JPH09246505A - 半導体集積回路装置 - Google Patents

半導体集積回路装置

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JPH09246505A
JPH09246505A JP4523596A JP4523596A JPH09246505A JP H09246505 A JPH09246505 A JP H09246505A JP 4523596 A JP4523596 A JP 4523596A JP 4523596 A JP4523596 A JP 4523596A JP H09246505 A JPH09246505 A JP H09246505A
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silicon single
single crystal
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crystal layer
crystal
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JP4523596A
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Teruo Kato
照男 加藤
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体素子が形成されるボンド基板を構成す
るシリコン単結晶層に転位が発生しにくい貼り合わせS
OI基板を提供する。 【解決手段】 支持基板を構成するシリコン単結晶2の
貼り合わせ面における結晶軸の方向とボンド基板を構成
するシリコン単結晶層4の貼り合わせ面における結晶軸
の方向を45度ずらすことによって、シリコン単結晶2
に応力が加わり、シリコン単結晶層4に応力が伝達され
ても、シリコン単結晶層4に加わる応力を緩和すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路装
置に関し、特に、貼り合わせSOI(Silicon onInsula
tor)基板を有する半導体集積回路装置に適用して有効
な技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】SOI基板に半導体集積回路装置を形成
することによって、半導体素子の接合容量および配線容
量の減少、ならびに素子間分離領域の縮小が可能である
ことから、高速動作および高集積の半導体集積回路装置
を実現することができる。
【0003】SOI基板は、主に、貼り合わせ技術また
はSIMOX(Separation by Implanted oxygen)技術
によって形成されている。しかし、SIMOX技術は埋
め込み酸化膜の信頼性や1350℃以上の結晶性回復熱
処理が必須であるなどの問題点を有していることから、
現在は、貼り合わせ技術によって形成されたSOI基板
が注目されている。
【0004】貼り合わせSOI基板は、半導体素子が形
成されるボンド基板となるシリコン単結晶と支持基板と
なるシリコン単結晶とを酸化シリコン膜(埋め込み酸化
膜)を介して接着した後、ボンド基板となるシリコン単
結晶を薄膜化することによって形成される。
【0005】なお、貼り合わせSOI基板については、
例えば、特公昭50−13155号公報に記載されてい
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明者は、貼り合わ
せSOI基板に半導体集積回路装置を形成するにあた
り、以下の問題点を見いだした。
【0007】すなわち、ボンド基板となるシリコン単結
晶と支持基板となるシリコン単結晶とを貼り合わせてS
OI基板を形成する場合、通常、同一の結晶面方位、例
えば{100}面を有する2枚のシリコン単結晶を、貼
り合わせ面における結晶軸の方向、例えば<110>方
向が2〜3度以内で一致するように接着する。
【0008】しかしながら、上記方法で得られた貼り合
わせSOI基板に半導体集積回路装置を形成する際に
は、酸化や不純物拡散などのためにSOI基板に約10
00℃の高温の熱処理を施す必要があり、昇温または降
温するときにSOI基板に熱応力が発生する。
【0009】支持基板を構成するシリコン単結晶に応力
が加わると、この応力を緩和するために上記シリコン単
結晶の一部分が{111}面を<110>方向へすべっ
てサーマルスリップ(表面段差)が発生する。なお、こ
の際、シリコン単結晶の{111}面における<110
>方向への応力が最大となるとき、シリコン単結晶に発
