JPH1012850A - 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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JPH1012850A
JPH1012850A JP8356108A JP35610896A JPH1012850A JP H1012850 A JPH1012850 A JP H1012850A JP 8356108 A JP8356108 A JP 8356108A JP 35610896 A JP35610896 A JP 35610896A JP H1012850 A JPH1012850 A JP H1012850A
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film
soi substrate
silicon
layer
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Saiko Kin
載 甲 金
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＳＩＭＯＸ技術および選択酸化方式によって
アクティブ領域が備えられたＳＯＩ基板は、ベリド絶縁
層１１Ａ、フィールド酸化膜１４を形成するために長時
間の熱処理工程が伴い製造時間が増大し、また別途の平
坦化工程が要求される課題があった。 【解決手段】 シリコンウェーハの素子分離領域にシリ
コンウェーハのアクティブ領域が露出されるように犠牲
膜を形成する工程と、前記シリコンウェーハ内へ酸素イ
オンを注入して、前記シリコンウェーハ内へイオン注入
領域を形成する工程と、前記シリコンウェーハをアニー
リングしてアクティブ領域にシリコン層とシリコンウェ
ーハと前記シリコン層をアイソレーションさせ、前記シ
リコン層と同一平面のベリド絶縁層を形成する工程を含
むＳＯＩ基板およびその製造方法である。

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（Ｓｉｌｉｃ
ｏｎ−Ｏｎ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板およびその製造
方法に関し、より具体的には、平たい表面を有するＳＯ
Ｉ基板と素子分離膜とベリド絶縁層を同時に形成できる
ＳＯＩ基板およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般的にＣＭＯＳトランジスタの製造工
程で、素子分離は素子間の分離およびＣＭＯＳトランジ
スタのラッチアップ現象を防止するために広い面積を確
保するように形成される。この際、増加される分離領域
はチップ面積を減少させ、高集積化を困難にする。この
ような問題点を解決するためのＳＯＩ技術が提案され
た。
【０００３】シリコンハンドリングウェーハとデバイス
用シリコンウェーハ間の所定厚さのベリド絶縁層がサン
ドイッチされたＳＯＩ基板は、完全な素子分離を実現
し、ＣＭＯＳトランジスタのラッチアップ現象が防止さ
れ、素子の高速動作が可能になる。
【０００４】従来のＳＩＭＯＸ（ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ
ｂｙ ｉｍｐｌａｎｔｅｄ ｏｘｙｇｅｎ）技術は図
３（Ａ）に図示されるように、所定の不純物がドーピン
グされたシリコンウェーハ１０が備えられる。所定のエ
ネルギーを有する酸素イオン（０２) はシリコンウェー
ハ１０内にイオン注入される。
【０００５】その後、図３（Ｂ）に示すように、シリコ
ンウェーハ１０はアニーリングされて、シリコンウェー
ハ１０内にベリド絶縁層１１Ａ上部にデバイスが形成さ
れるシリコン層１０Ａが形成される。ペド（ＰＡＤ）酸
化膜１２は熱酸化によってシリコン層１０Ａ上部に形成
され、シリコン窒化膜１３は化学気状蒸着方式によって
ペド酸化膜上部に形成される。ペド酸化膜１２とシリコ
ン窒化膜１３はシリコン層１０Ａの素子分離領域Ｆが露
出されるようにパターニングされる。
【０００６】図３（Ｃ）に示すように、露出されたシリ
コン層部分Ｆは熱酸化され、フィールド酸化膜１４が形
