JPH1197320A - Soi基板の製造方法 - Google Patents

Soi基板の製造方法

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JPH1197320A
JPH1197320A JP25223197A JP25223197A JPH1197320A JP H1197320 A JPH1197320 A JP H1197320A JP 25223197 A JP25223197 A JP 25223197A JP 25223197 A JP25223197 A JP 25223197A JP H1197320 A JPH1197320 A JP H1197320A
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film
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silicon substrate
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Abstract

(57)【要約】 【課題】SOI基板の反りを低減するとともに、デバイ
ス形成プロセスを通して反りが増大するのを防止する。 【解決手段】SOI基板の製造工程において、基板の反
りを矯正するため、裏面に埋め込み酸化膜7と同等厚さ
の酸化膜8を形成する。さらに裏面に形成した酸化膜8
がエッチング工程で除去されるのを防ぐため、保護膜9
を形成し、その後表面の研削・研磨を行いSOI基板を
完成させる。

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基板の製造方
法に関し、特にSOI基板の反り防止に有効な製造方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】ウェーハ貼り合わせ技術を用いて作製さ
れるSilicon−On−Insulator(SO
I)基板は、埋込絶縁膜(通常は酸化膜)の厚さを、形
成プロセスが許す範囲内で任意に決定することができ、
高耐圧デバイス用には一般に1〜3μmといった厚さの
埋込酸化膜を有するSOI基板が使用される。また、例
えば6インチ径のSOI基板では全体の厚さは600〜
700μmであるが、それに対してSOI層は厚くても
10〜20μm程度で全体の厚さと比較して非常に薄
い。このような構造のSOI基板では、酸化膜とシリコ
ンの熱膨張率の違いから、基板表面と裏面とでの応力の
差が大きくなり、反りが生じてしまう。この反りは、デ
バイスの製造歩留まりを悪くする、あるいは製造装置の
許容量を越えるような場合工程を進められない、といっ
た弊害を引き起こすことになるため、通常は基板裏面
に、ある厚さの酸化膜を形成し反りを緩和している。そ
のような反りを低減する製造方法は、特公平7−955
05号公報(第1の公報)、特開平6−13593号公
報(第2の公報)等に示されている。
【0003】図4は第1の従来例として、第1の公報に
より示されたSOI基板の製造方法の工程順断面図を示
す。まず、図4(a)に示すように、単結晶シリコン基
板1を酸化処理して、その片側鏡面に厚さ500μmの
酸化膜2を形成する。、次に図4(b)に示すように、
単結晶シリコン基板1に単結晶シリコン基板3を貼り合
わせ、一体化された1枚の基板とする。次に図4(c)
に示すように、一体化された単結晶シリコン基板を酸化
性雰囲気中で約1100℃の温度で約120分間、熱酸
化処理することによって、一体化された単結晶シリコン
基板を強固に接合するとともに、全表面に厚さ約500
nmの酸化膜4を形成する。次に図4(d)に示すよう
に、単結晶シリコン基板1の表面を研磨し所望の厚さま
で薄膜化し、SOI層5を形成する。この時、単結晶シ
リコン基板3の上下面は熱膨張率が等しい同一厚さの酸
化膜によって覆われるため、一体化された単結晶シリコ
ン基板の反りは軽減される。
【0004】次に、図5は第2の従来例として、第2の
公報により示されたSOI基板の製造方法の工程順断面
図を示す。まず図5(a)に示すように、単結晶シリコ
ン基板1に酸化膜2を形成し、続いて図5(b)に示す
ように、CVD法により窒化膜6を堆積させる。次に図
5(c)に示すように、単結晶シリコン基板3を貼り合
わせ、1100℃程度の熱処理を行う。この後、図5
(d)に示すように、単結晶シリコン基板1を研磨して
いき所望の厚さのSOI層5を残して完成する。このS
OI基板の埋込絶縁膜層における窒化膜6には引っ張り
応力が働き、それは酸化膜2の圧縮応力をうち消す方向
に働くので、SOI基板が凸型にそるもを防止する効果
がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述した第1の従来例
では、SOI基板裏面の酸化膜4が反りの抑制を果たし
ているが、デバイス形成プロセスにおいて酸化膜エッチ
ングの工程が必ずあるため、この酸化膜4が除去されて
しまい反りが増大する、あるいは、裏面酸化膜が除去さ
れないようにその都度裏面を保護する工程が必要になる
といった問題点があった。
【0006】また、第2の従来例では、貼り合わせ界面
が単結晶シリコン(3)と窒化膜6とになるので、一般
的な単結晶シリコンと酸化膜の界面に比べて、ボイドが
発生しやすく量産性に乏しいという問題点があった。
【0007】本発明の目的は、これらの問題点を解決
し、基板の反りを低減した埋込絶縁膜層(酸化膜)をも
つSOI基板の製造方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明のSOI基板の製
造方法の構成は、第1の単結晶シリコン基板を酸化して
その表面に第1の酸化膜を形成する工程と、前記第1の
単結晶シリコン基板の一主面に前記第1の酸化膜を介し
て第2の単結晶シリコン基板の一主面を貼り合わせて1
枚の基板とする工程と、前記貼り合わせた基板の前記第
2の単結晶シリコン基板を他主面側に反り防止用の第2
の酸化膜を形成する工程と、前記第2の酸化膜を多結晶
シリコン膜で覆う工程と、前記貼り合わせた基板の前記
第1の単結晶シリコン基板の他主面側を研削・研磨し所
定の厚さのSOI層を形成する工程とを有することを特
徴とする。
【0009】本発明において、多結晶シリコン膜の代わ
りに、窒化膜または窒化膜と多結晶シリコン膜を用いて
第2の酸化膜を覆うことができ、又第1の単結晶シリコ
ン基板に第2の単結晶シリコン基板の一主面を貼り合わ
せた後、熱処理をしてその接合強度を上げることができ
る。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面
を参照して説明する。図1は本発明の第1の実施の形態
