JPH07101662B2 - 欠陥のない薄い半導体層を形成する方法 - Google Patents
欠陥のない薄い半導体層を形成する方法Info
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- JPH07101662B2 JPH07101662B2 JP5303282A JP30328293A JPH07101662B2 JP H07101662 B2 JPH07101662 B2 JP H07101662B2 JP 5303282 A JP5303282 A JP 5303282A JP 30328293 A JP30328293 A JP 30328293A JP H07101662 B2 JPH07101662 B2 JP H07101662B2
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
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- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はウェーハの構造とウェー
ハの製造法、具体的には、シリコン・オン・インシュレ
ータ構造の形成に関するものである。
ハの製造法、具体的には、シリコン・オン・インシュレ
ータ構造の形成に関するものである。
【0002】
【従来の技術】酸化物で接着されたウェーハの上のシリ
コンを薄くするため、いままで多くの仕事がなされてき
た。 例えばシリコンを薄くすることは、HF、 HNO3、お
よび、CH3COOHの混合物のようなウェット・シリコン・
エッチングによって達成されている。他のウェット・シ
リコン・エッチングには、D.J.ゴッドビー他による E
CS,137巻, 3219ページ(1990年)で開示されているKO
H、K2Cr2O7、プロパノール、および水による混合物、ま
た、K.イマによる Jap.J.Appl.Phys.30, 1154ページ
(1991年)に記載されているエチレンジアミンーピロカ
テコールー水(ethylenediamine-pyrocatechol-water)
の混合物がある。
コンを薄くするため、いままで多くの仕事がなされてき
た。 例えばシリコンを薄くすることは、HF、 HNO3、お
よび、CH3COOHの混合物のようなウェット・シリコン・
エッチングによって達成されている。他のウェット・シ
リコン・エッチングには、D.J.ゴッドビー他による E
CS,137巻, 3219ページ(1990年)で開示されているKO
H、K2Cr2O7、プロパノール、および水による混合物、ま
た、K.イマによる Jap.J.Appl.Phys.30, 1154ページ
(1991年)に記載されているエチレンジアミンーピロカ
テコールー水(ethylenediamine-pyrocatechol-water)
の混合物がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、シリコン・エ
ッチングの短所は、エッチバックしている間に、転位部
位においてエッチピットが形成されることである。ウェ
ット・エッチ・ストップ層をデバイスシリコンとシリコ
ンウェーハ基板の間に効果的に挿入することで、エッチ
ピットの形状的影響は減らすことができる。しかし、エ
ッチ・ストップ層を挿入することは、高温(1100℃)で
のウェーハ接着処理の間に、転位をストップ層からデバ
イスシリコン層に拡大させ、デバイスシリコン中に転位
を生じる可能性がある。
ッチングの短所は、エッチバックしている間に、転位部
位においてエッチピットが形成されることである。ウェ
ット・エッチ・ストップ層をデバイスシリコンとシリコ
ンウェーハ基板の間に効果的に挿入することで、エッチ
ピットの形状的影響は減らすことができる。しかし、エ
ッチ・ストップ層を挿入することは、高温(1100℃)で
のウェーハ接着処理の間に、転位をストップ層からデバ
イスシリコン層に拡大させ、デバイスシリコン中に転位
を生じる可能性がある。
【0004】従って、酸化物で接着されたウェーハの上
のシリコンを薄くし、上に述べた転位部位のエッチピッ
トと転位の拡大をなくす方法を提供することが望まし
い。
のシリコンを薄くし、上に述べた転位部位のエッチピッ
トと転位の拡大をなくす方法を提供することが望まし
い。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明はウェット・シリ
コン・エッチバックの技術を使わずに、酸化物で接着さ
れたウェーハの上のシリコンを薄くする新しいプロセス
を提供することを目的とする。
コン・エッチバックの技術を使わずに、酸化物で接着さ
れたウェーハの上のシリコンを薄くする新しいプロセス
を提供することを目的とする。
【0006】本発明は、後処理において半導体構造が形
成できる基本的に欠陥のない薄い半導体層を形成する方
法を提供するものであり、この方法は、(1)第1の導
電性を持つシリコン基板と、該シリコン基板の上に形成
された第2の導電性タイプで第1のエッチ特性を持つ拡
散層と、該拡散層上に形成された上記第2の導電性タイ
プで上記拡散層の上記第1のエッチ特性とは異なる第2
のエッチ特性とを持つ薄いエピタキシャル層と、上記エ
ピタキシャル層上に形成された薄い酸化物層を有する第
1のウェーハを用意し、(2)薄い酸化物の層がその表
面に形成されたシリコン基板からなる第2のウェーハを
用意し、(3)上記第1のウェーハと上記第2のウェー
ハを接着し、(4)上記第1のウェーハのシリコン基板