生するサーマルスリップの密度は最大となる。
【0010】支持基板に発生したサーマルスリップは埋
め込み酸化膜に転写されて、ボンド基板と埋め込み酸化
膜の界面にスリップが生じる。さらに、支持基板を構成
するシリコン単結晶とボンド基板を構成するシリコン単
結晶層が同一の結晶面方位を有し、貼り合わせ面におけ
る両者の結晶軸の方向が一致していれば、シリコン単結
晶層の{111}面にもシリコン単結晶に作用した<1
10>方向の応力が埋め込み酸化膜を介して加わり、ボ
ンド基板にスリップが誘起されてしまう。
【0011】ボンド基板に発生したスリップには必ず転
位が伴うため、転位が半導体素子のpn接合領域に存在
すると逆方向のリーク電流が増加し、これによって、半
導体集積回路装置の製造歩留まりが低下してしまう。
【0012】本発明の目的は、支持基板に発生したサー
マルスリップのボンド基板への影響を低減し、ボンド基
板に転位が発生しにくい貼り合わせSOI基板を提供す
ることにある。
【0013】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。
【0014】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
次のとおりである。
【0015】すなわち、本発明の半導体集積回路装置
は、支持基板を構成するシリコン単結晶上に絶縁膜を介
してボンド基板を構成するシリコン単結晶層が形成され
た貼り合わせSOI基板を有しており、前記支持基板の
貼り合わせ面における結晶軸の方向と前記ボンド基板の
貼り合わせ面における結晶軸の方向がずれている。
【0016】上記した手段によれば、支持基板を構成す
るシリコン単結晶の貼り合わせ面における結晶軸の方向
とボンド基板を構成するシリコン単結晶層の貼り合わせ
面における結晶軸の方向をずらすことによって、シリコ
ン単結晶層の{111}面に加わる<110>方向の応
力を小さくすることができるので、ボンド基板を構成す
るシリコン単結晶層における転位の発生を低減すること
ができる。
【0017】すなわち、貼り合わせ面におけるシリコン
単結晶とシリコン単結晶層の結晶軸の方向が一致したと
きにシリコン単結晶層に加わる応力は最大となるが、例
えば、{100}面を有するシリコン単結晶に対して
{100}面を有するシリコン単結晶層を連続的に回転
していくと、シリコン単結晶層に加わる応力は除々に小
さくなり、一度最小値に達してから増加に転じ、再びシ
リコン単結晶層に加わる応力は最大となる。この応力の
増減は、結晶面の4回対称性から、シリコン単結晶層が
90度回転するごとに繰り返されるが、貼り合わせ面に
おける両者の結晶軸の方向を適度にずらすことによっ
て、シリコン単結晶層に加わる応力を小さくすることが
できる。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。
【0019】本発明の一実施の形態である貼り合わせS
OI基板およびその製造方法を図1〜図4を用いて説明
する。なお、実施の形態を説明するための全図において
同一機能を有するものは同一の符号を付し、その繰り返
しの説明は省略する。
【0020】図1は、本発明の実施の形態による貼り合
わせSOI基板を示すもので、図1(a)は貼り合わせ
SOI基板の平面図、図1(b)は図1(a)のA−
A’線における断面図である。
【0021】貼り合わせSOI基板1は、支持基板を構
成するシリコン単結晶2と、半導体素子が形成されるボ
ンド基板を構成するシリコン単結晶層4と、シリコン単
結晶2とシリコン単結晶層4の間に設けられた酸化シリ
コン膜3bとから構成されている。
【0022】ここで、シリコン単結晶2の直径および厚
さは、例えばそれぞれ125mmおよび550μm、そ
の結晶面方位は(100)面である。また、酸化シリコ
ン膜3bの厚さは、例えば0.5μmであり、シリコン単
結晶層4の直径および厚さは、例えばそれぞれ125m
mおよび1〜2μm、その結晶面方位は(100)面で
ある。
【0023】また、シリコン単結晶2のオリエンテーシ
ョンフラットの結晶軸の方向は[01バー1](バー1
は反転1を示す。以下同じ)であり、シリコン単結晶層
4のオリエンテーションフラットの結晶軸の方向は[0
10]であって、両者の貼り合わせ面における結晶軸の
方向は45度ずれている。
【0024】次に、本実施の形態の貼り合わせSOI基
板1の製造方法を図2〜図4を用いて説明する。
【0025】まず、図2に示すように、直径125mm
および厚さ550μmのシリコン単結晶2を用意する。
このシリコン単結晶2の結晶面方位は(100)面であ