を示す製造工程順断面図である。まず、図1(a)に示
すように、単結晶シリコン基板1を熱酸化し酸化膜7を
形成する。この時、酸化膜7は後に貼り合わせ面となる
側だけに形成しても良いが、全面に形成されても構わな
い。また、この酸化膜7の厚さはデバイスの耐圧が高く
なるほど厚くすることが望ましく、例えば200V耐圧
のMOSFETを作り込む場合、0.5μm〜1μmに
する。
【0011】次に図1(b)に示すように、単結晶シリ
コン基板1と単結晶シリコン基板3を洗浄後常温で貼り
合わせる。この状態では接合界面は水素結合あるいは、
ファン・デル・ワールス力による弱い結合が保たれてい
るだけであるので、次に図1(c)に示すように熱処理
を行い接合を強固なものにする。この熱処理は、例えば
1100℃で2時間、酸化性雰囲気中で行うことによ
り、単結晶シリコン基板3は酸化膜8で覆われ、酸化膜
7もいくらか厚みを増し、結局基板全体を酸化膜7,8
で覆うことになる。この熱処理を窒素雰囲気中で行った
場合、単結晶シリコン基板3には酸化膜が形成されない
ので、CVD法により酸化膜を堆積させる方法もある。
裏面(単結晶シリコン基板3側の面)に形成された酸化
膜8は、SOI層を形成する研磨工程やデバイス形成プ
ロセスにおいての基板の反りを抑える働きをし、その厚
さは単結晶シリコン基板1側に形成した酸化膜7と同等
の厚さであることが望ましい。
【0012】従って、次に図1(d)に示すように、酸
化膜8の保護膜として多結晶シリコン膜9をCVD法な
どにより堆積させる。この多結晶シリコン膜9はデバイ
ス形成プロセスでの酸化膜エッチング工程で裏面の酸化
膜8が除去されるのを防ぐためのものであり、厚さは
0.1〜0.5μm程度でよい。次に図1(e)に示す
ように、表面(単結晶シリコン基板1側の面)を研削・
研磨し、所望の厚さ、例えば5μm程度のSOI層5を
形成する。単結晶シリコン基板1に形成した酸化膜7
は、SOI層5の側面に残るが、この後SOI層5の周
辺部を1〜3mm程度の幅で研磨、あるいはエッチング
することにより、除去される。
【0013】次に、本実施形態において、SOI基板の
裏面には埋込酸化膜7と同等厚さの酸化膜8が形成され
ており、基板の反りは矯正されている。この反り値は、
例えば埋込酸化膜7の厚さが1μmの場合、裏面酸化膜
8があれば10〜30μm程度であるが、裏面酸化膜8
がないと100μm程度に増大する。このSOI基板の
裏面には酸化膜を覆うように多結晶シリコン膜が形成さ
れているため、デバイス形成プロセスにおける酸化膜エ
ッチング工程でSOI基板裏面の酸化膜が除去されるの
を防ぐことができる。したがってSOI基板には大きな
反りを生じさせることなくデバイス形成プロセスを進め
ることができる。
【0014】図2は本発明の第2の実施の形態を示す製
造工程順断面図である。図2(a)〜(c)は、第1の
実施形態と同様である。次に図2(d)にしめすように
酸化膜8の保護膜として窒化膜6をCVD法などにより
堆積させる。この窒化膜6はデバイス形成プロセスでの
酸化膜エッチング工程で裏面の酸化膜8が除去されるの
を防ぐためのものであり、厚さは0.1〜0.3μm程
度でよい。次に図2(e)に示す様に、表面(単結晶シ
リコン基板1側の面)を研削・研磨し、所望の厚さのS
OI層5を形成する。
【0015】この実施形態において、SOI基板の裏面
には埋込酸化膜7と同等厚さの酸化膜8が形成されてお
り、基板の反りは矯正されている。加えて、このSOI
基板の裏面には酸化膜を覆うように窒化膜6が形成され
ているため、デバイス形成プロセスにおける酸化膜エッ
チング工程でSOI基板裏面の酸化膜が除去されるのを
防ぐことができる。従って、SOI基板には大きな反り
を生じさせることなくデバイス形成プロセスを進めるこ
とができる。
【0016】図3は本発明の第3の実施の形態を示す製
造工程断面図である。図3(a)〜(c)は、第1の実
施と同様である。次に図3(d)に示すように酸化膜8
の保護膜として窒化膜6および多結晶シリコン膜9をC
VD法などにより堆積させる。この窒化膜6および多結
晶シリコン膜9をCVDなどにより堆積させる。この窒
化膜6および多結晶シリコン膜9はデバイス形成プロセ
スでの酸化膜エッチング工程で裏面の酸化膜8が除去さ
れるのを防ぐためのものであり、厚さはそれぞれ0.1
〜0.3μm程度、0.1〜0.5μm程度でよい。次
に図3(e)に示すように、表面(単結晶シリコン基板
1側の面)を研削・研磨し、所望の厚さのSOI層5を
形成する。
【0017】この実施の形態において、SOI基板の裏
面には埋込酸化膜7と同等厚さの酸化膜8が形成されて
おり、基板の反りは矯正されている。加えて、このSO
I基板の裏面には酸化膜8を覆うように窒化膜6および
多結晶シリコン膜9が形成されているため、デバイス形
成プロセスにおける酸化膜エッチング工程でSOI基板
裏面の酸化膜が除去されるのを防ぐことができる。した
がってSOI基板には大きな反りを生じさせることなく
デバイス形成プロセスを進めることができる。
【0018】上述した各実施形態では、SOI基板裏面
の酸化膜を保護する膜が異なるが、デバイス形成プロセ
スにおいて多結晶シリコン形成・多結晶シリコンエッチ
ングの後、酸化膜エッチングがないか極めて少ないよう
な場合、第1の実施の形態が望ましい。また、デバイス
形成プロセスにおいて窒化膜形成・窒化膜エッチングの
後、酸化膜エッチングがないか極めて少ないような場
合、第2の実施の形態が望ましい。さらに、多結晶シリ
コン形成・多結晶シリコンエッチングの後や窒化膜形成
・窒化膜エッチングの後、酸化膜エッチング工程がある
場合、窒化膜、多結晶シリコン膜を任意に重ね合わせる
第3の実施の形態が望ましい。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の構成によ
れば、SOI基板の反りを矯正する酸化膜およびその酸
化膜が除去されることを防ぐ保護膜(多結晶シリコン
膜、窒化膜など)が裏面に形成されているため、デバイ
ス形成プロセスにおいて、SOI基板の反りが大きくな
ることはなく、安定して工程を進めることができるとと
もに、SOI基板の平坦性を保つことができるため製造
歩留まりも向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態を示す製造工程順断
面図である。
【図2】本発明の第2の実施の形態を示す製造工程順断
面図である。
【図3】本発明の第3の実施の形態を示す製造工程順断
面図である。
【図4】第1の従来例のSOI基板の製造工程順断面図
である。
【図5】第2の従来例のSOI基板の製造工程順断面図
である。
【符号の説明】
1,3 単結晶シリコン基板 2,4 酸化膜 5 SOI層 6 窒化膜 9 多結晶シリコン膜

