LP-CVD furnace, SiH ₄ is supplied into the furnace as a source gas under the growth conditions of a pressure of 10 to 40 Pa and a temperature of 300 to 500 ° C., and amorphous silicon is supplied to the surface of the oxide film 13. It is preferable to grow it on top. Since the amorphous silicon layer 14 is later made into a single crystal and changed to the SOI layer 16, the thickness thereof is generally in the range of 10 to 200 nm, preferably 10 to 70 nm, although it depends on the requirements of the device. It is desirable to form. Here, the reason why the thickness of the amorphous silicon layer 14 is limited to the range of 10 to 200 nm is that there is a problem that a device structure cannot be formed if the thickness is less than 10 nm, and recrystallization is difficult to occur if the thickness exceeds 200 nm. is there.

なお、この実施の形態では、ＳＯＩ層１６を形成する部分におけるアモルファスシリコン層１４を単結晶化させて、シリコン基板１２の表面の一部に酸化膜１３を介してＳＯＩ層１６が形成されたＳＯＩ基板１１を製造する。このためアモルファスシリコン層１４を形成した後に、ＳＯＩ層１６を形成する予定のない部分にＳｉＯ₂からなる低温酸化膜１７を堆積させることが行われる。この低温酸化膜１７の堆積は、シリコン基板１２を常圧のＣＶＤ炉に挿入し、温度４００℃〜５００℃の成長条件によってＳｉＨ₄、Ｏ₂を原料ガスとしてその炉の内部に供給することにより行われる（図１（ｃ））。その後リソグラフィー技術により、ＳＯＩ層１６を形成する領域の低温酸化膜１７を除去し、ＳＯＩ層１６を形成する予定のない部分の低温酸化膜１７をアモルファスシリコン層１４上に残存させるとともに、ＳＯＩ層１６を形成する部分に開口部１７ａを形成する（図１（ｄ））。 In this embodiment, the amorphous silicon layer 14 in the portion where the SOI layer 16 is formed is single-crystallized, and the SOI layer 16 is formed on the surface of the silicon substrate 12 via the oxide film 13. The substrate 11 is manufactured. For this reason, after the amorphous silicon layer 14 is formed, a low temperature oxide film 17 made of SiO ₂ is deposited on a portion where the SOI layer 16 is not to be formed. The low temperature oxide film 17 is deposited by inserting the silicon substrate 12 into a normal pressure CVD furnace and supplying SiH ₄ and O ₂ as source gases into the furnace under growth conditions of a temperature of 400 ° C. to 500 ° C. Performed (FIG. 1C). Thereafter, the low-temperature oxide film 17 in the region where the SOI layer 16 is to be formed is removed by a lithography technique, and a portion of the low-temperature oxide film 17 where the SOI layer 16 is not to be formed is left on the amorphous silicon layer 14 and the SOI layer 16 The opening 17a is formed in the portion where the film is to be formed (FIG. 1D).

＜金属層の形成及び単結晶化工程＞
次に、この低温酸化膜１７上と、低温酸化膜１７に形成された開口部１７ａから露出したアモルファスシリコン層１４上に金属層１８を形成する（図１（ｅ））。この実施の形態における金属層１８は、アモルファスシリコン層１４上に蒸着させたニッケルからなり、その金属層１８は、例えば真空蒸着法によりニッケルを３〜５ｎｍ程度アモルファスシリコン層１４上に堆積させることにより形成される。 <Metal layer formation and single crystallization process>
Next, a metal layer 18 is formed on the low temperature oxide film 17 and on the amorphous silicon layer 14 exposed from the opening 17a formed in the low temperature oxide film 17 (FIG. 1E). The metal layer 18 in this embodiment is made of nickel deposited on the amorphous silicon layer 14, and the metal layer 18 is formed by depositing nickel on the amorphous silicon layer 14 by about 3 to 5 nm, for example, by vacuum deposition. It is formed.

