JPH0294415A - 基板の作成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は半導体装置を製造するための基板の形成方法に
関する。

（従来の技術） シリコンは現在のほとんどすべての半導体集積回路の構
成材料であり、他の半導体材料の追随をまったく許さな
いほどである。しがし、シリコン基板にＭＯＳ　）ラン
ジスタを製作する場合、ソース・ドレイン拡散層をシリ
コン基板に形成するので拡散容量のため浮遊容量が大き
く、半導体素子のスイッチング動作に大きな遅延を与え
ていた。このため、絶縁体基板の上に結晶性シリコンを
成長させた５Ｏ８（Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｏｎ　５ａｐｐｈ
ｉｒｅ）基板を使用することが提案されてきたが、従来
のｓＯ８基板は９５０’Ｃ程度の温度のサファイア（α
−Ａ１２０３、大結晶）基板上にＳｉＨ４ガスの熱分解
による気相成長法によってシリコン（ダイヤモンド構造
）を成長して形成されていた。しかし、結晶構造や格子
定数、熱膨張係数の違いにより、成長液室温に冷却する
際弾性圧縮ひずみが生じ、接合界面に結晶欠陥が発生し
たり、サファイアとシリコンとの反応生成物がシリコン
膜内に混入し易いことが知られている。例えば、エイ・
エム・グツドマン（Ａ、Ｍ、Ｇｏｏｄｍａｍ）によって
アイ・イー・イー、−（−トランザクションズオブエレ
クトロンデバイシズ（ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ　Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｎＤｅｖｉｃｅｓ）ＥＤ−２２巻、Ｎｏ、２．１
９７５年の６３頁がら６５頁にシリコンとサファイアの
界面準位密度がシリコン−シリコン酸化膜の倍に比べ、
２桁大きいことも報告されている。このように、結晶欠
陥や大きな界面準位密度はシリコンの成長温度が高いこ
とが大きな原因であると考えられている。

（発明が解決しようとする課題） このような従来方法によるＳＯ８基板を用いると、シリ
コン膜に発生する結晶欠陥やひずみのため、シリコン膜
に形成したＭＯ３電界効果トランジスタに大きな接合リ
ーク電流をもたらし、集積回路の特性を劣化させたり、
製造歩留まりを低下させる問題点があった。

（課題を解決するための手段） 本発明は、単結晶絶縁体基板と半導体単結晶基板の異種
接合を形成する工程において、前記それぞれの基板の平
坦面同志を真空下で接触させた後熱処理を施こすによっ
て前記２種類の半導体基板を結合させ、しかる後、この
一体化した半導体基板の一方を所望の厚さまで薄くする
ことによって、良質の異種接合基板を形成することを特
徴としている。

２種類の基板を接触させるには、空気などの層の介在を
防ぐ必要があるので、半導体基板の表面は平坦であり、
かつ減圧もしくは真空下で行うことが重要である。さら
に、その後節こす熱処理は接触させた面がずれないよう
に接触させた真空度より高い真空度の環境下で行うのが
望ましい。また、それぞれの基板がストレスなどの影響
によって結晶欠陥が生じないように結合させるには、そ
れぞれの結晶軸を１０°Ｃ以下に設定することが望まし
い。

（作用） 高品質の単結晶絶縁体基板と半導体単結晶基板の平坦表
面を結晶軸を揃えて接触させ、その後８００°Ｃ以下の
熱処理によって互いの未結合手（ダングリングボンド）
を結合させると、室温に戻してもジノコン領域に大きな
ひずみを生じなく、結晶欠陥や界面準位密度が著しく減
少する作用をもつ。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。第１図
は、本発明の半導体基板形成方法を工程順に示した模式
的断面図である。Ｐ型［１００］方向のシリコン基板１
１上の自然酸化膜をフン酸水溶液で除去した後、シリコ
ン基板と［１０１月方向のサファイア基板１２のそれぞ
れの鏡面を、あらかじめそれぞれの基板に設けた目合わ
せマークを基準に１０８０以内に結晶軸を合わせ、第２
図に示したようなバネ２１の付設した固定治具２２によ
って窒素中で軽く接触させる。

