(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン半導体基板の表面から異方性ドライエッチングで複数のトレンチを形成し、シリコンのマイグレーションが起きる温度の熱処理を施して、前記複数のトレンチ開口部上端をそれぞれ閉じて複数の空洞を形成し、前記半導体基板上にエピタキシャル層を堆積形成した後に、再度熱処理を施して、前記複数の空洞を相互に連結させて一体化する工程を有することを特徴とするＳＯＮ半導体基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳＯＮ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｎｏｔｈｉｎｇ）構造を有する半導体基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、シリコン（以降Ｓｉと記すこともある）半導体基板と、この半導体基板上に積層され、半導体機能領域が形成されるＳｉ表面層の間にＳｉＯ2膜などの絶縁層を挟んだＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用いることにより、トランジスタの寄生容量を減らし、動作速度の向上や消費電力の低減を実現した半導体デバイスが製品化されている。一方、前記Ｓｉ半導体基板と前記Ｓｉ表面層の間に空洞構造を設けることにより埋め込み絶縁層の比誘電率を１まで減少させ、半導体デバイスの更なる性能向上を目指すＳＯＮ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  ｎｏｔｈｉｎｇ）構造を有するＳＯＮ半導体基板の開発が進展している（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３２４８３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記特許文献１に記載のＳｉ半導体基板にＳＯＮ構造を形成する際には、以下のような問題がある。これまで試みられているＳＯＮ構造の形成方法の多くは、シリコン半導体基板１に、絶縁膜２のパターンをマスクとしてトレンチ３を形成し（図５（ａ）、（ｂ））、絶縁膜２を除去後、減圧（１０Ｔｏｒｒ）、水素雰囲気下、１１００℃程度の高温アニールによるシリコンのマイグレーションを利用してトレンチ３の開口部上端を連結して閉じる方法である（図５（ｃ）、（ｄ）、（ｅ））。その場合、トレンチの幅や深さ、アニール温度や時間等の条件を変えることにより得られるＳＯＮ構造の形状的な自由度はそれほど大きくはなく、一定の制約を受ける。たとえば、前記図５の形成された前記ＳＯＮ構造を、デバイスとして要求されるＳＯＮ構造の形状（空洞の幅、高さ、および形成する深さ）に合わせて変えるために、トレンチ幅を広くおよび深さを深くすると（図６（ａ））、シリコンのマイグレーションによってトレンチ開口部上端が完全に閉じられない現象の生じることがある（図６（ｂ））。また、仮にこの段階では完全に閉じても（図６（ｃ））、その後の、複数の閉じた空洞を連結して一体化するための熱処理の段階で、閉じた部分のシリコンが再度マイグレーションして穴が開いてしまう現象の生じることがあることが問題となる（図６（ｄ））。
【０００５】
本発明は、以上述べた問題点を解消するためになされたものであり、本発明の目的は、
形状的な自由度の高いＳＯＮ構造を得ることのできる半導体基板の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために本発明では、シリコン半導体基板の表面から異方性ドライエッチングで複数のトレンチを形成し、シリコンのマイグレーションが起きる温度の熱処理を施して、前記複数のトレンチ開口部上端をそれぞれ閉じて複数の空洞を形成し、前記半導体基板上にエピタキシャル層を堆積形成した後に、再度熱処理を施して、前記複数の空洞を相互に連結させて一体化する工程を有するＳＯＮ半導体基板の製造方法とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、形状的な自由度の高いＳＯＮ構造を得る半導体基板の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の半導体基板の製造方法にかかる実施例１による、ＳＯＮ構造を有する半導体基板の主要な製造プロセスを示す要部断面図である（その１）。
【図２】本発明の半導体基板の製造方法にかかる実施例１による、ＳＯＮ構造を有する半導体基板の主要な製造プロセスを示す要部断面図である（その２）。
【図３】本発明の半導体基板の製造方法にかかる実施例２による、ＳＯＮ構造を有する半導体基板の主要な製造プロセスを示す要部断面図である（その１）。
【図４】本発明の半導体基板の製造方法にかかる実施例２による、ＳＯＮ構造を有する半導体基板の主要な製造プロセスを示す要部断面図である（その２）。
【図５】従来の、ＳＯＮ構造を有する半導体基板の主要な製造プロセスを示す要部断面図である（その１）。
【図６】従来の、ＳＯＮ構造を有する半導体基板の主要な製造プロセスを示す要部断面図である（その２）。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の半導体基板の製造方法にかかる参考例および実施例について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１０】
(参考例)
