JPH08503578A - 完全空乏電界効果トランジスタのための薄いｓｏｉ層 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ＳＯＩ集積回路を形成する方法は、デバイス層を下地絶縁体までエッチングすることによって薄いシリコン・メサを画定し、低温ＰＥＣＶＤプロセスによって開孔の底部にチッ化物底部研磨ストップを形成することを含んでおり、シリコン・メサのチッ化物側壁が容易に除去可能であり、したがって、デバイス層を１０００Å未満まで薄くする化学機械的研磨操作中に硬質の材料が存在せず、さらに開孔をポリシリコンの暫定層によって充填して、研磨操作中にデバイス層の縁部に機械的支持をもたらすことを含んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】 完全空乏電界効果トランジスタのための薄いＳＯＩ層 ［技術分野］ 本発明の分野は、トランジスタが埋込酸化物の下地絶縁層上のシリコンの薄い デバイス層に形成されるＳＯＩ（絶縁層上のシリコン）集積回路の分野である。 ［背景技術］ ２枚のシリコン・ウェハが酸化物層を狭持して結合されたＳＯＩ（絶縁層上の シリコン）集積回路の分野において、多くの研究がなされてきた。２枚のウェハ の一方は希望する厚さまで研磨ないし薄化される。市販のウェハは公称厚が２μ ｍ±０．３μｍの上部シリコン・デバイス層を有している。当分野では、最終デ バイスのキャパシタンスを低減し、かつ標準電圧およびドーピング濃度の楊合、 厚さが１０００Å未満のデバイス層を必要とする完全空乏ＣＭＯＳ電界効果トラ ンジスタを作成するために、厚さがより薄いデバイス層を開発することが長い間 求められていた。 酸素を注入し、その場所に埋込酸化物絶縁層を形成することによって作成され た薄いデバイス層（ＳＩＭＯＸ）が市販されているが、埋込絶縁体の上部は漏れ を起こしやすいデバイスをもたらす結晶欠陥を有している。 米国特許第４７３５６７９号は下地酸化物絶縁体上にデバイス・シリコンと呼 ぶ頂部シリコンの薄く一様な層を設け、ＳＯＩ集積回路を形成する技法を示して いる。この特許はリフト・オフ技法によって画定される耐火金属の研磨ストップ を使用して、シリコン・デバイス層の一様性を画定する技法を示している。 ［発明の開示］ 本発明は研磨ストップ層のチッ化物側壁の除去を容易とし、したがって制御が 容易な態様で研磨ストップの分離および画定を容易とすることによって製造性を 改善する、厚さが５００Åないし１０００Åの範囲のＳＯＩの薄いアイランドな いしメサを形成する方法に関する。 本発明の特徴は、出発シリコン層に耐久材料の側壁のない開孔の垂直側面を設 け、その結果、シリコン・アイランドの一様性を優れたものとすることである。 本発明の他の特徴は、研磨ストップ層の低温付着を使用して、除去が容易な側 壁を提供することである。 ［図面の簡単な説明］ 第１図ないし第９図は、本発明方法の各種のステップを示す図である。 ［発明の好ましい実施例］ 第１図を参照すると、結合されたＳＯＩウェハの断面図が示されており、該ウ ェハにおいて図面の中心からかなり下方へ延びていることを示すために破線で示 されている基板１０は公称厚２０ミルの下部支持ウェハである。埋込酸化物層１ ５０は周知の酸化シリコン層であり、ＳＯＩ回路に絶縁層をもたらし、かつ層１ ０と２０５を結合している。上部層２０５はシリコン・デバイス層であり、市販 品と同様２μｍ±０．３μｍの公称厚を有している。このタイプのウェハは日本 国の信越半導体株式会社が市販している。上部層２０５は１回または複数回の酸 化ステップにより、第２図に示すように公称厚が１μｍ±０．３μｍになるまで 薄くされている。 第２図の中心には、フォトレジスト層５０の開孔５５がある。次のステップに おいて、開孔５５を下方に延長させ、保護酸化物１２０およびデバイス・シリコ ン層２００を貫通し、層２００を通って下方へ延長させ、絶縁層１５０で停止さ せるようにする。