JPH05326897A

JPH05326897A - Ｓｏｉ基板の製法

Info

Publication number: JPH05326897A
Application number: JP12613992A
Authority: JP
Inventors: Shigeyuki Ueda; 茂幸上田
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 1992-05-19
Filing date: 1992-05-19
Publication date: 1993-12-10

Abstract

(57)【要約】【目的】シリコン基板上に絶縁膜を介して、薄層の半
導体結晶層を正確かつ容易に形成しうるＳＯＩ基板の製
法およびかかるＳＯＩ基板からなる耐放射線性にすぐれ
た半導体装置を提供する。【構成】第１のシリコン基板１の一主面上に凹所が形
成され、該凹所に立方晶炭化ケイ素層７を成長させ、絶
縁膜８、９を介して第２のシリコン基板２を貼着し、前
記第１のシリコン基板１を他の主面側から研磨すること
により、炭化ケイ素層をストッパとして絶縁膜によって
シリコン基板２と完全に分離された半導体結晶層を形成
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＳＯＩ基板の製法に関す
る。さらに詳しくは、半導体基板上に形成された絶縁膜
上に、シリコンおよび炭化ケイ素からなる半導体結晶層
が形成されたＳＯＩ基板の製法およびその基板を用いて
なる半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＳＯＩ基板は耐放射線性に優れた
素子を形成できるとして期待されており、絶縁基板上に
半導体結晶層を形成する方法が種々研究されている。た
とえば、二枚のシリコン基板を絶縁膜を介在させて貼り
合わせることにより、ＳＯＩ基板を製造する方法などが
知られている。この製法は、前記両シリコン基板のうち
の一方の基板表面に酸化膜を形成したのち、この酸化膜
を介して両シリコン基板を貼り合わせ、いずれか一方の
シリコン層を前記酸化膜上に薄層状に残存させるように
研磨するものである。しかしながら、シリコン層を均一
かつ薄層に残存させるばあい、その研磨をコントロール
することがきわめて困難な作業となる。

【０００３】かかる貼合せ後研磨する方式における欠点
を改善せんとして、二酸化ケイ素の絶縁膜と一体に同じ
く二酸化ケイ素からなる研磨抑止部を形成するＳＯＩ基
板の製法が提案されている（特開平2-5546号公報参
照）。

【０００４】すなわち、この製法は、図３に示されるご
とく第１のシリコン基板51の一方の面52に所定の溝53を
形成し、この溝内面に二酸化ケイ素膜を形成したあと、
この溝内部に充填材としてポリシリコン54を埋め込み、
前記面52上に二酸化ケイ素膜55を形成する。ついで第２
のシリコン基板56を前記二酸化ケイ素膜55を介して貼着
する。その後第１のシリコン基板51側から研磨すれば二
酸化ケイ素はシリコンと比較してその研磨速度が小さい
ため、図４に示されるごとく前記溝内部の二酸化ケイ素
膜57が露出した時点で研磨が停止するというものであ
る。このように、溝内部の二酸化ケイ素膜57が前記研磨
抑止部としての機能を奏する。その結果、あらかじめ形
成された二酸化ケイ素領域（前記溝内のもの）57に囲ま
れたシリコン58が二酸化ケイ素膜55上に一定の厚さだけ
形成されるのである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来のＳＯＩ基板の製法ではシリコン層を研磨するときの
研磨抑止部（いわばストッパ）は、その形成容易のため
に絶縁膜と一体に同一の二酸化ケイ素から形成された枠
状を呈するものである。したがって、面積の限られた島
状の半導体結晶層しかえられないという問題がある。さ
らに、二酸化ケイ素はシリコンと比較したばあいは耐薬
品性がすぐれているといえるものの、研磨抑止機能を充
分に奏しうるほどの硬度および耐薬品性を有する材質で
はないため、アミン系水溶液などを用いて研磨するばあ
いは、研磨コントロールに注意を要する。

【０００６】本発明は叙上の問題を解消するためになさ
れたものであり、研磨抑止部としてはもとより、ＳＯＩ
基板の半導体結晶層としても使用しうる、シリコンに比
較して格段にすぐれた耐薬品性およびきわめて高い硬度
を有する炭化ケイ素層を形成することによってシリコン
層の研磨を容易にコントロールしうると共に、大面積の
半導体結晶層を有するＳＯＩ基板の製法、ならびにかか
るＳＯＩ基板を用いた半導体装置を提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のＳＯＩ基板の製
法は、第１のシリコン基板と第２のシリコン基板とを準
備する工程と、第１のシリコン基板の一主面上に凹所を
形成する工程と、第１のシリコン基板の前記凹所内部に
炭化ケイ素層を成長させる工程と、前記第１のシリコン
基板の前記主面側全面および第２のシリコン基板の一主
面のうち少なくともいずれか一方の面上に絶縁膜を形成
する工程と、該絶縁膜を介在させるように第１のシリコ
ン基板と第２のシリコン基板とを貼り合わせる工程と、
該貼り合わせられた基板を第１のシリコン基板の他の主
面側から研磨し、前記炭化ケイ素層を露出せしめる工程
とからなることを特徴としている。

