JPS63226914A

JPS63226914A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPS63226914A
Application number: JP6205087A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Arimoto; 由弘有本
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1987-03-16
Filing date: 1987-03-16
Publication date: 1988-09-21
Anticipated expiration: 2011-10-09
Also published as: JP2542609B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［概要］表面の酸化シリコン膜相互を接着し、一方のシリコンウ
ェハーをエツチングして薄膜化し、その薄膜化した結晶
シリコン層を島状にパターンニングし、その島状の結晶
シリコン層を含む酸化シリコン膜の上にアモルファスシ
リコン層を被着し、それを熱処理して結晶シリコン層に
する。そうすれば、接着性が良く、且つ、結晶品質の良
いＳＯ■基板が形成される。

［産業上の利用分野コ本発明は半導体装置の製造方法のうち、特に、ＳＯ■基
板の形成方法に関する。

最近、Ｓ　ＯＩ　　（Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｏｎ　Ｉｎ５ｕ
ｌａｔｏｒ）構造の半導体装置が注目されており、それ
は高性能なＩＣなどの半導体装置が形成できるからであ
る。例えば、電界効果形半導体装置において、ソースあ
るいはドレイン領域と同程度の厚さのシリコン層をもっ
たＳｏｌ基板を用い、その薄いシリコン層に素子を形成
した構造にすると、ｐｎ接合面の空乏層の拡がりが抑制
されて寄生容量が減少し、それだけ高速動作する高性能
なｒｃが得られる。更に、シリコン層が薄いためにα線
等の放射線が入射しても誤動作することがない。

しかし、このようなＳｏｌ構造の基板は、出来るだけ結
晶品質の良い基板であることが重要な条件で、そのよう
なＳｏｌ構造基板が要望されている。

［従来の技術と発明が解決しようとする問題点］さて、
従前より著名なｓｏｒ構造の半導体基板に、Ｓ　ＯＳ　
（Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｏｎ　５ａｐｐｈｉｒｅ　）基板が
知られており、それは第２図の断面図に示すように、サ
ファイヤ基板ｌ上にシリコンをエピタキシャル成長して
、単結晶シリコンＮ２を生成させた基板である。即ち、
サファイヤ基板は単結晶の材料であるから、約９５０℃
に加熱して、その上に化学気相成長（ＣＶ　Ｄ）法など
によりシリコン層を形成すると、サファイヤの結晶性の
影響を受けた単結晶のシリコン層がエピタキシャル成長
する。

しかし、サファイヤ基板が非常に高価であり、且つ、単
結晶シリコンがその上に成長するとは云うものの、結晶
学的には異質であり、結晶格子のミスマツチが生じて、
作製したシリコン層２に多数の結晶欠陥が含まれる。従
って、従来の引き上げ法や帯域精製法で作成したシリコ
ン基板（バルクシリコン）と比較すれば、結晶品質は決
して良質のものではな（、そのため、ｓ　ｏ　ｓ　＞、
を板は余り汎用されるに至っていない。

また、最近、提唱されているＳＯＩ構造の基板に、ビー
ムアニールして作成する５ｏｒｅ板があり、第３図にそ
の断面図を示している。３はシリコン基板、４は酸化シ
リコン（ＳｉＣｈ）膜、５は単結晶シリコン層、６は５
ｉ０２膜であるが、その形成方法は、シリコン基板３面
を酸化して５ｉ０２膜４を生成し、その上に多結晶シリ
コン層を化学気相成長（ＣＶＤ）法によって被着し、更
に、その上に同じＣＶＤ法によってＳ　ｉ　Ｏ２膜６を
被着する。次いで、５ｉ０２１ｐＪ６の上から多結晶シ
リコン膜を、例えば、連続アルゴンレーザ（ＣＷ−Ａｒ
　Ｌａ５ｅｒ）ビームで走査して加熱溶融しくこれがビ
ームアニールで、本例はレーザアニールである）、多結
晶シリコン層を単結晶シリコン層５に変成すると云う方
法である。