この方法は層１２０を切断するためにＡｒ中のＣＦ₄、ＣＨＦ₃ を使用し、層２００を切断するために、終点検出を用いるＨＢｒとＣｌ₂を使用 し、次にオーバエッチのためにＨｅ−Ｏ₂とともにＨＢｒおよびＣｌ₂を使用する 周知の反応性イオン・エッチングである。本方法の利点は層１５０が良好なエッ チ・ストップをもたらすことである。 第３図を参照すると、エッチング工程後の同じ領域が示されている。開孔２５ ５の側壁が図示のように垂直であること が重要である。上記の米国特許において、フォトレジストをエッチングすると、 側壁が傾斜したシリコン・メサが形成され、これは研磨ストップ層の「リフト・ オフ」処理をより困難とし、かつ製造を制御不能とする。さらに、研磨ストップ として耐火金属を使用すると、該金属が拡散またはシリコン・メサの側面の保護 酸化物層の割れ目から侵入し、デバイス層を汚染するという危険が生じる。しか も、金属を工程の終了時に除去すると、平坦ではない最終表面が残る。 次のステップにおいて、第４図に示すように、プラズマ強化化学蒸着（ＰＥＣ ＶＤ）チッ化シリコンの層を３００℃未満、好ましくは１００℃で付着させた。 この温度範囲において、チッ化物層はコンフォーマルでない態様で付着するので 、上部層２１０と底部層２２０の厚さは公称の１０００Åとなるが、シリコン・ メサの側壁に付着する側部層２３０の厚さはきわめて薄くなり、公称厚が２００ Åとなる。さらに、この付着技法の場合、側壁２３０は付着時にウェハに対して 垂直であるプラズマの放射効果によって強化されていないため、ＢＨＦによる腐 食に対する抵抗力がきわめて低くなる。次のステップにおいて、側壁２３０は７ ：１のＢＨＦに１５秒間さらすことによって除去される。底部層２２０が側壁２ ３０よりもはるかに強いものであるため、底部層が側壁の除去の影響はほとんど ない。両者の抵抗力が同程度であった場合、研磨ストップ層の精度は、従来の技 術におけるのと同様に、側壁の除去中に損なわれることとなる。 残された領域が第５図に示されており、次に酸化により側壁２３０に酸化物層 ２３５を成長させる熱酸化物保護側壁２３５は７５Åないし１００Åの公称厚を 有している。チッ化物側壁２３０を除去すると層２００の垂直シリコン壁が露出 するため、側壁２３５は層１５０まで延び、以降のステップでポリシリコンが充 填される２つのギャップができる。酸化物側壁２３５の機能は、最終的なシリコ ン・メサを、以下で説明するポリシリコンの中間層にある、シリコン・メサの縁 部に沿ってソースとドレンの間に漏洩路を形成するドーパントや汚染物から保護 することである。 中間ポリシリコン層１８０は開孔２５５を充填するように付着され、主研磨ス トップ層２１０上に延びている。以下で説明するように、ポリシリコン層が開孔 全体を充填する必要はない。層１８０の機能は、層２００を底部研磨ストップ２ ２０のレベルまで除去する化学機械的研磨操作の際に開孔２５５内の層２００の 縁部を保護することである。縁部が機械的に支持されていないと、縁部が損傷を 層２００の下方部分まで広げ、またデバイスの製造のために最終的なメサに存在 することになる層２００の部分まで広げるため、開孔２５５の縁部を機械的に支 持するのが有利であることが判明した。開孔２５５全体が充填されるのが好まし いが、これは必須のものではない。層２００の頂部における損傷は、損傷が最終 的なメサに到達しない程度にストップ２２０の上面から離隔されている限り、問 題となることはない。 最初の化学機械的研磨操作の際に、開孔２５５の部分を除きウェハの全面にわ たって延びている層２１０を、便宜上主研磨ストップと呼ぶ研磨ストップとして 使用して、層１８０が研磨される。化学機械的研磨操作は当分野の技術者に周知 の従来形式のものである。結果を第７図に示す。次いで、層２１０および１２０ が周知の湿式エッチ技法（層２１０を剥離するための加熱Ｈ₃ＰＯ₄および層１２ ０を除去するための１５秒間の７：１ＢＨＦ）を使用して剥離され、第８図に示 す領域が残される。層ないしプラグ２２０を研磨ストップとして使用する２回目 の研磨操作を使用する。結果を第９図に示す。