JP2011159657A

JP2011159657A - Ｓｏｉウェハの製造方法

Info

Publication number: JP2011159657A
Application number: JP2010017740A
Authority: JP
Inventors: Shuhei Oki; 周平大木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-01-29
Filing date: 2010-01-29
Publication date: 2011-08-18

Abstract

【課題】ＳＯＩウェハの埋め込み酸化膜を短時間で厚膜化する。
【解決手段】支持基板１０と活性層基板２０の少なくとも一方の貼合わせ側の基板表面に、基板端まで到達し、埋め込み酸化膜の膜厚に応じた深さを有する複数のトレンチ１２，２２を形成する。トレンチ形成後に、支持基板１０の貼合わせ側の基板表面と活性層基板２０の貼合わせ側の基板表面を対向して当接させた状態で支持基板１０と活性層基板２０を熱酸化させて貼り合わせる。トレンチ内に露出する半導体層が熱酸化されることによって埋め込み酸化膜が形成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＳＯＩウェハの製造方法に関する。詳しくは、支持基板と活性層基板を貼り合わせることでＳＯＩウェハを製造する方法に関する。

ＳＯＩウェハを製造する方法として、支持基板と活性層基板を貼り合わせる「貼り合わせ法」が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１の製造方法では、まず、ベースとなる支持基板と、デバイス形成領域でありＳＯＩ層となる活性層基板（ボンドウェハとも呼ぶ）を準備する。支持基板の貼合わせ側の基板表面には、熱処理の際のブリスタの発生を低減するためのトレンチを形成する。活性層基板の貼合わせ側の基板表面には、埋め込み酸化膜となるシリコン酸化膜を形成する。次いで、支持基板と活性層基板の貼合わせ側の基板表面同士を貼り合せる。両基板を貼り合わせた後、活性層基板を所望の膜厚まで研磨して減厚し、ＳＯＩウェハとする。

特開２００４−１１１５２１

近年、ＳＯＩウェハを用いた半導体装置の高耐圧化を実現するために、埋め込み酸化膜の厚膜化が求められている。上記の文献の製造方法では、支持基板と活性層基板を貼り合せる前に活性層基板の表面に形成される酸化膜が埋め込み酸化膜となる。このため、埋め込み酸化膜を厚くするためには、活性層基板の表面に形成される酸化膜を厚くする必要がある。しかしながら、活性層基板の表面に形成される酸化膜を厚くするためには長時間の処理が必要となる。例えば、基板の表面を熱酸化させて酸化膜を形成する場合、酸化膜を厚くするためには基板に高温でかつ長時間の熱酸化処理を施さなければならず、多くの時間とエネルギーを必要とする。

本発明は上記の課題を解決する。すなわち本発明は、ＳＯＩウェハの埋め込み酸化膜を短時間で厚膜化する技術を提供することを目的としている。

本明細書によって開示されるＳＯＩウェハの製造方法は、埋め込み酸化膜上にＳＯＩ層が配置されているＳＯＩウェハの製造方法に関する。この方法は、支持基板と活性層基板の少なくとも一方の貼合わせ側の基板表面に、基板端まで到達する複数のトレンチを形成するトレンチ形成工程と、トレンチ形成工程後に、支持基板の貼合わせ側の基板表面と活性層基板の貼合わせ側の基板表面を対向して当接させた状態で支持基板と活性層基板を熱酸化させて貼り合わせる熱酸化工程と、を備えている。上記のトレンチ形成工程では、埋め込み酸化膜の膜厚に応じた深さのトレンチが形成される。熱酸化工程では、トレンチ内に露出する半導体層が熱酸化されることによって埋め込み酸化膜が形成される。

上記の方法では、支持基板と活性層基板の一方、もしくは両方の貼合わせ側の基板表面に、複数のトレンチが形成される。そして、支持基板と活性層基板の貼合わせ側の基板表面同士を対向して当接させた状態で支持基板と活性層基板を熱酸化することで、支持基板と活性層基板が貼り合わされた状態とする。この際、トレンチ内に露出する半導体層を熱酸化することによって埋め込み酸化膜が形成される。このため、支持基板と活性層基板を貼り合せる前に、支持基板と活性層基板の一方の表面に酸化膜を形成しておく必要はない。また、トレンチの深さを埋め込み酸化膜の膜厚に応じた深さに形成しているため、基板表面から埋め込み酸化膜の膜厚に応じた深さまでの半導体層が迅速に酸化し、所望の膜厚を有する埋め込み酸化膜を短時間で形成することができる。従って、短時間且つ少ないエネルギーで埋め込み酸化膜が厚く形成されたＳＯＩウェハを得ることができる。