しかし、この方法で作成したＳＯＩ基板は、大面積の多
結晶シリコン膜５を完全に単結晶化することが難しく、
また、単結晶化しても結晶品質は余り良質ではない。

そこで、最近、結晶品質の良いシリコン基板（バルクシ
リコン）を５ｉ０２膜を介して重ね合わせた後、片方を
薄膜化して薄いシリコン層（０，１〜１μｍの厚み）に
形成し、そこに半導体素子を設ける構造のＳＯＩ基板が
提案されている。第４図（ａ）〜（Ｃ）はそのようなＳ
Ｏ■基板の従来°の製造方法の工程順断面図であり、ま
ず、第４図（ａｌに示すように、２枚のシリコンウェハ
ー（シリコン基板）１０、１１を温度１０００〜１１０
０℃のスチーム中で酸化して膜厚０．５μｍ程度の５ｉ
０２膜を生成し、ウェハー表面の５ｉ０２膜１０°、１
１′面を対向させる。この場合、５ｉ０２膜１０’、１
１′の膜厚は同じでなくともよい。更に、裏面のＳｉＯ
□膜は除去しても良い。

次いで、第４図（ｂ）に示すように、シリコン基板１０
、１１の５ｉ０２膜１０’、１１’面を重ね合わせて接
着する。接着方法は加圧、加熱あるいはその両者の併用
によって行われるが、そのメカニズムは、５膜０２表面
のシラノール（Ｓｔ−ＯＨ）基が脱水縮合し、シロキサ
ン（Ｓｉ　−０−５ｔ）基を生成して、シロキサン結合
ができるためとされている。その結合反応を示すと次式
の通りである。

（Ｓｉ　−０Ｈ）　　＋　（Ｓｉ　−０Ｈ）　−Ｈ２０
＋　（Ｓｉ−０−Ｓｉ接着させるシリコン基板は、例え
ば、直径４インチφ、厚さ５００ｐｍのものを用いる。

次いで、第４図（Ｃ）に示すように、一方のシリコン基
板１１をエツチングまたは研磨して膜厚０．５μｍ程度
の結晶シリコン層１１を形成して、Ｓｏｌ基板に仕上げ
る。

このようにして作製したＳＯＩ基板は、薄膜化した結晶
シリコンｆｉｌｌがバルクシリコンを源にした結晶層で
あるから結晶品位が良くて、上記のＳＯ８基板や第３図
で説明したＳＯＩ基板に比べて温かに結晶性の優れた品
質のものである。

ところが、シロキサン結合によって接着すると、接着が
二次元的なものであって、必ずしも十分な接着力が得ら
れず、そのため、結晶シリコン層にＩＣなどの半導体素
子を作製してパターンニングしたりして、微細に細分す
ると、部分的に剥離が起こると云う欠点ができる。

本発明は、このような欠点を解消させるＳＯＩ基板の製
造方法を提案するものである。

［問題点を解決するための手段］その目的は、表面に酸化シリコン膜を有する２枚のシリ
コンウェハーを重ね合わせて接着し、一方のシリコンウ
ェハーをエツチングして薄膜化した結晶シリコン層を形
成し、次いで、該結晶シリコン層をパターンニングして
複数の島状とし、該島状の結晶シリコン層を含む酸化シ
リコン膜の上にアモルファスシリコン層を被着し、該ア
モルファスシリコン層を熱処理して結晶シリコン層に生
成する半導体装置の製造方法によって達成される。

［作用］即ち、本発明は、薄膜化した結晶シリコン層を島状に分
離し、島状結晶シリコン層を含む５ｉ０２膜上にアモル
ファスシリコン層を被着し、それを熱処理して結晶シリ
コン層に結晶化する。そうすると、接着性が良くて、結
晶品質の良い５ＯＩｉ板が得られる。

［実施例コ以下、図面を参照して実施例によって詳細に説明する。

第１図（ａ）〜（ｅ）は本発明にかかる製造方法の工程
順断面図を示しており、同図により順を追って説明する
。

第１図（ａ）参照；まず、２枚のシリコン基板（シリコ
ンウェハー’Ｉ　２０．２１を温度１０００−１１００
℃のスチーム中、もしくは、ドライ酸素中で酸化して、
それぞれ膜厚０．５μｍおよび０．０２μｍの５ｉ０２
膜２０’、２１’を形成し、その５ｉ０２膜２０’、２
１’面を重ね合わせて接着する。この時、後工程で薄膜
化するシリコン基板２１の５ｉ０２膜２１°は薄い方が
良く、厚さ数十人の自然酸化膜でもよい、また、裏面の
５ｉ０２膜は除去しておいても良い。接着法は、例えば
、温度８００℃に加熱し、且つ、加圧して接着するが、
これは従来法と同じくシロキサン結合によるものである
。

なお、この時、シリコン基板２１は、例えば、高濃度な
ｎ＋型（または、ｐ＋型）シリコン板２１Ａの上にエピ
タキシャル成長して、膜厚０．５μｍ程度の高純度シリ
コン層２１Ｂを形成し、その高純度シリコン層２１Ｂを
熱酸化してｓｉＯ２１欠２１　’を生成するのが好まし
い。それは、次のエツチングして薄膜化する工程の制御
が容易になるからである。

