JPH0669085B2

JPH0669085B2 - 半導体基板の製造方法

Info

Publication number: JPH0669085B2
Application number: JP61210274A
Authority: JP
Inventors: 清小沢; 隆司伊藤
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1986-09-05
Filing date: 1986-09-05
Publication date: 1994-08-31
Anticipated expiration: 2009-08-31
Also published as: JPS6365648A

Description

【発明の詳細な説明】〔概要〕 SOI（Silicon on Insulator）基板を接着、エッチバ
ック法で形成する際、面指数（111）の低抵抗の珪素（S
i）基板上に素子形成層（活性層）としてエピ層を形成
し、二酸化珪素（SiO₂）層を介して他の基板に接着し、
エピ層をエッチングストッパとし、（111）Si基板を塩
素ガス（Cl₂）の光励起によるエッチングで除去して、
（エッチングレート比は数100）広面積のSOI基板を得る
方法を提起する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は広面積で結晶性のよいSOI基板の製造方法に関
する。

SOI基板は活性層が絶縁層で分離された基板で、素子間
分離が容易で、寄生容量が小さいため、デバイスの高集
積化、高速化に有利である。

さらに、SOI基板はCMOSのラッチアップ現象が発生しな
い等の利点があるため、各所で精力的に検討が行われて
いる。

しかしながら、晶質の異なる絶縁層上に単結晶層を形成
することは容易でなく、現状ではまだ良質のSOI基板の
形成は困難な状況である。

〔従来の技術〕従来のSOI基板はSi基板を酸化して、その上に非晶質珪
素（ａ−Si）、または多結晶珪素（ポリSi）層を成長
し、この層にレーザビーム、または電子ビーム等を照射
しながら走査し、溶融再結晶化して活性層としていたた
め、結晶性がわるく、かつ広面積の再結晶化は困難であ
った。

また、SIMOX（Separation by Implanted Oxygen）と
呼ばれる方法が検討されている。これは、酸素イオンを
基板表面より注入して基板内部に表面より離れて絶縁層
を形成し、この絶縁層上の表面半導体層を活性層とする
もので、そのため活性層の結晶性、厚さの制御の点で難
点がある。

一方、単結晶基板上にエピタキシャル成長した結晶性の
よい活性層を絶縁層を介して他の基板にはりつけて出発
単結晶基板をエッチバックして除去する接着、エッチバ
ック法が活性層の結晶性、面積の点で有利であるが、エ
ッチングの際に残さなければならない活性層の厚さの制
御が困難である。そのためエッチングストッパーとなる
層が必要となる。

第２図（１）〜（３）は第１の従来例を説明する接着、
エッチバック法によるSOI基板の製造方法を示す断面図
である。

第２図（１）において、n⁺（100）Si基板１の上に活性
層となるエピSi層２を成長する。

第２図（２）において、熱酸化によりエピSi層２の表面
にSiO₂層３を形成する。

つぎに、熱酸化により表面にSiO₂層４を形成した他のSi
基板５を用意し、SiO₂層３とSiO₂層４を酸化雰囲気で加
熱して接着する。

第２図（３）において、n⁺（100）Si基板１をHF−HNO₃
−CH₃COOH（−H₂O₂）系の液を用いてエッチング除去す
る。

この場合は、組成比によりn⁺（100）Si基板１とエピSi
層２のエッチングレート比が小さく、ウエットエッチン
グによるため露出したエピSi層２の表面は平坦性がわる
く波打ち、または表面に傷やステイン膜が生成しやすく
なる欠点がある。

第３図（１）〜（３）は第２の従来例を説明する接着、
エッチバック法によるSOI基板の製造方法を示す断面図
である。

第３図（１）において、n⁺（100）Si基板１の表面に硼
素イオン（B⁺）を注入してp⁺層1Aを形成し、その上にエ
ピSi層２を成長する。

第３図（２）において、熱酸化によりエピSi層２の表面
にSiO₂層３を形成する。

第３図（３）において、n⁺（100）Si基板１をKOH、また
はエチレンジアミンピロカテコール水溶液を用いてエッ
チング除去する。

この場合は、イオン注入により形成されたp⁺層1Aがエッ
チングストッパとなるが、この層の除去が煩雑であり、
またＢ原子の拡散係数が大きいため、エピSi層２への拡
散が心配である。

