JP5674304B2 - Ｓｏｉウェハの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、貼り合せＳＯＩ基板において、埋め込み酸化膜（ＢＯＸ膜）にウェットエッチング処理を施す際の小片（パーティクル）の発生を抑制したＳＯＩウェハの製造方法に関する。

貼り合せＳＯＩ基板に対し、素子間分離用のトレンチを形成することが提案されている（例えば特許文献１参照）。トレンチ形成にあたっては、貼り合せＳＯＩ基板表面に酸化膜をＣＶＤ法などにより形成し、この酸化膜にトレンチ形成領域に対応してフォトリソグラフィ処理により開口部を形成してエッチング用マスクとして利用する。そして、酸化膜により露出されたトレンチ形成領域に対して、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）処理等によりシリコンを選択的にエッチングして、例えば１０〜１５μｍ程度の深さ寸法のトレンチを形成する。

また、貼り合せＳＯＩ基板に素子間分離用のトレンチを形成する際、支持基板に発生するブラックシリコンを抑制しエッジからの発塵をおさえるため、埋め込み酸化膜の厚さを厚くする方法が開示されている（例えば特許文献２参照）。

特開平５−１０９８８２号公報 特開平１０−８３９８６号公報

一般的に貼り合せＳＯＩ基板は、その作製工程において、埋め込み酸化膜（ＢＯＸ膜）が形成された支持基板の該ＢＯＸ膜上にＳＯＩ（Silicon On Insulator）膜を形成する際、円板形状の支持基板の周縁部（支持基板のエッジから１ｍｍ〜２ｍｍ程度の領域）にてＳＯＩ膜が良好に形成されず、シリコンの膜が点在している領域（シリコンアイランド領域）が存在していることが知られている。
具体的には、図１に示すように、円板形状の支持基板２の中心部ではＳＯＩ膜６が良好に形成され、一様なＳＯＩ膜６を有する。一方、円板形状の支持基板２の周縁部では、ＳＯＩ膜６の形成が良好に行われないために、該ＳＯＩ膜６が一様に形成されず、海に浮かぶ島のごとく点在した状態で不良シリコン膜６’が存在する（図１（Ａ）および図１（Ｃ）参照）。この不良シリコン膜６’が点在する領域がシリコンアイランド領域８である。

上記シリコンアイランド領域８に不良シリコン膜６’が残存した状態で、ＢＯＸ膜４に酸化膜ウェットエッチング処理を施すと、図１（Ａ）の拡大図および図１（Ｃ）に示す不良シリコン膜６’がリフトオフしてしまうことにより、小片（パーティクル）が発生するとの問題を有していた。
また、当該箇所に酸化膜除去のドライエッチング処理を行うと、図１（Ａ）の拡大図および図１（Ｃ）に示す不良シリコン膜６’がエッチングマスクの役目を果たすこととなり、意図しない段差が形成されてしまうため、上記小片（パーティクル）の発生を助長してしまう。

即ち、本発明は、シリコンアイランド領域における埋め込み酸化膜（ＢＯＸ膜）にウェットエッチング処理を施す工程を有する場合であっても、小片（パーティクル）の発生を抑制することを目的とする。

上記課題は、以下の本発明によって解決される。
即ち本願請求項１に係る発明は、円板形状の支持基板上に埋め込み酸化膜およびＳＯＩ膜をこの順に有し、且つ前記支持基板の周縁部において前記ＳＯＩ膜が良好に形成されていない不良なシリコン膜が点在するシリコンアイランド領域を有する貼り合せＳＯＩ基板を準備する第１の工程と、前記貼り合せＳＯＩ基板の前記ＳＯＩ膜上および前記シリコンアイランド領域上にマスク用絶縁膜を形成する第２の工程と、前記マスク用絶縁膜上にレジスト材料を塗布し、且つ前記シリコンアイラインド領域上に塗布されたレジスト材料をエッジリンスにより除去する第３の工程と、前記レジスト材料をパターニングして、前記レジスト材料の前記ＳＯＩ膜にトレンチを形成する箇所に相当する箇所を除去する第４の工程と、前記レジスト材料をマスクとして前記マスク用絶縁膜をエッチングし、前記マスク用絶縁膜に前記ＳＯＩ膜にトレンチを形成するための開口部を形成し、且つ前記不良なシリコン膜が露出するように前記シリコンアイランド領域上の前記マスク用絶縁膜を除去する第５の工程と、前記レジスト材料を剥離する第６の工程と、前記開口部が形成されたマスク用絶縁膜をマスクとして前記ＳＯＩ膜および前記シリコンアイランド領域に点在する前記不良なシリコン膜をドライエッチングし、前記ＳＯＩ膜にトレンチを形成し、且つ前記不良なシリコン膜を除去する第７の工程と、前記トレンチに酸化膜を埋め込み、前記マスク用絶縁膜をウェットエッチング処理により除去する第８の工程と、を有するＳＯＩウェハの製造方法である。

