JPH0346344A - 半導体基板の製造方法 - Google Patents

半導体基板の製造方法

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JPH0346344A
JPH0346344A JP18200489A JP18200489A JPH0346344A JP H0346344 A JPH0346344 A JP H0346344A JP 18200489 A JP18200489 A JP 18200489A JP 18200489 A JP18200489 A JP 18200489A JP H0346344 A JPH0346344 A JP H0346344A
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体基板の製造方法に関し、特に絶縁膜物上
にシリコン(Si)単結晶層が形成されてなるS OI
 (Silicon On In5ulator)基板
の製造方法に関する。
〔従来の技術〕
今日の大規模集積回路(L S T : Large 
ScaleIntegration )では、動作速度
の高速化の要請から種々の改善がなされているが、更に
高速化を図るには寄生容量を大幅に引き下げる技術が重
要とされる。このような寄生容量の低減には、絶縁物上
にシリコン単結晶薄膜層を形成したS○■基板の使用が
有望と考えられており、これまでに種々のSOI基板の
製造方法に関する提案がなされている。
その1つとして、S I M OX (Separat
ion byImplanted Oxygen)法が
ある。これは、シリコン単結晶基板の表面から高加速で
所定量の酸素(0)をイオン注入し、高温熱処理によっ
て注入された酸素とシリコンとを化学結合させて埋込み
シリコン酸化層とし、かつこのシリコン埋込み酸化層の
上側に残された層を薄いシリコン単結晶層として素子形
成領域に供するというものである(例えばに、 Izu
a+i etal、 t!1ection、Lett、
、 Vol I4゜p 593 (1978) )参照
このようなS IMXO法は、他のSol基板の製造方
法、例えば絶縁膜上に多結晶シリコン(或いは非晶質シ
リコン)を堆積し、これを固相エピタキシャル成長して
大径結晶粒に育成する方法や、シリコン選択エピタキシ
ャル成長を応用して絶縁膜上にシリコン単結晶を成長す
る方法と比較して、絶縁膜上に良質で大面積のシリコン
単結晶を容易に形成できることから、最も有望なSOI
基板の製造方法と考えられている。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、従来のSIMOX法は後に素子形成領域となる
シリコン単結晶基板の表面を通して高加速で大用量の酸
素をイオン注入するため、イオン注入後の熱処理を経て
も、この素子形成領域におけるシリコン単結晶の結晶性
回復が不充分であり、埋込みシリコン酸化層の表面側及
び基板側の界面に多数の結晶欠陥が誘起される。この問
題は、イオン注入後の熱処理を1200″C程度以上に
高温化することで改善され、素子形成領域の結晶性回復
と埋込みシリコン酸化層の基板側界面の結晶欠陥消去は
、充分に達成される。しかしながら、素子形成領域側の
界面に生じた結晶欠陥を完全に消去するには困難が多く
、この問題は解消されていない。
(例えば吉野明他 電子情報通信学会 技術研究報告、
  S DM87−39. p 73.1987年)。
このような素子形成領域側の界面に生じた結晶欠陥は、
後に形成される素子のリーク特性劣化の原因となり、上
述したSTMOX法の最大の問題点である。