上記のトレンチ形成工程では、基板の端部から中心部に向かってトレンチの幅が狭くなるようにトレンチを形成することが好ましい。半導体層が酸化して酸化膜となると、その体積が膨張する。基板の端部から中心部に向かってトレンチの幅が狭くなっていると、基板の中心部側から酸化膜によってトレンチが閉塞してゆくこととなる。トレンチの基板端部側が先に閉塞してしまわないため、トレンチ内に酸化種を効果的に供給することができる。このため、基板の端部から中心部までを効率的に熱酸化することができ、短時間で膜厚の厚い埋め込み酸化膜を形成することができる。

上記のトレンチ形成工程は、支持基板と活性層基板のそれぞれの貼合わせ側の基板表面にトレンチが形成され、支持基板に形成されたトレンチの深さと、活性層基板に形成されたトレンチの深さの和が、埋め込み酸化膜の膜厚に応じた深さであってもよい。この方法によっても、短時間且つ少ないエネルギーで埋め込み酸化膜が厚く形成されたＳＯＩウェハを得ることができる。

実施例に係るＳＯＩウェハの概略構成図を示す。実施例に係るＳＯＩウェハの製造工程を示す。実施例に係る酸化膜形成工程におけるトレンチ形状の変化を示す。実施例に係るトレンチ形状を示す。実施例に係るトレンチ形状を示す。実施例に係るトレンチ形状を示す。

本発明を具現化した一実施形態に係るＳＯＩウェハの製造方法について、図面を参照して説明する。まず、本実施形態の製造方法によって製造されるＳＯＩウェハ２の概略構成について説明する。

図１に示すように、ＳＯＩウェハ２は、支持基板１０と、支持基板１０上に積層された酸化膜（埋め込み酸化膜）３４と、酸化膜３４上に積層された活性層基板２０と、活性層基板２０上に積層されたエピタキシャル層４０を備えている。支持基板１０と活性層基板２０には、例えば、単結晶シリコン基板を用いることができる。支持基板１０と活性層基板２０の間に設けられる酸化膜３４は、酸化シリコンによって形成されている。酸化膜３４の厚みは、ＳＯＩウェハ２を用いて製造される半導体装置に要求される耐圧に応じた厚みとされている。高耐圧の半導体装置を製造する場合には、例えば、酸化膜３４の厚みを１２μｍ程度とされる。エピタキシャル層４０は、活性層基板２０上に単結晶シリコンをエピタキシャル成長させることによって形成されている。

次に、上述したＳＯＩウェハ２を製造する方法を、図２〜６を参照しながら説明する。図２（ａ）に示すように、まず、単結晶シリコン基板の支持基板１０（例えば、厚さ７２５μｍ）と単結晶シリコン基板の活性層基板２０（例えば、厚さ７２５μｍ）とを準備する。

次いで、図２（ｂ）に示すように、支持基板１０の貼合わせ側の基板表面にトレンチ１２を形成し、活性層基板２０の貼合わせ側の基板表面にトレンチ２２を形成する。すなわち、図３（ａ）に示すように、支持基板１０の基板表面には複数のトレンチ１２を形成する。各トレンチ１２の深さｈは、酸化膜３４の厚みの略１／２とされる。例えば、酸化膜３４の厚みが１２μｍである場合、トレンチ１２の深さは６μｍとされる。また、各トレンチ１２の幅ｗは、隣接するトレンチ１２の間隔ｄに応じて設定される。すなわち、隣接するトレンチ１２の間に位置する半導体層の全てが酸化シリコンとなったときに、トレンチ１２が酸化シリコンによって埋められるように設定される。例えば、隣接するトレンチ１２の間隔ｄが２μｍである場合、トレンチ１２の幅を１．５６μｍとすることができる。活性層基板２０の基板表面に形成されるトレンチ２２も、上述したトレンチ１２と同様に形成される。すなわち、トレンチ２２の深さｈは酸化膜３４の厚みの略１／２とされ、その幅ｗは隣接するトレンチ２２の間隔ｄに応じて設定される。なお、それぞれの基板に形成されるトレンチ１２，２２は、各基板の基板端まで到達すると共に、その中心部にも形成される。例えば、図４に示すように、トレンチ１２，２２は、基板端にまで到達すると共に、基板の中心部にもトレンチが形成されるように格子状に形成することができる。

