JPH05109693A - Soi基板の製造方法 - Google Patents

Soi基板の製造方法

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JPH05109693A
JPH05109693A JP29624191A JP29624191A JPH05109693A JP H05109693 A JPH05109693 A JP H05109693A JP 29624191 A JP29624191 A JP 29624191A JP 29624191 A JP29624191 A JP 29624191A JP H05109693 A JPH05109693 A JP H05109693A
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etching
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誠 橋本
Takeshi Matsushita
孟史 松下
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 SOI基板の製造において、貼り合わせ後に
研磨されるシリコン層の膜厚のばらつきを小さくする。 【構成】 基板同士の貼り合わせ前に、予めエッチング
停止層として機能するp+ 型の不純物層2を形成し、そ
の不純物層2上に積層された単結晶のシリコン層3を絶
縁性のシリコン酸化膜5を介して他のシリコン基板6に
貼り合わせる。最終的な選択研磨の以前に、不純物層2
までのエッチングが行われ、エッチングの停止時では不
純物層2に均一な表面が得られることから、選択研磨後
もシリコン層3の膜厚のばらつきは小さくなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はSOI(シリコン・オン
・インシュレーター)基板の製造方法に関し、特に絶縁
基体上のシリコン層を均一な面に形成するための方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】シリコンを用いた超LSIの限界を打ち
破るため、絶縁膜上にシリコン単結晶薄膜を形成するS
OI技術が世界的に広く研究されている。このSOI技
術の1つとして、シリコンウェハーの貼り合わせによっ
て単結晶シリコン薄膜を形成する技術があり、この貼り
合わせ法ではウェハー同士の接着後、一方のウェハーの
薄膜化が行われる。ウェハーの薄膜化のための技術とし
ては、研削、研磨等の技術が用いられるが、超微細なM
OSトランジスタの製造には、現状の機械研磨では、そ
の限界があり、シリコン酸化膜のみを研磨する選択研磨
の如き技術も導入されてきている。
【0003】ここで、一般的な貼り合わせによるSOI
基板の製造方法について図6を参照して簡単に説明す
る。形成すべきパターンに従った段差をシリコンウェハ
ー61の表面に形成し、そのシリコンウェハーをシリコ
ン酸化膜62で被覆する。次いで、ポリシリコン膜63
を介して段差が形成されたシリコンウェハー61と他の
シリコンウェハー64を貼り合わせる。そして、図6に
示すように、シリコンウェハー61の裏面61b側から
研削・研磨によってその厚みyを減らし、シリコン酸化
膜62が露出したところで、研磨を終了して所要のパタ
ーンの単結晶シリコン薄膜を有するSOI基板を形成す
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上述のSO
I基板の製造方法では、図6中の膜厚yがウェハー面内
でばらつくため、所要のパターンに形成される島状の単
結晶シリコン薄膜も膜厚がばらついてしまう。
【0005】また、単結晶シリコン薄膜を所要のパター
ンとするために、シリコンウェハー61とシリコン酸化
膜62の間の界面61aが露出するまで、選択研磨が行
われるが、この場合には、多少のオーバーポリシングが
必要であり、そのためにシリコンの表面が長時間アルカ
リ系の研磨液にさらされ、結果としてシリコン表面が荒
れてしまう。荒れたシリコン表面上にTFT(薄膜トラ
ンジスタ)を形成した場合では、ゲート絶縁膜の信頼性
が低くなるため、良好な特性のデバイスとならない。
