JPH11186187A - Soi基板の製造方法 - Google Patents
Soi基板の製造方法Info
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- JPH11186187A JPH11186187A JP35317997A JP35317997A JPH11186187A JP H11186187 A JPH11186187 A JP H11186187A JP 35317997 A JP35317997 A JP 35317997A JP 35317997 A JP35317997 A JP 35317997A JP H11186187 A JPH11186187 A JP H11186187A
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Abstract
ね合わされているSOI基板において、酸化膜と半導体
基板との界面の引張り結合強度を増大させる。 【解決手段】 第1半導体基板11の表面に酸化膜12
を形成する。酸化膜12上に窒化膜13を形成する。第
1半導体基板の表面から水素イオンを注入して第1半導
体基板内部にイオン注入領域11aを形成する。窒化膜
13を第1半導体基板から除去する。第1半導体基板を
酸化膜12を介して第2半導体基板14に重ね合わせて
密着させる。第1半導体基板を第2半導体基板に密着さ
せたまま熱処理して第1半導体基板をイオン注入した領
域11aで第2半導体基板から分離して第2半導体基板
の表面に半導体層11bを形成する。表面に半導体層1
1bを有する第2半導体基板を更に熱処理する。
Description
層を設けたSOI(Silicon On Insulator)基板の製造
方法に関するものである。
路(ULSI)基板として注目されてきている。このS
OI基板の製造方法には、シリコン基板同士を絶縁膜
を介して貼り合わせる方法、絶縁性基板又は絶縁性薄
膜を表面に有する基板の上にシリコン薄膜を堆積させる
方法、シリコン基板の内部に高濃度の酸素イオンを注
入した後、高温でアニール処理してこのシリコン基板表
面から所定の深さの領域に埋込みシリコン酸化層を形成
し、その表面側のSi層を活性領域とするSIMOX法
などがある。また最近、半導体基板に水素イオン等の注
入を行った後に、この半導体基板をイオン注入面を重ね
合せ面として支持基板に重ね合せ、この積層体を500
℃を越える温度に昇温して上記半導体基板を上記水素イ
オン等を注入した領域で支持基板から分離し、支持基板
の表面に薄膜を有する薄い半導体材料フィルムの製造方
法が提案されている(特開平5−211128)。この
方法では、イオンを半導体基板の内部に表面から均一に
注入できれば、均一な厚さの薄膜を有する半導体基板が
得られる。また支持基板の表面に予め酸化膜を設けてお
けば、この方法によりSOI基板を製造することができ
る。
ン注入が行われる半導体基板の酸化膜表面において、水
素イオンを注入する前に酸化膜表面に残留した有機物な
どの汚染物質が水素イオン注入によって変質し通常のウ
エットエッチングでは除去され難くなり、また酸化膜表
面に面荒れが生じる問題がある。その結果、上記汚染物
質と面荒れの影響により、上記半導体基板の酸化膜と支
持基板との界面の引張り結合強度が減少する不都合があ
る。本発明の目的は、半導体層が酸化膜を介して半導体
基板上に重ね合わされているSOI基板において、酸化
膜と半導体基板との界面の引張り結合強度を増大させる
ことのできるSOI基板の製造方法を提供することにあ
る。
図1に示すように、第1半導体基板11の表面に酸化膜
12を形成する工程と、第1半導体基板11の酸化膜1
2上に窒化膜13を形成する工程と、第1半導体基板1
1の表面から水素イオンを注入して第1半導体基板11
内部にイオン注入領域11aを形成する工程と、窒化膜
13を第1半導体基板11から除去する工程と、第1半
導体基板11を酸化膜12を介して第2半導体基板14
に重ね合わせて密着させる工程と、第1半導体基板11
を第2半導体基板14に密着させたまま所定の温度で熱
処理して第1半導体基板11を上記イオン注入した領域
11aで第2半導体基板14から分離して第2半導体基
板14の表面に半導体層11bを形成する工程と、表面
に半導体層11bを有する第2半導体基板14を更に熱
処理する工程とをこの順に含むSOI基板の製造方法で
ある。第1半導体基板11表面の酸化膜12の上に窒化
膜13を積層し、この上から水素イオンを注入して第1
半導体基板11内部にイオン注入領域11aを形成した
後、窒化膜13を除去するようにしたから、有機物など
の汚染物質が窒化膜13表面に残留した場合でも、上汚