シリコン半導体基板１（以降、単にシリコン基板または半導体基板と記すこともある）にトレンチエッチングマスクとなる酸化膜２を熱酸化により０．１μｍの厚さに形成し、フォトリソグラフィ技術によりレジストのパターニング後、トレンチエッチングを行う箇所の酸化膜２ａを選択的に除去してシリコン基板１面を露出させる。その後、パターニングされた酸化膜２ａをマスクにして露出するシリコン基板に異方性のドライエッチングを行い、シリコン基板１に幅０．５μｍ、深さ０．５μｍのトレンチ３ａを０．５μｍ間隔で複数形成する（図１（ａ））。残ったマスク酸化膜２ａをウェットエッチングで除去する（図１（ｂ））。６０Ｔｏｒｒの真空度に減圧し、水素雰囲気下で１１００℃のアニール処理を行い、複数のトレンチ３ａ開口部上端のシリコンにマイグレーションを生じさせる（図１（ｃ））。更にアニール処理を続けると、マイグレーションにより複数のトレンチ３ａ上端の開口部分が閉じ、シリコン基板１内にトレンチ３ａの上端が閉じた複数の空洞４ａが形成される（図２（ａ））。更にアニール処理を続けると、マイグレーションにより隣接する空洞間のシリコン壁が消失して連結して一体化し、一つの大きな空洞４ｂができ、ＳＯＮ構造が完成する（図２（ｂ））。次に、前記シリコン基板１の上に所望の厚さのシリコンエピタキシャル層５を成膜する（図２（ｃ））。以上により、所望の深さに空洞４ｂ部分を配置することは、空洞４ｂ上にシリコンエピタキシャル層を所望の厚さに堆積することにより得られるので、トレンチ３ａの幅・深さ・配置間隔などの条件とはほぼ無関係に実現することができる。
【００１１】
ただし、この場合、前記空洞４ｂを形成するためのトレンチ３ａ自体の幅・深さ・配置間隔などの形成条件には一定の制約を受ける。言い換えると、前記空洞４ｂの形状の自由度はそれほど大きくはない。たとえば、トレンチ幅を１μｍ以上にすると、シリコンマイグレーションにより開口部を閉じ難くなるし、また、閉じたとしてもブリッジ状部分の厚さが薄くなり易くなる。さらに、閉じた開口部のブリッジ状部分のシリコン厚さが薄いと、さらに熱処理で閉じたトレンチ空洞を連結して一体化させた大きな空洞にする際に、ブリッジ部分のシリコンに穴が開き空洞が破れ易くなる。また、複数トレンチの間隔幅についても、広すぎると、閉じた空洞同士を連結して大きな空洞にするための熱処理条件が困難になる。また、トレンチ幅が狭すぎると、空洞にならない場合が生じ、トレンチ間隔幅が狭すぎると、トレンチの形成に問題が生じる場合がある。
【実施例１】
【００１２】
シリコン基板１にトレンチエッチングマスクとなる酸化膜２を熱酸化により０．２μｍの厚さに形成し、レジストパターニング、ドライエッチングによりトレンチエッチングを行う箇所の酸化膜２ｂを選択的に除去してシリコン基板１面を露出させる。その後、酸化膜２ｂをマスクにして異方性のドライエッチングを行いシリコン基板１内に幅１μｍ、深さ１μｍのトレンチ３ｂを０．５μｍ間隔で複数形成する（図３（ａ））。残ったマスク酸化膜２ｂをウェットエッチングで除去する。６０Ｔｏｒｒの真空度に減圧し、水素雰囲気で１１００℃のアニール処理を行い、トレンチ３ｂ開口部上端のシリコン基板１にマイグレーションを起こさせる（図３（ｂ））。更にアニール処理を続けると、マイグレーションによりトレンチ３ｂの開口部上端が閉じ、シリコン基板１内に閉じたトレンチ空間からなる複数の空洞４ｃが形成される（図３（ｃ））。この段階では個々の空洞４ｃは孤立した状態であり、複数の空洞４ｃは相互に連結されていない。次に、前記実施例１とは異なり、前記シリコン基板１の上にシリコンエピタキシャル層５を膜厚３μｍで成膜する（図４（ａ））。更に、再度、前述と同様の条件でアニール処理を行うと、シリコンマイグレーションにより隣接する複数の空洞４ｃが連結して一体化して一つの大きな空洞４ｄができる（図４（ｂ））。
【００１３】
この実施例１の場合、参考例と異なり、所望の形状の空洞を得るための、トレンチの幅、間隔、深さの形成条件が緩和されることが特長である。その理由は、図３（ｃ）に示すように、複数の閉じたトレンチ空洞４ｃの上部のシリコンブリッジ部分の厚さが薄くなっても、参考例のように、複数の空洞４ｃを連結して一体化する際に、膜厚の薄いシリコンブリッジ部分に穴が開く惧れがないからである。参考例では前述のように、次の工程で、複数のトレンチ空間を相互に連結させて大きい空洞にするための熱処理がある。この熱処理の際に、ブリッジ状部分のシリコンの厚さが薄いと、複数の閉じたトレンチ空洞を連結させる際にシリコンブリッジ状部分に穴が開くことがあるため、そうならないようにトレンチ形成条件に厳しい制約を受ける。しかし、実施例１では、複数のトレンチ空間を相互に連結させて大きい空洞にするための熱処理工程の前に、複数の空洞の上にシリコンエピタキシャル層などが成膜され、その後の熱処理で、トレンチ空洞が連結され、一体化されるので、トレンチ空洞の上部のシリコンブリッジ状部分の厚さが薄くても、シリコンブリッジ状部分が破れる惧れがないのである。従って、参考例に比べてトレンチ幅、間隔幅、深さの条件を緩和しても、トレンチ空洞を連結させる熱処理を充分に行うことができるので、問題なく、複数のトレンチ空洞を連結して一体化し大きな空洞を形成することができる。従って、実施例１によれば、参考例よりもトレンチの幅・深さ・配置間隔などの条件を広げることができる。その結果、トレンチ幅は０．５μｍ〜１μｍで、複数トレンチの間隔幅は０．５μｍ〜１．５μｍ、トレンチ深さは０．５μｍ〜５μｍとすることができる。
【００１４】
以上説明した実施例１によれば、シリコン基板の表面から所望の深さに空洞４ｄ部分を配置することを、空洞４ｄ上のシリコン基板１の厚さを所望の厚さにエピタキシャル成長させることにより簡単に得られ、トレンチの幅・深さ・配置間隔などの条件とは無関係に実現することができる。
【符号の説明】
【００１５】
１・・・シリコン基板
２・・・マスク酸化膜
３・・・トレンチ
４ａ・・空洞
４ｂ・・空洞
４ｃ・・空洞
４ｄ・・空洞
４ｅ・・空洞
４ｆ・・空洞
４ｇ・・空洞
５・・・エピタキシャル層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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