JPH02218109A - 珪素層を絶縁層に形成する方法 - Google Patents

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】 本発明は半導体および集積回路装置に形成する半導体ウ
ェハーの製造、特に薄い珪素層におよびその上に半導体
および集積回路装置を形成するために薄い珪素層を絶縁
層に形成する方法に関する。

極めて大型の集積化適用のために高品質の絶縁基板上の
半導体（ＳＯＩ）構造の製造が、特にトランジスターお
よび他の半導体構造の寸法の小型化に伴って、半導体製
造において重要となる。　ｓｏｒ技術は構造における、
この小型化のために装置間に良好な絶縁を設けるように
する。この絶縁は、回路の大きさが小さくなるのにつれ
て、漏電、構造間の寄生容量並びに放射線のイオン化に
対する感受性に関連する問題が必要となる。

多くの研究は絶縁体製造技術における珪素の改良に向け
られている。特に困難な問題は、薄く、かつ均一の単結
晶珪素層を絶縁層に設けることである。基板を薄くする
プロセスおよび基板を除去するプロセス中では、著しい
注意を払う必要があり、このために腐食を珪素層で停止
するようにしている。腐食を早期に停止する場合には、
基板の部分が残留し、珪素層における集積回路装置の形
成を妨げることになる。他方において、腐食を長く進行
する場合には、薄い珪素層が部分的に腐食され、装置の
製造に使用できなくなる。

従来において、基板の腐食を制御する種々の技術が提案
されている。例えば米国特許第３．９９７，３８１号明
細書には薄いエピタキシャル珪素層を珪素基板に形成し
、次いでこのエピタキシャル層に酸化珪素層を形成する
ことが記載されている。この積層装置（ｌａｙｅｒｅｄ
　ｄｅｖｉｃｅ）を第２酸化基板に結合する。このため
に、エピタキシャル層を２個の基板間にはさむようにし
ている。これらの基板は腐食により除去してエピタキシ
ャル層を露出させている。腐食液に浸された電極対間の
起電力は、腐食中、酸化剤の添加に際して調べて適当な
腐食終点を定めている。この腐食終点を制御する他の試
みが米国特許第４．６０１．７７９号明細書に記載され
ている。この米国特許明細書には、埋込み腐食停止層（
ｂｕｒｉｅｄ　ｅｔｃｈ−ｓｔｏｐ　１ａｙｅｒ）をエ
ピタキシャル層に、酸素または窒素イオンを注入するこ
とによって形成することが記載されている。酸化物層を
エピタキシャル部分に生長させ、この酸化物層によって
支持ウェハーの酸化物層との結合を形成している。結合
した後、珪素基板を腐食停止層まで腐食してエピタキシ
ャル層を露出させる。次いで、腐食停止層を除去して均
一厚さの薄い珪素層を形成している。

上述する両米国特許明細書には、珪素基板を適当に腐食
して下側の珪素エピタキシャル層を露出することの困難
さ、および珪素基板の腐食を珪素エピタキシャル層で停
止する困難さについて記載されている。

本発明の目的は珪素を絶縁体構造に形成する方法を提供
することである。

本発明の他の目的は珪素およびエピタキシャル珪素の臨
界的な腐食問題を解消する珪素を絶縁体構造に形成する
方法を提供することである。

本発明においては、ヘテロエピタキシャル珪素層を珪素
以外の第１基板に形成することを含んでいる。５業技術
者においてよく知られているように、エピタキシャル生
長プロセスは薄い単結晶材料層を単結晶基板に堆積する
手段である。Ｔｉｔ膜が基板と同じ材料である場合（例
えば、珪素基板における珪素堆積の場合）、プロセスを
ホモエピタキシーと称している。他方において、堆積層
を化学的に異なる基板に堆積する場合（例えば、非珪素
基板における珪素堆積の場合）、プロセスをヘテロエピ
タキシーと称して非珪素基板に形成する。

この非珪素基板としては、例えばアルカリ土類弗化物、
例えばＣａＦｔ＋　ＢａＦｚおよびＳｒＦ　ｚを示すこ
とができる。次いで、第１絶縁層をヘテロエピタキシャ
ル珪素層に、例えば酸化によって形成する。

第２絶縁層を珪素にすることができるまたは珪素にする
ことができない第２基板に形成し、第１および第２絶縁
層を共に結合してユニファイ構造（ｕｎｉｆｉｅｄ　５
ｔｒｕｃｔｕｒｅ）を形成する。次いで、第１基板をユ
ニファイ構造から除去して結合絶縁層上のヘテロエピタ
キシャル珪素層を露出する。

本発明の方法において、薄いヘテロエピタキシャル珪素
層を、第１基板の腐食によって露出する。

第１基板は珪素以外の材料であるから、薄いヘテロエピ
タキシャル珪素層における腐食停止を容易に制御するこ
とができる。従来技術と対照的に、本発明の方法は複雑
な腐食速度の測定および付加腐食停止層を必要としない
で第１基板の腐食を正確に制御することができる。