【０００８】本発明の半導体装置は、前記製法により作
製されたＳＯＩ基板が使用されることを特徴としてい
る。

【０００９】

【作用】本発明によれば、熱処理によって一体に貼り合
わせられた中間形成物のシリコン層を、たとえばコロイ
ダルシリカが混入されたアミン系水溶液で研磨するばあ
い、炭化ケイ素の研磨および耐薬品性がきわめて高いこ
とに起因して、その研磨速度がシリコン層と比較して格
段に小さいため、研磨面に炭化ケイ素層が露出したとき
に研磨が停止し、絶縁膜によってシリコン基板から分離
された均一な厚さのシリコン層および炭化ケイ素層がＳ
ＯＩ基板の半導体結晶層として残存する。このようにき
わめて容易に、大面積であると共に均一かつ薄層状の半
導体結晶層を有するＳＯＩ構造の基板を作製することが
できる。

【００１０】

【実施例】つぎに、添付の図面を参照しながら本発明の
ＳＯＩ基板の製法（以下、単に製法という）を説明す
る。

【００１１】図１〜２は本発明の製法の一実施例を示す
工程図である。

【００１２】まず第１のシリコン基板１と第２のシリコ
ン基板２とを準備しておく。そして第１のシリコン基板
１の主面３上に所望の広さおよび形状の立方晶炭化ケイ
素膜を形成するのであるが、図１にａ工程として示され
るごとく、第１のシリコン基板１の一方の主面３上に二
酸化ケイ素膜４を形成する。具体的には、約1000℃の酸
素雰囲気下で約２時間の熱酸化を施して、その厚さが約
5000オングストロームの二酸化ケイ素膜４を形成する。
なおこの膜４は二酸化ケイ素膜に限定されず、シリコン
チッ化膜や他の誘電体膜でもよい。

【００１３】つぎに図１のｂ工程として示されるよう
に、前記二酸化ケイ素膜４における、所望の広さおよび
形状の領域を除去して開口部５を形成し、シリコン基板
１の主面３を露出させる。具体的には、通常のフォトリ
ソグラフィ技術を用いてパターンを形成し、フッ酸によ
ってエッチングする。

【００１４】なお、ここでいう所望の広さの領域を除去
するとは、後工程において形成する立方晶炭化ケイ素を
単に研磨抑止部として用いるばあいは、たとえば細い溝
状や複数個の枠状に除去して素子形成領域をできるだけ
大きく形成できるようにし、また立方晶炭化ケイ素をも
ＳＯＩ基板の半導体結晶層として用いるばあいは作り込
む素子に相当する広さの領域を除去すればよいことを意
味する。

【００１５】つぎに、図１のｃ工程として示されるごと
く、前述のようにエッチングされたパターン通りに露出
された第１のシリコン基板１をエッチングして凹所６を
形成する。具体的にはＲＩＥ（リアクティブイオンエッ
チング）法によって約2000オングストロームの深さの凹
所６とする。

【００１６】つぎに図１のｄ工程として示されるよう
に、前述のごとく形成された第１のシリコン基板１の前
記凹所６内に立方晶炭化ケイ素（３Ｃ−ＳｉＣ）を成長
させる。具体的には、1350℃に加熱し、ジシラン（Ｓｉ
₂Ｈ₆）およびアセチレン（Ｃ₂Ｈ₂）を原料ガスと
し、水素（Ｈ₂）をキャリアガスとし、塩化水素（ＨＣ
ｌ）をエッチャントガスとした混合ガスを導入して気相
反応させることによって、立方晶炭化ケイ素の単結晶が
シリコン基板１のシリコン単結晶をシードとしてエピタ
キシャル成長する。この反応を約10分間続け、その厚さ
が約2000オングストロームになるまでエピタキシャル成
長させる。

【００１７】なお、炭化ケイ素は二酸化ケイ素膜上では
塩化水素によりエッチングされ成長しない。一方、前記
凹所６内には立方晶炭化ケイ素層７が均一の厚さで形成
される。

【００１８】つぎに図１にｅ工程として示されるよう
に、第１のシリコン基板１の表面の二酸化ケイ素膜４の
部分をたとえばフッ酸を用いて除去する。次工程におい
て平坦な絶縁膜を形成するためである。