請求項１に係るＳＯＩウェハの製造方法は、第８の工程の前に、シリコンアイランド領域において点在する不良なシリコン膜をドライエッチング処理により除去するシリコンアイランド領域不良シリコン膜エッチング工程（第７の工程）を有している。そのため、図１（Ａ）の拡大図および図１（Ｃ）に示すシリコンアイランド領域８における埋め込み酸化膜（ＢＯＸ膜）４にウェットエッチング処理を施す際には、既に小片（パーティクル）の発生源となる不良シリコン膜６’は存在しないため、小片（パーティクル）の発生が抑制される。

また、請求項１に係るＳＯＩウェハの製造方法は、シリコンアイランド領域における不良シリコン膜をドライエッチングにより除去する工程が、ＳＯＩ膜にトレンチを形成するためのドライエッチングによって行われる。より具体的には、図２に示すように、貼り合せＳＯＩ基板のＳＯＩ膜６上およびシリコンアイランド領域８上にマスク用絶縁膜を形成し、更に該マスク用絶縁膜上にレジスト材料を塗布する。この際、前記シリコンアイランド領域上に塗布されたレジスト材料をエッジリンスにより除去し（例えば図２ではエッジリンスによりレジスト材料を除去する幅１０’の部分をエッジリンスする）、シリコンアイランド領域８上にはレジスト材料が存在しない状態とする。次いで、前記レジスト材料をパターニングして、前記レジスト材料の前記ＳＯＩ膜にトレンチを形成する箇所に相当する箇所を除去し、該レジスト材料をマスクとして前記マスク用絶縁膜をエッチングする。これにより、前記マスク用絶縁膜に前記ＳＯＩ膜にトレンチを形成するための開口部が形成されると共に、前記シリコンアイランド領域上の前記マスク用絶縁膜も除去され、シリコンアイランド領域に点在する不良シリコン膜が露出した状態となる。この後レジスト材料を剥離し、更にＳＯＩ膜トレンチ形成工程兼シリコンアイランド領域不良シリコン膜エッチング工程（第７の工程）を経ることにより、ＳＯＩ膜にトレンチが形成され、且つ第８の工程に移行する前に、シリコンアイランド領域に点在する不良シリコン膜が除去される。
シリコンアイランド領域における不良シリコン膜をドライエッチングにより除去する工程が、ＳＯＩ膜にトレンチを形成するためのドライエッチングによって行われることにより、プロセスを増やすことなく小片（パーティクル）の発生が抑制される。

請求項２に係る発明は、前記第５の工程の後、前記第７の工程の前に、前記シリコンアイランド領域に点在する前記不良なシリコン膜に露光を行うシリコンアイランド領域露光工程を有する請求項１に記載のＳＯＩウェハの製造方法である。

