JPH09326376A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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Abstract
れたSOI基板の製造方法を提供する。 【解決手段】 2枚のシリコン層間の酸化膜11が介載
されたSOI基板にデバイス形成されるシリコン層13
がグラインディングまたは湿式エッチングによって薄膜
になる。シリコン層内に酸化膜表面が露出されるように
トレンチTが形成されて、トレンチ内に研磨停止層(S
OG層)15がトレンチの中央部分の高さがトレンチ内
壁の高さより小さく形成される。研磨停止層は400〜
600℃の低温で熱処理されて、薄膜化されたシリコン
層13と研磨停止層15を化学的機械的ポリッシングさ
れる。研磨停止層は研磨された面積が大きいほど水素イ
オンの放出量が増大し、研磨剤のpH値が減少して、研
磨剤中のシリカ分子が凝集して研磨特性が急低下し、研
磨工程が進まなくなり、研磨停止層15の厚さが均一な
厚さをもつデバイス形成層13−1が完成する。
Description
方法に関し、特に、均一な表面のデバイス形成層を有す
るSOI(silicon on imsulator)ウェーハの製造方法に
関する。
分離と寄生容量の減少及び高速動作を容易にするという
長点を有する。このようなSOIウェーハは全体を支持
する基板(以下、支持基板と称する)とデバイスが形成
される基板(以下、デバイス基板と称する)と、2つの
基盤の間に形成された絶縁体とで構成されている。
としては、シリコン基板内部に酸素イオンが注入されて
SOIウェーハが形成されるSIMOX(seperation by
implanted oxygen)法と、絶縁膜が形成された支持基板
とデバイス基板とを接触させる接合方法がある。
入によって形成されるので、デバイスが形成されるシリ
コン層の厚さの調節が困難であるという問題点があっ
て、第2に、基板の表面に、イオン注入によって結晶欠
陥が発生される。
せる方法も用いられていた。図2は、従来のデバイス形
成層を有する接着方法によるSOIウェーハ製造方法を
説明するための図面である。
1が熱酸化方法によって形成されたデバイス基板10と
支持基板20は公知の方法によって接合されている。
10は一定の厚さ、例えば、9〜11μm程度にグライ
ンディングされてシリコン層13が形成される。トラン
チTは第1酸化膜11表面が露出されるようにシリコン
層13の所定領域がエッチングされて形成される。第2
酸化膜14はCVD方式によって結果物の上部に均一に
蒸着した後、トランチ内のみに存在するようにパターニ
ングする。
パターニングされた第2酸化膜14を研摩停止層として
用いることにより、化学的、機械的ポリッシング(以
下、CMP:chemical mechanicalpolishingと称する)
工程によって研磨されて、デバイス形成層13−1が形
成される。
14を研磨停止層としてシリコン層13を研磨する工程
の際、研磨器の研磨ぺード(パッド)はデバイス基板1
0と第2酸化膜14のように研磨速度が相違なる物質に
同時に接触することによってぺードの変形が発生する。
同時に研磨される際には、研磨ぺードが第2酸化膜に到
達すると、研磨ぺードに加えられる圧力は研磨速度の遅
い第2酸化膜上に集中されてシリコン層13が研磨され
る。
り、研磨ぺードが第2酸化膜14に到達されうる際、シ
リコン層13は研磨が中止されることなく研磨されるか
ら、図2(C) に示すようにパターンの中央部分が薄くな
るディシング現象が発生する。
Iウェーハは、1000ű10%の厚さの精密度を要
求する完全空乏型CMOSトランジスタを製作するに適
用しにくく、第2酸化膜14を別途に除去しなければな
らないので工程が複雑になる。
目的は、ディシング部分のない均一のデバイス形成層を
形成する半導体装置の製造方法を提供することである。
めに、本発明の半導体装置の製造方法は、ベース基板と
デバイス基板との間に酸化膜が形成されたSOIウェー
ハを提供する過程と、シリコン層を形成するためデバイ
ス基板を薄膜化する過程と、前記シリコン層をエッチン
グして前記酸化膜表面が露出されるようにトランチを形
成する過程と、前記トランチの中央部分の厚さよりその
外側部分の厚さが大である前記トランチ内に形成した研
磨停止層を形成する過程と、研磨停止層を用いて化学
的、機械的ポリッシングしてデバイス形成層を形成する
過程とを含み、前記研磨停止層は研磨される面積が大き
くなればなるほど水素イオンの放出量が増大することを
特徴とする。
について図面を参照しながらより詳しく説明する。ま
ず、図1(A) に示すように、500〜10000Åの厚
さを有する酸化膜11が熱酸化方式またはCVD方式に
よって形成されたデバイス基板10と、ベアシリコンの
