JP2519139B2 - Si単結晶薄膜の厚さを均一化する方法 - Google Patents
Si単結晶薄膜の厚さを均一化する方法Info
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- JP2519139B2 JP2519139B2 JP3215903A JP21590391A JP2519139B2 JP 2519139 B2 JP2519139 B2 JP 2519139B2 JP 3215903 A JP3215903 A JP 3215903A JP 21590391 A JP21590391 A JP 21590391A JP 2519139 B2 JP2519139 B2 JP 2519139B2
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、Si単結晶薄膜の厚さ
を均一化する方法に関し、特にSOI構造を有するSi
単結晶薄膜の厚さを均一化する方法に関する。
を均一化する方法に関し、特にSOI構造を有するSi
単結晶薄膜の厚さを均一化する方法に関する。
【0002】
【発明の背景技術】半導体素子を製造する場合、表面に
絶縁層が形成された半導体基板上に半導体層を形成し、
この半導体層上に素子を形成する方法がある。特にSi
単結晶層を絶縁膜上に形成して成るいわゆるSOI(S
ilicon On Insulator)基板を用い
て半導体素子を製造する方法が注目されている。この場
合、絶縁膜上に形成されるSi単結晶層は数μm程度の
厚さの薄膜であり、その厚さ精度は平面研削盤と研磨精
度に依存する。通常は、目標絶対厚さに対して±0.5
μm程度である。
絶縁層が形成された半導体基板上に半導体層を形成し、
この半導体層上に素子を形成する方法がある。特にSi
単結晶層を絶縁膜上に形成して成るいわゆるSOI(S
ilicon On Insulator)基板を用い
て半導体素子を製造する方法が注目されている。この場
合、絶縁膜上に形成されるSi単結晶層は数μm程度の
厚さの薄膜であり、その厚さ精度は平面研削盤と研磨精
度に依存する。通常は、目標絶対厚さに対して±0.5
μm程度である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、半導体素子の
性能を向上させ、歩留まり良く量産するには、半導体層
の厚さのバラツキが目標絶対厚さに対して±0.1μm
以下であるのが望ましく、従来のように±0.5μm程
度のバラツキでは半導体素子の性能を十分向上させるこ
とができない。
性能を向上させ、歩留まり良く量産するには、半導体層
の厚さのバラツキが目標絶対厚さに対して±0.1μm
以下であるのが望ましく、従来のように±0.5μm程
度のバラツキでは半導体素子の性能を十分向上させるこ
とができない。
【0004】従って本発明は、SOI構造を有するSi
単結晶薄膜の厚さのバラツキを少なくし、薄膜の厚さを
均一化する方法を提供することを目的とする。
単結晶薄膜の厚さのバラツキを少なくし、薄膜の厚さを
均一化する方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の方法である、S
OI構造を有するSi単結晶薄膜の厚さを均一化する方
法は、次の工程を含む。 (a)多重光束干渉法により、Si単結晶薄膜の表面状
態とその厚さむらを2次元及び3次元像で観測し、その
2次元像による等しい膜厚を示す曲線のうちで、最も厚
い山頂部分を示す閉曲線パターンを予め確認する工程 (b)次にSi単結晶薄膜の全表面に、熱酸化法により