成され、アクティブ領域ＡＡはフィールド酸化膜１４に
よって限定される。
【０００７】従って、シリコンウェーハ１０、シリコン
層１０Ａ、ベリド絶縁層１１Ａそして素子分離用フィー
ルド酸化膜１４からなるＳＯＩ基板２００が製造され
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従来のＳＯＩ基板およ
びその製造方法は以上のように構成されているので、前
記ＳＩＭＯＸ技術および選択酸化方式によってアクティ
ブ領域が備えられたＳＯＩ基板はベリド絶縁層１１Ａ、
フィールド酸化膜１４を形成するために長時間の熱処理
工程が伴い、製造時間が増大する問題点が生じる。
【０００９】また、アクティブ領域を限定するためのフ
ィールド酸化膜は“ＬＯＣＯＳ方式”によって形成され
るので、工程が複雑になる問題点が発生する。
【００１０】また、ＳＯＩ基板はフィールド酸化膜によ
る所定のトポロジを備えるので、別途の平坦化工程が要
求される。
【００１１】従って、本発明の目的は、ベリド絶縁層と
フィールド酸化膜を同時に形成することができるＳＯＩ
基板の製造方法を提供することにある。
【００１２】また、本発明の他の目的は、工程を単純化
できるＳＯＩ基板の製造方法を提供することにある。
【００１３】また、本発明の他の目的は、表面が平坦化
されたＳＯＩ基板を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記した本発明の目的を
達成するために、請求項１記載のＳＯＩ基板の製造方法
は、シリコンウェーハの素子分離領域に前記シリコンウ
ェーハのアクティブ領域が露出されるように犠牲膜を形
成する工程と、前記シリコンウェーハ内へ酸素イオンを
注入して、前記シリコンウェーハ内へイオン注入領域を
形成する工程と、前記シリコンウェーハをアニーリング
してアクティブ領域にシリコン層と前記シリコンウェー
ハと前記シリコン層をアイソレーションさせ、前記シリ
コン層と同一平面のベリド絶縁層を形成する工程を含む
ことを特徴とするものである。
【００１５】請求項２記載のＳＯＩ基板の製造方法は、
犠牲膜を形成する工程が、シリコンウェーハ上部に感光
性樹脂を塗布する工程、および前記感光性樹脂を露光お
よび現像して素子分離領域上部に感光性樹脂パターンを
形成する工程を含むことを特徴とするものである。
【００１６】請求項３記載のＳＯＩ基板の製造方法は、
犠牲膜用感光性樹脂がポリイミドであることを特徴とす
るものである。
【００１７】請求項４記載のＳＯＩ基板の製造方法は、
犠牲膜用感光性樹脂がフォトレジストであることを特徴
とするものである。
【００１８】請求項５記載のＳＯＩ基板の製造方法は、
犠牲膜を形成する工程が、シリコンウェーハと相互異な
る触刻率を有する膜をウェーハ上部に形成する工程と、
フォトレジスト膜を前記膜上に塗布する工程と、フォト
レジスト膜をパタニングしてアクティブ領域上部の前記
膜を露出させる工程と、フォトレジスト膜をマスクとし
て前記露出された膜を触刻してシリコンウェーハの素子
分離領域上部に犠牲膜を形成する工程と、フォトレジス
ト膜を除去する工程を含むことを特徴とするものであ
る。
【００１９】請求項６記載のＳＯＩ基板の製造方法は、
犠牲膜がＳＯＧ膜であることを特徴とするものである。
【００２０】請求項７記載のＳＯＩ基板の製造方法は、
酸素イオンを注入する工程では、酸素イオンが５×１０
１７乃至７×１０１８イオン／cm２のドーズ（dose）量
で、イオン注入することを特徴とするものである。
【００２１】請求項８記載のＳＯＩ基板の製造方法は、
酸素イオンは犠牲膜を通るほど注入層が０．１乃至０．
５μｍの厚さを有することを特徴とするものである。
【００２２】請求項９記載のＳＯＩ基板の製造方法は、
犠牲膜の厚さ（Ｈ）がＨ＝ｄｌ＋ｄ２／２（ここで、ｄ
ｌは酸素イオンのイオン注入深さであり、ｄ２はイオン
注入領域の厚さ）であることを特徴とするものである。
【００２３】請求項１０記載のＳＯＩ基板の製造方法
は、酸素イオンを注入する工程で、犠牲膜が存在しない
部分での酸素イオンのイオン注入深さが０．０８乃至
０．３μｍ深さにイオン注入されることを特徴とするも
のである。
【００２４】請求項１１記載のＳＯＩ基板の製造方法
は、イオン注入領域が０．０７乃至０．５μｍの厚さを
