(57)【要約】【課題】ＳＯＩ層における金属汚染を解消する。【解決手段】シリコン基板１２の表面に形成された酸化膜１３上にアモルファスシリコン層１４と金属層１８をこの順序で形成し、所定の温度で熱処理することによりアモルファスシリコン層１４を単結晶シリコンからなるＳＯＩ層１６に変化させ、その後金属層１８をエッチング除去してシリコン基板１２上に酸化膜１３を介してＳＯＩ層１６が形成されたＳＯＩ基板１１を得る。金属層１８をエッチング除去することにより表出したＳＯＩ層１６にゲッタリング層１９を形成してＳＯＩ層１６中における金属をゲッタリングさせる工程と、ゲッタリング層１９を除去して金属が除去されたＳＯＩ層１６を表出させる工程とを備える。金属層１８がアモルファスシリコン層１４上に蒸着させたニッケルであり、ゲッタリング層１９がＣＶＤ法により形成されたポリシリコン層であることが好ましい。【選択図】  図１
2006303218.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板(12)の表面に形成された酸化膜(13)上にアモルファスシリコン層(14)と金属層(18)をこの順序で形成し、所定の温度で熱処理することにより前記アモルファスシリコン層(14)を単結晶シリコンからなるＳＯＩ層(16)に変化させ、その後前記金属層(18)をエッチング除去して前記シリコン基板(12)上に前記酸化膜(13)を介して前記ＳＯＩ層(16)が形成されたＳＯＩ基板(11)を得るＳＯＩ基板の製造方法において、
前記金属層(18)をエッチング除去することにより表出した前記ＳＯＩ層(16)にゲッタリング層(19)を形成して前記ＳＯＩ層(16)中における金属をゲッタリングさせる工程と、
前記ゲッタリング層(19)を除去して金属が除去されたＳＯＩ層(16)を表出させる工程と
を備えたことを特徴とするＳＯＩ基板の製造方法。
【請求項２】
金属層(18)がアモルファスシリコン層(14)上に蒸着させたニッケルからなる請求項１記載のＳＯＩ基板の製造方法。
【請求項３】
ゲッタリング層(19)がＣＶＤ法により形成されたポリシリコン層であり、前記ゲッタリング層(19)の除去がケミカルメカニカルポリッシングにより行われる請求項１又は２記載のＳＯＩ基板の製造方法。
【請求項４】
ＣＶＤ法によりポリシリコン層を成長させる温度が６００℃以上７００℃以下であって、成長した前記ポリシリコン層の厚さが１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である請求項３記載ＳＯＩ基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アモルファスシリコン層を熱処理することにより単結晶シリコンに変化させるＭＩＬＣ(Metal Induced Lateral Crystallization)技術を用いたＳＯＩ基板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＳＯＩ基板の製造方法として、ＳＩＭＯＸ法(Separation by inplanted oxygen)やスマートカット法が知られている。このＳＩＭＯＸ法では、シリコン基板の表面に部分的にマスク酸化膜を形成した後、そのマスク酸化膜を介してシリコン基板の表面に垂直に酸素イオンを注入し、そのシリコン基板をアニール処理してシリコン基板の内部に埋込み酸化膜を形成する製造方法である。一方、スマートカット法は、シリコン基板の表面に酸化膜を形成した後そのシリコン基板に水素イオン注入し、この水素イオンを注入したシリコン基板に他のシリコン基板を貼り合わせ、水素を注入した領域から活性層を切り出す製造方法である。しかし、このＳＩＭＯＸ法やスマートカット法では、複数の製造工程から構成される結果、得られたＳＯＩ基板の単価が押し上げられる不具合があった。
【０００３】