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1の単結晶シリコン基板を酸化してそ
    の表面に第1の酸化膜を形成する工程と、前記第1の単
    結晶シリコン基板の一主面に前記第1の酸化膜を介して
    第2の単結晶シリコン基板の一主面を貼り合わせて1枚
    の基板とする工程と、前記貼り合わせた基板の前記第2
    の単結晶シリコン基板の他主面側に反り防止用の第2の
    酸化膜を形成する工程と、前記第2の酸化膜を多結晶シ
    リコン膜で覆う工程と、前記貼り合わせた基板の前記第
    1の単結晶シリコン基板の他主面側を研削・研磨し所定
    の厚さのSOI層を形成する工程とを有することを特徴
    とするSOI基板の製造方法。
  2. 【請求項2】 多結晶シリコン膜の代わりに、窒化膜を
    用いて第2の酸化膜を覆う請求項1記載のSOI基板の
    製造方法。
  3. 【請求項3】 多結晶シリコン膜の代わりに、窒化膜お
    よび多結晶シリコン膜を用いて第2の酸化膜を覆う請求
    項1記載のSOI基板の製造方法。
  4. 【請求項4】 第2の酸化膜を覆う窒化膜の上に多結晶
    シリコン膜を形成する請求項2記載のSOI基板の製造
    方法。
  5. 【請求項5】 第1の単結晶シリコン基板に第2の単結
    晶シリコン基板の一主面を貼り合わせた後、熱処理をし
    てその接合強度を上げる工程を含む請求項1乃至4記載
    のSOI基板の製造方法。
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JP2007234725A (ja) * 2006-02-28 2007-09-13 Sony Corp 固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法
JP2013098436A (ja) * 2011-11-02 2013-05-20 Toyota Motor Corp Soiウェーハ
JP2015026683A (ja) * 2013-07-25 2015-02-05 三菱電機株式会社 半導体装置の製造方法

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