有することを特徴とするものである。
【００２５】請求項１２記載のＳＯＩ基板の製造方法
は、犠牲膜が０．１乃至０．６μｍの厚さで形成するこ
とを特徴とするものである。
【００２６】請求項１３記載のＳＯＩ基板の製造方法
は、アニーリング工程が１１００乃至１３００℃の温度
範囲で２乃至７時間進行することを特徴とするものであ
る。
【００２７】請求項１４記載のＳＯＩ基板は、素子分離
領域とアクティブ領域が限定されたシリコンウェーハ
と、該シリコンウェーハのアクティブ領域上部に形成さ
れたシリコン層と、前記シリコンウェーハ内に形成さ
れ、前記シリコン層と同一平面を有し、前記シリコンウ
ェーハからシリコン層をアイソレーションさせる絶縁層
を含むことを特徴とするものである。
【００２８】請求項１５記載のＳＯＩ基板は、絶縁層が
ベリド酸化膜であることを特徴とするものである。
【００２９】請求項１６載のＳＯＩ基板は、絶縁層中シ
リコンウェーハの素子分離領域に形成されてシリコン層
と同一平面を有する部分が、ＳＯＩ基板の素子分離用フ
ィールド酸化膜の役目をすることを特徴とするものであ
る。
【００３０】請求項１７記載のＳＯＩ基板は、絶縁層
中、シリコンウェーハのアクティブ領域に形成された絶
縁層がＳＯＩ基板のベリド絶縁層の役目をすることを特
徴とするものである。
【００３１】請求項１８記載のＳＯＩ基板は、素子分離
領域に該当するベリド絶縁層の厚さが０．０７乃至０．
４５μｍであることを特徴とするものである。
【００３２】請求項１９記載のＳＯＩ基板は、シリコン
層の深さが０．０８乃至０．３μｍであることを特徴と
するものである。
【００３３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態例を
図により詳細に説明する。図１において、素子分離領域
Ｆとアクティブ領域ＡＡが限定されたＳＯＩ基板１００
は、ＳＯＩ基板１を支持するシリコンウェーハ１とシリ
コンウェーハ１上部に形成され、デバイスが形成される
べきシリコン層１Ａおよびシリコンウェーハ１とシリコ
ン層１Ａをアイソレーションするベリド絶縁層３Ａから
なる。シリコン層１ＡはＳＯＩ基板１００のアクティブ
領域ＡＡに形成される。
【００３４】酸化膜からなるベリド絶縁層３Ａはシリコ
ン層１Ａを取り囲むようにシリコンウェーハ１上部に形
成され、シリコンウェーハ１からシリコン層１Ａをアイ
ソレーションさせる。素子分離領域Ｆのベリド絶縁層３
Ａは素子分離用フィールド酸化膜として作用し、シリコ
ン層１Ａとシリコンウェーハ１の間にサンドイッチされ
たアクティブ領域ＡＡの絶縁層はＳＯＩ基板１００のベ
リド絶縁層として作用する。ここで、シリコン層１Ａの
深さは０．０８乃至０．３μｍであり、素子分離領域Ｆ
でフィールド酸化膜として作用するベリド絶縁層３Ａの
厚さは０．０７乃至０．４５μｍである。
【００３５】以下、ＳＯＩ基板１００の製造方法を説明
する。図２に示されるように、シリコンウェーハ１例え
ば、不純物がドーピングされたか、不純物がドーピング
されないシリコンウェーハ上部に犠牲膜２を所定の厚さ
で形成する。ここで、犠牲膜２はフォトレジスト、ポリ
アミドと同じ樹脂、またはシリコンウェーハと触刻率が
相違した物質例えば、ＳＯＧ（ｓｐｉｎ ｏｎｇｌａｓ
ｓ）物質を使用できる。この犠牲膜２はシリコンウェー
ハ１の素子分離領域上で存在するようにパターニングさ
れる。
【００３６】この際、犠牲膜２が感光性樹脂であれば、
露光および現像によってパターニングされ、犠牲膜２が
ＳＯＧ膜と同じシリコンウェーハ１と触刻率が相違した
膜であれば、フォトリゾグラフィー工程によってフォト
レジストパターンを形成した後、フォトレジストパター
ンをマスクとして用いて犠牲膜がパターニングする。
【００３７】図３に示したように酸素イオンはシリコン
ウェーハ１内部へイオンを注入する。
【００３８】ここで、犠牲膜２の厚さＨは酸素イオン注
入工程に依存し、次の式によって求められる。 Ｈ＝ｄｌ＋ｄ２／２
【００３９】ここで、ｄｌはシリコンウェーハ１内に酸
素イオンの注入された深さであり、ｄ２はシリコンウェ
ーハ１内に酸素原子が注入された領域の厚さである。こ
の際、イオン注入深さｄｌを約０．０８乃至０．３μｍ
程度にし、アクティブ領域ＡＡ下段に酸素原子がイオン
