JPH0964319A - Soi基板およびその製造方法 - Google Patents

Soi基板およびその製造方法

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JPH0964319A
JPH0964319A JP21902195A JP21902195A JPH0964319A JP H0964319 A JPH0964319 A JP H0964319A JP 21902195 A JP21902195 A JP 21902195A JP 21902195 A JP21902195 A JP 21902195A JP H0964319 A JPH0964319 A JP H0964319A
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semiconductor substrate
film
semiconductor
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Shuichi Samata
俣 秀 一 佐
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Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 基板の反りを緩和することができ且つ製造コ
ストが安価なSOI基板およびその製造方法を提供す
る。 【構成】 シリコン基板101と、このシリコン基板1
01の上面に形成されたSiO2 膜104と、このSi
2 膜104の上面に形成された単結晶シリコン膜10
5とを有するSOI基板において、シリコン基板101
が、SiO2 膜104絶縁膜との界面と接するように形
成された酸素析出物SiO2 の密度が零の無欠陥層10
2と、この無欠陥層102以外の領域に形成された当該
無欠陥層102よりも高い酸素析出物密度を有する酸素
析出物層103とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、SOI(Semicondu
ctor On Insulator)基板およびその製造方法に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】従来より、図3に示したような基板、す
なわち、Si等の半導体基板301上に、SiO2 等の
絶縁膜302および単結晶Si等の単結晶半導体膜30
3を形成した構造の基板が知られており、SOI基板と
称されている。
【0003】このようなSOI基板は、半導体素子間の
電気的絶縁を簡便な工程で実現できることや、MOS構
造のULSIの素子特性を飛躍的に向上させることがで
きること等の長所を有している。
【0004】また、SOI基板の製造方法としては、接
着法やSIMOX法等が知られている。
【0005】接着法は、絶縁膜を介して2枚の半導体基
板を接着した後、一方の半導体基板の表面を研磨加工或
いはエッチング加工して半導体膜を形成することによ
り、SOI基板を製造する方法である。
【0006】一方、SIMOX法とは、半導体基板中
に、高濃度の酸素イオンを注入した後で、熱処理を行う
ことにより埋め込み酸化膜を形成し、これにより図3に
示したような構造を得るものである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
SOI基板には、半導体基板301、絶縁膜302およ
び単結晶半導体膜303の熱膨脹係数が互いに異なるた
め、基板の反りが発生しやすいという欠点があった。
【0008】特に、高電力集積回路素子の形成にSOI
基板を用いる場合、素子間の電気的絶縁性を確保するた
めには絶縁膜を厚くする必要があり、また、高電圧が素
子に印加されるので単結晶半導体層の厚さも厚くする必
要がある。このため、基板の反りの大きさは非常に顕著
なものとなる。
【0009】ここで、SOI基板の反りが大きくなる
と、フォトリソグラフィー工程で焦点を合わせ難くなる
ことにより、素子の形成が困難になることがある。な
お、この欠点は、集積回路の集積率が大きくなるほど顕
著となる。
【0010】また、SOI基板の反りが非常に大きくな
った場合には、真空チャックや静電チャック等による基
板の保持・固定ができなくなる場合があり、この欠点に
よっても素子の形成が困難となる。
【0011】これに対して、半導体基板の裏面にも絶縁
膜や半導体膜を形成することによって基板の反りを緩和
することも可能である。
【0012】しかし、この方法では、半導体基板の裏面
に絶縁膜および半導体膜を形成する工程を追加する必要
があるため、製造コストが増大するという新たな欠点が
生じる。
【0013】また、半導体基板の裏面に形成された絶縁
膜および半導体膜は、このSOI基板に素子を形成する
工程中は露出されているため、酸化処理工程やエッチン
グ工程で膜厚が薄くなってしまう。このため、この薄膜
化によって反りを緩和するという効果が減少してしまう
ので、十分な効果を得ることは困難である。
【0014】本発明は、このような従来技術の欠点に鑑
みてなされたものであり、基板の反りを緩和することが
でき且つ製造コストが安価なSOI基板およびその製造
方法を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
(1)第1の発明に係るSOI基板は、SOI基板用半
導体基板と、この半導体基板の上面に形成された絶縁膜
と、この絶縁膜の上面に形成された半導体膜とを有する
SOI基板において、前記SOI基板用半導体基板が、