厚さがほぼ均一である1次のSi酸化膜を形成させた
後、前記(a)工程で確認された山頂部分の閉曲線パタ
ーン位置以外をマスキング材でマスクして、その薄膜面
をエッチング処理し、山頂部分の表面に存在する酸化膜
のみを取り除く工程 (c)その後前記マスキング材を取り外し、薄膜全面を
再び熱酸化処理することにより前記Si薄膜上の酸化膜
の除去された部分に、前記1次のSi酸化膜とSi薄膜
の境界面より深い位置に入り込んだ2次のSi酸化膜を
形成させ、その後1次及び2次のSi酸化膜をエッチン
グ処理で除去する工程 (d)引き続き、必要に応じて(a)〜(c)の工程を
反復する工程 (e)最後にSi単結晶の薄膜面を鏡面研磨して仕上げ
る工程
OI構造を有するSi単結晶薄膜の厚さを均一化する方
法は、次の工程を含む。 (a)多重光束干渉法により、Si単結晶薄膜の表面状
態とその厚さむらを2次元及び3次元像で観測し、その
2次元像による等しい膜厚を示す曲線のうちで、最も厚
い山頂部分を示す閉曲線パターンを予め確認する工程 (b)次にSi単結晶薄膜の全表面に、熱酸化法により
厚さがほぼ均一である1次のSi酸化膜を形成させた
後、前記(a)工程で確認された山頂部分の閉曲線パタ
ーン位置以外をマスキング材でマスクして、その薄膜面
をエッチング処理し、山頂部分の表面に存在する酸化膜
のみを取り除く工程 (c)その後前記マスキング材を取り外し、薄膜全面を
再び熱酸化処理することにより前記Si薄膜上の酸化膜
の除去された部分に、前記1次のSi酸化膜とSi薄膜
の境界面より深い位置に入り込んだ2次のSi酸化膜を
形成させ、その後1次及び2次のSi酸化膜をエッチン
グ処理で除去する工程 (d)引き続き、必要に応じて(a)〜(c)の工程を
反復する工程 (e)最後にSi単結晶の薄膜面を鏡面研磨して仕上げ
る工程
【0006】なお、上記方法におけるマスキング材は、
エッチング液に対し化学的に安定な、例えば合成樹脂製
の片面粘着シート若しくは塗布後に硬化させた樹脂被膜
を使用する。
エッチング液に対し化学的に安定な、例えば合成樹脂製
の片面粘着シート若しくは塗布後に硬化させた樹脂被膜
を使用する。
【0007】
【作用】Si熱酸化膜の成長は、酸化膜厚さTOX[μ
m]と処理時間t[min]の関係で見ると、低温を除
き、次式の様になる。 TOX 2 = c1 t (c1 は定数) (1) ドライ酸化の場合、処理温度Tが1100℃以上では、
次式で計算できる。 TOX 2 = 21.2t・exp(−Ea /kT) (2) ここでEa は活性化エネルギーで、この場合は1.33
evである。
m]と処理時間t[min]の関係で見ると、低温を除
き、次式の様になる。 TOX 2 = c1 t (c1 は定数) (1) ドライ酸化の場合、処理温度Tが1100℃以上では、
次式で計算できる。 TOX 2 = 21.2t・exp(−Ea /kT) (2) ここでEa は活性化エネルギーで、この場合は1.33
evである。
【0008】水蒸気酸化の場合、処理温度Tが1100
℃以上、処理時間t>5分では、次式で計算できる。 TOX 2 = 7.6t・exp(−Ea /kT) (3) この場合、Ea は0.80eVである。
℃以上、処理時間t>5分では、次式で計算できる。 TOX 2 = 7.6t・exp(−Ea /kT) (3) この場合、Ea は0.80eVである。
【0009】従って、SOI基板におけるSiの単結晶
薄膜の表面上にSi酸化膜の有る部分と無い部分とを予
め形成しておき、この基板を酸化処理してさらに酸化膜
を形成した場合、その酸化処理直前の薄膜の表面又は界
面から同酸化処理後のSiの酸化物とその薄膜との界面