を制御された機械的方法で除去し、(5)下部の薄いエ
ピタキシャル層を露出するために、露出されたエピタキ
シャル層に最小の浅いプラズマ照射損傷で済むようにし
て上記拡散層を除去できる、第1のエッチ特性と第2の
エッチ特性とのエッチ比を持つ選択性の低エネルギー・
ドライ・プラズマ・プロセスを使って、上記第1のウェ
ーハの拡散層を除去すること、よりなるステップを含む
ものである。
成できる基本的に欠陥のない薄い半導体層を形成する方
法を提供するものであり、この方法は、(1)第1の導
電性を持つシリコン基板と、該シリコン基板の上に形成
された第2の導電性タイプで第1のエッチ特性を持つ拡
散層と、該拡散層上に形成された上記第2の導電性タイ
プで上記拡散層の上記第1のエッチ特性とは異なる第2
のエッチ特性とを持つ薄いエピタキシャル層と、上記エ
ピタキシャル層上に形成された薄い酸化物層を有する第
1のウェーハを用意し、(2)薄い酸化物の層がその表
面に形成されたシリコン基板からなる第2のウェーハを
用意し、(3)上記第1のウェーハと上記第2のウェー
ハを接着し、(4)上記第1のウェーハのシリコン基板
を制御された機械的方法で除去し、(5)下部の薄いエ
ピタキシャル層を露出するために、露出されたエピタキ
シャル層に最小の浅いプラズマ照射損傷で済むようにし
て上記拡散層を除去できる、第1のエッチ特性と第2の
エッチ特性とのエッチ比を持つ選択性の低エネルギー・
ドライ・プラズマ・プロセスを使って、上記第1のウェ
ーハの拡散層を除去すること、よりなるステップを含む
ものである。
【0007】
【実施例】図1に示すように、本発明の方法は、第1の
半導体基板即ちシリコンウェーハ10を用意することか
ら始まる。ウェーハ10は例えばP-又はN-基板であ
る。第1のエッチ特性を持つN+拡散層12がウェーハ
10の上に通常の手段で形成される。望ましくは、拡散
層12は拡大されたサブコレクター拡散層からなり、幅
2から3μmのN+領域を形成する。拡散層12の上
に、第2のエッチ特性を持つ厚さ0.05から2.0μm
のN-ドープされた薄いエピタキシャル層14が、有意
なN+外拡散が下部のN+層からエピタキシャルN-層に
起こるのを防ぐために、よく知られた低温シリコン・エ
ピタキシャル・プロセス(low temperature silicon ep
itaxial process:LTE)によって形成される。LT
Eプロセスは、例えば、T.N.グエン他の「UHV/C
VD技術による低温(550℃)エピタキシで製造された
ICデバイスの特徴付け」("Characterization of IC
Devices Fabricated in Low Temperature (550℃) Epit
axy by UHV/CVD Technique",IEDM 86, 304-307 ページ
(1986))、さらに、B.S.メイヤーソンによる「超真空
/化学蒸着による低温シリコンエピタキシ」("Low Tem
perature Silicon Epitaxy by Ultrahigh Vacuum/Chemi
cal Vapor Deposition" Appl.Phys.Lett. 48(12), Marc
h 24, 1986, 797-799ページ)に記載のプロセスが使用
できる。LTEプロセスは約550ー650℃の温度範
囲が特徴で、シリコン層のエピタキシの成長の間、下部
の拡散層からの外拡散を防ぐ。拡散は普通850℃より
高温で起こる。低温エピタキシャル・プロセスの結果、
N-エピタキシャル層14が形成されている間のN+外拡
散は制御され、密なN+拡散層12が維持され、良質の
N-エピタキシャル層14が作られる。層14の第2の
エッチ特性は層12の第1のエッチ特性と異なることが
特徴だが、これは後で説明する。さらに、薄い酸化物層
16(例えばSiO2を有する)が薄いエピタキシャル
層14の上に形成される。
半導体基板即ちシリコンウェーハ10を用意することか
ら始まる。ウェーハ10は例えばP-又はN-基板であ
る。第1のエッチ特性を持つN+拡散層12がウェーハ
10の上に通常の手段で形成される。望ましくは、拡散
層12は拡大されたサブコレクター拡散層からなり、幅
2から3μmのN+領域を形成する。拡散層12の上
に、第2のエッチ特性を持つ厚さ0.05から2.0μm
のN-ドープされた薄いエピタキシャル層14が、有意
なN+外拡散が下部のN+層からエピタキシャルN-層に
起こるのを防ぐために、よく知られた低温シリコン・エ
ピタキシャル・プロセス(low temperature silicon ep
itaxial process:LTE)によって形成される。LT
Eプロセスは、例えば、T.N.グエン他の「UHV/C
VD技術による低温(550℃)エピタキシで製造された
ICデバイスの特徴付け」("Characterization of IC
Devices Fabricated in Low Temperature (550℃) Epit
axy by UHV/CVD Technique",IEDM 86, 304-307 ページ
(1986))、さらに、B.S.メイヤーソンによる「超真空
/化学蒸着による低温シリコンエピタキシ」("Low Tem
perature Silicon Epitaxy by Ultrahigh Vacuum/Chemi
cal Vapor Deposition" Appl.Phys.Lett. 48(12), Marc
h 24, 1986, 797-799ページ)に記載のプロセスが使用
できる。LTEプロセスは約550ー650℃の温度範