一対のメサ３１０がもたらされ、 これらのメサの間には、ボリシリコン層１８０の残余物である２つの小領域２２ ５で囲まれたプラグ２２０が配置されている。 研磨ストップは集積回路ウェハ全体にわたって離隔して設けられており、研磨 ストップの間にシリコン・メサを画定する領域のネットワークを形成している。 研磨ストップの間隔は、メサ３１０が「へこまされる」ことがなく、かつ一様な 厚さを有するようにするのに十分な研磨抵抗力をもたらすように、当分野で周知 の態様で設定される。当分野の技術者には、ＣＭＯＳトランジスタの各々に対し て、成長酸化物層２３５（好ましい）によってシリコン・メサから絶縁されたチ ッ化物の領域２２０で囲まれたシリコン・メサが存在していてもよいこと、トラ ンジスタが適宜な手段によって互いに絶縁されている一連の大きなメサがあって もよいこと、あるい はこれらの両極端の間の任意の構成であってもよいことが理解されよう。 シリコン・メサ３１０の一様性はプラグ２２０の一様性であり、プラグの一様 性はチッ化物の付着プロセスの精度によって決定される。上述のパラメータの場 合、プラグ２２０の厚さの公称公差は±５０Åであり、十分に管理され、かつ十 分一様なメサ３１０の厚さがもたらされる。 当分野の技術者には、本明細書記載の発明の各種の実施例を考案できること、 および請求の範囲の範囲が上述の実施例を限定することを意図するものではない ことが理解されよう。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロヴェド、ニイーヴォ アメリカ合衆国ニューヨーク州ラグランジ ヴィレ、サンダンス・ロード １

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ＳＯＩウェハ上の下地絶縁体層の上のシリコン・デバイス層にシリコンの複 数の薄いデバイス・メサを形成する方法において、 前記シリコン・デバイス層に酸化物の保護層を形成し、 前記保護層および前記シリコン・デバイス層を貫通し、前記下地絶縁体層まで 延びるぼぼ垂直な壁部を有する開孔を設け、 ３００℃未満のウェハ温度でＰＥＣＶＤチッ化物を付着させて、前記垂直な壁 部上に薄い垂直なチッ化物側壁、前記開孔の底部に所定の研磨ストップ厚のチッ 化物研磨ストップ層、および前記保護層上に主研磨ストップ層を形成し、 前記チッ化物側壁を前記下地絶縁体層まで除去し、 前記垂直な壁部に熱酸化物層を成長させ、 前記開孔内にポリシリコンの層を所定の高さまで付着させ、 前記ポリシリコン層を前記主研磨ストップ層まで研磨し、 前記主研磨ストップ層と前記保護層を剥離し、 前記底部のチッ化物研磨ストップ層に到達するまで前記シリコン・デバイス層 と前記ポリシリコン層を研磨し、前記底部の研磨ストップ層と同一平面の上面を 有する複数のシリコン・メサを形成する ステップからなる前記方法。 ２．前記開孔をポリシリコンで充填する前記ステップが、前 記開孔が完全に充填されるまで継続することを特徴とする、請求項１に記載の方 法。 ３．前記底部の研磨ストップ層の厚さが１０００Å未満であることを特徴とする 、請求項２に記載の方法。 ４．前記熱酸化物層の厚さが１００Å未満であることを特徴とする、請求項３に 記載の方法。 ５．前記開孔をポリシリコンで充填する前記ステップが、機械的損傷が前記底部 の研磨ストップ層のレベルまで広がるのを防止するのに十分な所定の厚さまで前 記開孔が充填されるまで継続するが、前記開孔が完全には充填されないことを特 徴とする、請求項１に記載の方法。 ６．前記底部の研磨ストップ層の厚さが１０００Å未満であることを特徴とする 、請求項５に記載の方法。 ７．前記熱酸化物層の厚さが１００Å未満であることを特徴とする、請求項６に 記載の方法。 ８．前記開孔を設ける前記ステップが単一のＣＭＯＳトランジスタを保持するよ うになされた複数のシリコン・メサを画定し、前記複数のシリコン・メサの各々 が前記底部の研磨ストップ層によって囲まれ、前記熱酸化物層によって前記底部 の研磨ストップ層から絶縁されていることを特徴とする、請求項１または５に記 載の方法。