この点を解消するために、近年では、シリコン基板の表面に形成された酸化膜上にアモルファスシリコン層と金属層をこの順序で形成し、所定の温度で熱処理することによりそのアモルファスシリコン層を単結晶シリコンからなるＳＯＩ層に変化させるＭＩＬＣ(Metal Induced Lateral Crystallization)技術を用いたＳＯＩ基板の製造方法が開発されている（例えば、特許文献１参照。）。即ち、このＭＩＬＣに関する技術を用いることによりアモルファスシリコン層を単結晶シリコンからなるＳＯＩ層に変化させれば、その後金属層をエッチング除去することによりシリコン基板上に酸化膜を介してＳＯＩ層が形成されたＳＯＩ基板を得ることができる。このため、このＭＩＬＣ技術を用いたＳＯＩ基板の方法では、前述したＳＩＭＯＸ法やスマートカット法におけるＳＯＩ基板の製造方法に比較してその製造工程が単純化し、比較的低コストでＳＯＩ基板を作製することができるものと期待されている。
【特許文献１】特開２００４−２９６７４４号公報（明細書［００２６］）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、ＭＩＬＣに関する技術を用いた上記従来のＳＯＩ基板の製造方法では、熱処理することによりアモルファスシリコン層は単結晶化しＳＯＩ層に変化するけれども、そのアモルファスシリコン層上に金属層が形成されることから、単結晶化して形成されたＳＯＩ層にこの金属層から金属が入り込んでそのＳＯＩ層が金属で汚染されてしまうという未だ解決すべき課題が残存していた。
本発明の目的は、比較的低コストでＳＯＩ基板を作製するとともに、ＳＯＩ層における金属汚染を解消し得るＳＯＩ基板の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に係る発明は、図１に示すように、シリコン基板１２の表面に形成された酸化膜１３上にアモルファスシリコン層１４と金属層１８をこの順序で形成し、所定の温度で熱処理することによりアモルファスシリコン層１４を単結晶シリコンからなるＳＯＩ層１６に変化させ、その後金属層１８をエッチング除去してシリコン基板１２上に酸化膜１３を介してＳＯＩ層１６が形成されたＳＯＩ基板１１を得るＳＯＩ基板の製造方法の改良である。
その特徴ある点は、金属層１８をエッチング除去することにより表出したＳＯＩ層１６にゲッタリング層１９を形成してＳＯＩ層１６中における金属をゲッタリングさせる工程と、ゲッタリング層１９を除去して金属が除去されたＳＯＩ層１６を表出させる工程とを備えたところにある。
この請求項1に記載されたＳＯＩ基板の製造方法では、金属層１８をエッチング除去することにより表出したＳＯＩ層１６にゲッタリング層１９を形成してＳＯＩ層１６中における金属をゲッタリングさせるので、ＳＯＩ層１６における金属汚染をゲッタリングしたゲッタリング層１９をその後除去することにより金属が除去されたＳＯＩ層１６が表出し、ＳＯＩ層１６における金属汚染が解消されたＳＯＩ基板１１を得ることができる。
【０００６】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、金属層１８がアモルファスシリコン層１４上に蒸着させたニッケルからなることを特徴とする。
この請求項２に記載されたＳＯＩ基板の製造方法では、アモルファスシリコン層１４をＳＯＩ層１６に変化させるニッケルシリサイド（ＮｉＳｉ2）１４ａが単結晶シリコンの格子定数に非常に近く、アモルファスシリコン層１４を効果的に単結晶化させることができる。
【０００７】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明であって、ゲッタリング層１９がＣＶＤ法により形成されたポリシリコン層であり、ゲッタリング層１９の除去がケミカルメカニカルポリッシングにより行われることを特徴とする。
この請求項３に記載されたＳＯＩ基板の製造方法では、ＳＯＩ層１６中における金属をゲッタリングするゲッタリング層１９を確実に形成することができ、かつ金属をゲッタリングしたゲッタリング層１９を効果的に除去することができる。
【０００８】
請求項４に係る発明は、請求項３に係る発明であって、ＣＶＤ法によりポリシリコン層を成長させる温度が６００℃以上７００℃以下であって、成長したポリシリコン層の厚さが１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることを特徴とする。