ＳＯＩウェハの製造においては、完全素子分離を行う場合と完全素子分離を行わない場合とが有る。例えば、完全空乏型のＳＯＩデバイスに用いるＳＯＩウェハなどの場合、図３に示すように、一般的に素子分離はＳＯＩ膜６の厚さ方向すべてを除去し、ＳＯＩ膜６と同じ厚みのトレンチを形成し、完全素子分離を行う。一方、高耐圧向けのＳＯＩデバイスに用いるＳＯＩウェハなどの場合、図４に示すように、一般的に素子分離はＳＯＩ膜６の厚さの途中まで除去し、ＳＯＩ膜６よりも厚さが薄いトレンチを形成し、完全素子分離を行わない。しかし、完全素子分離を行わないＳＯＩウェハであっても、シリコンアイランド領域における不良シリコン膜はＳＯＩ膜６と同じ厚さとなるものが存在する。
その様な場合であっても、請求項３に係るＳＯＩウェハの製造方法はシリコンアイランド領域に点在する前記不良なシリコン膜に露光を行う工程を有しており、露光された不良シリコン膜が、ＳＯＩ膜トレンチ形成工程兼シリコンアイランド領域不良シリコン膜エッチング工程（第７の工程）におけるドライエッチング処理により、良好に除去される。

本発明によれば、シリコンアイランド領域における埋め込み酸化膜（ＢＯＸ膜）にウェットエッチング処理を施す工程を有する場合であっても、小片（パーティクル）の発生が抑制されたＳＯＩウェハの製造方法が提供される。

（Ａ）〜（Ｃ）は貼り合せＳＯＩ基板におけるシリコンアイランド領域を説明するための概略図である。 レジスト材料塗布工程においてエッジリンスによりレジスト材料を除去する幅を説明するための概略図である。 完全素子分離を行った貼り合せＳＯＩ基板の一例を示す概略断面図である。 完全素子分離を行わない貼り合せＳＯＩ基板の一例を示す概略断面図である。

本発明に係るＳＯＩウェハの製造方法は、円板形状の支持基板上に埋め込み酸化膜およびＳＯＩ膜をこの順に有し、且つ前記支持基板の周縁部において前記ＳＯＩ膜が良好に形成されていない不良なシリコン膜が点在するシリコンアイランド領域を有する貼り合せＳＯＩ基板を準備する貼り合せＳＯＩ基板準備工程（第１の工程）と、前記貼り合せＳＯＩ基板の前記ＳＯＩ膜上および前記シリコンアイランド領域上にマスク用絶縁膜を形成するマスク用絶縁膜形成工程（第２の工程）と、前記マスク用絶縁膜上にレジスト材料を塗布し、且つ前記シリコンアイラインド領域上に塗布されたレジスト材料をエッジリンスにより除去するレジスト材料塗布工程（第３の工程）と、前記レジスト材料をパターニングして、前記レジスト材料の前記ＳＯＩ膜にトレンチを形成する箇所に相当する箇所を除去するレジスト材料パターニング工程（第４の工程）と、前記レジスト材料をマスクとして前記マスク用絶縁膜をエッチングし、前記マスク用絶縁膜に前記ＳＯＩ膜にトレンチを形成するための開口部を形成し、且つ前記不良なシリコン膜が露出するように前記シリコンアイランド領域上の前記マスク用絶縁膜を除去するマスク用絶縁膜開口部形成工程（第５の工程）と、前記レジスト材料を剥離するレジスト材料剥離工程（第６の工程）と、前記開口部が形成されたマスク用絶縁膜をマスクとして前記ＳＯＩ膜および前記シリコンアイランド領域に点在する前記不良なシリコン膜をドライエッチングし、前記ＳＯＩ膜にトレンチを形成し、且つ前記不良なシリコン膜を除去するＳＯＩ膜トレンチ形成工程兼シリコンアイランド領域不良シリコン膜エッチング工程（第７の工程）と、前記トレンチに酸化膜を埋め込み、前記マスク用絶縁膜をウェットエッチング処理により除去する第８の工程と、を有することを特徴とする。

尚、上記シリコンアイランド領域不良シリコン膜エッチング工程（第７の工程）は、ＳＯＩ膜をエッチングする工程を兼ねて１度のドライエッチングによって両工程を行う。尚、本発明において上記のＳＯＩ膜をエッチングする工程としては、少なくともＳＯＩ膜にトレンチを形成するためのドライエッチング工程が挙げられる。