【0006】そこで、本発明は、上述の技術的な課題に
鑑み、研磨されるシリコン層の表面の均一性を向上させ
るようなSOI基板の製造方法の提供を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明のSOI基板の製造方法は、基板の貼り合
わせによって薄膜のシリコン層を絶縁基体上に形成する
SOI基板の製造方法において、シリコン基板の表面に
エッチング停止層を形成する工程と、前記エッチング停
止層上にエピタキシャル成長させたシリコン層を形成す
る工程と、前記シリコン層を形成した前記シリコン基板
を前記絶縁基体となる他の基板に貼り合わせる工程と、
前記シリコン基板をその裏面側から削り前記エッチング
停止層が露出するまでエッチングする工程と、前記エッ
チング停止層を除去する工程とを順次有することを特徴
とする。
【0008】本発明では、貼り合わせ工程の前に、シリ
コン層には形成すべき島状領域のパターンに段差を形成
することが好ましい。絶縁基体はガラス基板等の絶縁基
板や、シリコンウェハーを絶縁膜で被覆したものでも良
い。その絶縁膜はシリコン層側に形成するものも含む。
【0009】前記エッチング停止層としては、エピタキ
シャル成長により形成されるシリコン層と高エッチング
選択比を有する材料層が用いられ、例えば、そのエッチ
ングには不純物濃度差によるケミカルエッチングが用い
られる。エッチング速度差が大きい例としては、エチレ
ンジアミン−ピロカテコール−純水混合液を用いること
ができ、シリコン中のボロンの不純物濃度差により40
0/1以上の速度比を得ることができる。
【0010】
【作用】シリコン基板上にエピタキシャル成長によりシ
リコン層を形成することで、該シリコン層は単結晶性と
なる。また、一般に鏡面に仕上げられているシリコン基
板の表面に予めエッチング停止層を形成することで、エ
ッチング停止層はばらつきの小さな層となり、そのエッ
チング停止層を以てシリコン基板を裏面から削った場合
には、ばらつきの小さな状態でエッチングが停止する。
従って、エッチングの停止後に選択研磨を行っても、面
内の均一性の良好な段階から研磨が始まるため、最終的
な単結晶シリコン薄膜の表面もばらつきの小さな面とな
る。
【0011】
【実施例】本発明の好適な実施例を図面を参照しながら
説明する。
【0012】本実施例は1対のシリコンウェハーを貼り
合わせて製造するSOI基板の製造方法であって、特に
そのエッチング停止層としてp+ 型の不純物層を形成す
る方法である。以下、本実施例をその工程に従って図1
〜図5を参照しながら説明する。
【0013】まず、p- 型の単結晶のシリコン基板1の
(100)面の表面に厚みxのp+ 型の不純物層2を形
成する。このp+ 型の不純物層2がエッチング停止層と
して機能する。このp+ 型の不純物層2は、例えばイオ
ン注入や熱拡散等によりボロン等の不純物をシリコン基
板1の表面に導入して形成される。p+ 型の不純物層2
の不純物濃度は、1020cm-3程度であり、p- 型のシ
リコン基板1の不純物濃度は、1014cm-3程度であ
る。シリコン基板1は当初鏡面に仕上げられているた
め、p+ 型の不純物層2もその厚みxにばらつきが小さ
くなる。
【0014】次いで、図1に示すように、エピタキシャ
ル成長法によってp+ 型の不純物層2の形成されたシリ
コン基板1の表面にp- 型のシリコン層3を形成する。
エピタキシャル成長法によるため、基板の結晶性を反映
してシリコン層3は単結晶である。
【0015】エピタキシャル成長層であるシリコン層3
を形成した後、このシリコン層3の表面3aに形成すべ
き島状領域のパターンに沿った段差4を形成する。この
段差4の高さが、形成する単結晶シリコン薄膜の膜厚に
相当する。段差4の形成後、図2に示すように、全面に
シリコン酸化膜5を被着する。
【0016】他のシリコン基板6を用意し、図3に示す
ように、ポリシリコン層7を介してシリコン酸化膜5が
表面に被着されたシリコン基板1を通常の貼り合わせ法
に従って貼り合わせる。なお、この貼り合わせの段階ま
での熱処理でp+ 型の不純物層2の不純物が段差4の底
部4aの部分まで拡散しないようにシリコン層3の膜厚
を設定することが好ましい。
【0017】次に、エッチング停止層であるp+ 型の不