囲が特徴で、シリコン層のエピタキシの成長の間、下部
の拡散層からの外拡散を防ぐ。拡散は普通850℃より
高温で起こる。低温エピタキシャル・プロセスの結果、
N-エピタキシャル層14が形成されている間のN+外拡
散は制御され、密なN+拡散層12が維持され、良質の
N-エピタキシャル層14が作られる。層14の第2の
エッチ特性は層12の第1のエッチ特性と異なることが
特徴だが、これは後で説明する。さらに、薄い酸化物層
16(例えばSiO2を有する)が薄いエピタキシャル
層14の上に形成される。
【0008】次に図2に示すように、第2のシリコン基
板即ちサポートウェーハ18を用意する。ウェーハ18
の表面には酸化物層20が形成される。酸化物層20は
例えばSiO2を有する。ウェーハを接着する前に、第
1のウェーハ10がひっくり返され、第2のウェーハ1
8と完全な接触を作る。ウェーハ接着は周知の技術だか
らここでは簡単にしか述べない。酸化物層16は酸化物
層20と接触する。その後、ウェーハ10と18は、予
め定められた時間熱処理を受け、酸化物層16と酸化物
層20が接着されて、図3に示すように、結合された酸
化物層22が形成される。
板即ちサポートウェーハ18を用意する。ウェーハ18
の表面には酸化物層20が形成される。酸化物層20は
例えばSiO2を有する。ウェーハを接着する前に、第
1のウェーハ10がひっくり返され、第2のウェーハ1
8と完全な接触を作る。ウェーハ接着は周知の技術だか
らここでは簡単にしか述べない。酸化物層16は酸化物
層20と接触する。その後、ウェーハ10と18は、予
め定められた時間熱処理を受け、酸化物層16と酸化物
層20が接着されて、図3に示すように、結合された酸
化物層22が形成される。
【0009】その後、制御された機械処理により基板即
ちウェーハ10を除去し、図4に示す構造物が得られ
る。これは、ウェーハ10を擦り/磨いて除き、その
後、化学的機械的ポリッシングをして達成する。磨いた
結果拡散層12の近くのシリコンに起こった可能性のあ
る残留損傷を、化学的機械的ポリッシングによって取り
除くのは、その後のプロセスで下部の拡散層12および
エピタキシャル層14に同様の損傷が拡大するのを予防
するためである。擦り/磨き、化学的機械的ポリッシン
グは周知の技術であるからここでは述べない。
ちウェーハ10を除去し、図4に示す構造物が得られ
る。これは、ウェーハ10を擦り/磨いて除き、その
後、化学的機械的ポリッシングをして達成する。磨いた
結果拡散層12の近くのシリコンに起こった可能性のあ
る残留損傷を、化学的機械的ポリッシングによって取り
除くのは、その後のプロセスで下部の拡散層12および
エピタキシャル層14に同様の損傷が拡大するのを予防
するためである。擦り/磨き、化学的機械的ポリッシン
グは周知の技術であるからここでは述べない。
【0010】次のステップで、拡散層12が選択的に除
去され、エピタキシャル層14を損傷しないようにして
露出する(図5)。具体的には、例えばCl2プラズマ
のような、既知の低エネルギー・ドライ・プラズマ・プ
ロセスによって、N+拡散層12を取り除く。このよう
な低エネルギー・ドライ・プラズマ・プロセスは、エピ
タキシャル層14に最小限のプラズマ損傷で済むように
して拡散層12が除去されるような、拡散層12とエピ
タキシャル層14の間の高い選択性を持っていることが
特徴である。Cl2を使うと、N+/N-のエッチ比40
が得られ、プラズマ損傷があったとしてもごく僅かであ
る。この最小限のプラズマ損傷を「浅い」プラズマ損傷
と呼ぶことができよう。拡散層12を除去するのに、上
記ではCl2プラズマの使用を述べたが、他の同様の低
エネルギー・ドライ・プラズマも使える。層12と層1
4のエッチ特性に関連して得られる「浅い」プラズマ損
傷の所望のレベルと、使用しようとしている特定のエッ
チャント・ガスの選択性に基づいて適切なプラズマを選
択することができる。
去され、エピタキシャル層14を損傷しないようにして
露出する(図5)。具体的には、例えばCl2プラズマ
のような、既知の低エネルギー・ドライ・プラズマ・プ
ロセスによって、N+拡散層12を取り除く。このよう
な低エネルギー・ドライ・プラズマ・プロセスは、エピ
タキシャル層14に最小限のプラズマ損傷で済むように
して拡散層12が除去されるような、拡散層12とエピ
タキシャル層14の間の高い選択性を持っていることが
特徴である。Cl2を使うと、N+/N-のエッチ比40
が得られ、プラズマ損傷があったとしてもごく僅かであ
る。この最小限のプラズマ損傷を「浅い」プラズマ損傷
と呼ぶことができよう。拡散層12を除去するのに、上
記ではCl2プラズマの使用を述べたが、他の同様の低
エネルギー・ドライ・プラズマも使える。層12と層1
4のエッチ特性に関連して得られる「浅い」プラズマ損
傷の所望のレベルと、使用しようとしている特定のエッ
チャント・ガスの選択性に基づいて適切なプラズマを選
択することができる。
【0011】前ステップで起こった浅いプラズマ損傷の
除去は、露出されたエピタキシャル層14の上に犠牲的
熱酸化物層を形成し(図6)、その後、熱酸化物層24
を除去することによって行うことができる(図7)。熱
酸化物層の形成はよく知られた技術である。熱酸化物層
24は浅いプラズマ損傷を費消(consume)する。浅いプ
ラズマ損傷が費消された後、熱酸化物層24はHF緩衝
液中でウェットエッチングにより除去される。その結
果、欠陥の少ない薄いエピタキシャル層からなるエピタ
キシャル層14ができる。
除去は、露出されたエピタキシャル層14の上に犠牲的