の深さ方向の位置は、当初酸化膜があった部分よりも酸
化膜が無かった部分の方が下方になる。
薄膜の表面上にSi酸化膜の有る部分と無い部分とを予
め形成しておき、この基板を酸化処理してさらに酸化膜
を形成した場合、その酸化処理直前の薄膜の表面又は界
面から同酸化処理後のSiの酸化物とその薄膜との界面
の深さ方向の位置は、当初酸化膜があった部分よりも酸
化膜が無かった部分の方が下方になる。
【0010】すなわち、酸化膜が既に存在している領域
と、酸化膜が無い領域とでは、酸化膜の成長速度が異な
るので、酸化膜の成長に伴って消費される単結晶薄膜層
の深さが異なる。この結果、酸化膜の無い領域のSiが
より多く消費され、その分だけSiの酸化物とその薄膜
との界面の高さが下方に位置し、その領域の薄膜の厚さ
は薄くなる。従って、薄膜の相対的に厚い領域を酸化膜
の無い領域とし、その他の領域に酸化膜を予め成長させ
ておき、この状態で酸化処理を行なうと、酸化膜の無い
領域すなわち厚い領域のSiがより多く消費され、薄く
なる。
と、酸化膜が無い領域とでは、酸化膜の成長速度が異な
るので、酸化膜の成長に伴って消費される単結晶薄膜層
の深さが異なる。この結果、酸化膜の無い領域のSiが
より多く消費され、その分だけSiの酸化物とその薄膜
との界面の高さが下方に位置し、その領域の薄膜の厚さ
は薄くなる。従って、薄膜の相対的に厚い領域を酸化膜
の無い領域とし、その他の領域に酸化膜を予め成長させ
ておき、この状態で酸化処理を行なうと、酸化膜の無い
領域すなわち厚い領域のSiがより多く消費され、薄く
なる。
【0011】従って、薄膜をいくつかの領域に区分し、
膜厚の厚い領域から順に上記のように酸化膜の無い状態
で酸化処理を行なうことにより、膜厚を相対的に薄く
し、薄膜全体の厚さの均一化が図れる。
膜厚の厚い領域から順に上記のように酸化膜の無い状態
で酸化処理を行なうことにより、膜厚を相対的に薄く
し、薄膜全体の厚さの均一化が図れる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例について添付図面を参
照しながら説明する。図1は、本発明の半導体薄膜の膜
厚制御法の一実施例を示す工程図である。図1(a)に
おいて、ベース・ウエハ10の熱酸化によりその両面に
は所定膜厚の酸化膜11及び12が形成されている。そ
して、酸化膜11上にはボンド・ウエハ13が接着され
ている。このボンド・ウエハ13の厚さは均一ではな
く、例えば図のように左側が厚く、右側が薄いものとす
る。このような膜厚の不均一は、ウエハを観察した場合
に干渉縞となって現れる。この膜厚のムラをナノスペッ
ク等の膜厚測定器により測定し、ボンド・ウエハ13の
膜厚の不均一性を例えば0.06μm毎の等高線により
把握する。本実施例では説明を簡略化するために、0.
06μm毎の等高線2本により厚さ毎に3領域に分類さ
れるものとする。
照しながら説明する。図1は、本発明の半導体薄膜の膜
厚制御法の一実施例を示す工程図である。図1(a)に
おいて、ベース・ウエハ10の熱酸化によりその両面に
は所定膜厚の酸化膜11及び12が形成されている。そ
して、酸化膜11上にはボンド・ウエハ13が接着され
ている。このボンド・ウエハ13の厚さは均一ではな
く、例えば図のように左側が厚く、右側が薄いものとす
る。このような膜厚の不均一は、ウエハを観察した場合
に干渉縞となって現れる。この膜厚のムラをナノスペッ
ク等の膜厚測定器により測定し、ボンド・ウエハ13の
膜厚の不均一性を例えば0.06μm毎の等高線により
把握する。本実施例では説明を簡略化するために、0.