注入された領域３の厚さｄ２を約０．０７乃至０．５μ
ｍ程度にすれば、犠牲膜２の厚さは約０．１乃至０．６
μｍ程度になる。
【００４０】その後、５×１０１７乃至７×１０１８イ
オン／cm２のドーズ（dose）量を有する酸素イオンは犠
牲膜２を通過できる分のエネルギを有してイオン注入さ
れる。酸素イオンは、素子分離領域Ｆではシリコンウェ
ーハ１表面へ位置されるようにイオン注入され、アクテ
ィブ領域ＡＡにおいては、シリコンウェーハ１表面から
約０．０８乃至０．３μm 程度の深さのシリコンウェー
ハ１に位置される。前記したように、素子分離領域Ｆに
おいての酸素イオンのイオンの注入される深さは犠牲膜
２の厚さＨに依存する。
【００４１】次に、図４を参照して、シリコンウェーハ
１は１１００乃至１３００℃の温度で２乃至７時間程度
アニーリングされ、フィールド酸化膜としてのベリド絶
縁層３Ａおよびデバイスが形成されるべきシリコン層１
Ａが形成される。ベリド絶縁層３Ａはベリド絶縁層３Ａ
を支持するシリコンウェーハ１とデバイスが形成される
べき第１シリコン層１Ａをアイソレーションさせる。ベ
リド絶縁層３Ａ中ＳＯＩ基板１００の素子分離領域Ｆで
はフィールド酸化膜として作用し、ＳＯＩ基板１００の
アクティブ領域ＡＡではベリド絶縁層として作用する。
【００４２】ここで、ベリド絶縁層３Ａはシリコンウェ
ーハ１内部にのみ形成されるので、シリコンウェーハ１
表面上に突出される部分は存在しなくなる。したがっ
て、以後、犠牲膜２を除去すれば、シリコンウェーハ
１、シリコン層１Ａおよびこれらの間のベリド絶縁層３
Ａからなされた平たい表面を有するＳＯＩ基板１００が
得られる。犠牲膜２はアニーリング工程以前に除去され
得る。
【００４３】このように、単一の酸素イオン注入工程お
よびアニーリング工程によって、フィールド酸化膜の役
目をするベリド絶縁層３Ａが形成される。従って、工程
時間および工程工程が減少される。
【００４４】なお、本発明の原理と精神とに違背しない
範囲で様々な実施の形態例はこの技術に属する当業者に
は自明であるだけでなく容易に発明ができ得る。従っ
て、ここに添付された請求範囲は先に説明された内容に
限定されず、前記請求範囲は、この発明に内在されてい
る特許性のある新規な全てを含み、かつ、この発明が属
する技術分野で通常の知識を有する者によって均等に処
理される全ての特徴を含む。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態のＳＯＩ基板を示す断面
図である。
【図２】本発明の一実施の形態のＳＯＩ基板の製造方法
を示す工程断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態のＳＯＩ基板の製造方法
を示す工程断面図である。
【図４】本発明の一実施の形態のＳＯＩ基板の製造方法
を示す工程断面図である。
【図５】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、従来のＳＯＩ基板
の製造方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１ シリコンウェーハ １Ａ シリコン層 ２ 犠牲膜 ３ 酸素イオン注入領域 ３Ａ ベリド絶縁層 １４ フィールド酸化膜 １００ ＳＯＩ基板

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 シリコンウェーハの素子分離領域に前記
    シリコンウェーハのアクティブ領域が露出されるように
    犠牲膜を形成する工程と、 前記シリコンウェーハ内へ酸素イオンを注入して、前記
    シリコンウェーハ内へイオン注入領域を形成する工程
    と、 前記シリコンウェーハをアニーリングしてアクティブ領
    域にシリコン層と前記シリコンウェーハと前記シリコン
    層をアイソレーションさせ、前記シリコン層と同一平面
    のベリド絶縁層を形成する工程を含むことを特徴とする
    ＳＯＩ基板の製造方法。
  2. 【請求項２】 前記犠牲膜を形成する工程は、シリコン
    ウェーハ上部に感光性樹脂を塗布する工程、および前記
    感光性樹脂を露光および現像して素子分離領域上部に感