そして、この金属層１８を形成するニッケルが堆積したシリコン基板１２をＮ₂ガス雰囲気の加熱炉内に置き、４００〜６００℃で３０分〜１時間程度加熱処理（アニール）する。これにより、開口部１７ａからアモルファスシリコン層１４の単結晶化が進み、その単結晶化は開口部１７ａから横方向へ進行する（図１（ｆ））。即ち、その後の熱処理により、金属層１８を形成するニッケルがアモルファスシリコン層１４に直接接している領域のアモルファスシリコンを単結晶シリコンに変態させ、開口部１７ａにおけるアモルファスシリコン層１４をＳＯＩ層１６に変化させる。これはニッケルシリサイド（ＮｉＳｉ₂）１４ａが単結晶シリコンの格子定数に非常に近いことを利用して、アモルファスシリコンを単結晶化させるものである。
次に、金属層１８と低温酸化膜１７をエッチングして除去する（図１（ｇ））。金属層１８の除去は、例えばＨ₂ＳＯ₄とＨ₂Ｏ₂の混合液を用いたウエットエッチングで行う。また、低温酸化膜１７の除去は、例えばＨＦ溶液を用いたウエットエッチングで行う。 Then, the silicon substrate 12 on which nickel forming the metal layer 18 is deposited is placed in a heating furnace in an N ₂ gas atmosphere, and is heated (annealed) at 400 to 600 ° C. for about 30 minutes to 1 hour. Thereby, the single crystallization of the amorphous silicon layer 14 proceeds from the opening 17a, and the single crystallization proceeds in the lateral direction from the opening 17a (FIG. 1 (f)). That is, by the subsequent heat treatment, the amorphous silicon in the region where nickel forming the metal layer 18 is in direct contact with the amorphous silicon layer 14 is transformed into single crystal silicon, and the amorphous silicon layer 14 in the opening 17a is changed to the SOI layer 16. Let This utilizes the fact that nickel silicide (NiSi ₂ ) 14a is very close to the lattice constant of single crystal silicon, thereby making amorphous silicon single crystal.
Next, the metal layer 18 and the low temperature oxide film 17 are removed by etching (FIG. 1G). The metal layer 18 is removed by wet etching using, for example, a mixed solution of H ₂ SO ₄ and H ₂ O ₂ . The removal of the low temperature oxide film 17 is performed by wet etching using, for example, an HF solution.

＜ゲッタリング工程＞
金属層１８をエッチング除去することにより表出したＳＯＩ層１６にゲッタリング層１９を形成してＳＯＩ層１６中における金属をゲッタリングさせる。この実施の形態におけるゲッタリング層１９はＣＶＤ法により形成されたポリシリコン層を示す。即ち、金属層１８と低温酸化膜１７がエッチングにより除去されてＳＯＩ層１６が表出したシリコン基板１２を低温ＣＶＤ炉の石英反応管内に挿入し、圧力１０〜４０Ｐａ，原料ガスとしてＳｉＨ₄を用い、温度６００〜７００℃の成長条件によって、厚さ１０〜１００ｎｍのポリシリコン層を表出したＳＯＩ層１６の表面上に成長させ、このとき残存するアモルファスシリコン層１４の表面にもそのポリシリコン層を成長させる（図１（ｈ））。この処理により、単結晶化してアモルファスシリコン層１４から変化したＳＯＩ層１６中の存在する金属であるニッケルを、そのゲッタリング層１９であるポリシリコン層にゲッタリングさせることが可能になる。 <Gettering process>
A gettering layer 19 is formed on the exposed SOI layer 16 by etching away the metal layer 18 to getter the metal in the SOI layer 16. The gettering layer 19 in this embodiment is a polysilicon layer formed by a CVD method. That is, the silicon substrate 12 on which the metal layer 18 and the low-temperature oxide film 17 are removed by etching and the SOI layer 16 is exposed is inserted into a quartz reaction tube of a low-temperature CVD furnace, and pressure is 10 to 40 Pa and SiH ₄ is used as a source gas. The polysilicon layer having a thickness of 10 to 100 nm is grown on the exposed surface of the SOI layer 16 under the growth conditions of 600 to 700 ° C., and the polysilicon layer is also formed on the surface of the remaining amorphous silicon layer 14 at this time. Is grown (FIG. 1 (h)). By this treatment, nickel which is a metal present in the SOI layer 16 which has been changed to a single crystal and changed from the amorphous silicon layer 14 can be gettered to the polysilicon layer which is the gettering layer 19.