染物質は窒化膜13と共に酸化膜12の表面から除去さ
れる。従って、酸化膜12の面荒れは防止され、酸化膜
12と第2半導体基板14との界面の引張り結合強度は
増大する。
に、第1半導体基板11の表面に酸化膜12を形成する
工程と、第1半導体基板11に上記表面から水素イオン
を注入して第1半導体基板11内部にイオン注入領域1
1aを形成する工程と、第1半導体基板11の酸化膜1
2を酸素プラズマ処理する工程と、第1半導体基板11
を酸化膜12を介して第2半導体基板14に重ね合わせ
て密着させる工程と、第1半導体基板11を第2半導体
基板14に密着させたまま所定の温度で熱処理して第1
半導体基板11を上記イオン注入した領域11aで第2
半導体基板14から分離して第2半導体基板14の表面
に半導体層11bを形成する工程と、表面に半導体層1
1bを有する第2半導体基板14を更に熱処理する工程
とをこの順に含むSOI基板の製造方法である。第1半
導体基板11表面の酸化膜12の上から水素イオンを注
入して第1半導体基板11内部にイオン注入領域11a
を形成した後、酸化膜12の表面を酸素プラズマ処理す
るようにしたから、酸化膜12表面に生成された有機物
等の汚染物質は酸素プラズマ処理により除去されて、酸
化膜12の表面は清浄化される。従って、酸化膜12の
面荒れは防止され、酸化膜12と第2半導体基板14と
の界面の引張り結合強度は増大する。
に、第1半導体基板11の表面に酸化膜12を形成する
工程と、第1半導体基板11に上記表面から水素イオン
を注入して第1半導体基板11内部にイオン注入領域1
1aを形成する工程と、第1半導体基板11の酸化膜1
2の表面を研磨する工程と、第1半導体基板11を酸化
膜12を介して第2半導体基板14に重ね合わせて密着
させる工程と、第1半導体基板11を第2半導体基板1
4に密着させたまま所定の温度で熱処理して第1半導体
基板11を上記イオン注入した領域11aで第2半導体
基板14から分離して第2半導体基板14の表面に半導
体層11bを形成する工程と、表面に半導体層を有する
第2半導体基板14を更に熱処理する工程とをこの順に
含むSOI基板の製造方法である。第1半導体基板11
表面の酸化膜12の上から水素イオンを注入して第1半
導体基板11内部にイオン注入領域11aを形成した
後、酸化膜12の表面を研磨するようにしたから、酸化
膜12表面に生成された有機物等の汚染物質は表面研磨
処理により除去されて、酸化膜12の表面は清浄化され
る。従って、酸化膜12の面荒れは防止され、酸化膜1
2と第2半導体基板14との界面の引張り結合強度は増
大する。
基づいて説明する。図1に示すように、請求項1に係る
本発明のSOI基板を製造するには、先ずシリコンウェ
ーハからなる第1半導体基板11を熱酸化により基板1
1表面に絶縁層である酸化膜12を形成する(図1
(a))。次いで酸化膜12上にCVD法により窒化膜
13を形成する。この窒化膜13は1〜100nm、好
ましくは5〜30nm程度の厚さになるように形成され
る。次いで酸化膜12及び窒化膜13を含む基板11の
表面から水素イオンを1〜10×1016/cm2のドー
ズ量及び1〜600keVの加速エネルギーでイオン注
入する。その結果、基板11内部にイオン注入領域11
aが酸化膜12に平行に形成される(図1(c))。そ
の後、窒化膜13を熱燐酸を用いたウェットエッチング
又はCF4とO2ガスを用いたドライエッチングの手段に
より除去して酸化膜12を露出させる(図1(d))。
この窒化膜13の除去により、その表面に残留した有機
物などの汚染物質が窒化膜13とともに酸化膜12の表
面から除去されて、酸化膜12の表面は清浄化され、酸
化膜12の面荒れは防止される。
シリコンウエーハからなる第2半導体基板14を用意し
(図1(b))、第2基板14上に第1基板11を酸化
膜12を介して重ね合せて密着させる(図1(e))。
第1基板11を第2基板14に密着させたまま窒素雰囲
気中で500〜800℃の範囲に昇温し、5〜30分保
持して薄膜分離熱処理を行う。これにより第1半基板1
1が水素イオンの注入ピーク位置に相当するイオン注入
領域11aのところで割れて上部の厚肉部11cと下部
の薄膜11bに分離する(図1(f))。次に温度を下
げて厚肉部11cを取除き(図1(h))、酸化膜12
及び薄膜11bを表面に有する第2基板14を酸素又は
窒素雰囲気中において900〜1200℃で30〜12
0分間熱処理して薄膜11bと第2基板14とを強固に
貼り合わせる(図1(g))。更に薄膜11bの分離面
及び厚肉部11cの分離面をそれぞれ研磨(タッチポリ
ッシング)して平滑化する(図1(i)及び図1
(j))。これにより第2基板14はSOI基板とな
り、厚肉部11cは新たな半導体基板として再びSOI