熱酸化物層を形成し(図6)、その後、熱酸化物層24
を除去することによって行うことができる(図7)。熱
酸化物層の形成はよく知られた技術である。熱酸化物層
24は浅いプラズマ損傷を費消(consume)する。浅いプ
ラズマ損傷が費消された後、熱酸化物層24はHF緩衝
液中でウェットエッチングにより除去される。その結
果、欠陥の少ない薄いエピタキシャル層からなるエピタ
キシャル層14ができる。
【0012】本発明の、薄いシリコン・オン・インシュ
レータ構造を形成する第2の具体化は、基本的には上で
述べた具体化方法と同じだが、以下に述べる点が異な
る。図8に示すように、第1のシリコン基板即ちウェー
ハ30は第1の導電性タイプ、例えばP-又はN-基板を
有する。ウェーハ30の上に、通常の方法で、第2の導
電性タイプと第1のエッチ特性を持つシリコン拡散層3
2が形成される。拡散層32は幅2から3μmのN+拡
散層である。さらに拡散層32の上に、既知の低温シリ
コン・エピタキシャル・プロセスによって、第2の導電
性タイプと、層32の第1のエッチ特性とは異なる第2
のエッチ特性を持つ薄いエピタキシャル層34が形成さ
れる。エピタキシャル層34は厚さ0.05から2.0μ
mの、例えばN-ドープされた層を有する。
レータ構造を形成する第2の具体化は、基本的には上で
述べた具体化方法と同じだが、以下に述べる点が異な
る。図8に示すように、第1のシリコン基板即ちウェー
ハ30は第1の導電性タイプ、例えばP-又はN-基板を
有する。ウェーハ30の上に、通常の方法で、第2の導
電性タイプと第1のエッチ特性を持つシリコン拡散層3
2が形成される。拡散層32は幅2から3μmのN+拡
散層である。さらに拡散層32の上に、既知の低温シリ
コン・エピタキシャル・プロセスによって、第2の導電
性タイプと、層32の第1のエッチ特性とは異なる第2
のエッチ特性を持つ薄いエピタキシャル層34が形成さ
れる。エピタキシャル層34は厚さ0.05から2.0μ
mの、例えばN-ドープされた層を有する。
【0013】図9に示すように、エピタキシャル層34
の所望の領域36がドープされ、第2の導電性タイプと
拡散層32の第1のエッチ特性と同じエッチ特性を持つ
拡散領域が形成される。ただ1つの領域36を図示した
が、具体的な半導体ウェーハ構造の要求に従って、同様
の領域が多数ドープされるものと理解されたい。拡散領
域36を形成するときの固有の性質から、拡散領域36
と拡散層32から結合された拡散層38が形成される。
の所望の領域36がドープされ、第2の導電性タイプと
拡散層32の第1のエッチ特性と同じエッチ特性を持つ
拡散領域が形成される。ただ1つの領域36を図示した
が、具体的な半導体ウェーハ構造の要求に従って、同様
の領域が多数ドープされるものと理解されたい。拡散領
域36を形成するときの固有の性質から、拡散領域36
と拡散層32から結合された拡散層38が形成される。
【0014】第2の導電性タイプで第2のエッチ特性を
持つ第2の薄いエピタキシャル層40が、第1のエピタ
キシャル層34と拡散層36の上に、LTEによって形
成される(図10)。第2のエピタキシャル層40は、
例えば厚さ0.05から2.0μmのN-ドープされたエ
ピタキシャル層である。図10に示すように、エピタキ
シャル層を形成するときの固有の性質から、エピタキシ
ャル層40と下部のエピタキシャル層34が結合され、
エピタキシャル層42が形成される。この後、エピタキ
シャル層42の上に、例えばSiO2を有する薄い酸化
物層44が形成される。
持つ第2の薄いエピタキシャル層40が、第1のエピタ
キシャル層34と拡散層36の上に、LTEによって形
成される(図10)。第2のエピタキシャル層40は、
例えば厚さ0.05から2.0μmのN-ドープされたエ
ピタキシャル層である。図10に示すように、エピタキ
シャル層を形成するときの固有の性質から、エピタキシ
ャル層40と下部のエピタキシャル層34が結合され、
エピタキシャル層42が形成される。この後、エピタキ
シャル層42の上に、例えばSiO2を有する薄い酸化
物層44が形成される。
【0015】図11に示すように、第2のシリコン基板
即ちサポート上46を用意する。ウェーハ46の表面に
は例えばSiO2を有する酸化物層48が形成される。
ウェーハ接着の前に、第1のウェーハ30がひっくり返
され、第2のウェーハ46と完全な接触を作る。即ち酸
化物層44と酸化物層48が接触され、その後、ウェー
ハ30と46は予め定められた時間熱処理を受け、図1
2に示すように、酸化物層44と酸化物層48が接着さ
れ、結合した酸化物層50が形成される。
即ちサポート上46を用意する。ウェーハ46の表面に
は例えばSiO2を有する酸化物層48が形成される。
ウェーハ接着の前に、第1のウェーハ30がひっくり返
され、第2のウェーハ46と完全な接触を作る。即ち酸
化物層44と酸化物層48が接触され、その後、ウェー
ハ30と46は予め定められた時間熱処理を受け、図1
2に示すように、酸化物層44と酸化物層48が接着さ
れ、結合した酸化物層50が形成される。
【0016】その後、制御された機械処理により基板即
ちウェーハ30を除去し、図13に示す構造物が得られ
る。除去の仕方は、前に述べたウェーハ10の除去の仕
方と同じである。
ちウェーハ30を除去し、図13に示す構造物が得られ
る。除去の仕方は、前に述べたウェーハ10の除去の仕
方と同じである。
【0017】次のステップで、拡散層38が選択的に除
去され、エピタキシャル層42を損傷しないようにして
露出する(図14)。拡散層38の選択的除去は、拡散
層12の除去に関して前に述べたように、低エネルギー