＜ゲッタリング層の除去及びＳＯＩ基板を得る工程＞
最後にゲッタリング層１９を除去して金属が除去されたＳＯＩ層１６を表出させる（図１（ｉ））。この実施の形態におけるゲッタリング層１９の除去は、そのゲッタリング層１９をケミカルメカニカルポリッシング（ＣＭＰ）することにより行われる。
その後、単結晶化したＳＯＩ層１６を酸化膜１３上に残存させるとともに、単結晶化しないアモルファスシリコン層１４をシリコン基板１２上から除去することによりＳＯＩ基板１１を得る。このアモルファスシリコン層１４等の除去は以下の手順により行われる。 <Step of removing gettering layer and obtaining SOI substrate>
Finally, the gettering layer 19 is removed to expose the SOI layer 16 from which the metal has been removed (FIG. 1 (i)). The removal of the gettering layer 19 in this embodiment is performed by chemical mechanical polishing (CMP) of the gettering layer 19.
Then, the SOI substrate 16 is obtained by leaving the single crystallized SOI layer 16 on the oxide film 13 and removing the amorphous silicon layer 14 that is not single crystallized from the silicon substrate 12. The removal of the amorphous silicon layer 14 and the like is performed according to the following procedure.

即ち、上述したＬＰ−ＣＶＤ法により５０〜３００ｎｍの酸化膜２１をアモルファスシリコン層１４及びそのアモルファスシリコン層１４が単結晶化して得られたＳＯＩ層１６上に堆積させ（図１（ｊ））、リソグラフィー技術を用いてアモルファスシリコン層１４が単結晶化して得られたＳＯＩ層１６以外の酸化膜２１を除去した（図１（ｋ））。その後ドライエッチングにより酸化膜２１が除去された部分におけるアモルファスシリコン層１４を除去した（図１（ｌ））。その後厚膜レジスト２２をコートして段差を吸収した（図１（ｍ））。そして、酸化膜２１はエッチングするけれどもＳＯＩ層１６はエッチングしないエッチング条件でドライエッチングを行い、その酸化膜２１を除去した（図１（ｎ））。その後残ったレジスト２２を除去し、酸化膜１３上にアイランド状にＳＯＩ層１６が存在するＳＯＩ基板１１を完成させた（図１（ｏ））。 That is, the oxide film 21 having a thickness of 50 to 300 nm is deposited on the amorphous silicon layer 14 and the SOI layer 16 obtained by monocrystallizing the amorphous silicon layer 14 by the LP-CVD method described above (FIG. 1 (j)). The oxide film 21 other than the SOI layer 16 obtained by single-crystallizing the amorphous silicon layer 14 using a lithography technique was removed (FIG. 1 (k)). Thereafter, the amorphous silicon layer 14 in the portion where the oxide film 21 was removed was removed by dry etching (FIG. 1L). Thereafter, a thick film resist 22 was coated to absorb the step (FIG. 1 (m)). Then, dry etching was performed under etching conditions in which the oxide film 21 was etched but the SOI layer 16 was not etched, and the oxide film 21 was removed (FIG. 1 (n)). Thereafter, the remaining resist 22 was removed, and the SOI substrate 11 in which the SOI layer 16 was present in an island shape on the oxide film 13 was completed (FIG. 1 (o)).

このようなＳＯＩ基板１１の製造方法では、前述したＳＩＭＯＸ法におけるＳＯＩ基板の製造方法や、スマートカット法におけるＳＯＩ基板の製造方法に比較して、その製造工程が単純化し、比較的低コストでＳＯＩ基板を作製することができる。
一方、このようなＳＯＩ基板１１の製造方法では、アモルファスシリコン層１４が単結晶化してＳＯＩ層１６に変化する際に、アモルファスシリコン層１４上に形成された金属層１８から単結晶化して形成されたＳＯＩ層１６に金属が入り込むけれども、そのＳＯＩ層１６における金属汚染はその後そのＳＯＩ層１６に形成されたゲッタリング層１９にゲッタリングさせることができる。従って、本発明のＳＯＩ基板の製造方法では、ＳＯＩ層１６における金属汚染をゲッタリングしたゲッタリング層１９をその後除去することにより金属が除去されたＳＯＩ層１６が表出し、ＳＯＩ層１６における金属汚染が解消されたＳＯＩ基板１１を得ることができる。 In such a method for manufacturing the SOI substrate 11, the manufacturing process is simplified and the SOI substrate is manufactured at a relatively low cost compared to the method for manufacturing the SOI substrate in the SIMOX method and the method for manufacturing the SOI substrate in the smart cut method. A substrate can be produced.
On the other hand, in such a manufacturing method of the SOI substrate 11, when the amorphous silicon layer 14 is single-crystallized and changes to the SOI layer 16, it is formed by single-crystallizing from the metal layer 18 formed on the amorphous silicon layer 14. Although metal enters the SOI layer 16, metal contamination in the SOI layer 16 can be subsequently gettered to the gettering layer 19 formed in the SOI layer 16. Therefore, in the method for manufacturing an SOI substrate according to the present invention, the gettering layer 19 obtained by gettering the metal contamination in the SOI layer 16 is then removed to reveal the SOI layer 16 from which the metal has been removed. It is possible to obtain the SOI substrate 11 in which the above is eliminated.