基板の製造に利用できる。
に係る本発明のSOI基板を製造するには、請求項1の
場合と同様に、先ずシリコンウェーハからなる第1半導
体基板11を熱酸化により基板11表面に絶縁層である
酸化膜12を形成する(図2(a))。次いで酸化膜1
2を含む基板11の表面から水素イオンを1〜10×1
016/cm2のドーズ量及び1〜600keVの加速エ
ネルギーでイオン注入する。その結果、基板11内部に
イオン注入領域11aが酸化膜12に平行に形成される
(図2(c))。次に酸化膜12の表面を均一に酸素プ
ラズマ処理するか、又は研磨処理する(図2(d))。
研磨処理はシリコンウエーハ研磨機、レンズ研磨機など
により軽く行われる。プラズマ処理又は研磨処理により
酸化膜は20nm以下、好ましくは1〜10nm程度の
深さまで磨滅させる。この酸素プラズマ処理の温度は後
述する図2(f)で示す薄膜分離熱処理の温度より低い
400℃以下の温度で行うことが好ましい。これは酸素
プラズマ処理が薄膜分離熱処理よりも高い温度で行われ
た場合には第1基板11と第2基板14を重ね合せる前
の段階においてイオン注入領域11aでシリコンウエー
ハが割れてしまう恐れがあるためである。その結果、酸
化膜12表面に生成された有機物等の汚染物質は酸化膜
12の表面から除去されて、酸化膜12の表面は清浄化
され、酸化膜12の面荒れは防止される。
シリコンウエーハからなる第2半導体基板14を用意し
(図2(b))、第2基板14上に第1基板11を酸化
膜12を介して重ね合せて密着させる(図2(e))。
第1基板11を第2基板14に密着させたまま請求項1
の場合と同様の条件で薄膜分離熱処理を行う。これによ
り第1半基板11がイオン注入領域11aのところで割
れて上部の厚肉部11cと下部の薄膜11bに分離する
(図2(f))。次に温度を下げて厚肉部11cを取除
き(図2(h))、酸化膜12及び薄膜11bを表面に
有する第2基板14を請求項1の場合と同様の条件で熱
処理して薄膜11bと第2基板14とを強固に貼り合わ
せる(図2(g))。更に薄膜11bの分離面及び厚肉
部11cの分離面をそれぞれ研磨して平滑化する(図2
(i)及び図2(j))。これにより酸化膜12と薄膜
11bを表面に有する第2基板14からなるSOI基板
を得る。
明の実施例を比較例とともに説明する。 <実施例1>図1(a)に示すように、第1シリコン基
板11を熱酸化して表面に厚さ400nmの酸化膜12
を形成し、続いて酸化膜12上にCVD法により厚さ5
0nmの窒化膜13を形成した(図1(a))。次いで
この第1基板11に60keVの電圧を印加して水素イ
オンを7×1016/cm2のドーズ量でイオン注入して
第1基板11内部にイオン注入領域11aを酸化膜12
に平行に形成した(図1(c))。その後、窒化膜13
を145〜150℃の熱燐酸で除去した(図1
(d))。次いで上記基板11と同一表面積を有する第
2シリコン基板14を用意し(図1(b))、第2基板
14上に第1基板11を酸化膜12を介して重ね合せて
密着させた(図1(e))。第1基板11を第2基板1
4に密着させたまま窒素雰囲気中で600℃の温度で3
0分間熱処理を行った。その結果、第1基板11がイオ
ン注入領域11aのところで割れて上部の厚肉部11c
と下部の薄膜11bに分離した(図1(f))。次に温
度を下げて厚肉部11cを取除き(図1(h))、酸化
膜12及び薄膜11bを表面に有する第2基板14を窒
素雰囲気中において1100℃で1時間熱処理して実施
例1のSOI基板を製造した(図1(g))。
1シリコン基板11を熱酸化して表面に厚さ400nm
の酸化膜12を形成した(図1(a))。次いでこの第
1基板11に60keVの電圧を印加して水素イオンを
7×1016/cm2のドーズ量でイオン注入して第1基
板11内部にイオン注入領域11aを酸化膜12に平行
に形成した(図1(c))。次に酸化膜12の表面を酸
素プラズマ処理した(図2(d))。次いで第1基板1
1と同一表面積を有する第2シリコン基板14を用意し
(図2(b))、第2基板14上に第1基板11を酸化
膜12を介して重ね合せて密着させた(図2(e))。
第1基板11を第2基板14に密着させたまま窒素雰囲
気中で600℃の温度で30分間熱処理を行った。その
結果、第1基板11がイオン注入領域11aのところで
割れて上部の厚肉部11cと下部の薄膜11bに分離し
た(図2(f))。次に温度を下げて厚肉部11cを取
除き(図2(h))、酸化膜12及び薄膜11bを表面
に有する第2基板14を窒素雰囲気中において1100
℃で1時間熱処理して実施例2のSOI基板を製造した
(図2(g))。
形成しなかったことを除いては実質的に実施例1の方法
を繰返して比較例1のSOI基板を製造した。