06μm毎の等高線2本により厚さ毎に3領域に分類さ
れるものとする。
【0013】本実施例の方法では、まず、ボンド・ウエ
ハ13の上面に厚さ0.4μmの酸化膜14を形成する
(図1(a))。
ハ13の上面に厚さ0.4μmの酸化膜14を形成する
(図1(a))。
【0014】次に、前述の測定結果に基づいて、ボンド
・ウエハ13の最も厚い領域Aを残して他の領域上をマ
スク材15によりマスキングする(図1(b))。
・ウエハ13の最も厚い領域Aを残して他の領域上をマ
スク材15によりマスキングする(図1(b))。
【0015】次に、このウエハをエッチング液(HF水
溶液)によりエッチングし、マスキングしていない領域
Aの酸化膜を除去する(図1(c))。
溶液)によりエッチングし、マスキングしていない領域
Aの酸化膜を除去する(図1(c))。
【0016】次に、マスク材15を除去した後、ボンド
・ウエハ13の酸化膜で覆われていない領域Aに0.2
μmの厚さの酸化膜が形成されるような条件で酸化処理
を行なう(図1(d))。このとき、領域Aには0.2
μmの厚さの酸化膜が形成されるが、他の部分は0.4
μmの厚さの酸化膜が既に形成されているので、新たに
形成される酸化膜の厚さは0.2μmより薄くなり、そ
の分だけ酸化によって下がるSiの酸化物と薄膜との界
面の位置はあまり深さ方向に移動しない。この結果、領
域Aとその他の領域とで界面の段差が生じる。
・ウエハ13の酸化膜で覆われていない領域Aに0.2
μmの厚さの酸化膜が形成されるような条件で酸化処理
を行なう(図1(d))。このとき、領域Aには0.2
μmの厚さの酸化膜が形成されるが、他の部分は0.4
μmの厚さの酸化膜が既に形成されているので、新たに
形成される酸化膜の厚さは0.2μmより薄くなり、そ
の分だけ酸化によって下がるSiの酸化物と薄膜との界
面の位置はあまり深さ方向に移動しない。この結果、領
域Aとその他の領域とで界面の段差が生じる。
【0017】次に、酸化膜を全面的にエッチングして除
去すると、ボンド・ウエハ13の表面は、領域Aとその
他の領域とで段差が生じている(図1(e))。領域A
のボンド・ウエハ13は、当初の膜厚より0.27μm
薄くなっている。一方その他の領域では、当初の膜厚よ
り0.21μm薄くなっており、前記段差は0.06μ
mとなる。従って、領域Aは他の領域に対し、相対的に
0.06μm薄くなり、膜厚の不均一の改善が見られた
ことになる。
去すると、ボンド・ウエハ13の表面は、領域Aとその
他の領域とで段差が生じている(図1(e))。領域A
のボンド・ウエハ13は、当初の膜厚より0.27μm
薄くなっている。一方その他の領域では、当初の膜厚よ
り0.21μm薄くなっており、前記段差は0.06μ
mとなる。従って、領域Aは他の領域に対し、相対的に
0.06μm薄くなり、膜厚の不均一の改善が見られた
ことになる。
【0018】次に、再びボンド・ウエハ13の上面に厚
さ0.4μmの酸化膜16を形成する(図1(f))。
さ0.4μmの酸化膜16を形成する(図1(f))。
【0019】次に、領域A及び次に薄い領域Bを残し
て、ボンド・ウエハ13の最も薄い領域Cの酸化膜16
上をマスク材17によりマスキングする(図1
(g))。
て、ボンド・ウエハ13の最も薄い領域Cの酸化膜16
上をマスク材17によりマスキングする(図1
(g))。
【0020】次に、このウエハをエッチング液(HF水
溶液)によりエッチングし、マスキングしていない領域
A及びBの酸化膜を除去する(図1(h))。
溶液)によりエッチングし、マスキングしていない領域
A及びBの酸化膜を除去する(図1(h))。
【0021】次に、マスク材を除去した後、ボンド・ウ
エハ13の酸化膜で覆われていない領域A及びBに0.