・ドライ・プラズマ・プロセスを使用する。拡散層38
は、エピタキシャル層42へのプラズマ損傷が最小であ
るようにして除去される。結果として起こりうる浅いプ
ラズマ損傷は、前に述べたように、エピタキシャル層4
2に犠牲的酸化物層を成長させ、その後、犠牲的酸化物
層を除去することによって除去することができる。
去され、エピタキシャル層42を損傷しないようにして
露出する(図14)。拡散層38の選択的除去は、拡散
層12の除去に関して前に述べたように、低エネルギー
・ドライ・プラズマ・プロセスを使用する。拡散層38
は、エピタキシャル層42へのプラズマ損傷が最小であ
るようにして除去される。結果として起こりうる浅いプ
ラズマ損傷は、前に述べたように、エピタキシャル層4
2に犠牲的酸化物層を成長させ、その後、犠牲的酸化物
層を除去することによって除去することができる。
【0018】その結果できた構造物として、図14に示
すように、厚さの異なる領域52と54を持つエピタキ
シャル層42ができる。領域52は、例えばCMOS半
導体デバイスを後で形成できるように0.05から2.0
μmの厚さの層を有する。同様に領域54は、バイポー
ラ半導体デバイスを後で形成できるように厚さ0.1か
ら4.0μmの厚さの層を有する。結果として、第2の
具体化は、実質的に欠陥のない、バイCMOS半導体デ
バイスの用途にふさわしい、薄いシリコン層を持つ構造
を提供することができる。
すように、厚さの異なる領域52と54を持つエピタキ
シャル層42ができる。領域52は、例えばCMOS半
導体デバイスを後で形成できるように0.05から2.0
μmの厚さの層を有する。同様に領域54は、バイポー
ラ半導体デバイスを後で形成できるように厚さ0.1か
ら4.0μmの厚さの層を有する。結果として、第2の
具体化は、実質的に欠陥のない、バイCMOS半導体デ
バイスの用途にふさわしい、薄いシリコン層を持つ構造
を提供することができる。
【0019】次に本発明の第3の具体化を提供する。薄
いシリコン・オン・インシュレータ構造を形成する方法
は前述の具体化と基本的に同じだが、以下に述べる点を
異にする。図15に示すように、第1のシリコン基板即
ちウェーハ60は第1の導電性タイプ例えばP-又はN-
基板を有する。ウェーハ60の上に、通常の方法を使っ
て、第2の導電性タイプで第1のエッチ特性を持つシリ
コン拡散層62が形成される。拡散層62は幅2から3
μmのN+拡散層である。さらに、拡散層62の上に、
周知の低温シリコン・エピタキシャル・プロセスによっ
て、第2の導電性タイプで、層62の第1のエッチ特性
とは異なる第2のエッチ特性を持つ薄いエピタキシャル
層64が形成される。エピタキシャル層64は、例えば
厚さ0.05から4μmを持つN-ドープされた層を有す
る。
いシリコン・オン・インシュレータ構造を形成する方法
は前述の具体化と基本的に同じだが、以下に述べる点を
異にする。図15に示すように、第1のシリコン基板即
ちウェーハ60は第1の導電性タイプ例えばP-又はN-
基板を有する。ウェーハ60の上に、通常の方法を使っ
て、第2の導電性タイプで第1のエッチ特性を持つシリ
コン拡散層62が形成される。拡散層62は幅2から3
μmのN+拡散層である。さらに、拡散層62の上に、
周知の低温シリコン・エピタキシャル・プロセスによっ
て、第2の導電性タイプで、層62の第1のエッチ特性
とは異なる第2のエッチ特性を持つ薄いエピタキシャル
層64が形成される。エピタキシャル層64は、例えば
厚さ0.05から4μmを持つN-ドープされた層を有す
る。
【0020】図16に示すように、エピタキシャル層6
4に、酸化物でパターン付けをしたエピタキシャル層6
8を形成するために、酸化物領域66が形成される。酸
化物領域66は、例えばSiO2を有し、本発明が参照
し包含する米国特許4,671,851に記載されているような
通常の方法で形成できる。1つしか領域66を図示して
いないが、具体的な半導体ウェーハ構造の要求によっ
て、同様の領域が多数形成できるものと理解されたい。
この後で、例えばCVD SiO2を有する薄い酸化物
層70が、エピタキシャル層68と酸化物領域66の上
に形成される(図17)。酸化物層70の形成上の固有
な性質から、酸化物領域66と酸化物層70が結合し、
プレーナ表面を備えた酸化物層72が形成される。これ
に代わる方法として、層64の上にポリッシュ・ストッ
プ層(図示せず)を形成することにより、酸化物領域6
6を形成する方法もある。ポリッシュ・ストップ層は厚
さ約0.01μmの窒化物層を有するものでもよい。そ
の後、層64とポリッシュ・ストップ層は浅いトレンチ
を形成するために、予め定められた所望の深さでパター
ンが作られエッチングされる。その後、トレンチは酸化
物で満たされ、ポリッシュ・ストップ層までポリッシュ
バックされる。薄い酸化物層70はCVD酸化物を有
し、ポリッシュ・ストップ層のポリッシュされた表面と
酸化物領域66の表面に付着される。
4に、酸化物でパターン付けをしたエピタキシャル層6
8を形成するために、酸化物領域66が形成される。酸
化物領域66は、例えばSiO2を有し、本発明が参照
し包含する米国特許4,671,851に記載されているような
通常の方法で形成できる。1つしか領域66を図示して
いないが、具体的な半導体ウェーハ構造の要求によっ
て、同様の領域が多数形成できるものと理解されたい。
この後で、例えばCVD SiO2を有する薄い酸化物
層70が、エピタキシャル層68と酸化物領域66の上
に形成される(図17)。酸化物層70の形成上の固有