例1のそれぞれのSOI基板について、酸化膜12と第
2シリコン基板14との界面の引張り強度をセバスチャ
ンVの試験方法を用いて調べた。その結果を表1に示
す。なお、セバスチャンVの試験方法は平坦な頭部を有
する釘状のピンを用意し、接着剤を用いてこの平坦な頭
部を薄膜11bに接着し、このピンを引き下げる方法で
ある。この引き下げたときに酸化膜12と第2シリコン
基板14との界面及び接着界面が剥離するときの強度を
引張り強度とする。
の引張り強度は比較例1の約2倍と大きいことが判る。
面に酸化膜を有する第1半導体基板に水素イオンを注入
して第1半導体基板内部にイオン注入領域を形成し、第
1半導体基板を上記酸化膜を介して第2半導体基板に重
ね合わせて密着させ、熱処理して第1半導体基板を上記
イオン注入した領域で第2半導体基板から分離すること
により第2半導体基板の表面に上記酸化膜を介して半導
体層が形成されたSOI基板の製造方法において、水素
イオンを注入する前に酸化膜の上に窒化膜を形成し、水
素イオンの注入後に、窒化膜を除去するか、又は上記イ
オン注入の後に酸素プラズマ処理又は研磨処理すること
により上記酸化膜の表面を清浄化することができる。こ
の結果、酸化膜の表面には好ましくない有機物などの汚
染物質が蓄積する恐れはなくなり、酸化膜の面荒れは防
止され、酸化膜と第2半導体基板との界面の引張り結合
強度を増大することができる。
法を工程順に示す図。
の製造方法を工程順に示す図。
Claims (3)
- 【請求項1】 第1半導体基板(11)の表面に酸化膜(12)
を形成する工程と、 前記第1半導体基板(11)の酸化膜(12)上に窒化膜(13)を
形成する工程と、 前記第1半導体基板(11)の表面から水素イオンを注入し
て前記第1半導体基板(11)内部にイオン注入領域(11a)
を形成する工程と、 前記窒化膜(13)を前記第1半導体基板(11)から除去する
工程と、 前記第1半導体基板(11)を前記酸化膜(12)を介して第2
半導体基板(14)に重ね合わせて密着させる工程と、 前記第1半導体基板(11)を第2半導体基板(14)に密着さ
せたまま所定の温度で熱処理して前記第1半導体基板(1
1)を前記イオン注入した領域(11a)で前記第2半導体基
板(14)から分離して前記第2半導体基板(14)の表面に半
導体層(11b)を形成する工程と、 表面に半導体層(11b)を有する前記第2半導体基板(14)
を更に熱処理する工程とをこの順に含むSOI基板の製
造方法。 - 【請求項2】 第1半導体基板(11)の表面に酸化膜(12)
を形成する工程と、 前記第1半導体基板(11)に前記表面から水素イオンを注
入して前記第1半導体基板(11)内部にイオン注入領域(1
1a)を形成する工程と、 前記第1半導体基板(11)の酸化膜(12)を酸素プラズマ処
理する工程と、 前記第1半導体基板(11)を前記酸化膜(12)を介して第2
半導体基板(14)に重ね合わせて密着させる工程と、 前記第1半導体基板(11)を第2半導体基板(14)に密着さ
せたまま所定の温度で熱処理して前記第1半導体基板(1
1)を前記イオン注入した領域(11a)で前記第2半導体基
板(14)から分離して前記第2半導体基板(14)の表面に半
導体層(11b)を形成する工程と、 表面に半導体層(11b)を有する前記第2半導体基板(14)
を更に熱処理する工程とをこの順に含むSOI基板の製
造方法。 - 【請求項3】 第1半導体基板(11)の表面に酸化膜(12)
を形成する工程と、 前記第1半導体基板(11)に前記表面から水素イオンを注
入して前記第1半導体基板(11)内部にイオン注入領域(1
1a)を形成する工程と、 前記第1半導体基板(11)の酸化膜(12)の表面を研磨する
工程と、 前記第1半導体基板(11)を前記酸化膜(12)を介して第2
半導体基板(14)に重ね合わせて密着させる工程と、 前記第1半導体基板(11)を第2半導体基板(14)に密着さ
せたまま所定の温度で熱処理して前記第1半導体基板(1
1)を前記イオン注入した領域(11a)で前記第2半導体基
板(14)から分離して前記第2半導体基板(14)の表面に半
導体層(11b)を形成する工程と、 表面に半導体層(11b)を有する前記第2半導体基板(14)
を更に熱処理する工程とをこの順に含むSOI基板の製
造方法。
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JP35317997A JP3582566B2 (ja) | 1997-12-22 | 1997-12-22 | Soi基板の製造方法 |
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