純物層2が露出しない程度に、シリコン基板1の裏面側
から研削を行い、そのシリコン基板1の膜厚を減らす。
そして、その研削後、不純物濃度差を用いたエッチング
によりp+ 型の不純物層2が現れるまでシリコン基板1
を削る。このエッチングは、エチレンジアミン−ピロカ
テコール−純水混合液をエッチング液とするエッチング
であり、(100)面のシリコンに対し、p+ 型の不純
物層のエッチング速度を1とすると、p- 型のシリコン
基板1のエッチング速度は400となり、極めて選択比
の高いエッチングが行われる。既に鏡面仕上げのシリコ
ン基板1を利用して、均一性の高いp+ 型の不純物層2
が形成されているため、そのp+ 型の不純物層2を反映
して、図4に示すように、膜厚の偏差の極めて小さい状
態でエッチングが停止することになる。
【0018】なお、エッチング速度比が400対1であ
るため、p+ 型の不純物層2の膜厚xは、少なくともp
+ 型の不純物層2の表面から段差4の底部4aまでの距
離zの400分の1以上であれば良いことになる。
【0019】p+ 型の不純物層2の表面で均一性良くエ
ッチングを停止させた後、選択研磨によってp+ 型の不
純物層2及びエピタキシャル成長により形成したシリコ
ン層3を研磨する。この時、p+ 型の不純物層2の表面
で面内のばらつきが抑えられているため、選択研磨によ
り得られるシリコン層3の露出面3bも極めて均一性に
優れた単結晶シリコン薄膜となる。
【0020】以上ように、本実施例のSOI基板の製造
方法では、p+ 型の不純物層2によって均一な面でエッ
チングが停止するために、選択研磨を行っても島状領域
の単結晶シリコン薄膜の膜厚のばらつきは抑えられたも
のとなる。また、均一性に優れるために、過度の研磨が
不要となり、アルカリ系の研磨液に長時間シリコン層3
の露出面3bがさらされることもない。従って、SOI
デバイスの信頼性も向上する。
【0021】
【発明の効果】本発明のSOI基板の製造方法では、エ
ッチング停止層がシリコン基板の表面に均一に形成さ
れ、その均一性を反映して貼り合わせ後のシリコン基板
の裏面からのエッチングを停止させることができる。従
って、単結晶シリコン薄膜の膜厚の均一性に優れること
になり、選択研磨も短時間で済むことなる。このため本
発明のSOI基板の製造方法を適用することで、SOI
基板上に形成するデバイスの信頼性も大幅に向上するこ
とになる。
【0022】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のSOI基板の製造方法の一例における
シリコン層のエピタキシャル成長工程までの工程断面図
である。
【図2】本発明のSOI基板の製造方法の一例における
シリコン酸化膜の形成工程までの工程断面図である。
【図3】本発明のSOI基板の製造方法の一例における
シリコン基板同士の貼り合わせ工程までの工程断面図で
ある。
【図4】本発明のSOI基板の製造方法の一例における
不純物濃度差を利用したエッチング工程までの工程断面
図である。
【図5】本発明のSOI基板の製造方法の一例における
選択研磨工程までの工程断面図である。
【図6】従来のSOI基板の製造方法の一例を選択研磨
工程の前までの工程断面図である。
【符号の説明】
1…シリコン基板 2…p+ 型の不純物層 3…シリコン層 4…段差 5…シリコン酸化膜 6…シリコン基板 7…ポリシリコン層

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板の貼り合わせによって薄膜のシリコ
    ン層を絶縁基体上に形成するSOI基板の製造方法にお
    いて、 シリコン基板の表面にエッチング停止層を形成する工程
    と、 前記エッチング停止層上にエピタキシャル成長させたシ
    リコン層を形成する工程と、 前記シリコン層を形成した前記シリコン基板を前記絶縁
    基体となる他の基板に貼り合わせる工程と、 前記シリコン基板をその裏面側から削り前記エッチング
    停止層が露出するまでエッチングする工程と、 前記エッチング停止層を除去する工程とを順次有するこ
    とを特徴とするSOI基板の製造方法。
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