支持基板20とを準備する。その後、酸化膜11と支持
基板20の表面が当たるように重ねて置いた後、デバイ
ス基板10と支持基板20とは高圧状態で高温処理工程
によって接合される。
板10は選択的に湿式エッチングまたはグライング工程
によって、10〜30μmの厚さを有するように研磨さ
れる。続いて、シリコン層13はCMP工程で研磨さ
れ、2μm以下の厚さを有するようになる。この時点で
は、CMP工程条件とTTV(total thickness variati
on) の影響でシリコン層13の厚さは均一ではない。
部分が露出されるようにシリコン層13がエッチングさ
れてトランチTが形成される。ここで、トランチTの幅
は100μm〜1mm程度が好ましく、トランチTの間
のシリコン層13の幅は2〜5mm程度になる。
うに、トランチ内を完全に埋めず、トレンチの中心部分
が窪んだ状態で形成される。ここで、SOG15は、シ
リケートSOG膜が用いられる。また、SOG膜15は
トランチT内部のみに形成され、トランチの中央部分に
形成されるSOG膜15の厚さはコーティング器の回転
数、SOGに含まれるシリケート型ポリマーの重量パー
セントを調節することで決められる。そして、この中央
に該当する部分の厚さは以後に形成されるデバイスの厚
さになる。好ましくはSOG膜15の厚さは500〜3
000Åである。
℃の温度より低く、好ましくは400〜600℃の温度
の範囲で硬化または焼成される。ここで、400〜60
0℃の温度の範囲でSOG膜15を硬化または焼成する
のは、SOG膜15に含まれる多量のシラノル(silano
l) が反応されない状態で残留させるためであり、かつ
膜の稠密度を減少させて、以後の機械的研磨が容易にな
るようにするためである。
MP工程によって研磨される。ここで、本実施例におい
てのCMP工程は2つに分けられる。初期工程は、SO
G膜15と研磨器のぺードとの接触面積がトランチの幅
より少ない場合の研磨工程であって、SOG膜15はぺ
ードとの接触面積が小さくて、低温硬化または焼成によ
って膜質が稠密でないので、シリコン層13と殆ど同様
な研磨速度で研磨される。これにより、シリコン層13
とSOG膜15の表面は殆ど平坦になる。
ドとの接触面積がトランチ幅と略同一の工程であって、
即ち、窪んだSOG膜15部分が露出され始める際の研
磨工程である。この際には、SOG膜15に未反応状態
で残留していたシラノルSi−OHが多量にSOG膜1
5表面に露出されて、露出されたシラノルSi−O+と
H+ に解離され、このH+ イオンによってCMP工程に
用いられる研磨剤の水素イオン濃度が増加される。
pHは約10〜11程度に調節されるが、本実施例で
は、研磨剤の水素イオン濃度は低温硬化または焼成によ
るシラノルの露出によって増加されるので、研磨剤のp
Hが減少される。この現象により、研磨剤に含まれたシ
リカ分子が凝集されることによって、研磨剤内に大きな
粒子が形成され、研磨特性が急激に落ちる。この結果、
研磨ぺードとSOG膜15間の接触面積が増大されれば
されるほどpHが減少して、CMP工程が進まなくな
る。従って、図1(D) に示すように、SOG膜15の厚
さの均一な厚さを有するデバイス形成層(13−1)が
完成される。
含むPSGを用いている。その理由は、PSG内に含ま
れたP205と研磨剤に含まれたH2 Oが反応して、簡
単にH3 PO4 を形成することによって、pH値を減少
させるようになり、さらに均一な厚さのデバイス形成層
を形成することができる。本発明の実施例では、酸化膜
11がデバイス基板に形成されたものでも、支持基板に
も形成可能である。
造方法は、ベース基板とデバイス基板との間に酸化膜が
形成されたSOIウェーハを提供する過程と、デバイス
基板を薄膜化してシリコン層を形成する過程と、シリコ
ン層をエッチングして酸化膜表面が露出されるようにト
ランチを形成する過程と、前記トランチ中央部分の厚さ
より外側部分の厚さが大であるような研磨停止層を形成
する過程と、研磨停止層を熱処理する過程と、研磨停止
層を用いて科学的、機械的ポリッシングして、デバイス
形成層を形成する過程とを含み、前記研磨停止層は研磨
される面積が大きくなればなるほど水素イオンの放出量
が増大することを特徴とする。
シリコン層をグラインディングする過程と、前記グライ
ンディング済みのシリコン層の表面を科学的、機械的ポ
リッシングする過程と、を含むことを特徴とする。
シリコン層を湿式エッチングする過程と、シリコン層表
面を化学的、機械的ポリッシングする過程と、を含むこ
とを特徴とする。又、前記デバイス基板は厚さが2μm
以下になるように薄膜化することを特徴とする。又、前
記トランチの幅は100μm〜1mmに形成することを
特徴とする。
〜5mmに形成することを特徴とする。又、前記研磨停
止層はシリケート系列のSOG層であることを特徴とす
る。又、前記研磨停止層は燐を含むPSGであることを
特徴とする。