次に、真空を可能とする容器の中に入れ、１０＝Ｔｏｒ
ｒ程度の真空度に設定すると、互いの基板間に介在する
窒素は系外に排出され、基板同志は強く接触することに
なる。その後、固定治具を取りはずした後、１Ｏ−２Ｔ
ｏｒｒの真空度に設定し、接触した基板を８００°Ｃ以
下、例えば６００°Ｃに加熱する。

この場合、高温はど結合反応が起こり易いが、室温に戻
した時のストレスが大きい傾向をもつ。１時間の熱処理
後大気中に取り出すと、シリコン基板とサファイア基板
は接合し、第１図（ａ）を得る。

次に、シリコン基板１１の裏面を接合面と平行に保ちつ
つメカニカル・ケミカルボリジングを施こし、０．５μ
ｍ程度まで薄くする。こうして得た薄膜シリコン層１３
を写真蝕刻技術を用いて素子領域を除いてエツチングす
ると第１図（ｂ）が得られる。続いてゲート酸化膜１４
を熱酸化によって形成し、多結晶シリコン膜をＣＶＤ法
で堆積し、写真蝕刻技術を用いて多結晶シリコンゲート
電極１５を形成し、リンを１５０ｋｅＶの加速エネルギ
ーと１×１０１６ｃｍ−２のドーズ量でイオン注入し、
９５０°Ｃで熱処理するとソース・ドレイン領域１６が
形成され、それと同時に多結晶シリコンゲート電極が低
抵抗化される。次いで、層間絶縁膜１７としてシリコン
酸化膜をＣＶＤ法で堆積した後、コンタクト開口部１８
を形成し、アルミニウム１９をスパッタ法で蒸着して写
真蝕刻技術を用いてそれぞれの電極をパターン形成する
。最後に４５０°Ｃでアルミニウムの合金化を施こし、
オーミック接触を形成すると第１図（Ｃ）が得られる。

こうして絶縁膜上の単結晶シリコンにｎチャネルＭＯ８
電界効果トランジスタを製造することができ、同様のプ
ロセスを用いてＭＯ８集積回路も製造できる。

本実施例では、サファイアの基板にシリコン基板を異種
接合させた例を説明したが、同様の原理を用いてシリコ
ンとの格子定数不整合が０．８％のマグネシア・スピネ
ル（ＭｇＯ，Ａｌ２０３）や同じ＜０．６％のフッ化カ
ルシウム（ＣａＦ２）などの基板においても良い結果が
得られる。また、シリコンの代りにゲルマニウムなども
利用しても従来より優れた接合界面が形成される。

実施例では１Ｏ−２Ｔｏｒｒ程度の真空下で熱処理を施
したが、基板同志を強く接触させた真空下よりも高い大
気下あるいは加圧下で熱処理しても同様の基板結合の効
果が得られることは言うまでもない。

（発明の効果） 本発明によって得られたＳＯ８接合界面には結晶欠陥が
極めて少なく、界面準位密度も従来の結晶成長法に比較
して１桁以上率さい。このため、本発明で形成したＭＯ
８電界効果トランジスタはＳＯ８特有の高速スイッチン
グ動作を実現できると同時に接合リーク電流が低減され
、消費電力が小さいという特性が得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａＸｂＸｃ）は本発明の一実施例を示すＳＯＳ
構造とその上に形成したｎチャネルＭＯ８電界効果トラ
ンジスタの製造工程を順に示した模式図である。 第２図は２つの基板を重ね合せて固定した固定治具の例
を示した模式図である。 １１・・・シリコン基板、　１２．・・サファイア基板
１３・・・薄膜シリコン層　１４・・・ゲート酸化膜１
５・・・多結晶シリコンゲート電極 １６・・・ソース・ドレイン領域 １７・・・層間絶縁膜、　１８・・・コンタクト開口部
１９・・・アルミニウム電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 単結晶絶縁体基板と半導体単結晶基板の異種接合を形成
   する工程において、前記それぞれの基板の平坦面同志を
   真空下で接触させた後熱処理を施こすことによって前記
   ２種類の半導体基板を結合させる工程と、絶縁体−半導
   体一体化した基板のうち半導体基板を所望の厚さまで薄
   くする工程からなることを特徴とする異種接合をもつ基
   板の作成方法。