第４図（１）〜（３）は第３の従来例を説明する接着、
エッチバック法によるSOI基板の製造方法を示す断面図
である。

第４図（１）において、n⁺（100）Si基板１の表面に酸
素、または窒素イオンを注入してSiO₂、または窒化珪素
（Si₃N₄）層1Bを形成し、その上にエピSi層２を成長す
る。

第４図（２）において、熱酸化によりエピSi層２の表面
にSiO₂層３を形成する。

第４図（３）において、n⁺（100）Si基板１をHF−HNO₃
系の液を用いてエッチング除去する。

この場合は、SiO₂、またはSi₃N₄層1Bがエッチングスト
ッパとなる。しかしながら、SiO₂、またはSi₃N₄層1B上
に成長するエピSi層２の結晶性がわるい。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の接着法によるSOI基板の製造方法は、半導体層の
厚さの制御が困難であるか、または半導体層の結晶性が
わるかった。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点の解決は、面指数（111）の珪素よりなる第
１の基板上に、該第１の基板より抵抗率の高い珪素層を
エピタキシャル成長し、該珪素層を酸化珪素層を介して
第２の基板に接着し、該第１の基板を塩素ガススの光励
起によるエッチングで除去する半導体基板の製造方法に
より達成される。

〔作用〕

本発明はCl₂ガスの光励起によるSiのエッチングにおい
ては、n⁺（111）Siのエッチングレートはｎ型、または
ｐ型の（111）エピSi層より２桁以上大きいことを利用
し、活性層であるエピSi層自体をエッチングストッパと
し、短いプロセスで高品位のSOI基板を得るものであ
る。

〔実施例〕

第１図（１）〜（３）は本発明を説明する接着、エッチ
ング法によるSOI基板の製造方法を示す断面図である。

第１図（１）において、砒素（As）をドープした抵抗率
0.002Ωcmのn⁺（111）Si基板１の上に、厚さ〜３μｍで
抵抗率１Ωcm以上のｎ型、またはｐ型のエピSi層２を成
長する。

第１図（２）において、熱酸化によりエピSi層２の表面
に厚さ〜500ÅのSiO₂層３を形成する。

つぎに、熱酸化により表面に厚さ〜2000ÅのSiO₂層４を
形成した他のSi基板５を用意し、SiO₂層３とSiO₂層４を
酸化雰囲気で〜800℃に加熱して接着する。

この場合、接着前の表面酸化は一方の基板だけでもよ
い。

第１図（３）において、n⁺（111）Si基板１を光エッチ
ングによりエッチング除去する。

光エッチング条件は、基板の置かれた石英管内にCl₂ガ
スを50SCCM流して50Torrに減圧し、基板温度を300℃に
保って、波長290〜370nmの紫外線を0.5Wcm^-2照射する。

この場合は、n⁺（111）Si基板１とエピSi層２のエッチ
ングレート比が極めて大きく、〜200であり、エピSi層
２自身がエッチングストッパとしてはたらく。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように本発明によるCl₂ガスの光励
起によるエッチングでは、高抵抗のエピSi層と低抵抗基
板のエッチングレート比を大きくとれ、エピSi層自身が
エッチングストッパとして用いることができる。

従って、低抵抗基板に厚さの不均一があっても、エピSi
層の成長を制御することにより所望の厚さで均一な活性
層をもち、かつ結晶性のよいSOI基板を製造できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（１）〜（３）は本発明を説明する接着、エッチ
バック法によるSOI基板の製造方法を示す断面図、第２図（１）〜（３）は第１の従来例を説明する接着、
エッチバック法によるSOI基板の製造方法を示す断面
図、第３図（１）〜（３）は第２の従来例を説明する接着、
エッチバック法によるSOI基板の製造方法を示す断面
図、第４図（１）〜（３）は第３の従来例を説明する接着、
エッチバック法によるSOI基板の製造方法を示す断面図
である。図において、１は低抵抗のn⁺（111）Si基板、２はｎ型、またはｐ型のエピSi層、３、４はSiO₂層、５は他の基板である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】面指数（111）の珪素よりなる第１の基板
上に、該第１の基板より抵抗率の高い珪素層をエピタキ
シャル成長し、該珪素層を酸化珪素層を介して第２の基
板に接着し、該第１の基板を塩素ガスの光励起によるエ
ッチングで除去することを特徴とする半導体基板の製造
方法。