な性質から、酸化物領域66と酸化物層70が結合し、
プレーナ表面を備えた酸化物層72が形成される。これ
に代わる方法として、層64の上にポリッシュ・ストッ
プ層(図示せず)を形成することにより、酸化物領域6
6を形成する方法もある。ポリッシュ・ストップ層は厚
さ約0.01μmの窒化物層を有するものでもよい。そ
の後、層64とポリッシュ・ストップ層は浅いトレンチ
を形成するために、予め定められた所望の深さでパター
ンが作られエッチングされる。その後、トレンチは酸化
物で満たされ、ポリッシュ・ストップ層までポリッシュ
バックされる。薄い酸化物層70はCVD酸化物を有
し、ポリッシュ・ストップ層のポリッシュされた表面と
酸化物領域66の表面に付着される。
【0021】図18に示すように、第2のシリコン基板
即ちサポート上74を用意する。ウェーハ74の表面の
上に酸化物層76が形成されている。酸化物層は例えば
SiO2を有する。ウェーハを接着する前に、ウェーハ
60がひっくり返され、第2のウェーハ74と完全な接
触を作る。即ち酸化物層72は酸化物層76に接触し、
ウェーハ60と74は、その後、予め定められた時間熱
処理を受け、酸化物層72と酸化物層76が接着され、
図19に示すように、結合された酸化物層78が形成さ
れる。
即ちサポート上74を用意する。ウェーハ74の表面の
上に酸化物層76が形成されている。酸化物層は例えば
SiO2を有する。ウェーハを接着する前に、ウェーハ
60がひっくり返され、第2のウェーハ74と完全な接
触を作る。即ち酸化物層72は酸化物層76に接触し、
ウェーハ60と74は、その後、予め定められた時間熱
処理を受け、酸化物層72と酸化物層76が接着され、
図19に示すように、結合された酸化物層78が形成さ
れる。
【0022】その後、制御された機械処理により基板即
ちウェーハ60を除去し、図20に示す構造物が得られ
る。除去の仕方は、前に述べたウェーハ10の除去の仕
方と同じである。
ちウェーハ60を除去し、図20に示す構造物が得られ
る。除去の仕方は、前に述べたウェーハ10の除去の仕
方と同じである。
【0023】次のステップで、拡散層62が選択的に除
去され、エピタキシャル層68を損傷しないようにして
露出する(図21)。拡散層62の選択的除去は、拡散
層12の除去に関して前に述べたように、低エネルギー
・ドライ・プラズマ・プロセスを使用する。拡散層62
は、エピタキシャル層68へのプラズマ損傷が最小であ
るようにして除去される。結果として起こりうる浅いプ
ラズマ損傷は、前に述べたように、エピタキシャル層6
8に犠牲的酸化物層を成長させ、その後、犠牲的酸化物
層を除去することによって除去することができる。
去され、エピタキシャル層68を損傷しないようにして
露出する(図21)。拡散層62の選択的除去は、拡散
層12の除去に関して前に述べたように、低エネルギー
・ドライ・プラズマ・プロセスを使用する。拡散層62
は、エピタキシャル層68へのプラズマ損傷が最小であ
るようにして除去される。結果として起こりうる浅いプ
ラズマ損傷は、前に述べたように、エピタキシャル層6
8に犠牲的酸化物層を成長させ、その後、犠牲的酸化物
層を除去することによって除去することができる。
【0024】その結果できた構造物として、図21に示
すように、厚さの異なる領域80と82を持つエピタキ
シャル層68ができる。領域80は、例えばCMOS半
導体デバイスを後で形成できるように0.05から2.0
μmの厚さの層を有する。同様に領域82は、バイポー
ラ半導体デバイスを後で形成できるように厚さ0.1か
ら4.0μmの厚さを有する。結果として、第3の具体
化は、実質的に欠陥のない、バイCMOS半導体デバイ
スの用途にふさわしい、薄いシリコン層を持つ構造を提
供することができる。
すように、厚さの異なる領域80と82を持つエピタキ
シャル層68ができる。領域80は、例えばCMOS半
導体デバイスを後で形成できるように0.05から2.0
μmの厚さの層を有する。同様に領域82は、バイポー
ラ半導体デバイスを後で形成できるように厚さ0.1か
ら4.0μmの厚さを有する。結果として、第3の具体
化は、実質的に欠陥のない、バイCMOS半導体デバイ
スの用途にふさわしい、薄いシリコン層を持つ構造を提
供することができる。
【0025】
【発明の効果】本発明は、ウェーハ接着によって形成さ
れる、実質的に欠陥のない、薄いシリコン・オン・イン
シュレータ層を作る方法を提供する。拡散層を選択的に
除去することにより、エピタキシャル層へのプラズマ損
傷を最小にすることができ、さらに、このプラズマ損傷
は、犠牲的酸化物の使用により、容易に除去することが
できる。
れる、実質的に欠陥のない、薄いシリコン・オン・イン
シュレータ層を作る方法を提供する。拡散層を選択的に
除去することにより、エピタキシャル層へのプラズマ損
傷を最小にすることができ、さらに、このプラズマ損傷
は、犠牲的酸化物の使用により、容易に除去することが
できる。
【図1】図1から図7は第1の具体化の各ステップにお
ける基板を示し、図1は第1の基板の断面図。
ける基板を示し、図1は第1の基板の断面図。
【図2】第2のシリコン基板と、ひっくり返した第1の
シリコン基板の断面図。
シリコン基板の断面図。
【図3】第1と第2の基板を接着してできた基板の断面
図。
図。
【図4】図3の基板10を除去した後の基板の断面図。
【図5】拡散層12を選択的に除去しエピタキシャル層
を露出した後の基板の断面図。
を露出した後の基板の断面図。
【図6】図5に示す基板の上に犠牲的熱酸化物層を形成
した基板の断面図。
した基板の断面図。