前記絶縁膜との界面と接するように形成された、酸素析
出物密度が零または低密度の第1の層と、この第1の酸
素析出物層以外の領域に形成された、当該第1の酸素析
出物層よりも高い酸素析出物密度を有する第2の層と、
を備えたことを特徴とする。 (2)第2の発明に係るSOI基板の製造方法は、第1
の半導体基板に熱処理を施すことにより、この第1の半
導体基板の表面近傍に酸素析出物密度が零または低密度
の第1の層を形成するとともに、前記第1の半導体基板
の内部前記第1の層よりも高い酸素析出物密度を有する
第2の層を形成する熱処理工程と、前記半導体基板の前
記第1の層と第2の半導体基板とを絶縁膜を介して接着
する接着工程と、前記第2の半導体基板を所定の厚さま
で加工して半導体膜を形成する第1の加工工程と、前記
層形成工程後、前記接着工程後または前記半導体膜形成
工程後の前記第1の半導体基板を加工して、前記第2の
層を露出させる第2の加工工程と、を備えたことを特徴
とする。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明しつつ、本発明についてより詳細に説明する。
【0017】図1は、本実施形態に係るSOI基板の構
造を示す断面図である。
【0018】同図において、シリコン基板(第1の発明
の「SOI基板用半導体基板」に相当する)101は、
酸素析出物(BMD;Bulk Micro Defect) としてのSiO2
の密度が零の層である無欠陥層(第1の発明の「第1の
層」に相当する)102と、酸素析出物(同じくSiO
2 )の密度が5×105 cm-2の層である酸素析出物層
(第1の発明の「第2の層」に相当する)103とを備
えている。また、無欠陥層102の表面には、SiO2
膜(第1の発明の「絶縁膜」に相当する)104が形成
されている。さらに、このSiO2 膜104の表面に
は、単結晶シリコン膜(第1の発明の「半導体膜」に相
当する)105が形成されている。
【0019】図2は、図1に示したSOI基板の製造方
法を示す工程断面図である。
【0020】まず、酸素濃度が15×1017cm-3
P型シリコン基板201(第2の発明の「第1の半導体
基板」に相当する)を、H2 雰囲気中で加熱処理した。
このときの加熱温度は1200℃、加熱時間は1時間と
した。これにより、図2(a)に示したように、Si基
板201の表裏両面側の領域では、この基板201中の
固溶酸素が外部に放出されて、酸素析出物密度が零の無
欠陥層202が形成された。一方、その他の領域では、
基板201中の固溶酸素から酸素析出物(SiO2 )が
形成されて、この酸素析出物密度が5×105 cm-2
酸素析出物層203が形成された。
【0021】ここで、無欠陥層202の厚さは、それぞ
れ10μmであった。なお、この厚さは、加熱処理の温
度および時間を調整することで制御できる。
【0022】シリコン基板201としては、CZ(Czoch
ralski) 法で育成したインゴットから作製したものを使
用した。これは、CZ法で育成したインゴットが元々酸
素を含有しているため、シリコン基板201に酸素を含
有させるための特別な工程が不要となるからである。
【0023】なお、このシリコン基板201の酸素濃度
としては、旧ASTMの規格によって測定した値を採用
した。
【0024】次に、シリコン基板204(第2の発明
の「第2の半導体基板」に相当する)の表面に、熱酸化
法を用いて、厚さ2μmの熱酸化膜205(SiO
2 膜;第2の発明の「絶縁膜」に相当する)を形成す
る。
【0025】そして、図2(b)に示したように、こ
のシリコン基板204をシリコン基板201に接着し
た。このとき、接着を強固なものとするために、N2
囲気中で熱処理を行った。このときの加熱温度は110
0℃とし、加熱時間は30分とした。
【0026】続いて、図2(c)に示したように、シ
リコン基板201の裏面を約50μm研磨して、この裏
面に酸素析出物層203を露出させた。
【0027】最後に、図2(d)に示したように、シ
リコン基板204の表面を研磨することによって厚さ1
0μmの半導体膜206を形成して、本実施形態に係る
SOI基板を完成させた。
【0028】なお、ここでは、シリコン基板201の酸
素析出物層203を露出させるための研磨工程(上記工
程)を、シリコン基板201とシリコン基板204と
を接着させる工程(上記工程)の後で行うこととした
が、工程は、工程の前に行ってもよいし、また、シ
リコン基板204の研磨工程(上記工程)の後に行っ
てもよい。
【0029】図2で示したような製造工程で作製したS
OI基板(以下「実施形態1」と記す)の反りを測定し
たところ、40μm程度であった。
【0030】また、上記工程を上記工程の前に行っ
て作製したSOI基板(以下「実施形態2」と記す)に
ついても反りを測定したところ、上記と同様、40μm
程度であった。
【0031】一方、従来例として、上記工程,を行
わず、他の工程,,を同一条件とした製造工程で
SOI基板を作製し、基板の反りを測定したところ、1
30μm程度であった。
【0032】続いて、実施形態1、実施形態2、従来例
の各SOI基板を用いて高電力MOS集積回路を試作し
た。この結果、従来例については、フォトリソグラフィ
ー工程で焦点を合わせ難くなったり、真空チャックや静
電チャック等による基板の保持・固定ができなかったり
した。一方、実施形態1および実施形態2のSOI基板
については、このような問題はまったく発生しなかっ
た。
【0033】このように、本実施形態によれば、無欠陥
層202および酸素析出物層203を形成する工程(上