層の厚さによりデバイス形成層の厚さが調節されること
を特徴とする。又、前記トランチ内の中央部分に該当す
る研磨停止層の厚さは500〜3000Åであることを
特徴とする。又、前記研磨停止層は400〜600℃の
温度範囲で熱処理することを特徴とする。
は、酸化膜が形成されたデバイス基板と支持基板とを具
える過程と、デバイス形成用基板の酸化膜と支持用シリ
コン基板の表面とを接触させる過程と、前記構造物を熱
処理してボンヂングする過程と、を含むことを特徴とす
る。
は、酸化膜が形成された支持基板とデバイス基板とを具
える過程と、支持基板の酸化膜と酸化膜デバイス基板と
を接触させる過程と、前記構造物を熱処理してボンジン
グする過程と、を含むことを特徴とする。上記におい
て、本発明の特定の実施例について説明したが、本明細
書に記載した特許請求の範囲を逸脱することなく、当業
者は種々の変更を加え得ることは勿論である。
分のない均一のデバイス形成層を形成する半導体装置の
製造方法を提供することができる。
ための工程を示した図面である。
説明するための断面図である。
Claims (13)
- 【請求項1】 ベース基板とデバイス基板との間に酸化
膜が形成されたSOIウェーハを提供する過程と、 デバイス基板を薄膜化してシリコン層を形成する過程
と、 シリコン層をエッチングして酸化膜表面が露出されるよ
うにトランチを形成する過程と、 前記トランチ中央部分の厚さより外側部分の厚さが大で
あるような研磨停止層を形成する過程と、 研磨停止層を熱処理する過程と、 研磨停止層を用いて科学的、機械的ポリッシングして、
デバイス形成層を形成する過程とを含み、 前記研磨停止層は研磨される面積が大きくなればなるほ
ど水素イオンの放出量が増大することを特徴とする半導
体装置の製造方法。 - 【請求項2】 前記シリコン層を薄膜化する過程は、シ
リコン層をグラインディングする過程と、 前記グラインディング済みのシリコン層の表面を科学
的、機械的ポリッシングする過程と、 を含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の
製造方法。 - 【請求項3】 前記シリコン層を薄膜化する過程は、シ
リコン層を湿式エッチングする過程と、 シリコン層表面を化学的、機械的ポリッシングする過程
と、 を含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の
製造方法。 - 【請求項4】 前記デバイス基板は厚さが2μm以下に
なるように薄膜化することを特徴とする請求項1に記載
の半導体装置の製造方法。 - 【請求項5】 前記トランチの幅は100μm〜1mm
に形成することを特徴とする請求項1に記載の半導体装
置の製造方法。 - 【請求項6】 前記トランチ間のシリコン層の幅は2〜
5mmに形成することを特徴とする請求項1に記載の半
導体装置の製造方法。 - 【請求項7】 前記研磨停止層はシリケート系列のSO
G層であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装
置の製造方法。 - 【請求項8】 前記研磨停止層は燐を含むPSGである
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方
法。 - 【請求項9】 前記トランチ内の中央部分の研磨停止層
の厚さによりデバイス形成層の厚さが調節されることを
特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項10】 前記トランチ内の中央部分に該当する
研磨停止層の厚さは500〜3000Åであることを特
徴とする請求項9に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項11】 前記研磨停止層は400〜600℃の
温度範囲で熱処理することを特徴とする請求項1に記載
の半導体装置の製造方法。 - 【請求項12】 前記SOIウェーハを提供する過程
は、 酸化膜が形成されたデバイス基板と支持基板とを具える
過程と、 デバイス形成用基板の酸化膜と支持用シリコン基板の表
面とを接触させる過程と、 前記構造物を熱処理してボンヂングする過程と、 を含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の
製造方法。 - 【請求項13】 前記SOIウェーハを提供する過程
は、 酸化膜が形成された支持基板とデバイス基板とを具える
過程と、 支持基板の酸化膜と酸化膜デバイス基板とを接触させる
過程と、 前記構造物を熱処理してボンジングする過程と、 を含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の
製造方法。
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