本発明はSIMOX法における上述した問題を解消した
半導体基板の製造方法を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の半導体基板の製造方法は、シリコン単結晶基板
の素子形tc 91域に表面側から凹部を形成する工程
と、この凹部の底面に酸素や窒素等をイオン注入して凹
部底面の下側に埋込みシリコン絶縁層を形成する工程と
、前記凹部底面の周辺部に酸素や窒素等を選択的にイオ
ン注入して厚い埋込みシリコン絶縁層を該周辺部に選択
的に形成する工程と、前記シリコン単結晶基板の裏面側
を前記厚い埋込みシリコン絶縁層が露呈されるまで研磨
し、前記各埋込みシリコン絶縁層で絶縁された島状のシ
リコン単結晶領域を形成する工程とを含んでいる。
また、厚い埋込みシリコン絶縁層を形成する代わりに、
シリコン単結晶基板の裏面側から凹部の周辺部に相当す
る箇所に埋込みシリコン絶縁層に達する溝を形成する工
程と、この溝内にシリコン絶縁膜を埋設する工程を用い
てもよい。
更に、溝内へのシリコン絶縁膜の埋設に際しては、シリ
コン単結晶基板の裏面に形威した溝を含む全面にシリコ
ン絶縁膜を形威し、かつこれをエツチングバックする方
法が採用できる。
〔作用〕
この製造方法により製造される半導体基板は、酸素のイ
オン入力によっても結晶欠陥が生じ難いシリコン単結晶
基板の裏面側を、素子形成用の主面としたSOI構戒構
成板として構成される。
〔実施例〕
次に、本発明を図面を参照して説明する。
第1図(a)及び(b)は本発明の第1実施例の初期工
程の状態を示す平面図及び縦断面図である。
先ず、両面を鏡面研磨した直径100mm、厚さ400
μmのシリコン単結晶基!7ijl(伝導型:P型比抵
抗:約1000Ω’cm、面方位: (100))に1
15mm、横15mm、深さ330μmの凹部2を形戒
する。このとき、隣接する凹部2の間隔は10mmとし
た。これら凹部2の形成に際しては、集積回路の製造工
程で広く用いられている光りソグラフィ技術を応用し、
感光樹脂もしくはシリコン酸化膜をマスクとしたドライ
エツチングを適用した。
但し、凹部2の底部の平坦性が損なわれないエツチング
法であればいかなる手法も適用可能である。
以後の工程については、1つの凹部2について説明する
第1図のようにシリコン単結晶基板lの一生面上に凹部
2を形成した後、第2図(a)のように凹部2を設けた
基板1の主面の全面に加速エネルギー200KeV、用
量1.5X10”/ c m” テ第1の酸素イオン3
の注入を行う。
次に、第2図(b)のように、凹部2の底面の周辺部の
みに加速エネルギー400K e V、用量lXl0”
7cm”で直径30μm程度に細く絞り込んだ酸素イオ
ンビームで選択的に第2の酸素イオン4の注入を行う。
これら第1及び第2の酸素イオン注入を行った後に、1
280°C3時間の熱処理を施すと、第2図(c)のよ
うに、凹部2の底面の下側領域に深さ約0.5μm、厚
さ約0.15μmの埋込みシリコン酸化層5が形成され
、かつ底面の周辺部に厚いシリコン酸化層からなるシリ
コン酸化微小突起6が形成される。
なお、この状態においては、透過電子顕微鏡の観察によ
れば、埋込みシリコン酸化層5と表面側のシリコン層と
の界面には、積層欠陥と双晶を中心とする結晶欠陥7が
多数残存することが確認された。しかし、埋込みシリコ
ン酸化層5の反対側の界面には結晶欠陥は皆無であった
また、シリコン酸化微小突起6は埋込みシリコン酸化層
5の下面から約0.5μm程度突き出して形成される。
これは、酸素のイオン注入における投影飛程が200K
eVで約0.5a m、  400K e Vで約1.