以下に本発明の実施例を示す。
＜実施例１＞
図1に示すように、直径２００ｍｍのシリコン基板１２を準備し、そのシリコン基板１２に対して１０００℃の酸素雰囲気の熱処理を行い、その表面に厚さ１００ｎｍの酸化膜１３を成長させた。その後、４００℃でＬＰ−ＣＶＤ法を用いて厚さ５０ｎｍのアモルファスシリコン層１４を酸化膜１３上に成長させた。その後、４００℃でＣＶＤ法で１００ｎｍの低温酸化膜１７を堆積させ、リソグラフィー技術により、アモルファスシリコン層１４を単結晶化させたい領域の低温酸化膜１７を除去した。その後、スパッタ技術を用いて厚さ５ｎｍのニッケルを表面に堆積させて金属層１８を形成した。その後５００℃の熱処理により、低温酸化膜１７の開口部１７ａを介して金属層１８に直接接している領域のアモルファスシリコン層１４を単結晶に変態させた。 Examples of the present invention are shown below.
<Example 1>
As shown in FIG. 1, a silicon substrate 12 having a diameter of 200 mm was prepared, and the silicon substrate 12 was heat-treated in an oxygen atmosphere at 1000 ° C. to grow an oxide film 13 having a thickness of 100 nm on the surface. Thereafter, an amorphous silicon layer 14 having a thickness of 50 nm was grown on the oxide film 13 by using LP-CVD at 400 ° C. Thereafter, a low-temperature oxide film 17 having a thickness of 100 nm was deposited by a CVD method at 400 ° C., and the low-temperature oxide film 17 in a region where the amorphous silicon layer 14 was desired to be single-crystallized was removed by a lithography technique. Thereafter, nickel having a thickness of 5 nm was deposited on the surface using a sputtering technique to form the metal layer 18. Thereafter, the amorphous silicon layer 14 in a region in direct contact with the metal layer 18 through the opening 17a of the low-temperature oxide film 17 was transformed into a single crystal by heat treatment at 500 ° C.

その後表面の金属層１８と低温酸化膜１７を除去した後、厚さ５０ｎｍのポリシリコンをＬＰ−ＣＶＤ法で６５０℃で表面に成長させ、単結晶化して得られたＳＯＩ層１６中の金属をポリシリコンからなるゲッタリング層１９にゲッタリングさせた。その後ゲッタリング層１９をＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing)により除去し、ＬＰ−ＣＶＤ法により１００ｎｍの酸化膜２１を堆積させ、リソグラフィー技術を用いてＳＯＩ層１６以外の酸化膜２１を除去した。その後ドライエッチングによりアモルファスシリコン層１４を除去した。その後厚膜レジスト２２をコートし、段差を吸収し、平坦にコートした後酸化膜２１はエッチングしてＳＯＩ層１６はエッチングしないエッチング条件でドライエッチングを行い、酸化膜２１を除去した。その後残ったレジスト膜２２を除去し、シリコン酸化膜１３上にアイランド状にＳＯＩ層１６が存在するＳＯＩ基板１１を完成させた。このＳＯＩ基板を実施例１とした。 Then, after removing the surface metal layer 18 and the low-temperature oxide film 17, polysilicon in a thickness of 50 nm is grown on the surface at 650 ° C. by the LP-CVD method, and the metal in the SOI layer 16 obtained by single crystallization is obtained. The gettering layer 19 made of polysilicon was gettered. Thereafter, the gettering layer 19 was removed by CMP (Chemical Mechanical Polishing), an oxide film 21 having a thickness of 100 nm was deposited by LP-CVD, and the oxide film 21 other than the SOI layer 16 was removed by lithography. Thereafter, the amorphous silicon layer 14 was removed by dry etching. After that, a thick resist 22 was coated to absorb the level difference, and after the flat coating, the oxide film 21 was etched and the SOI layer 16 was not etched, and dry etching was performed to remove the oxide film 21. Thereafter, the remaining resist film 22 was removed, and the SOI substrate 11 in which the SOI layer 16 was present in an island shape on the silicon oxide film 13 was completed. This SOI substrate was referred to as Example 1.