この請求項４に記載されたＳＯＩ基板の製造方法では、ＳＯＩ層１６中における金属をゲッタリング層１９に確実にゲッタリングさせることができる。ポリシリコンを成長させる温度が６００℃未満であると、金属をゲッタリングするゲッタリング層１９を形成することができずに、ポリシリコンが形成されることになる。ポリシリコンを成長させる温度が７００℃を越えると、ポリシリコンの再結晶化が進み得られたゲッタリング層１９におけるゲッタリング効果が劣化する。また、ゲッタリング層１９を構成するポリシリコンの厚さが１０ｎｍ未満であると、ゲッタリング効果が不十分であり、その厚さが１００ｎｍを越えると、ゲッタリング層１９を構成するポリシリコンの成長に長時間必要となる不具合がある。ここで、ＣＶＤ法によりポリシリコン層を成長させる温度の更に好ましい範囲は６２０℃以上６７０℃以下であって、成長したポリシリコン層の更に好ましい厚さは２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のＳＯＩ基板の製造方法では、表出したＳＯＩ層にゲッタリング層を形成してＳＯＩ層中における金属をゲッタリングさせる工程を含むので、ＳＯＩ層における金属汚染をゲッタリングしたゲッタリング層をその後除去することにより金属が除去されたＳＯＩ層が表出し、ＳＯＩ層における金属汚染が解消されたＳＯＩ基板を得ることができる。そして、ＳＯＩ層に後に変化するアモルファスシリコン層上に形成された金属層がアモルファスシリコン層上に蒸着させたニッケルであれば、アモルファスシリコン層を効果的に単結晶化させることができる。
また、ゲッタリング層がＣＶＤ法により形成されたポリシリコン層であり、ゲッタリング層の除去がケミカルメカニカルポリッシングにより行われれば、ＳＯＩ層中における金属をゲッタリングするゲッタリング層を確実に形成することができ、かつ金属をゲッタリングしたゲッタリング層を効果的に除去することができる。そして、ＣＶＤ法によりポリシリコン層を成長させる温度が６００℃以上７００℃以下であって、成長したポリシリコン層の厚さが１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であれば、ＳＯＩ層中における金属をゲッタリング層に効果的にゲッタリングさせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
図１（ｏ）に示すように、ＳＯＩ基板１１は、シリコン単結晶からなるシリコン基板１２と、シリコン基板１２上にシリコン酸化膜１３を介して接合させられるシリコン単結晶からなるＳＯＩ層１６とを備える。上記酸化膜１３は電気絶縁性を有するシリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）である。この実施の形態におけるＳＯＩ基板１１は、酸化膜１３上にアイランド状にＳＯＩ層１６が存在するものであって、ＳＯＩ層１６が存在する部分のシリコン基板１２の表面の一部にのみ上記酸化膜１３は形成される場合を示す。
【００１１】
このようなＳＯＩ基板１１の本発明における製造方法を説明する。
＜酸化膜形成工程＞
先ずシリコン単結晶からなるシリコン基板１２を準備し、そのシリコン基板を酸素雰囲気中、９００〜１０００℃の温度で加熱し、そのシリコン基板１２の表面に電気絶縁性を有するシリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）１３を形成する（図１（ａ））。この酸化膜１３は、その厚さが５０〜３００ｎｍ、好ましくは１００〜２００ｎｍの厚さになるように形成される。ここで、酸化膜１３の厚さを５０〜３００ｎｍの範囲に限定したのは、５０ｎｍ未満では後述するシリコン基板１２との接合において高温時の酸化膜の流動性に起因したボイド消滅という効果が小さくなりその結果ボイドが発生し易くなり、３００ｎｍを越えると埋込み酸化膜の均一性がデバイス要求より劣化するからである。なお、上記酸化膜（ＳｉＯ2膜）１３を熱酸化ではなくＣＶＤ法によりシリコン基板の表面にのみ形成してもよい。