0amであることに起因しており、シリコン酸化微小突
起6が、埋込みシリコン酸化層5よりも、投影飛程の差
分に相当する約0.5μmだけ突き出た形で形成される
次いで、第2図(d)のように、シリコン単結晶基板1
を上下逆向きにした上で、基板lの裏面側をアルミナ製
の微細砥粒で約60μm程度研磨する。続いて、ピペラ
ジン(N H(CHz)a N H)によるシリコンの
選択研磨技術(浜ロ他、電子情報通信学会 技術研究報
告、  5SD86−63 、  p37゜1986年
)により仕上げ研磨を行った。ピペラジンによる選択研
磨では、シリコン酸化物は研磨されないことから、第2
図(e)のようにシリコン酸化微小突起6がストッパー
となり、シリコン酸化微小突起6の突き出し分0.5μ
mに等しい厚さのシリコン単結晶層が埋込みシリコン酸
化層5の上層(基板1の下層)に形成され、これが素子
形成領域8となる。
このように形成された素子形成領域を、同一規格のシリ
コン単結晶基板に51M0X法で形成した素子形成領域
とをそれぞれ透過電子顕微鏡で観察した結果、SIMO
X法のものでは界面から素子形tc fiJl域に向か
って111面に沿った積層欠陥と双晶が多数観察された
が、本実施例のものでは結晶欠陥の存在は確認されなか
った。
なお、SIMOX法では、シリコン単結晶基板に200
K e V、  1.5X10”7cm”で酸素のイオ
ン注入を行い、1280°C,3時間の熱処理を施して
、埋込みシリコン酸化層及び素子形成領域を形成してい
る。
第3図は本発明の第2実施例を工程順に示す縦断面図で
ある。
第3図(a)はシリコン単結晶基板lの一生面に縦15
mm、横15mm、深さ330μmの凹部2を形成した
ものを示している。なお、ここまでの工程については第
1実施例の第1図で説明したものと同様である。その上
で、凹部2が設けられた基板1の主面の全面に加速エネ
ルギー200KeV。
用量1.5 X 10” / am”で酸素イオン3の
注入を行う。
この後、1280°C3時間の熱処理を施すと、第3図
(b)のように、凹部2の底面の下側領域に深さ約0.
5μm、厚さ0.15μmの埋込みシリコン酸化層5が
形成される。この時点では、埋込みシリコン酸化層5の
表面側の界面には多数の結晶欠陥7が残存し、反対側の
裏面側の界面には結晶欠陥のないことが透過電子顕微鏡
で確認されている。
続いて、第3図(C)のように、基板を上下逆に向けた
上で、基板1の裏面をアルミナ製の微細砥粒で約60μ
mだけ研磨する。更に、第3図(d)のように、凹部2
の底面周辺部に対応する位置の埋込みシリコン酸化層5
上の基板裏面に溝状の開口部9を開設する。
次いで、第3図(e)のように、基板1の裏面に化学的
気相成長法によりシリコン酸化膜10を堆積する。そし
て、第3図(f)のように、このシリコン酸化膜10を
エツチングバックし、開口部9の底部にのみ厚さ0.6
μm程度にシリコン酸化膜10を残す。
しかる後、第1実施例と同様にピペラジンによるシリコ
ン選択研磨により仕上げ研磨を行う。このとき、シリコ
ン選択研磨のストッパーは第3図(f)で示した開口部
9の底部に残されたシリコン酸化膜10であり、したが
って第3図(g)で埋込みシリコン酸化層5上に形成さ
れるシリコン単結晶の素子形成領域8の厚さは0.6μ
mとなる。
以上のように、第1及び第2実施例で製造したSol基
板の素子形成領域にMOSダイオードを作製し、MO3
c−を法により少数キャリアの生成寿命を測定したとこ
ろ、いづれの場合も1 m5ec前後と良好な結果が得
られた。これに対し、従来のSIMOX法で作製したS
O■基板では少数キャリア生成寿命は1〜30 p s
ecと非常に短く、埋込みシリコン酸化層界面から素子
形成領域に延びている結晶欠陥の影響が認められた。
なお、第1及び第2実施例では、共にシリコン単結晶基
板に形成する凹部の寸法を、縦15mm。
横15mm、深さ330μm、隣接凹部との距離を10
mmとしたが、これはシリコン単結晶基板の直径。
厚さに依存するものであり、後の熱処理工程或いは素子
製造工程で機械的強度を維持できるものであれば、前記
値に限定されるものではない。
また、最終の仕上げ研磨にはピペラジンによるシリコン
選択研磨を用いたが、充分な研磨精度が得られ、研磨が
シリコン酸、化層領域に達したことを感度よく検知でき