以下、シリコンアイランド領域不良シリコン膜エッチング工程とＳＯＩ膜をエッチングする工程とを兼ねて１度のドライエッチングによって両工程を行う場合、即ちＳＯＩ膜トレンチ形成工程兼シリコンアイランド領域不良シリコン膜エッチング工程を有する場合について、詳細に説明する。

（貼り合せＳＯＩ基板準備工程）
まず、円板形状の支持基板上に埋め込み酸化膜およびＳＯＩ膜をこの順に有し、且つ前記支持基板の周縁部において前記ＳＯＩ膜が良好に形成されていない不良なシリコン膜が点在するシリコンアイランド領域を有する貼り合せＳＯＩ基板を準備する。具体的には、図１に示すような貼り合せＳＯＩ（silicon on insulator）基板を準備する。この貼り合せＳＯＩ基板は、支持基板２、この支持基板２の表面に形成され貼り合せＳＯＩ基板内に埋設される熱酸化膜からなる埋め込み酸化膜（ＢＯＸ膜）４、およびこの貼り合せＳＯＩ基板の主表面側に埋め込み酸化膜（ＢＯＸ膜）４を介した状態で貼り付けられたＳＯＩ膜６を有するものである。

貼り合せＳＯＩ基板の製造について簡単に説明する。まず、ベースとなる支持基板の表面に埋め込み酸化膜（ＢＯＸ膜）となる熱酸化膜を形成するとともに、素子形成側となるＳＯＩ膜を準備し、それらの鏡面同士を清浄な雰囲気下で公知の直接接合法にて貼り合せ、アニールすることで接合する。尚、接合した後の上記ＳＯＩ膜は表面側から研削して薄肉化してもよく、またエッジ欠け防止の観点から外周部を研削してもよい。また、その後ＢＯＸ膜を介して接合された支持基板およびＳＯＩ膜の上面側と裏面側に各々マスキングテープを被着し、薬液によりＳＯＩ膜の外周部をウエットエッチングにより除去してもよく、さらにＳＯＩ膜の表面から仕上げの研磨を行ってもよい。このようにして、所望の厚さのＳＯＩ膜を有する貼り合せＳＯＩ基板を得る。

尚、上記貼り合せＳＯＩ基板の製造方法において不良シリコン膜６’が点在するシリコンアイラインド領域が形成される。

（マスク用絶縁膜形成工程）
ついで、前記貼り合せＳＯＩ基板の前記ＳＯＩ膜上および前記シリコンアイランド領域上にマスク用絶縁膜を形成する。
貼り合せＳＯＩ基板の上面側つまりＳＯＩ膜６およびシリコンアイランド領域８が形成されている側の面にマスク用絶縁膜としてのシリコン窒化膜、マスク用酸化膜をＣＶＤ法等の方法により堆積する。なお、マスク用酸化膜を熱酸化にて形成してもよい。

（レジスト材料塗布工程）
次に、前記マスク用絶縁膜上にレジスト材料を塗布し、且つ前記シリコンアイラインド領域上に塗布されたレジスト材料をエッジリンスにより除去する。
貼り付けＳＯＩ基板のマスク用絶縁膜が形成されている面側に、レジスト材料であるフォトレジストを塗布する。この場合、フォトレジストの塗布は、一般的なスピンコータにおいて液状のフォトレジストを滴下して貼り付けＳＯＩ基板の表面全面に渡って塗布する。その塗布時あるいは塗布直後に、図２に示すように、前記シリコンアイランド領域上に塗布されたレジスト材料をエッジリンスにより除去し、シリコンアイランド領域８上にはレジスト材料が存在しない状態とする。尚、シリコンアイランド領域８上にはレジスト材料が残らないよう、シリコンアイランド領域８が存在する部分よりもやや内側の領域までエッジリンスを行う（図２ではエッジリンスによりレジスト材料を除去する幅１０’の部分をエッジリンスする）ことが好ましい。このエッジリンス処理を経ることによって、貼り付けＳＯＩ基板の周縁部のシリコンアイランド領域上には、フォトレジストがない状態となる。

尚、エッジリンス処理は、塗布直後のフォトレジストの外周部分に現像液を滴下してリンス除去する処理である。これによって、周縁部から裏面側に回り込むフォトレジストも除去され、後工程における加工精度の向上も図られる。