【図7】図6の基板から犠牲的熱酸化物層を除去した後
の基板の断面図。
の基板の断面図。
【図8】図8から図14までは第2の具体化の各ステッ
プにおける基板を示し、図8は第1のシリコン基板の断
面図。
プにおける基板を示し、図8は第1のシリコン基板の断
面図。
【図9】第1の基板上に形成された拡散領域と結合され
た拡散層を示す断面図。
た拡散層を示す断面図。
【図10】第2のエピタキシャル層が形成され、その
後、第1のエピタキシャル層と結合され、その上に酸化
物層が形成された断面図。
後、第1のエピタキシャル層と結合され、その上に酸化
物層が形成された断面図。
【図11】第2のシリコン基板とひっくり返した第1の
シリコン基板の断面図。
シリコン基板の断面図。
【図12】第1の基板と第2の基板とを接着してできた
基板の断面図。
基板の断面図。
【図13】図12の基板30を除去した後の基板の断面
図。
図。
【図14】拡散層38を選択的に除去し、厚さの異なる
領域を持つエピタキシャル層を持つ基板の断面図。
領域を持つエピタキシャル層を持つ基板の断面図。
【図15】図15から図21までは第3の具体化の各ス
テップにおける基板を示し、図15は第1のシリコン基
板の断面図。
テップにおける基板を示し、図15は第1のシリコン基
板の断面図。
【図16】酸化物でパターンを付けたエピタキシャル層
を形成するために酸化物領域が形成された基板の断面
図。
を形成するために酸化物領域が形成された基板の断面
図。
【図17】酸化物領域と酸化物層が結合し、プレーナ表
面を備えた酸化物層を形成した基板の断面図。
面を備えた酸化物層を形成した基板の断面図。
【図18】第2のシリコン基板と、ひっくり返した第1
のシリコン基板の断面図。
のシリコン基板の断面図。
【図19】第1の基板と第2の基板を接着してできた基
板の断面図。
板の断面図。
【図20】図19の層60を除去した後の基板の断面
図。
図。
【図21】拡散層62を選択的に除去し、厚さの異なる
領域を持つエピタキシャル層を持つ基板の断面図。
領域を持つエピタキシャル層を持つ基板の断面図。
10、30、60 第1の半導体基板即ちシリコ
ンウェーハ 12、32、62 拡散層 14、34、64、68 エピタキシャル層 16、44、70 酸化物層 18、46 第2のシリコン基板即ちサポ
ートウェーハ 20、48 第2のシリコン基板の酸化物
層 22 結合された酸化物層 24 熱酸化物層 36 拡散領域 38 結合された拡散層 40 第2のエピタキシャル層 52、54、80、82 領域 66 酸化物領域 68 酸化物でパターン付けされた
エピタキシャル層 72 プレーナ表面を備えた酸化物
層
ンウェーハ 12、32、62 拡散層 14、34、64、68 エピタキシャル層 16、44、70 酸化物層 18、46 第2のシリコン基板即ちサポ
ートウェーハ 20、48 第2のシリコン基板の酸化物
層 22 結合された酸化物層 24 熱酸化物層 36 拡散領域 38 結合された拡散層 40 第2のエピタキシャル層 52、54、80、82 領域 66 酸化物領域 68 酸化物でパターン付けされた
エピタキシャル層 72 プレーナ表面を備えた酸化物
層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ビクター ジョゼフ シルベストリ アメリカ合衆国 12533 ニューヨーク州 ホープウェルジャンクション ビバリー コート 3 (72)発明者 アンドリー エス. ヤプシール アメリカ合衆国 12533 ニューヨーク州 プレザントバレー デイナドライブ 4
Claims (9)
- 【請求項1】 後処理において半導体構造が形成できる
基本的に欠陥のない薄い半導体層を形成する方法であっ
て、上記方法は、 第1の導電性を持つシリコン基板と、該シリコン基板の
上に形成された第2の導電性タイプで第1のエッチ特性
を持つ拡散層と、該拡散層上に形成された上記第2の導
電性タイプで上記拡散層の上記第1のエッチ特性とは異
なる第2のエッチ特性とを持つ薄いエピタキシャル層
と、上記エピタキシャル層上に形成された薄い酸化物層
を有する第1のウェーハを用意し、 薄い酸化物層がその表面に形成されたシリコン基板を有
する第2のウェーハを用意し、 上記第1のウェーハと上記第2のウェーハを接着し、 上記第1のウェーハのシリコン基板を制御された機械的
方法で除去し、 下部の薄いエピタキシャル層を露出するために、露出さ
れたエピタキシャル層に最小の浅いプラズマ照射損傷で
済むようにして上記拡散層を除去できる、第1のエッチ
特性と第2のエッチ特性とのエッチ比を持つ選択性の低
エネルギー・ドライ・プラズマ・プロセスを使って、上
記第1のウェーハの上記拡散層を除去すること、 よりなる方法。 - 【請求項2】 上記半導体層を形成する方法において、
上記第1のウェーハを用意するステップが、シリコン基
板を用意し該シリコン基板上にN+拡散層を形成し、該
N+拡散層上に所望の厚さの薄いN-エピタキシャル層を
形成し、該N-エピタキシャル層上に薄い酸化物層を形
成することからなる請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 上記半導体層を形成する方法において、
上記第1のウェーハを用意するステップが、シリコン基
板を用意し該シリコン基板上にN+拡散層を形成し、該
N+拡散層上に0.05から2.0μmの範囲の所望の厚
さのN-エピタキシャル層を形成し、該N-エピタキシャ
ル層上に薄い酸化物層を形成することからなる請求項1
に記載の方法。 - 【請求項4】 上記半導体層を形成する方法において、