る研磨法であれば、この選択研磨に限定されるものでは
ない。
また、前記各実施例はシリコン単結晶基板に酸素をイオ
ン注入して埋込みシリコン酸化層を形成しているが、窒
素をイオン注入して埋込みシリコン窒化層を形成する場
合にも適用可能である。
〔発明の効果] 以上説明したように本発明は、シリコン単結晶基板に凹
部を形成した上で、この凹部の底面下側に埋込みシリコ
ン酸化層を形成し、この埋込みシリコン酸化層の下側の
シリコン単結晶基板を他と絶縁してこの領域を素子形成
領域として槽底しているので、埋込みシリコン絶縁層を
形成する際に生じる結晶欠陥が素子形成領域に存在する
ことはなく、結晶性の良好な大面積のSol基板を容易
に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)及び(b)は本発明方法の初期工程を示す
基板全体の平面図及び縦断面図、第2図(a)乃至(e
)は本発明の第1実施例の製造方法を工程順に示す基板
の一部の縦断面図、第3図(a)乃至(g)は本発明の
第2実施例の製造方法を工程順に示す基板の一部の縦断
面図である。 1・・・シリコン単結晶基板、2・・・凹部、3・・・
第1酸素イオン注入、4・・・第2酸素イオン注入、5
・・・埋込みシリコン酸化層、6・・・シリコン酸化微
小突起(厚い埋込みシリコン酸化層)、7・・・結晶欠
陥、8・・・素子形成領域、9・・・溝(開口部)、1
0・・・シリコン酸化膜。 第 1 図 (b) 第2 図 第 3 図 第3 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、シリコン単結晶基板の素子形成領域に表面側から凹
    部を形成する工程と、この凹部の底面に酸素や窒素等を
    イオン注入して凹部底面の下側に埋込みシリコン絶縁層
    を形成する工程と、前記凹部底面の周辺部に酸素や窒素
    層を選択的にイオン注入して厚い埋込みシリコン絶縁層
    を該周辺部に選択的に形成する工程と、前記シリコン単
    結晶基板の裏面側を前記厚い埋込みシリコン絶縁層が露
    呈されるまで研磨し、前記各埋込みシリコン絶縁層で絶
    縁された島状のシリコン単結晶領域を形成する工程とを
    含むことを特徴とする半導体基板の製造方法。 2、シリコン単結晶基板の素子形成領域に表面側から凹
    部を形成する工程と、この凹部の底面に酸素や窒素等を
    イオン注入して凹部底面の下側に埋込みシリコン絶縁層
    を形成する工程と、前記シリコン単結晶基板の裏面側か
    ら前記凹部の周辺部に相当する箇所に前記埋込みシリコ
    ン絶縁層に達する溝を形成する工程と、この溝内にシリ
    コン絶縁膜を埋設する工程と、前記シリコン単結晶基板
    の裏面側を研磨して前記各埋込みシリコン絶縁層及びシ
    リコン絶縁膜で絶縁された島状のシリコン単結晶領域を
    形成する工程とを含むことを特徴とする半導体基板の製
    造方法。 3、シリコン単結晶基板の裏面に形成した溝を含む全面
    にシリコン絶縁膜を形成し、かつこれをエッチングバッ
    クして溝内にのみ該シリコン絶縁膜を埋設させてなる特
    許請求の範囲第2項記載の半導体基板の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5508215A (en) * 1993-07-15 1996-04-16 Micron Technology, Inc. Current leakage reduction at the storage node diffusion region of a stacked-trench dram cell by selectively oxidizing the floor of the trench
EP1852908A1 (en) * 2000-05-03 2007-11-07 Ibis Technology, Inc. Implantation process using sub-stoichiometric, oxygen doses at diferent energies

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