次に、本発明を添付図面に基づいて説明する。

添付図面は本発明の好適例について示している。

しかしながら、本発明は多くの異なる形態で実施でき、
こ＼に示す例に制限されるものでなく、本発明は本明細
書および特許請求の範囲の記載を逸脱しないかぎり、種
々変更を加えることができる。

同様に、特性はすべての素子について同様である。更に
、−ｍ明確にするために、層の厚さを拡大して示してい
る。

第１Ａ〜第１Ｄ図は、本発明によって薄い珪素層または
被膜を絶縁層に形成して珪素を絶縁体構造に形成する方
法を示している。第１Ａ図において、珪素以外の基板１
０は、その上に電気的装置設計を満たすように選定する
厚さ、例えば１μｍ厚さの薄い結晶性（ｃｒｙｓｔａｌ
ｌｉｎｅ）珪素ヘテロエピタキシャル層２０を生長また
は形成する。非珪素基板１０は珪素の格子構造と実質的
に同じ格子構造を有する（例えば、結晶性珪素の格子間
隔の±２％内の格子間隔を有する）。この格子構造を有
する基板としては、例えばＣａＦｚ＋　ＢａＦｚおよび
ＳｒＦ、からなる群から選択するアルカリ土類弗化物を
示すことができる。珪素ヘテロエピタキシャル層２０は
既知の技術を用いて形成する。ヘテロエピタキシャル珪
素層を形成する技術は、例えばｒＪｏｕｒｎａｌ　ｏｆ
　ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ　Ｊ　Ｖｏｌ、　５９
ｔ　Ｎｏ、　９＋　ページ３１０４　（１９８６年５月
）：題目ｒ　ＣａＦｚ／Ｓｌ　（１００）構造における
Ｓｉの分子−ビーム　エピタキシー」、およびｒＪｏｕ
ｒｎａｌｏｆ　Ｖａｃｕｕｍ　５ｃｉｅｎｃｅ　Ｔｅｃ
ｈｎｏｌｏｇｙＪＶｏｌ、　１９＋　Ｎｏ、　３＋ベー
ジ４１５　（１９８１年９月／り０月）：題目ｒｌ’１
ＢＥ−生長弗化物皮膜」に記載されている。特別のヘテ
ロエピタキシャル珪素堆積プロセスはこ−に記載されて
いるが、また他のヘテロエピタキシャル珪素形成技術も
本発明において用いることができる。

第１Ｂ図に示すように、好ましくは０．０１〜１μｍ厚
さの絶縁層３０、例えば二酸化珪素または酸化珪素層を
薄い珪素ヘテロエピタキシャル層２０に生長または形成
する。あるいは、またすべての珪素表面に一般に形成す
る自然の酸化物層を絶Ｍｆｓｏとして用いることができ
、および分離絶縁層を生長する必要がないことは５業技
術者により理解することができる。

第１Ｃ図に示すように、珪素とすることのできる第２基
板４０は、例えばその上に形成した二酸化珪素または酸
化珪素の絶縁層５０　（好ましくは０．１〜１０μｍ厚
さ）を有する。あるいは、また分離絶縁層を生長する必
要なく、自然の酸化物層を第２基板４０に形成すること
ができる。次いで、絶縁Ｆｉ３０をＢで示すように絶縁
層５０に結合する。一般に、この事は絶縁層３０および
５０を互いに向い合わせて熱的に結合してユニファイ構
造を形成する。例えば、結合技術は、文献「＾ｐｐｌｉ
ｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ」Ｖｏｌ、　４
８．　Ｎｏ、　１．１９８６年１月６日発行：題目ｒｓ
ｏｒ技術によるウェハー結合」、およびｒＪｏｕｒｎａ
ｌ　ｏｆｔｈｅ　Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　５
ｏｃｉｅｔｙ　Ｊ　Ｖｏｌ、　１３３＋　Ｎｏ。

８．１９８６年８月８日・発行：題目「珪素誘電絶縁分
離による電解補助結合プロセス（Ｆｉｅｌｄ−Ａｓｓｉ
ｓｔｅｄＢｏｎｄｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ）　Ｊに記載
されている。

次いで、第１Ｃ図に示すユニファイ構造の非珪素基板１
０を酸を用いて、または任意の他の通常の高選択腐食プ
ロセス、例えば湿式化学（ｗｅｔ　ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ
）、プラズマまたは反応性イオン　エツチングを用いて
実質的に完全に腐食除去する。例えば、ＳｒＰ、を非珪
素基板１０として用いる場合には、ＨＣＡが適当な腐食
液である。ＢａＦ　ｔまたはＣａＰｚを非珪素基板１０
として用いる場合には、ＮＨ，Ｃｆ溶液が適当な腐食液
である。第１Ｄ図は絶縁体構造に形成したユニファイ珪
素を示している。ヘテロエピタキシャル珪素層２０と基
板１０との間の不同性のために、珪素層は有効な腐食停
止であり、従来技術に関連する問題を回避することがで
きる。それ故、薄く、かつ均一な珪素表面層を絶縁層に
維持しながら、ヘテロエピタキシャル珪素層の形成およ
び次のプロセシングにおいてかかる層を支持するのに一
時的に必要とする厚い非珪素基板を除去することができ
る。