【００１２】
＜アモルファスシリコン層の形成工程＞
次に、シリコン基板１２の表面に形成された酸化膜１３上にアモルファスシリコン層１４を形成する（図１（ｂ））。このアモルファスシリコン層１４を形成はＬＰ−ＣＶＤ(Low Pressure - Chemical Vapor Deposition)の方法でアモルファスシリコンを成長させることにより行うことが好ましい。即ち、シリコン基板１２をＬＰ−ＣＶＤ炉に挿入し、圧力１０〜４０Ｐａ，温度３００〜５００℃の成長条件によってＳｉＨ4を原料ガスとしてその炉の内部に供給し、アモルファスシリコンを酸化膜１３の表面上に成長させることが好ましい。このアモルファスシリコン層１４は後に単結晶化されてＳＯＩ層１６に変化するものであるため、その厚さはデバイスの要求によるけれども、一般的には、１０〜２００ｎｍ、好ましくは１０〜７０ｎｍの範囲に形成することが望ましい。ここで、アモルファスシリコン層１４の厚さを１０〜２００ｎｍの範囲に限定したのは、１０ｎｍ未満ではデバイス構造を作り込めない不具合があり、２００ｎｍを越えると再結晶化が起こりにくい不具合があるからである。
【００１３】
なお、この実施の形態では、ＳＯＩ層１６を形成する部分におけるアモルファスシリコン層１４を単結晶化させて、シリコン基板１２の表面の一部に酸化膜１３を介してＳＯＩ層１６が形成されたＳＯＩ基板１１を製造する。このためアモルファスシリコン層１４を形成した後に、ＳＯＩ層１６を形成する予定のない部分にＳｉＯ2からなる低温酸化膜１７を堆積させることが行われる。この低温酸化膜１７の堆積は、シリコン基板１２を常圧のＣＶＤ炉に挿入し、温度４００℃〜５００℃の成長条件によってＳｉＨ4、Ｏ2を原料ガスとしてその炉の内部に供給することにより行われる（図１（ｃ））。その後リソグラフィー技術により、ＳＯＩ層１６を形成する領域の低温酸化膜１７を除去し、ＳＯＩ層１６を形成する予定のない部分の低温酸化膜１７をアモルファスシリコン層１４上に残存させるとともに、ＳＯＩ層１６を形成する部分に開口部１７ａを形成する（図１（ｄ））。
【００１４】
＜金属層の形成及び単結晶化工程＞
次に、この低温酸化膜１７上と、低温酸化膜１７に形成された開口部１７ａから露出したアモルファスシリコン層１４上に金属層１８を形成する（図１（ｅ））。この実施の形態における金属層１８は、アモルファスシリコン層１４上に蒸着させたニッケルからなり、その金属層１８は、例えば真空蒸着法によりニッケルを３〜５ｎｍ程度アモルファスシリコン層１４上に堆積させることにより形成される。
【００１５】
そして、この金属層１８を形成するニッケルが堆積したシリコン基板１２をＮ2ガス雰囲気の加熱炉内に置き、４００〜６００℃で３０分〜１時間程度加熱処理（アニール）する。これにより、開口部１７ａからアモルファスシリコン層１４の単結晶化が進み、その単結晶化は開口部１７ａから横方向へ進行する（図１（ｆ））。即ち、その後の熱処理により、金属層１８を形成するニッケルがアモルファスシリコン層１４に直接接している領域のアモルファスシリコンを単結晶シリコンに変態させ、開口部１７ａにおけるアモルファスシリコン層１４をＳＯＩ層１６に変化させる。これはニッケルシリサイド（ＮｉＳｉ2）１４ａが単結晶シリコンの格子定数に非常に近いことを利用して、アモルファスシリコンを単結晶化させるものである。
次に、金属層１８と低温酸化膜１７をエッチングして除去する（図１（ｇ））。金属層１８の除去は、例えばＨ2ＳＯ4とＨ2Ｏ2の混合液を用いたウエットエッチングで行う。また、低温酸化膜１７の除去は、例えばＨＦ溶液を用いたウエットエッチングで行う。
【００１６】
＜ゲッタリング工程＞