＜比較例１＞
ゲッタリング層を形成しないことを除いて実施例１と同一の条件及び手順により酸化膜上にアイランド状にＳＯＩ層が存在するＳＯＩ基板を完成させた。このＳＯＩ基板を比較例１とした。 <Comparative Example 1>
An SOI substrate having an SOI layer in an island shape on the oxide film was completed under the same conditions and procedures as in Example 1 except that no gettering layer was formed. This SOI substrate was referred to as Comparative Example 1.

＜評価試験及び評価＞
実施例１及び比較例１におけるＳＯＩ基板のそれぞれのＳＯＩ層を化学分析してその成分中に金属であるニッケルが含まれるか否かを測定した。その結果、実施例１ではそのＳＯＩ層中にニッケルは測定されなかったが、比較例１ではそのＳＯＩ層中に１ｘ１０¹³ａｔｏｍｓ／ｃｍ³程度のニッケルが検出された。
比較例１におけるＳＯＩ層中に金属であるニッケルが測定されたのは、製造途中のアモルファスシリコン層１４上に形成された金属層１８からＳＯＩ層１６にニッケルが入り込んだことに起因するものと考えられる。一方、実施例１におけるＳＯＩ層中に金属が測定されなかったのは、製造途中にＳＯＩ層上に形成されるゲッタリング層にそのＳＯＩ層中の金属がゲッタリングされた結果と考えられる。この結果、本発明の製造方法では、ＳＯＩ層における金属汚染が解消されたＳＯＩ基板を得ることができることが判る。 <Evaluation test and evaluation>
The respective SOI layers of the SOI substrates in Example 1 and Comparative Example 1 were chemically analyzed to determine whether or not nickel as a metal was contained in the components. As a result, nickel was not measured in the SOI layer in Example 1, but nickel of about 1 × 10 ¹³ atoms / cm ³ was detected in the SOI layer in Comparative Example 1.
The reason why nickel as a metal was measured in the SOI layer in Comparative Example 1 is considered to be that nickel entered the SOI layer 16 from the metal layer 18 formed on the amorphous silicon layer 14 in the process of manufacture. It is done. On the other hand, the reason why the metal was not measured in the SOI layer in Example 1 is considered to be a result of gettering the metal in the SOI layer to the gettering layer formed on the SOI layer during the manufacturing. As a result, it can be seen that the manufacturing method of the present invention can provide an SOI substrate in which metal contamination in the SOI layer is eliminated.

本発明実施形態の製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of embodiment of this invention.

Explanation of symbols

１１ＳＯＩ基板
１２シリコン基板
１３酸化膜
１４アモルファスシリコン層
１６ＳＯＩ層
１８金属層
１９ゲッタリング層
11 SOI substrate 12 Silicon substrate 13 Oxide film 14 Amorphous silicon layer 16 SOI layer 18 Metal layer 19 Gettering layer

Claims

An amorphous silicon layer (14) and a metal layer (18) are formed in this order on the oxide film (13) formed on the surface of the silicon substrate (12), and the amorphous silicon layer ( 14) is changed to an SOI layer (16) made of single crystal silicon, and then the metal layer (18) is removed by etching, and the SOI layer (16) is formed on the silicon substrate (12) via the oxide film (13). In the method for manufacturing an SOI substrate, the SOI substrate (11) on which 16) is formed is obtained.
A gettering layer (19) made of a polysilicon layer is directly formed on the surface of the SOI layer (16) exposed by etching away the metal layer (18) by a CVD method to form the SOI layer (16). A step of gettering the metal inside,
And removing the gettering layer (19) by chemical mechanical polishing to expose the SOI layer (16) from which the metal has been removed.

The method for manufacturing an SOI substrate according to claim 1, wherein the metal layer (18) is made of nickel deposited on the amorphous silicon layer (14).

Temperature of growing the polysilicon layer is not more 600 ° C. or higher 700 ° C. or less by CVD grown at a thickness of 10nm or more 100nm or less manufacturing method of an SOI substrate according to claim 1, wherein the poly-silicon layer.