JPH0590173A - Ｓｏｉ基板の製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 絶縁膜上に半導体結晶層をエピタキシャル成
長により形成してＳＯＩ基板を作製するのに、半導体結
晶層が半導体基板と完全に分離された広い面積のＳＯＩ
基板をえられる製法を提供する。 【構成】 半導体基板上に形成した絶縁膜を目抜いて半
導体基板をシードとしてエピタキシャル成長したのち、
半導体基板と連結している半導体結晶層の部分を除去
し、再度絶縁膜と半導体結晶層を形成することにより、
半導体基板と完全に分離された絶縁膜上の半導体結晶層
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した絶縁膜上
に、該半導体基板の半導体結晶をシードとしてエピタキ
シャル成長により半導体結晶層を形成するＳＯＩ基板の
製法に関する。

【０００２】なお、本明細書においては、ＳＯＩを絶縁
膜上の半導体結晶層の意味で使用し、シリコン半導体に
限定されず、広く半導体を含む意味で使用する。

【０００３】

【従来の技術】従来、絶縁基板上に半導体結晶層を形成
したＳＯＩ基板は、半導体結晶基板に酸素原子を打ち込
み、熱処理により半導体結晶基板中に絶縁層を形成す
る、ＳＩＭＯＸ(Separation by Implanted Oxygen)法や
半導体基板上に形成した絶縁膜に開口部を形成し、露出
した半導体基板の半導体結晶をシードとして絶縁膜上に
半導体結晶層をエピタキシャル成長させる方法がとられ
ている。

【０００４】エピタキシャル成長により形成した従来の
ＳＯＩ基板の断面図を図３に示す。このＳＯＩ基板の製
法は半導体基板１上に絶縁膜２を形成し、レジスト膜に
より開口部３を形成し、エピタキシャル成長することに
より、開口部３に露出した半導体結晶を起点として半導
体結晶が成長し、開口部３内に半導体結晶層４が形成さ
れ、さらにエピタキシャル成長を続けると、絶縁膜２上
にエピタキシャル成長が延び、絶縁膜２の上に半導体結
晶層４が成長し、絶縁膜２上に半導体結晶層の形成され
たＳＯＩ基板がえられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のＳＩＭ
ＯＸ法によりＳＯＩ基板をうる方法は、酸素原子注入に
よる、半導体結晶の損傷（結晶欠陥の発生）という問題
がある。また、従来の半導体基板上に形成した絶縁膜に
開口部を設けてエピタキシャル成長により形成する半導
体結晶層は、半導体基板をエピタキシャル成長のシード
とするため、絶縁膜に形成した開口部をとおして絶縁膜
の下の半導体基板と接続されており、完全なＳＯＩ基板
にならない。そのため完全なＳＯＩ基板にするために
は、開口部を除いた部分のみを使用しなければならず、
小さな基板になるという問題がある。

【０００６】本発明はこのような状況に鑑み、絶縁膜上
にエピタキシャル成長で形成された半導体結晶層が絶縁
膜下の半導体基板と完全に隔離されたＳＯＩ構造の基板
を形成することを目的とする。

【０００７】本発明の他の目的は基板への開口部のない
大面積のＳＯＩ構造を形成すると共に、ＳＯＩ基板を多
段に形成して３次元ＩＣの層間絶縁を容易にすることに
ある。

【０００８】本発明の更に他の目的は、単結晶基板化が
困難な半導体材料の基板形成を容易になしうる方法を提
供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によるＳＯＩ基板
の製法は、半導体基板上に形成した絶縁膜に第１の開口
部を形成し、該第１の開口部および前記絶縁膜上に該第
１の開口部により露出した半導体結晶をシードとしてエ
ピタキシャル成長することにより半導体結晶層を形成す
る工程と、該半導体結晶層の前記第１の開口部の部分を
除去し第２の開口部を形成する工程と、該第２の開口部
により露出した前記半導体基板上に開口部絶縁膜を形成
して前記絶縁膜と連結する工程と、前記第２の開口部に
形成された開口部絶縁膜上に前記エピタキシャル成長に
より形成された半導体結晶をシードとしてさらに半導体
結晶を横方向にエピタキシャル成長し、前記半導体結晶
層を連結する工程とからなることを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明によれば、絶縁膜に設けた開口部に、露
出した半導体基板をシードとして半導体結晶層をエピタ
キシャル成長させたのち、前記開口部のエピタキシャル
成長した半導体結晶層を除去して、再度絶縁膜と半導体
結晶層をエピタキシャル成長しているため、絶縁膜上に
エピタキシャル成長した半導体結晶層は絶縁膜下の半導
体基板と完全に隔離されており、広い面積のＳＯＩ基板
をえられる。