2μmの厚さの酸化膜が形成されるような条件で酸化処
理を行なう(図1(i))。このとき、領域A及びBに
は0.2μmの厚さの酸化膜が形成されるが、領域Cに
は0.4μmの厚さの酸化膜が既に形成されているの
で、図1(d)と同様に、Siの酸化物と薄膜との界面
の位置はあまり深さ方向に移動せず、領域BとCとで界
面の段差が生じる。
エハ13の酸化膜で覆われていない領域A及びBに0.
2μmの厚さの酸化膜が形成されるような条件で酸化処
理を行なう(図1(i))。このとき、領域A及びBに
は0.2μmの厚さの酸化膜が形成されるが、領域Cに
は0.4μmの厚さの酸化膜が既に形成されているの
で、図1(d)と同様に、Siの酸化物と薄膜との界面
の位置はあまり深さ方向に移動せず、領域BとCとで界
面の段差が生じる。
【0022】次に、酸化膜を全面的にエッチングして除
去すると、ボンド・ウエハ13の表面は、前工程で生じ
た領域BとCとの間の段差及び既に生じていた領域Aと
Bとの間の段差の2つの段差が生じる(図1(j))。
各段差は0.06μmとなり、ボンド・ウエハ13の膜
厚は、階段状に均一化されたことになる。
去すると、ボンド・ウエハ13の表面は、前工程で生じ
た領域BとCとの間の段差及び既に生じていた領域Aと
Bとの間の段差の2つの段差が生じる(図1(j))。
各段差は0.06μmとなり、ボンド・ウエハ13の膜
厚は、階段状に均一化されたことになる。
【0023】表面に生じた段差は、その後に鏡面研磨す
ることにより平坦化することができる。通常、1つの段
差の最大値の10倍程度の厚さを研磨すれば十分であ
り、本実施例では0.6μm以上研磨すれば良い。
ることにより平坦化することができる。通常、1つの段
差の最大値の10倍程度の厚さを研磨すれば十分であ
り、本実施例では0.6μm以上研磨すれば良い。
【0024】図2は、膜厚均一化処理を行なう前のSO
I基板の表面状態を等高線により示したものであり、
(a)は2次元図、(b)は3次元図である。一方図3
は、膜厚均一化処理を行なった後のSOI基板の表面状
態を等高線により示したものであり、(a)は2次元
図、(b)は3次元図である。各図から分かるように、
膜厚均一化処理を行う前のウエハは等高線の間隔が狭
く、膜厚のバラツキが大きいが、膜厚均一化処理を行っ
た後のウエハは等高線の間隔が広くなり、膜厚のバラツ
キが小さくなっている。また、上記方法により、膜厚の
バラツキが0.77μmあったウエハを0.38μmま
で改善されたことが確認できた。
I基板の表面状態を等高線により示したものであり、
(a)は2次元図、(b)は3次元図である。一方図3
は、膜厚均一化処理を行なった後のSOI基板の表面状
態を等高線により示したものであり、(a)は2次元
図、(b)は3次元図である。各図から分かるように、
膜厚均一化処理を行う前のウエハは等高線の間隔が狭
く、膜厚のバラツキが大きいが、膜厚均一化処理を行っ
た後のウエハは等高線の間隔が広くなり、膜厚のバラツ
キが小さくなっている。また、上記方法により、膜厚の
バラツキが0.77μmあったウエハを0.38μmま
で改善されたことが確認できた。
【0025】なお、上記等高線の厚さの間隔は0.06
μmに限定する必要はなく、必要な精度に応じて決定さ
れる。すなわち、必要に応じて領域の区分をさらに細分
化し、上記工程を繰り返すことによってボンド・ウエハ
13の膜厚の均一化の精度を向上することができる。
μmに限定する必要はなく、必要な精度に応じて決定さ
れる。すなわち、必要に応じて領域の区分をさらに細分
化し、上記工程を繰り返すことによってボンド・ウエハ
13の膜厚の均一化の精度を向上することができる。
【0026】
【発明の効果】以上説明した通り本発明によれば、SO
I構造を有するSi単結晶薄膜の厚さのバラツキを少な
くし、薄膜の厚さを均一化することができる。
I構造を有するSi単結晶薄膜の厚さのバラツキを少な
くし、薄膜の厚さを均一化することができる。
【図1】本発明の方法の一実施例を示す工程図である。
【図2】本発明の方法による膜厚均一化処理を行なう前
のSOI基板の表面状態を等高線により示したものであ
り、(a)は2次元図、(b)は3次元図である。
のSOI基板の表面状態を等高線により示したものであ
り、(a)は2次元図、(b)は3次元図である。
【図3】本発明の方法による膜厚均一化処理を行なった
後のSOI基板の表面状態を等高線により示したもので
あり、(a)は2次元図、(b)は3次元図である。
後のSOI基板の表面状態を等高線により示したもので