り、シリコン単結晶2は[01バー1]方向のオリエン
テーションフラット5を有している。図2(a)はシリ
コン単結晶2の平面図、図2(b)は図2(a)のB−
B’線における断面図である。
【0026】次に、図3に示すように、直径125mm
および厚さ550μmのシリコン単結晶7を用意する。
このシリコン単結晶7の結晶面方位は(100)面であ
り、シリコン単結晶7は[010]方向のオリエンテー
ションフラット6を有している。なお、このシリコン単
結晶7の表面および裏面には、厚さ0.5μmの酸化シリ
コン膜3a,3bが形成されている。図3(a)はシリ
コン単結晶7の平面図、図3(b)は図3(a)のC−
C’線における断面図である。
【0027】次に、図4に示すように、シリコン単結晶
2のオリエンテーションフラット5とシリコン単結晶7
のオリエンテーションフラット6が平行になるようにシ
リコン単結晶2の上にシリコン単結晶7を載置し、これ
に1000〜1100℃の温度によって酸素あるいは窒
素を含む雰囲気中で2〜3時間の熱処理を施す。これに
よって、シリコン単結晶2とシリコン単結晶7は酸化シ
リコン膜3bを介して化学的に結合されて完全に一体化
する。
【0028】次に、シリコン単結晶7の表面を、例えば
平面研削盤を用いて研磨し、シリコン単結晶7を厚さ数
10μmのシリコン単結晶層4とする。続いて、シリコ
ン単結晶層4の表面を機械的・化学的研磨法によって鏡
面研磨処理し、シリコン単結晶層4の厚さを、例えば1
〜2μmとすることによって、図1に示した貼り合わせ
SOI基板1が完成する。
【0029】このように、本実施の形態によれば、酸化
シリコン膜3bを介した貼り合わせ面において、シリコ
ン単結晶2の結晶軸の方向とシリコン単結晶層4の結晶
軸の方向が45度ずれて配置されているので、シリコン
単結晶2のすべり面である{111}面における結晶軸
の<110>方向と、シリコン単結晶層4のすべり面で
ある{111}面における結晶軸の<110>方向は一
致しない。
【0030】従って、シリコン単結晶2にサーマルスリ
ップが発生し、酸化シリコン膜3bを介してシリコン単
結晶層4に応力が伝達されても、シリコン単結晶層4の
{111}面に加わる<110>方向の応力は緩和され
て、シリコン単結晶層4に発生する転位の低減が可能と
なる。
【0031】なお、前記実施の形態では、シリコン単結
晶2の結晶面方位とシリコン単結晶層4の結晶面方位は
(100)面とし、貼り合わせ面における各々の結晶軸
の角度を45度ずらしてSOI基板を形成したが、結晶
面方位の異なるシリコン単結晶2とシリコン単結晶層4
を貼り合わせてSOI基板を形成してもよい。
【0032】この方法で得られる貼り合わせSOI基板
においても、シリコン単結晶層4の{111}面に加わ
る<110>方向の応力は緩和されて、シリコン単結晶
層4に発生する転位の低減が可能となる。例えば、シリ
コン単結晶層4の結晶面方位を(100)面とし、シリ
コン単結晶2の結晶面方位を(111)面とすればよ
い。
【0033】以上、本発明者によってなされた発明を発
明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は
前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を
逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでも
ない。
【0034】例えば、前記実施の形態では、支持基板を
構成するシリコン単結晶の結晶面方位およびオリエンテ
ーションフラットの結晶軸の方向はそれぞれ(100)
面および[01バー1]、ボンド基板を構成するシリコ
ン単結晶層の結晶面方位およびオリエンテーションフラ
ットの結晶軸の方向はそれぞれ(100)面および[0
10]としたが、シリコン単結晶およびシリコン単結晶
層の目的または用途などに応じて、これらの結晶面方位
および結晶軸の方向は任意に変更することは可能であ
る。
【0035】また、前記実施の形態では、支持基板を構
成するシリコン単結晶およびボンド基板を構成するシリ
コン単結晶層の結晶軸の方向の指定にオリエンテーショ
ンフラットを用いたが、ノッチ、またはオリエンテーシ
ョンフラットとノッチの両方を用いてもよい。
【0036】また、前記実施の形態では、支持基板を構
成するシリコン単結晶の貼り合わせ面における結晶軸の
方向とボンド基板を構成するシリコン単結晶層の貼り合
わせ面における結晶軸の方向のずれ角度は45度とした
が、このずれ角度は10〜45度の範囲で設けてもよ
い。
【0037】