【００１９】叙上のごとくａ〜ｅ工程によって、第１の
シリコン基板１の主面３上に所望の広さおよび形状の立
方晶炭化ケイ素層７を形成できた。

【００２０】ついで図２にｆ工程として示されるよう
に、前記立方晶炭化ケイ素層７が形成された面の全面に
第２の絶縁膜８を形成する。具体的には、900 〜1100
℃、約20分間の熱処理により、第１のシリコン基板１お
よび炭化ケイ素層７上に2000オングストロームの二酸化
ケイ素膜８を形成できる。二酸化ケイ素膜を形成するば
あい、前述の酸化法ではなくＣＶＤ法でも形成でき、こ
のばあいＴＥＯＳ（Ｓｉ（ＯＣ₂Ｈ₅）₄）ガスと酸素
（Ｏ₂）ガスを導入して約400 ℃で気相成長させること
によって、約2000オングストロームの厚さの二酸化ケイ
素膜８を形成する。前述の熱酸化で形成するばあい、炭
化ケイ素の酸化速度はシリコンに比較して約1/2 である
ため、二酸化ケイ素膜８の表面にはわずかに凹凸が生じ
る。なお、絶縁膜としては前記二酸化ケイ素膜に限定さ
れることはなく、たとえばチッ化ケイ素膜を用いること
も可能であるが、熱膨張によるストレスの面から、二酸
化ケイ素膜が好ましい。

【００２１】前記凹凸をなくして平坦化する方法が図２
のｇ工程に示されている。すなわち、二酸化ケイ素膜８
の面上にボロホスホシリケートガラス（Ｂｏｒｏ−Ｐｈ
ｏｓｐｈｏ−ＳｉｌｉｃａｔｅＧｌａｓｓ以下、Ｂ
ＰＳＧと表す）を成長させ、これをリフローすることに
より平坦な面を有するＢＰＳＧ膜９を約6000オングスト
ロームの厚さに形成する。具体的にはプラズマＣＶＤ法
を用い、ＴＥＯＳ（Ｓｉ（ＯＣ₂Ｈ₅）₄）、酸素（Ｏ
₂）、ＴＭＰ（（ＣＨ₃）₃Ｐ）およびＴＭＢ（（ＣＨ
₃）₃Ｂ）を材料ガスとし、基板温度を約400 ℃に保持
して約60秒間成長させる。リフローはＮ₂ガス雰囲気中
で約950 ℃の温度を約30分間保持して行う。このたとえ
ばＢＰＳＧ膜９と前記たとえば二酸化ケイ素膜８とが特
許請求の範囲にいう絶縁膜である。しかし、この絶縁膜
をＢＰＳＧ膜などリフロー性のある絶縁膜１層で形成す
ることもできる。また、前述の二酸化ケイ素膜８がＣＶ
Ｄ法などにより平坦に形成されればリフロー性のある絶
縁膜を必要とせず、この絶縁膜はシリコン酸化膜、シリ
コンチッ化膜、ＢＰＳＧ膜、ＰＳＧ膜など、またはこれ
らの組合せで形成されうる。

【００２２】つぎに図２にｈ工程として示されるよう
に、前記第２のシリコン基板２を第１のシリコン基板１
のＢＰＳＧ膜９側に貼着する。具体的には公知のシラノ
ール接合法などを用いて、第２のシリコン基板２の面を
前記第１のシリコン基板のＢＰＳＧ膜９の表面に圧接し
た状態で800 〜1200℃の温度で約30分間の熱処理をする
ことにより圧着させる。なお、シラノール接合法以外
に、約1000℃で約±300 Ｖのパルス電圧を約５分間印加
する方法などによって第１および第２の前記両基板１、
２を貼着することもできる。

【００２３】最後に、図２にｉ工程として示されるよう
に、前記貼着されて一体化した基板の第１のシリコン基
板１の他の主面側からその第１のシリコン基板１を研磨
し、立方晶炭化ケイ素層７を露出せしめる。本実施例に
おいては、研磨材としてアミン系水溶液にコロイダルシ
リカを混入したものを用いている。炭化ケイ素はシリコ
ンに比較すると、その耐薬品性が格段にすぐれ、さらに
その硬度はダイヤモンドなみではるかに高いため、研磨
速度もシリコンより大幅に小さいものとなる。したがっ
て第１のシリコン基板１を研磨してゆくと、立方晶炭化
ケイ素層７が露出した時点で研磨は正確に自動的に停止
する。このとき、立方晶炭化ケイ素層７に囲まれて第１
のシリコン基板１のシリコン層10が均一な厚さの薄層状
に残存する。このようにして、シリコン基板（図２のｉ
工程における第２のシリコン基板２）上に絶縁膜たる二
酸化ケイ素膜８およびＢＰＳＧ膜９によって分離された
立方晶炭化ケイ素層７およびシリコン層10からなる半導
体結晶層が形成されたＳＯＩ基板が作製される。