あり、(a)は2次元図、(b)は3次元図である。
10 ベース・ウエハ 11,12,14,16 酸化膜 13 ボンド・ウエハ 15,17 マスク材
Claims (2)
- 【請求項1】 SOI構造を有するSi単結晶薄膜の厚
さを均一化するための、次の工程を含む方法。 (a)多重光束干渉法により、Si単結晶薄膜の表面状
態とその厚さむらを2次元及び3次元像で観測し、その
2次元像による等しい膜厚を示す曲線のうちで、最も厚
い山頂部分を示す閉曲線パターンを予め確認する工程 (b)次にSi単結晶薄膜の全表面に、熱酸化法により
厚さがほぼ均一である1次のSi酸化膜を形成させた
後、前記(a)工程で確認された山頂部分の閉曲線パタ
ーン位置以外をマスキング材でマスクして、その薄膜面
をエッチング処理し、山頂部分の表面に存在する酸化膜
のみを取り除く工程 (c)その後前記マスキング材を取り外し、薄膜全面を
再び熱酸化処理することにより前記Si薄膜上の酸化膜
の除去された部分に、前記1次のSi酸化膜とSi薄膜
の境界面より深い位置に入り込んだ2次のSi酸化膜を
形成させ、その後1次及び2次のSi酸化膜をエッチン
グ処理で除去する工程 (d)引き続き、必要に応じて(a)〜(c)の工程を
反復する工程 (e)最後にSi単結晶の薄膜面を鏡面研磨して仕上げ
る工程 - 【請求項2】 マスキング材は、エッチング液に対し化
学的に安定な、合成樹脂製の片面粘着シート若しくは塗
布後に硬化させた樹脂被膜を使用する、請求項1に記載
のSi単結晶薄膜の厚さを均一化する方法。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3215903A JP2519139B2 (ja) | 1991-07-31 | 1991-07-31 | Si単結晶薄膜の厚さを均一化する方法 |
US07/921,348 US5213657A (en) | 1991-07-31 | 1992-07-29 | Method for making uniform the thickness of a si single crystal thin film |
DE69227807T DE69227807T2 (de) | 1991-07-31 | 1992-07-30 | Verfahren, um die Dicke eines monokristallinen Si-Dünnfilms gleichförmig zu machen |
EP92113032A EP0525781B1 (en) | 1991-07-31 | 1992-07-30 | Method for making uniform the thickness of a Si single crystal thin film |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3215903A JP2519139B2 (ja) | 1991-07-31 | 1991-07-31 | Si単結晶薄膜の厚さを均一化する方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0536956A JPH0536956A (ja) | 1993-02-12 |
JP2519139B2 true JP2519139B2 (ja) | 1996-07-31 |
Family
ID=16680166
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3215903A Expired - Lifetime JP2519139B2 (ja) | 1991-07-31 | 1991-07-31 | Si単結晶薄膜の厚さを均一化する方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2519139B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3728910B2 (ja) | 1998-02-13 | 2005-12-21 | 松下電器産業株式会社 | 電話装置 |
-
1991
- 1991-07-31 JP JP3215903A patent/JP2519139B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0536956A (ja) | 1993-02-12 |
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