【００１１】

【実施例】つぎに、図面を参照しながら本発明について
詳細に説明する。図１は本発明の一実施例であるＳＯＩ
基板の製法を示す工程図である。

【００１２】まず図１のａ工程に示すように半導体基板
上に形成した絶縁膜２に第１の開口部３を形成し、その
第１の開口部３および絶縁膜２上に半導体基板１の結晶
をシードとして、半導体結晶層４をエピタキシャル成長
する。具体例としては、シリコン半導体基板１の表面に
絶縁膜２であるシリコン酸化膜をたとえばＣＶＤ法によ
り0.5 μｍ形成し、ホトレジストにより部分的にエッチ
ング除去して第１の開口部３を形成する。第１の開口部
３により露出したシリコン半導体基板をシードとして半
導体結晶層４である炭化ケイ素（ＳｉＣ）をエピタキシ
ャル成長する。この炭化ケイ素はシリコンと同種の性質
を有するため、露出した半導体基板のシリコン結晶をシ
ードとしてエピタキシャル成長する。したがって、最初
のうちはシリコン酸化膜の腐蝕除去された開口部３のみ
に縦方向に選択的にエピタキシャル成長し、第１の開口
部３内のエピタキシャル成長が完了し、シリコン酸化膜
と同じ高さの位置までエピタキシャル成長が行われる
と、引き続き絶縁膜２上を横方向にエピタキシャル成長
すると共に、縦方向にもエピタキシャル成長が行われ、
図１のａ工程に示すように炭化ケイ素の半導体結晶層４
が形成される。

【００１３】つぎに、図１のｂ〜ｃ工程に示すように、
半導体結晶層４の前記第１の開口部３の部分を除去し、
第２の開口部７を形成する。具体例としては、炭化ケイ
素の半導体結晶層４の表面に酸化防止膜５であるチッ化
ケイ素膜を、たとえば、ＣＶＤ法により0.1 μｍ形成す
る。そののち、チッ化ケイ素膜の表面にレジスト膜６を
塗布し開口部３よりアライメントのマージン分大きめの
マスクを用いてレジストパターンを形成する（図１のｂ
工程）。ついで、パターン形成したレジストをマスクと
して反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法で、レジスト
膜６の目抜かれた部分のチッ化ケイ素膜、炭化ケイ素の
半導体結晶層４を除去し、第２の開口部７を形成する
（図１のｃ工程）。

【００１４】つぎに、第２の開口部７により露出した半
導体基板１上に開口部絶縁膜８を形成してａ工程で形成
した絶縁膜２と連結する。具体例としては、1000℃で70
分位の熱処理をするとａ工程で形成した絶縁膜２とほぼ
同じ厚さまで酸化膜が形成され、開口部絶縁膜８が形成
される。この際、炭化ケイ素結晶成長層の表面は、酸化
防止膜５が付着しているため酸化されないが、第２の開
口部７を形成した部分の側面は酸化され結晶成長層酸化
膜９が形成される。しかし炭化ケイ素の酸化レートはシ
リコンに比べて約１／５と遅いため、結晶成長層酸化膜
９の厚さは非常に薄い（図１のｄ工程）。この開口部絶
縁膜８の形成は酸化法でなくＣＶＤ法などで形成しても
よい。

【００１５】つぎに、ｅ〜ｇ工程に示すように、前工程
で形成された開口部絶縁膜８上に、半導体結晶層４をシ
ードとして、さらに半導体結晶を横方向にエピタキシャ
ル成長し、第２の半導体結晶層11を形成してａ工程で形
成した半導体結晶層４を連結して、半導体基板１と連結
しない絶縁膜上の半導体結晶層が形成される。

【００１６】具体例としては、９％濃度のフッ酸溶液で
ウェットエッチングによってエピタキシャル成長した炭
化ケイ素成長層の側面にダメージを与えないように結晶
成長層酸化膜９を除去し、横方向の結晶面10を露出させ
る（図１のｅ工程）。前工程でＣＶＤ法により開口部絶
縁膜８が形成されたばあいは、この工程は必要ない。

【００１７】そののち、再度ジシラン（Ｓｉ₂ Ｈ₆ ）、
アセチレン（Ｃ₂ Ｈ₂ ）のガスを導入して気相反応させ
ると、結晶面10が露出した側面からのみ炭化ケイ素の半
導体結晶が横方向にエピタキシャル成長し、第２の開口
部７の開口部絶縁膜８上に炭化ケイ素の第２の半導体結
晶層11が形成され、第２の開口部７が塞がれる（図１の
ｆ工程）。この際、炭化ケイ素結晶成長層の表面には酸
化防止膜５であるチッ化ケイ素膜が形成されたままであ
るため、縦方向のエピタキシャル成長は行われない。

【００１８】最後に、酸化防止膜５であるチッ化ケイ素
膜のエッチングレートがエピタキシャル成長により形成
された第２の半導体結晶成長層11である炭化ケイ素のエ
ッチングレートより高い、高選択比を有するエッチング
液、たとえば、リン酸でエッチングして酸化防止膜５を
腐蝕除去し、ＳＯＩ構造の基板形成が完了する。

【００１９】以上説明した具体例では、エピタキシャル
成長により形成した炭化ケイ素の結晶成長層表面に酸化
防止膜５であるチッ化ケイ素膜を形成して最後の工程で
除去する迄残す例で説明したが、通常のマスクで第２の
開口部７を形成したのちマスクを除去して同様の工程で
行っても、とくに炭化ケイ素のようにシリコンよりはる
かに酸化レートの遅い半導体結晶を成長させるばあいに
は半導体結晶層の表面の酸化も少く、差し支えない。