次いで、図２（ｃ）に示すように、トレンチ１２が形成された支持基板１０の貼り合せ側の面と、トレンチ２２が形成された活性層基板２０の貼り合せ側の面とを対向して突き合わせる。この際、トレンチ１２とトレンチ２２のパターンを一致するように支持基板１０と活性層基板２０を突き合わせて貼り合わせることができる。

次いで、図２（ｄ）に示すように、支持基板１０と活性層基板２０を突き合わした状態で、支持基板１０と活性層基板２０に熱酸化処理を実行する。具体的には、突き合わされた状態の支持基板１０と活性層基板２０を酸化性雰囲気中に配置し、１１００度に加熱することによって支持基板１０と活性層基板２０の表面に熱酸化を施す。これによって、支持基板１０と活性層基板２０とが貼り合わされる。また、支持基板１０の表面と活性層基板２０の表面に酸化膜３２が形成される。さらに、支持基板１０に形成されたトレンチ１２内に露出する半導体層と、活性層基板２０に形成されたトレンチ２２内に露出する半導体層が酸化される（図３（ｂ）参照）。この際、トレンチ１２，２２は各基板１０，２０の基板端まで形成されているため、トレンチ１２，２２の中心部まで酸化種が流入し、各基板１０，２０の中心部まで酸化される。トレンチ１２，２２内に露出する半導体層が酸化されて酸化シリコンとなると、酸化シリコンが膨張してトレンチ１２，２２内に流動し、トレンチ１２，２２が酸化シリコンによって閉塞される（図３（ｃ）参照）。これによって、図２（ｄ）に示すように、支持基板１０と活性層基板２０の間に酸化膜３４が形成される。上述したようにトレンチ１２，２２の深さは、酸化膜３４の厚みの略１／２とされている。このため、トレンチ１２，２２内に露出する半導体層が酸化することで、所望の厚みの酸化膜３４とすることができる。

次いで、図２（ｅ）に示すように、活性層基板２０の表面側を研磨によって除去する。これによって、活性層基板２０の表面側に形成された酸化膜３２及び半導体層の一部が除去され、活性層基板２０の半導体層の表面が露出する。活性層基板２０の厚さは、１０μｍ程度とすることができる。活性層基板２０を研磨した後に、活性層基板２０上にエピタキシャル成長によって単結晶シリコンを積層する。これにより、活性層基板２０上にエピタキシャル層４０が積層する。エピタキシャル層４０の膜厚は、２μｍ程度とすることができる。

さらに、支持基板１０の両側面及び裏面の酸化膜３２を研磨によって除去する。これによって、支持基板１０と活性層基板２０との間に酸化膜３４が埋め込まれた、ＳＯＩウェハ２が得られる。

上記の方法によれば、支持基板１０と活性層基板２０の基板表面に埋め込み酸化膜３４の膜厚と略同一の深さのトレンチ１２，２２を形成し、そのトレンチ１２，２２内に露出する半導体層を熱酸化することによって、埋め込み酸化膜３４を形成する。トレンチ１２，２２を形成することで酸化反応が生じる表面積が増大しているため、短時間で膜厚の厚い埋め込み酸化膜３４を形成することができる。さらに、支持基板１０と活性層基板２０を突き合わせた状態で熱処理を行うことにより、埋め込み酸化膜３４の形成と、支持基板１０と活性層基板２０の貼り合わせを同時に実行することができる。これらによって、少ないエネルギーで膜厚の厚い埋め込み酸化膜を形成することができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。例えば、支持基板１０と活性層基板２０を突き合わせて熱酸化する際は、支持基板１０に形成したトレンチ１２のパターンと活性層基板２０に形成したトレンチ２２のパターンとが一致させなくてもよい。支持基板１０に形成したトレンチ１２のパターンと活性層基板２０に形成したトレンチ２２のパターンとをずらしても、トレンチ１２，２２は基板１０，２０の基板端に達しているため、トレンチ１２，２２内に酸化種を供給することができる。また、支持基板１０と活性層基板２０との接触面積が減少するため、酸化膜を迅速に形成することができる。