記工程)と、シリコン基板201の裏面を研磨して酸
素析出物層203を露出させる工程(上記工程)を追
加するだけで、反りの少ないSOI基板を製造すること
ができる。すなわち、本実施形態によれば、反りの少な
いSOI基板を、簡便な製造工程で安価に製造すること
ができる。
【0034】なお、本実施形態では、無欠陥層202お
よび酸素析出物層203を形成する工程(上記工程)
で、雰囲気ガスとしてH2 ガスを使用したが、CO,A
r,He,Ne,Kr,Xe等のガスを用いた非酸化性
熱処理を採用することもできる。また、上記工程とし
て、IG(Intrinsic Gettering) 法による高温、中温ま
たは低温の酸化性熱処理を組み合わせて行ってもよい。
【0035】上記工程における加熱温度、加熱時間等
の熱処理条件は、特に制限されるものではないが、基板
の反りを十分に緩和させるためには、無欠陥層202の
厚みが25μm以下となり、且つ、酸素析出物層203
の酸素析出物密度が1×105 cm-2以上となるように
条件を定めることが望ましい。
【0036】さらに、本実施形態では、シリコン基板2
04の表面を研磨することによって半導体膜206を作
製することとしたが(上記工程)、研磨に代えて湿式
エッチングやドライエッチング等を用いてもよい。同様
に、シリコン基板201の裏面を研磨して酸素析出物層
203を露出させる工程(上記工程)としても、湿式
エッチングやドライエッチング等を採用することが可能
である。
【0037】本実施形態では、熱酸化法を用いてシリコ
ン基板204の表面に熱酸化膜205を形成することと
したが(上記工程)、この熱酸化膜205はシリコン
基板201の方に形成することとしてもよい。また、こ
の熱酸化膜205に代えて、CVD(Chemical Vapor De
position) 法やPVD(Physical Vapor Deposition)法
で形成した酸化膜を使用してもよい、さらには、熱酸化
膜205に代えて、例えばシリコン窒化膜や多結晶シリ
コン膜等の、他の絶縁膜を用いてもよい。
【0038】P型シリコン基板201としては、CZ法
で育成したインゴットから作製したものを使用したが
(上記工程)、これに限定されるものではなく、例え
ばMCZ法、CCZ法、DLCZ法等で育成したインゴ
ットを使用してもよい。但し、SOI基板の反りを十分
に緩和するためには、固溶酸素濃度が12×1017cm
-3以上の基板を使用することが望ましい。さらに、P型
基板に代えてN型基板を使用してもよく、表面結晶方位
も特に限定されない。
【0039】さらに、無欠陥層202に代えて低密度の
酸素析出物層を形成することとしても、同様の効果を得
ることができる。
【0040】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、基板の反りを緩和することができ且つ製造コスト
が安価なSOI基板およびその製造方法を提供すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係るSOI基板の構造を
示す断面図である。
【図2】(a)〜(d)ともに、図1に示したSOI基
板の製造方法を示す工程断面図である。
【図3】従来のSOI基板の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
101,201 P型シリコン基板 102,202 無欠陥層 103,203 酸素析出物層 104 SiO2 膜 105 単結晶シリコン膜 204 シリコン基板 205 熱酸化膜 206 半導体膜

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】SOI基板用半導体基板と、この半導体基
    板の上面に形成された絶縁膜と、この絶縁膜の上面に形
    成された半導体膜とを有するSOI基板において、 前記SOI基板用半導体基板が、 前記絶縁膜との界面と接するように形成された、酸素析
    出物密度が零または低密度の第1の層と、 この第1の酸素析出物層以外の領域に形成された、当該
    第1の層よりも高い酸素析出物密度を有する第2の層
    と、 を備えたことを特徴とするSOI基板。
  2. 【請求項2】前記第1の層の厚みが25μm以下であ
    り、且つ、前記第2の層の酸素析出物密度が1×105
    cm-2以上であることを特徴とする請求項1記載のSO
    I基板。
  3. 【請求項3】第1の半導体基板に熱処理を施すことによ
    り、この第1の半導体基板の表面近傍に酸素析出物密度
    が零または低密度の第1の層を形成するとともに、前記
    第1の半導体基板の内部前記第1の層よりも高い酸素析
    出物密度を有する第2の層を形成する熱処理工程と、 前記半導体基板の前記第1の層と第2の半導体基板とを
    絶縁膜を介して接着する接着工程と、 前記第2の半導体基板を所定の厚さまで加工して半導体
    膜を形成する第1の加工工程と、 前記層形成工程後、前記接着工程後または前記半導体膜
    形成工程後の前記第1の半導体基板を加工して、前記第
    2の層を露出させる第2の加工工程と、 を備えたことを特徴とするSOI基板の製造方法。
  4. 【請求項4】前記層形成工程において、前記第1の層の
    厚みを25μm以下とし、且つ、前記第2の層の酸素析
    出物密度を1×105 cm-2以上としたことを特徴とす
    る請求項3記載のSOI基板の製造方法。
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