【００２０】また前述の具体例ではシリコン基板表面に
形成した絶縁膜上に炭化ケイ素の半導体結晶層を成長さ
せる例で説明したが、基板と結晶成長層の半導体材料は
この例に限定されるものではなく、この逆や同じ材料同
士など同種のものであればよい。また半導体材料もシリ
コン、炭化ケイ素の他にＳｉＧｅ、化合物半導体などで
も同様に形成できる。

【００２１】前述の具体例の最後の工程で酸化防止膜５
を除去するのに、酸化防止膜５のエッチングレートが第
２の半導体結晶層より高い高選択比を有するエッチング
液で除去する例について説明したが、半導体結晶層およ
び酸化防止膜の材料によっては高選択比をえられないば
あいがある。そのばあいには図２に示す工程で行うこと
ができる。

【００２２】まず、図１のｆ工程まで進んで第２の半導
体結晶成長層11が形成された状態で、表面全体にレジス
ト膜12を塗布する（図２のａ工程）。

【００２３】そののち、ＲＩＥ法でエッチバックを行う
とレジスト膜12の表面から全面で同じ厚さだけ除去され
るため、酸化防止膜５の表面が露出する迄エッチバック
すると、第２の半導体結晶層11の上にのみレジスト膜12
が残る（図２のｂ工程）。

【００２４】この状態で、レジスト膜12をマスクとし
て、たとえばＲＩＥ法により酸化防止膜５を除去する
（図２のｃ工程）。そののち、残ったレジスト膜12を腐
蝕除去することにより完全なＳＯＩ基板をえられる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば広
面積にわたってエピタキシャル成長により形成した半導
体結晶層を絶縁膜上に形成でき、しかも成長した半導体
結晶層を半導体基板から完全に分離して形成でき、ＳＩ
ＭＯＸ法によるのと同様に大きなＳＯＩ基板をえられ
る。

【００２６】また、本発明によればエピタキシャル成長
により絶縁膜上に半導体結晶層を形成できるため、たと
えば単結晶基板を作製しにくい炭化ケイ素材料でも、同
種のシリコン半導体基板をシードとして容易に絶縁膜上
に基板を形成できる。

【００２７】さらに半導体デバイスの製造と同じプロセ
スで形成できるため、たとえば半導体基板にＩＣ回路を
形成し、その上に本発明による絶縁膜を形成して半導体
結晶層を形成し、再度ＩＣ回路を形成することができ、
ＩＣ回路を形成した半導体基板を何層も重ねた立体的半
導体装置をえられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるＳＯＩ基板の製造工程
を示す図である。

【図２】本発明の一実施例であるＳＯＩ基板の製造工程
の酸化防止膜を除去する工程の一例を示す図である。

【図３】従来のエピタキシャル成長法により製造したＳ
ＯＩ基板の断面図である。

【符号の説明】

１ 半導体基板 ２ 絶縁膜 ３ 第１の開口部 ４ 半導体結晶層 ５ 酸化防止膜 ７ 第２の開口部 ８ 開口部絶縁膜 11 第２の半導体結晶層 12 レジスト膜

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板上に形成した絶縁膜に第１の
   開口部を形成し、該第１の開口部および前記絶縁膜上に
   該第１の開口部により露出した半導体結晶をシードとし
   てエピタキシャル成長することにより半導体結晶層を形
   成する工程と、該半導体結晶層の前記第１の開口部の部
   分を除去し第２の開口部を形成する工程と、該第２の開
   口部により露出した前記半導体基板上に開口部絶縁膜を
   形成して前記絶縁膜と連結する工程と、前記第２の開口
   部に形成された開口部絶縁膜上に前記エピタキシャル成
   長により形成された半導体結晶をシードとしてさらに半
   導体結晶を横方向にエピタキシャル成長し、前記半導体
   結晶層を連結する工程とからなるＳＯＩ基板の製法。
2. 【請求項２】 前記第２の開口部の形成が、前記エピタ
   キシャル成長により形成した半導体結晶層の表面全面に
   酸化防止膜を形成する工程と、レジストマスクにより該
   酸化防止膜と前記半導体結晶層の一部を除去する工程と
   によりなされ、前記酸化防止膜は前記第２の開口部の開
   口部絶縁膜上に前記半導体結晶層が形成されたのちに除
   去されてなる請求項１記載のＳＯＩ基板の製法。
3. 【請求項３】 前記酸化防止膜の除去が、前記第２の開
   口部に形成された半導体結晶層の表面および前記酸化防
   止膜上にレジスト膜を塗布する工程と、エッチバックに
   より前記酸化防止膜上のレジスト膜を除去し前記半導体
   結晶層上のレジスト膜を残存させる工程と、前記酸化防
   止膜を除去してのち、前記エピタキシャル成長層上の前
   記レジスト膜を除去する工程とからなる請求項２記載の
   ＳＯＩ基板の製法。