選択性の低エネルギー・ドライ・プラズマ・プロセスを
使用して、上記第1のウェーハの上記拡散層を除去する
ステップが、Cl2プラズマを使いN+/N-エッチ比4
0が得られる請求項1に記載の方法。 - 【請求項5】 上記半導体層を形成する方法において、
上記方法がさらに、薄いエピタキシャル層の露出された
表面から浅いプラズマ照射損傷を除去することからなる
請求項1に記載の方法。 - 【請求項6】 後処理において半導体構造が形成できる
基本的に欠陥のない薄い半導体層を形成する方法であっ
て、上記方法は、 第1の導電性のシリコン基板と、該シリコン基板上に形
成された第2の導電性タイプで第1のエッチ特性を特徴
とするシリコン拡散層を有する第1のウェーハを用意
し、 上記拡散層上に、第2の導電性タイプで上記拡散層の第
1のエッチ特性とは異なる第2のエッチ特性を特徴とす
る第1の薄いエピタキシャル層を形成し、 上記第1のエピタキシャル層の中の予め定められた領域
において上記第1のエピタキシャル層をドープし、上記
第2の導電性タイプで上記第1のエッチ特性を特徴とす
る拡散領域を形成し、 上記第1のエピタキシャル層上に、上記第2の導電性タ
イプで上記第2のエッチ特性を特徴とする第2の薄いエ
ピタキシャル層を形成し、 上記第2のエピタキシャル層に薄い酸化物層を形成し、 薄い酸化物層がその表面上に形成されたシリコン基板を
有する第2のウェーハを用意し、 上記第1のウェーハと上記第2のウェーハを接着し、 上記第1のウェーハのシリコン基板を制御された機械的
方法で除去し、 上記拡散層と上記拡散領域とにそれぞれ接する下部の第
1および第2の薄いエピタキシャル層の部位を露出する
ために、露出された上記第1および第2のエピタキシャ
ル層の部位に最小の浅いプラズマ照射損傷で済むように
して上記拡散層および上記拡散領域を除去できる、第1
のエッチ特性と第2のエッチ特性とのエッチ比を持つ選
択性低エネルギー・ドライ・プラズマ・プロセスを使っ
て、上記第1のウェーハの上記拡散層および上記拡散領
域を除去すること、よりなる方法。 - 【請求項7】 上記半導体層を形成する方法において、
上記第1のウェーハの上記拡散層および上記拡散領域を
除去するステップが、選択性の低エネルギー・ドライ・
Cl2プラズマを使い、N+/N-エッチ比40が得られ
る請求項6に記載の方法。 - 【請求項8】 上記半導体層を形成する方法において、
上記方法がさらに、上記第1および第2のエピタキシャ
ル層の露出された表面から浅いプラズマ照射損傷を除去
することからなる請求項6に記載の方法。 - 【請求項9】 後処理において半導体構造が形成できる
基本的に欠陥のない薄い半導体層を形成する方法であっ
て、上記方法は、 第1の導電性のシリコン基板と、該シリコン基板上に形
成された第2の導電性タイプで第1のエッチ特性を特徴
とするシリコン拡散層を有する第1のウェーハを用意
し、 上記拡散層上に、第2の導電性タイプで上記拡散層の第
1のエッチ特性とは異なる第2のエッチ特性を持つこと
を特徴とするエピタキシャル層を形成し、 上記エピタキシャル層中の予め定められた領域にトレン
チを形成し、 上記トレンチをトレンチ充填物で充填し、 上記エピタキシャル層および充填後の上記トレンチの上
部表面をプレーナ化し、 上記プレーナ化されたエピタキシャル層および充填後ト
レンチの上に薄い酸化物層を形成し、 薄い酸化物層がその表面上に形成されたシリコン基板を
有する第2のウェーハを用意し、 上記第2のウェーハと上記第2のウェーハを接着し、 上記第1のウェーハのシリコン基板を制御された機械的
方法で除去し、 下部の薄いエピタキシャル層を露出するために、露出さ
れたエピタキシャル層に最小の浅いプラズマ照射損傷で
済むようにして上記拡散層を除去できる、第1のエッチ
特性と第2のエッチ特性との間のエッチ比を持つ選択性
低エネルギー・ドライ・プラズマ・プロセスを使って、
上記第1のウェーハの上記拡散層を除去すること、 よりなる方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US07/988,655 | 1992-12-10 | ||
US07/988,655 US5234535A (en) | 1992-12-10 | 1992-12-10 | Method of producing a thin silicon-on-insulator layer |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06252016A JPH06252016A (ja) | 1994-09-09 |
JPH07101662B2 true JPH07101662B2 (ja) | 1995-11-01 |
Family
ID=25534367
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5303282A Expired - Lifetime JPH07101662B2 (ja) | 1992-12-10 | 1993-11-10 | 欠陥のない薄い半導体層を形成する方法 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5234535A (ja) |
EP (1) | EP0601950A2 (ja) |
JP (1) | JPH07101662B2 (ja) |
Families Citing this family (106)
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