非珪素基ｖｉ、ｉｏは珪素のベース基板に形成して既知
の珪素ウェハー　プロセシングによる適合性を得ること
ができる。この場合、珪素ベース基板および非珪素基板
１０を腐食除去して第１Ｄ図に示す構造にする。

本発明の非珪素基板は多数の半導体装置に利用できる。

珪素を絶縁構造に形成する効果的な手段を与える。

上述するように、本発明を好適な具体例について記載し
たが、本発明は本明細書および特許請求の範囲の記載を
逸脱しないかぎり、種々変更を加えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１八〜第１Ｄ図は本発明の方法の１例の珪素を絶縁体
構造に形成する段階を示す説明用線図である。 １０・・・基板（非珪素基板） ２０・・・薄い珪素ヘテロエピタキシャル層３０、５０
・・・絶縁層 ４０・・・第２基板 Ｅ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（ａ）ヘテロエピタキシャル珪素層を第１基板に形
   成し； （ｂ）第１絶縁層を前記ヘテロエピタキシャル珪素層に
   形成し； （ｃ）第２絶縁層を第２基板に形成し； （ｄ）前記第１および第２絶縁層を共に結合し；および （ｅ）前記第１基板を除去する 各段階からなることを特徴とする珪素層を絶縁層に形成
   する方法。 ２、前記第１基板を珪素以外の材料とする請求項１記載
   の方法。 ３、前記第１基板をアルカリ土類弗化物とする請求項１
   記載の方法。 ４、前記アルカリ土類弗化物を結晶性アルカリ土類弗化
   物とする請求項３記載の方法。 ５、前記アルカリ土類弗化物をＣａＦ＿２、ＢａＦ＿２
   およびＳｒＦ＿２からなる群から選択する請求項４記載
   の方法。 ６、前記第１基板を、結晶性珪素の結晶構造に適合する
   結晶構造を有する珪素以外の結晶性材料とする請求項１
   記載の方法。 ７、段階（ｂ）は、二酸化珪素層をヘテロエピタキシャ
   ル珪素層に生長する段階を含む請求項１記載の方法。 ８、段階（ｃ）は、二酸化珪素層を前記第２基板に生長
   する段階を含む請求項１記載の方法。 ９、段階（ｂ）は、自然の二酸化珪素層をヘテロエピタ
   キシャル珪素層に形成する段階を含む請求項１記載の方
   法。 １０、段階（ｂ）は、自然の二酸化珪素層を前記第２基
   板に形成する段階を含む請求項１記載の方法。 １１、前記第２基板を結晶性珪素とする請求項１記載の
   方法。 １２、前記結合段階（ｄ）は前記第１および第２絶縁層
   を熱的に結合する段階を含む請求項１記載の方法。 １３、前記除去段階（ｅ）は、前記第１基板を珪素を腐
   食しない腐食液で腐食し、これにより前記第１基板を腐
   食しおよび前記ヘテロエピタキシャル珪素層で停止する
   段階を含む請求項１記載の方法。 １４、前記第１基板を珪素のベース基板に形成する請求
   項１記載の方法。 １５、（ａ）ヘテロエピタキシャル珪素層を結晶性アル
   カリ土類弗化物の第１基板に形成し； （ｂ）第１酸化物層を前記ヘテロエピタキシャル珪素層
   に形成し； （ｃ）第２酸化物層を珪素基板に形成し； （ｄ）前記第１および第２酸化物層を熱的に結合し；お
   よび （ｅ）前記第１基板を腐食して前記エピタキシャル珪素
   層を露出する 各段階からなることを特徴とする珪素層を絶縁層に形成
   する方法。 １６、前記第１基板をＣａＦ＿２、ＢａＦ＿２およびＳ
   ｒＦ＿２からなる群から選択する請求項１５記載の方法
   。 １７、（ａ）結晶性珪素層を珪素以外の第１基板に形成
   し； （ｂ）第１絶縁層を前記第１基板に形成し；（ｃ）第２
   絶縁層を第２基板に形成し； （ｄ）前記第１および第２絶縁層を共に結合し；および （ｅ）前記第１基板を除去する 各段階からなることを特徴とする珪素層を絶縁層に形成
   する方法。 １８、前記第１基板が、結晶性珪素を形成できる結晶構
   造を有する請求項１７記載の方法。 １９、前記第１基板が珪素の結晶構造に適合する結晶構
   造を有する請求項１７記載の方法。