第１図（ｂ）参照；次いで、シリコン基板２１を弗酸１
：硝酸３：酢酸８からなるエツチング溶液でエツチング
して薄膜化し、膜厚０．３μｍ程度の結晶シリコン１２
１を形成する。この時、上記のように高濃度なｎ＋型（
もしくはｐ＋型）シリコン板２１八を用いると、ｎ＋型
（もしくはｐ＋型）シリコン板２１八と高純度シリコン
層２１Ｂとのエツチング比（前者が大きい）のために、
結晶シリコン層２１が精度良く均一に薄膜化して作製さ
れる。

第１図（Ｃ１参照；次いで、フォトリソグラフィによっ
て結晶シリコン層２１の上にマスクパターン（図示せず
）を形成しエツチングして、島状の結晶シリコン層２１
および５ｉ０２膜２１”にパターンニングする。この島
状結晶シリコン層２１は、例えば、幅１μｍ、長さ数日
程度の多数の短冊パターンである。なお、５ｉ０２膜２
１′を除去する際、一部の５ｉ０２膜２０°が除去され
てもよい。問題は５ｉ０２膜２１’を完全に除去してお
くことである。その方が後記するように接着性が強くな
るからである。

第１図（ｄ）参照；次いで、この島状結晶シリコン層２
１を含む５ｉ０２膜２０′の上にＣＶＤ法によって膜厚
０．５μｍのアモルファスシリコン層２２を被着する。

原料はモノシラン（ＳｉＨ４）ガスを用い、基板を約５
００℃に加熱して被着させると、アモルファス化したシ
リコン層が形成される。

第１図（ｅ）参照；次いで、水素ガス中で１０００℃。

１０分間の熱処理を行なうと、アモルファスシリコン層
２２が結晶シリコン層２２゛に固相成長する。この時、
表面の多少の凹凸は加熱時にアモルファスシリコンが流
動するために平坦化されて、結晶品質の良い結晶シリコ
ン層２２′が形成される。更に、５ｉ０２膜２１′の膜
厚が薄い方がシリコン層２２′の底面の平坦性も良い。

このような形成方法によれば、結晶軸・面方位が完全に
一致している島状結晶シリコン層２１上で結晶軸・面方
位を引き継いで結晶が成長するために、結晶品質の極め
て良好な結晶シリコン層２２”となる。且つ、５ｉ０２
膜２０’、２１’の密着よりも、アモルファスシリコン
２２と５ｉ０２膜２０’との密着性の方が良いために接
着力が強く、従って、非常に品質の優れたＳＯＴ基板が
得られる。

［発明の効果］以上の説明から明らかなように、本発明によれば接着力
が強くて、且つ、結晶品質の良い結晶シリコン層をもっ
たＳＯＩ基板が得られて、ＩＣの性能向上に大きく役立
つものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｅｌは本発明にかかる製造方法の工程
順断面図、第２図は従来のＳＯ８基板の断面図、第３図は従来のビームアニール法によるＳＯ■基板の断
面図、第４図（ａｔ〜（Ｃ）は本発明に関わりある従来のＳｏ
ｌ基板の製造方法の工程順断面図である。図において、１０、２０ハシリコン基板（シリコンウェハー）、１１
、２１はシリコン基板（シリコンウェハー）、または、
結晶シリコン層、１０’、　１１’、　２０°、２１′は５ｉ０２膜、２
２はアモルファスシリコン層、２２°は結晶シリコン層を示している。＾　　　　　　　　　　　　　　　　Φ°０　　　　　
　　　　　　　　　　−Ｊ従未、、ＳＯＳ不籾／ｌ酢面
の第２図わし春φヒ′−ムアニールシ乏ｔｓｔｔｓｏｘ羞販ｓ；
！千面口第３図第４図

Claims

【特許請求の範囲】

表面に酸化シリコン膜を有する２枚のシリコンウェハー
を重ね合わせて接着し、一方のシリコンウェハーをエッ
チングして薄膜化した結晶シリコン層を形成し、次いで
、該結晶シリコン層をパターンニングして複数の島状と
し、該島状の結晶シリコン層を含む酸化シリコン膜上に
アモルファスシリコン層を被着し、該アモルファスシリ
コン層を熱処理して結晶シリコン層に生成することを特
徴とする半導体装置の製造方法。