また、支持基板１０と活性層基板２０の両方にトレンチを形成しなくてもよい。例えば、活性層基板２０にはトレンチを形成せずに、支持基板１０に、埋め込み酸化膜の膜厚に応じた深さのトレンチが形成されていてもよい。この場合、支持基板１０のトレンチを形成した側の基板表面と、活性層基板２０の裏面とを突き合わせて熱酸化することによって、支持基板１０と活性層基板２０の間に酸化膜が配置されたＳＯＩウェハを得ることができる。

さらに、支持基板１０に形成されたトレンチの深さと、活性層基板２０に形成されたトレンチの深さの和が、埋め込み酸化膜の膜厚に応じた深さであれば、支持基板１０と活性層基板２０に形成するトレンチの深さは、それぞれ異なっていてもよい。トレンチの深さの和を埋め込み酸化膜の膜厚に応じた深さとすることによって、所望の深さの酸化膜を形成することができる。

また、酸化膜を形成するためのトレンチの形状は、等間隔の格子状でなくてもよい。例えば、図５に示すように、基板端から中心に向かって放射状に形成されていてもよい。また、図６に示すように、基板端から中心に向かって隣接するトレンチの間隔が狭くなる格子状にトレンチを形成してもよい。こうした形状のトレンチを形成することによって、基板の中心部ほど酸化が迅速に進行し、基板表面の全体を酸化することができる。

また、トレンチ１２，２２の幅は、基板端から中心部に向かって狭くなるように形成するようにしてもよい。このような構成とすると、トレンチ１２，２２内に露出する半導体層が酸化して行く際に、基板の中心部側から酸化膜によってトレンチが閉塞してゆくこととなる。トレンチの基板端部側が先に閉塞してしまわないため、トレンチ１２，２２内に酸化種を効果的に供給することができる。このため、基板の端部から中心部までを効率的に熱酸化することができ、短時間で膜厚の厚い埋め込み酸化膜を形成することができる。

さらに、支持基板１０と活性層基板２０とを貼り合せる前に、支持基板１０と活性層基板２０に熱酸化を実行してもよい。例えば、支持基板１０と活性層基板２０にトレンチを形成して熱酸化を施し、支持基板１０と活性層基板２０の表面に酸化膜を形成した後に、支持基板１０と活性層基板２０を貼り合わせてもよい。

また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は、複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１０支持基板、２０活性層基板、１２，２２トレンチ、３２，３４，３６酸化膜、４０エピタキシャル層

Claims

埋め込み酸化膜上にＳＯＩ層が配置されているＳＯＩウェハの製造方法であり、
支持基板と活性層基板の少なくとも一方の貼合わせ側の基板表面に、基板端まで到達する複数のトレンチを形成するトレンチ形成工程と、
トレンチ形成工程後に、支持基板の貼合わせ側の基板表面と活性層基板の貼合わせ側の基板表面を対向して当接させた状態で支持基板と活性層基板を熱酸化させて貼り合わせる熱酸化工程と、を備えており、
前記トレンチ形成工程では、前記埋め込み酸化膜の膜厚に応じた深さのトレンチが形成されており、
前記熱酸化工程では、トレンチ内に露出する半導体層が熱酸化されることによって前記埋め込み酸化膜が形成されることを特徴とするＳＯＩウェハの製造方法。
前記トレンチ形成工程では、基板の端部から中心部に向かってトレンチの幅が狭くなるようにトレンチを形成することを特徴とする請求項１に記載のＳＯＩウェハの製造方法。
前記トレンチ形成工程では、支持基板と活性層基板のそれぞれの貼合わせ側の基板表面にトレンチが形成され、
支持基板に形成されたトレンチの深さと、活性層基板に形成されたトレンチの深さの和が、前記埋め込み酸化膜の膜厚に応じた深さとなることを特徴とする請求項１又は２に記載のＳＯＩウェハの製造方法。