    光性樹脂パターンを形成する工程を含むことを特徴とす
    る請求項１記載のＳＯＩ基板の製造方法。
  3. 【請求項３】 前記犠牲膜用感光性樹脂はポリイミドで
    あることを特徴とする請求項２記載のＳＯＩ基板の製造
    方法。
  4. 【請求項４】 前記犠牲膜用感光性樹脂はフォトレジス
    トであることを特徴とする請求項２記載のＳＯＩ基板の
    製造方法。
  5. 【請求項５】 前記犠牲膜を形成する工程は、シリコン
    ウェーハと相互異なる触刻率を有する膜をウェーハ上部
    に形成する工程と、 フォトレジスト膜を前記膜上に塗布する工程と、 フォトレジスト膜をパタニングしてアクティブ領域上部
    の前記膜を露出させる工程と、 フォトレジスト膜をマスクとして前記露出された膜を触
    刻してシリコンウェーハの素子分離領域上部に犠牲膜を
    形成する工程と、 フォトレジスト膜を除去する工程を含むことを特徴とす
    る請求項１記載のＳＯＩ基板の製造方法。
  6. 【請求項６】 前記犠牲膜はＳＯＧ膜であることを特徴
    とする請求項５記載のＳＯＩ基板の製造方法。
  7. 【請求項７】 前記酸素イオンを注入する工程で、酸素
    イオンは５×１０１７乃至７×１０１８イ オン／cm２の
    ドーズ（dose）量で、イオン注入することを特徴とする
    請求項１記載のＳＯＩ基板の製造方法。
  8. 【請求項８】 前記酸素イオンは、前記犠牲膜を通るほ
    ど注入層は０．１乃至０．５μｍの厚さを有することを
    特徴とする請求項１記載のＳＯＩ基板の製造方法。
  9. 【請求項９】 前記犠牲膜の厚さ（Ｈ）はＨ＝ｄｌ＋ｄ
    ２／２（ここで、ｄｌは酸素イオンのイオン注入深さで
    あり、ｄ２はイオン注入領域の厚さ）であることを特徴
    とする請求項１記載のＳＯＩ基板の製造方法。
  10. 【請求項１０】 前記酸素イオンを注入する工程で、前
    記犠牲膜が存在しない部分での酸素イオンのイオン注入
    深さは０．０８乃至０．３μｍ深さにイオン注入される
    ことを特徴とする請求項９記載のＳＯＩ基板の製造方
    法。
  11. 【請求項１１】 前記イオン注入領域は０．０７乃至
    ０．５μｍの厚さを有することを特徴とする請求項９記
    載のＳＯＩ基板の製造方法。
  12. 【請求項１２】 前記犠牲膜は０．１乃至０．６μｍの
    厚さで形成することを特徴とする請求項９記載のＳＯＩ
    基板の製造方法。
  13. 【請求項１３】 前記アニーリング工程は１１００乃至
    １３００℃の温度範囲で２乃至７時間進行することを特
    徴とする請求項１記載のＳＯＩ基板の製造方法。
  14. 【請求項１４】 素子分離領域とアクティブ領域が限定
    されたシリコンウェーハと、 該シリコンウェーハのアクティブ領域上部に形成された
    シリコン層と、 前記シリコンウェーハ内に形成され、前記シリコン層と
    同一平面を有し、前記シリコンウェーハからシリコン層
    をアイソレーションさせる絶縁層を含むことを特徴とす
    るＳＯＩ基板。
  15. 【請求項１５】 前記絶縁層はベリド酸化膜であること
    を特徴とする請求項１４記載のＳＯＩ基板。
  16. 【請求項１６】 前記絶縁層中シリコンウェーハの素子
    分離領域に形成されて、前記シリコン層と同一平面を有
    する部分はＳＯＩ基板の素子分離用フィールド酸化膜の
    役目をすることを特徴とする請求項１４記載のＳＯＩ基
    板。
  17. 【請求項１７】 前記絶縁層中、シリコンウェーハのア
    クティブ領域に形成された絶縁層はＳＯＩ基板のベリド
    絶縁層の役目をすることを特徴とする請求項１４記載の
    ＳＯＩ基板。
  18. 【請求項１８】 前記素子分離領域に該当するベリド絶
    縁層の厚さは０．０７乃至０．４５μｍであることを特
    徴とする請求項１７記載のＳＯＩ基板。
  19. 【請求項１９】 前記シリコン層の深さは０．０８乃至
    ０．３μｍであることを特徴とする請求項１４記載のＳ
    ＯＩ基板。
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