【００２４】なお、立方晶炭化ケイ素層７は、単結晶を
エピタキシャル成長させることにより、シリコン層10と
共に半導体結晶層として素子を作り込むことができるほ
か、立方晶炭化ケイ素層７を多結晶で簡単に形成して形
成面積を狭くし、単に研磨抑止部としての役割のみをも
たせてもよい。

【００２５】また本発明では、前記ｇ工程において、第
１のシリコン基板１にＢＰＳＧ膜９を形成したが、本発
明ではとくにその手順に限定されることはなく、たとえ
ば第２のシリコン基板２の主面にＢＰＳＧ膜を成長さ
せ、つぎのｈ工程において第１および第２の両シリコン
基板１、２を熱処理によって接合するときに同時にＢＰ
ＳＧをリフローさせることも可能である。

【００２６】また、本発明においては、ＢＰＳＧに代え
てＯ₃−ＴＥＯＳを用いたＣＶＤ法による二酸化ケイ素
膜などを用いてもよい。

【００２７】さらに、前記実施例では研磨材としてコロ
イダルシリカを混入したアミン系水溶液を用いたが、本
発明においてはこのような研磨材に限定されることはな
く、たとえばＡｌ₂Ｏ₃系研磨材などを用いてもよい。

【００２８】また、本発明においてはとくに立方晶炭化
ケイ素に限定されることはなく、たとえば六方晶または
多結晶の炭化ケイ素を用いてもよいが、立方晶炭化ケイ
素は1350℃程度の温度下で形成することができ、かかる
温度下ではシリコン層の結晶性を維持しうるので好まし
い。

【００２９】叙上の製法により製造されたＳＯＩ基板
に、通常のプロセスで半導体回路を形成することによ
り、集積回路を組み込んだ半導体装置がえられる。かか
る半導体装置は、耐放射線性にすぐれた炭化ケイ素をＳ
ＯＩ基板の半導体結晶層として用いることもできるた
め、従来のＳＯＩ基板構造の採用により達成される耐放
射線性をさらに向上せしめ、ユーザーのニーズに応えう
るものとなっている。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、シリコン基板に所望の
広さおよび形状の炭化ケイ素結晶層をエピタキシャル成
長させて、貼合せ方式を用いることによりＳＯＩ基板を
形成しているため、従来のＳＯＩ基板の製法に比較し
て、はるかに容易に、しかも正確な厚さで絶縁膜上に薄
い半導体結晶層を形成することができ、さらに炭化ケイ
素層を研磨抑止部としてだけでなく、半導体結晶層とし
ても形成しうるＳＯＩ構造を形成することができる。し
たがって、従来のＳＯＩ基板に比較して大面積かつ耐放
射線性が大幅に向上した半導体装置を製造することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製法の一実施例の前半を示す工程図で
ある。

【図２】本発明の製法の一実施例の後半を示す工程図で
ある。

【図３】従来の製法の一例における一工程を示す説明図
である。

【図４】図３の従来の製法における他の一工程を示す説
明図である。

【符号の説明】

１第１のシリコン基板２第２のシリコン基板３主面６凹所７立方晶炭化ケイ素層８二酸化ケイ素膜 10 シリコン層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）第１のシリコン基板と第２のシリ
コン基板とを準備する工程と、（ｂ）第１のシリコン基
板の一主面上に凹所を形成する工程と、（ｃ）第１のシ
リコン基板の前記凹所内部に炭化ケイ素層を成長させる
工程と、（ｄ）前記第１のシリコン基板の前記主面側全
面および第２のシリコン基板の一主面のうち少なくとも
いずれか一方の面上に絶縁膜を形成する工程と、（ｅ）
該絶縁膜を介在させるように第１のシリコン基板と第２
のシリコン基板とを貼り合わせる工程と、（ｆ）該貼り
合わせられた基板を第１のシリコン基板の他の主面側か
ら研磨し、前記炭化ケイ素層を露出せしめる工程とから
なるＳＯＩ基板の製法。
【請求項２】前記炭化ケイ素が立方晶炭化ケイ素であ
ることを特徴とする請求項１記載の製法。
【請求項３】前記絶縁膜が二酸化ケイ素膜であること
を特徴とする請求項１記載の製法。
【請求項４】請求項１記載の製法により作製されたＳ
ＯＩ基板を用いてなる半導体装置。