【発明の効果】本願によって開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。
【0038】本発明によれば、支持基板を構成するシリ
コン単結晶の貼り合わせ面における結晶軸の方向とボン
ド基板を構成するシリコン単結晶層の貼り合わせ面にお
ける結晶軸の方向をずらすことによって、シリコン単結
晶に応力が加わりサーマルスリップが発生し、シリコン
単結晶層に応力が伝達されても、シリコン単結晶層に加
わる応力が低減できるので、ボンド基板に転位が発生し
にくい貼り合わせSOI基板を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態である貼り合わせSOI
基板を示す図であり、(a)は貼り合わせSOI基板の
平面図、(b)は(a)のA−A’線における貼り合わ
せSOI基板の断面図である。
【図2】本発明の一実施の形態である貼り合わせSOI
基板の製造方法を示す図であり、(a)は支持基板を構
成するシリコン単結晶の平面図、(b)は(a)のB−
B’線におけるシリコン単結晶の断面図である。
【図3】本発明の一実施の形態である貼り合わせSOI
基板の製造方法を示す図であり、(a)はボンド基板を
構成するシリコン単結晶の平面図、(b)は(a)のC
−C’線におけるシリコン単結晶の断面図である。
【図4】本発明の一実施の形態である貼り合わせSOI
基板の製造方法を示す図であり、(a)は支持基板を構
成するシリコン単結晶とボンド基板を構成するシリコン
単結晶を貼り合わせた基板の平面図、(b)は(a)の
D−D’線における支持基板を構成するシリコン単結晶
とボンド基板を構成するシリコン単結晶を貼り合わせた
基板の断面図である。
【符号の説明】
1 貼り合わせSOI基板 2 シリコン単結晶 3 酸化シリコン膜 3a 酸化シリコン膜 3b 酸化シリコン膜 4 シリコン単結晶層 5 オリエンテーションフラット 6 オリエンテーションフラット 7 シリコン単結晶

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 支持基板を構成するシリコン単結晶上に
    絶縁膜を介してボンド基板を構成するシリコン単結晶層
    が形成された貼り合わせSOI基板を有する半導体集積
    回路装置であって、前記支持基板の貼り合わせ面におけ
    る結晶軸の方向と前記ボンド基板の貼り合わせ面におけ
    る結晶軸の方向がずれていることを特徴とする半導体集
    積回路装置。
  2. 【請求項2】 支持基板を構成するシリコン単結晶上に
    絶縁膜を介してボンド基板を構成するシリコン単結晶層
    が形成された貼り合わせSOI基板を有する半導体集積
    回路装置であって、前記シリコン単結晶および前記シリ
    コン単結晶層の結晶面方位は{100}面であり、前記
    シリコン単結晶層の{111}面における<110>方
    向の応力が最も小さくなるように、前記支持基板の貼り
    合わせ面における結晶軸の方向と前記ボンド基板の貼り
    合わせ面における結晶軸の方向がずれていることを特徴
    とする半導体集積回路装置。
  3. 【請求項3】 支持基板を構成するシリコン単結晶上に
    絶縁膜を介してボンド基板を構成するシリコン単結晶層
    が形成された貼り合わせSOI基板を有する半導体集積
    回路装置であって、前記シリコン単結晶および前記シリ
    コン単結晶層の結晶面方位は{100}面であり、前記
    シリコン単結晶の結晶軸の<110>方向と前記シリコ
    ン単結晶層の結晶軸の<110>方向が10度〜45度
    ずれていることを特徴とする半導体集積回路装置。
  4. 【請求項4】 支持基板を構成するシリコン単結晶上に
    絶縁膜を介してボンド基板を構成するシリコン単結晶層
    が形成された貼り合わせSOI基板を有する半導体集積
    回路装置であって、前記シリコン単結晶の結晶面方位と
    前記シリコン単結晶層の結晶面方位が異なることを特徴
    とする半導体集積回路装置。
  5. 【請求項5】 請求項4記載の半導体集積回路装置にお
    いて、前記シリコン単結晶の結晶面方位は{111}面
    であり、前記シリコン単結晶層の結晶面方位は{10
    0}面であることを特徴とする半導体集積回路装置。
JP4523596A 1996-03-01 1996-03-01 半導体集積回路装置 Pending JPH09246505A (ja)

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