（レジスト材料パターニング工程）
次いで、前記レジスト材料をパターニングして、前記レジスト材料の前記ＳＯＩ膜にトレンチを形成する箇所に相当する箇所を除去する。
具体的には、トレンチエッチング処理を行うべき部分に対応したマスクを用いて露光を行い、フォトレジストを現像処理することにより、フォトレジストに所定のパターンを形成する。これによって形成されるフォトレジストのパターンは、次工程でマスク用絶縁膜に開口部を形成するためのものである。

（マスク用絶縁膜開口部形成工程）
次いで、前記レジスト材料をマスクとして前記マスク用絶縁膜をエッチングし、前記マスク用絶縁膜に前記ＳＯＩ膜にトレンチを形成するための開口部を形成し、且つ前記シリコンアイランド領域上の前記マスク用絶縁膜を除去する。
マスク用絶縁膜に、ＣＦ₄ ，ＣＨＦ₃ ，Ａｒ等の混合ガスを用いたドライエッチング処理を行うことにより、トレンチ形成部分に開口部が形成される。また、前記レジスト材料塗布工程におけるエッジリンス処理によってレジスト材料が除去された貼り合せＳＯＩ基板の周縁部（シリコンアイランド領域を含む領域）のマスク用絶縁膜も除去され、シリコンアイランド領域の不良シリコン膜６’が露出する。

（レジスト材料剥離工程）
マスク用絶縁膜のパターニング処理の後に、貼り付けＳＯＩ基板上に残っているフォトレジストを剥離する。これによって、貼り付けＳＯＩ基板上にはマスク用絶縁膜にトレンチエッチング用の開口部が形成された状態となる。また、貼り付けＳＯＩ基板の周縁部においては、マスク用絶縁膜はエッチングによって除去され、シリコンアイランド領域が露出した状態となる。

（ＳＯＩ膜トレンチ形成工程兼シリコンアイランド領域不良シリコン膜エッチング工程）
次いで、前記開口部が形成されたマスク用絶縁膜をマスクとして前記ＳＯＩ膜および前記シリコンアイランド領域に点在する前記不良なシリコン膜をドライエッチングし、前記ＳＯＩ膜にトレンチを形成し、且つ前記不良なシリコン膜を除去する。
具体的には、ＨＢｒ，ＳｉＦ₄ ，ＳＦ₆ ，Ｈｅ／Ｏ₂ 等の混合ガスからなる反応ガスを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）処理により、マスク用絶縁膜に形成された開口部部分に露出されているシリコンを選択的にドライエッチング（トレンチエッチング）する。これにより、シリコンをＳＯＩ膜の厚さ分までエッチングしてトレンチを形成する。また、前記マスク用絶縁膜開口部形成工程におけるエッチング処理によってマスク用絶縁膜が除去された貼り合せＳＯＩ基板の周縁部（シリコンアイランド領域を含む領域）においては、上記反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）処理によって、シリコンアイランド領域における不良シリコン膜６’が除去される。

（シリコンアイランド領域埋め込み酸化膜エッチング工程）
この後、ＨＦ等のエッチャントを用いてトレンチ内の側壁に堆積した反応生成物を除去した後、熱酸化処理を行ってトレンチ内のシリコン表面に酸化膜を形成する。そして、トレンチをＨＤＰ−ＣＶＤ法などの方法によって酸化膜の埋め込み（ＳＴＩ（Shallow Trench Isolation））を行い、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）によって平坦化する。

上記ＣＭＰによって、ＳＴＩ埋め込み部分が平坦化された後、ＨＦ等のエッチャントを用いてＳＴＩ高さを調整する。その後、燐酸を用いて前述のシリコン窒化膜を除去し、ＨＦ等のエッチャントを用いてマスク用酸化膜の除去を行う。

このような工程を経て、貼り付けＳＯＩ基板のチップ形成領域には互いに絶縁分離された複数の区分けされたシリコン領域が形成される。

ついで、前記マスク用絶縁膜開口部形成工程の後、前記ＳＯＩ膜トレンチ形成工程兼シリコンアイランド領域不良シリコン膜エッチング工程の前に、前記シリコンアイランド領域に点在する前記不良なシリコン膜に露光を行うシリコンアイランド領域露光工程を有する第２の態様について説明する。

ＳＯＩウェハの製造においては、完全素子分離を行う場合と完全素子分離を行わない場合とが有る。例えば、完全空乏型のＳＯＩデバイスに用いるＳＯＩウェハなどの場合、図３に示すように、一般的に素子分離はＳＯＩ膜６の厚さ方向すべてを除去し、ＳＯＩ膜６と同じ厚みのトレンチ１４を形成し、完全素子分離を行う。一方、高耐圧向けのＳＯＩデバイスに用いるＳＯＩウェハなどの場合、図４に示すように、一般的に素子分離はＳＯＩ膜６の厚さの途中まで除去し、ＳＯＩ膜６よりも厚さが薄いトレンチ１４を形成し、完全素子分離を行わない。しかし、完全素子分離を行わないＳＯＩウェハであっても、シリコンアイランド領域における不良シリコン膜はＳＯＩ膜６と同じ厚さとなるものが存在する。

特に上記のように、完全素子分離を行わない場合においては、シリコンアイランド領域に点在する前記不良なシリコン膜に露光を行う工程を有することが好ましい。露光された不良シリコン膜は、ＳＯＩ膜トレンチ形成工程兼シリコンアイランド領域不良シリコン膜エッチング工程におけるドライエッチング処理により、良好に除去される。
尚、上記露光は、シリコンアイランド領域を確実に照射する観点から、シリコンアイランド領域８が存在する部分よりもやや内側の領域（図２に示すエッジリンスによりレジスト材料を除去する幅１０’）まで行うことが好ましい。但し、それ以上内側の領域に対しては、該露光を行わないことが好ましい。

２ 支持基板
４ ＢＯＸ膜
６ ＳＯＩ膜
６’ 不良シリコン膜
８ シリコンアイランド領域
１０ レジスト材料を塗布し残存させる領域
１０’ エッジリンスによりレジスト材料を除去する幅
１４ トレンチ

Claims (2)

1. 円板形状の支持基板上に埋め込み酸化膜およびＳＯＩ膜をこの順に有し、且つ前記支持基板の周縁部において前記ＳＯＩ膜が良好に形成されていない不良なシリコン膜が点在するシリコンアイランド領域を有する貼り合せＳＯＩ基板を準備する第１の工程と、
   前記貼り合せＳＯＩ基板の前記ＳＯＩ膜上および前記シリコンアイランド領域上にマスク用絶縁膜を形成する第２の工程と、
   前記マスク用絶縁膜上にレジスト材料を塗布し、且つ前記シリコンアイラインド領域上に塗布されたレジスト材料をエッジリンスにより除去する第３の工程と、
   前記レジスト材料をパターニングして、前記レジスト材料の前記ＳＯＩ膜にトレンチを形成する箇所に相当する箇所を除去する第４の工程と、
   前記レジスト材料をマスクとして前記マスク用絶縁膜をエッチングし、前記マスク用絶縁膜に前記ＳＯＩ膜にトレンチを形成するための開口部を形成し、且つ前記不良なシリコン膜が露出するように前記シリコンアイランド領域上の前記マスク用絶縁膜を除去する第５の工程と、
   前記レジスト材料を剥離する第６の工程と、
   前記開口部が形成されたマスク用絶縁膜をマスクとして前記ＳＯＩ膜および前記シリコンアイランド領域に点在する前記不良なシリコン膜をドライエッチングし、前記ＳＯＩ膜にトレンチを形成し、且つ前記不良なシリコン膜を除去する第７の工程と、
   前記トレンチに酸化膜を埋め込み、前記マスク用絶縁膜をウェットエッチング処理により除去する第８の工程と、
   を有するＳＯＩウェハの製造方法。
2. 前記第５の工程の後、前記第７の工程の前に、前記シリコンアイランド領域に点在する前記不良なシリコン膜に露光を行うシリコンアイランド領域露光工程を有する請求項１に記載のＳＯＩウェハの製造方法。

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