金属層１８をエッチング除去することにより表出したＳＯＩ層１６にゲッタリング層１９を形成してＳＯＩ層１６中における金属をゲッタリングさせる。この実施の形態におけるゲッタリング層１９はＣＶＤ法により形成されたポリシリコン層を示す。即ち、金属層１８と低温酸化膜１７がエッチングにより除去されてＳＯＩ層１６が表出したシリコン基板１２を低温ＣＶＤ炉の石英反応管内に挿入し、圧力１０〜４０Ｐａ，原料ガスとしてＳｉＨ4を用い、温度６００〜７００℃の成長条件によって、厚さ１０〜１００ｎｍのポリシリコン層を表出したＳＯＩ層１６の表面上に成長させ、このとき残存するアモルファスシリコン層１４の表面にもそのポリシリコン層を成長させる（図１（ｈ））。この処理により、単結晶化してアモルファスシリコン層１４から変化したＳＯＩ層１６中の存在する金属であるニッケルを、そのゲッタリング層１９であるポリシリコン層にゲッタリングさせることが可能になる。
【００１７】
＜ゲッタリング層の除去及びＳＯＩ基板を得る工程＞
最後にゲッタリング層１９を除去して金属が除去されたＳＯＩ層１６を表出させる（図１（ｉ））。この実施の形態におけるゲッタリング層１９の除去は、そのゲッタリング層１９をケミカルメカニカルポリッシング（ＣＭＰ）することにより行われる。
その後、単結晶化したＳＯＩ層１６を酸化膜１３上に残存させるとともに、単結晶化しないアモルファスシリコン層１４をシリコン基板１２上から除去することによりＳＯＩ基板１１を得る。このアモルファスシリコン層１４等の除去は以下の手順により行われる。
【００１８】
即ち、上述したＬＰ−ＣＶＤ法により５０〜３００ｎｍの酸化膜２１をアモルファスシリコン層１４及びそのアモルファスシリコン層１４が単結晶化して得られたＳＯＩ層１６上に堆積させ（図１（ｊ））、リソグラフィー技術を用いてアモルファスシリコン層１４が単結晶化して得られたＳＯＩ層１６以外の酸化膜２１を除去した（図１（ｋ））。その後ドライエッチングにより酸化膜２１が除去された部分におけるアモルファスシリコン層１４を除去した（図１（ｌ））。その後厚膜レジスト２２をコートして段差を吸収した（図１（ｍ））。そして、酸化膜２１はエッチングするけれどもＳＯＩ層１６はエッチングしないエッチング条件でドライエッチングを行い、その酸化膜２１を除去した（図１（ｎ））。その後残ったレジスト２２を除去し、酸化膜１３上にアイランド状にＳＯＩ層１６が存在するＳＯＩ基板１１を完成させた（図１（ｏ））。
【００１９】
このようなＳＯＩ基板１１の製造方法では、前述したＳＩＭＯＸ法におけるＳＯＩ基板の製造方法や、スマートカット法におけるＳＯＩ基板の製造方法に比較して、その製造工程が単純化し、比較的低コストでＳＯＩ基板を作製することができる。
一方、このようなＳＯＩ基板１１の製造方法では、アモルファスシリコン層１４が単結晶化してＳＯＩ層１６に変化する際に、アモルファスシリコン層１４上に形成された金属層１８から単結晶化して形成されたＳＯＩ層１６に金属が入り込むけれども、そのＳＯＩ層１６における金属汚染はその後そのＳＯＩ層１６に形成されたゲッタリング層１９にゲッタリングさせることができる。従って、本発明のＳＯＩ基板の製造方法では、ＳＯＩ層１６における金属汚染をゲッタリングしたゲッタリング層１９をその後除去することにより金属が除去されたＳＯＩ層１６が表出し、ＳＯＩ層１６における金属汚染が解消されたＳＯＩ基板１１を得ることができる。
【実施例】
【００２０】
以下に本発明の実施例を示す。
＜実施例１＞
図1に示すように、直径２００ｍｍのシリコン基板１２を準備し、そのシリコン基板１２に対して１０００℃の酸素雰囲気の熱処理を行い、その表面に厚さ１００ｎｍの酸化膜１３を成長させた。その後、４００℃でＬＰ−ＣＶＤ法を用いて厚さ５０ｎｍのアモルファスシリコン層１４を酸化膜１３上に成長させた。その後、４００℃でＣＶＤ法で１００ｎｍの低温酸化膜１７を堆積させ、リソグラフィー技術により、アモルファスシリコン層１４を単結晶化させたい領域の低温酸化膜１７を除去した。その後、スパッタ技術を用いて厚さ５ｎｍのニッケルを表面に堆積させて金属層１８を形成した。その後５００℃の熱処理により、低温酸化膜１７の開口部１７ａを介して金属層１８に直接接している領域のアモルファスシリコン層１４を単結晶に変態させた。
【００２１】
その後表面の金属層１８と低温酸化膜１７を除去した後、厚さ５０ｎｍのポリシリコンをＬＰ−ＣＶＤ法で６５０℃で表面に成長させ、単結晶化して得られたＳＯＩ層１６中の金属をポリシリコンからなるゲッタリング層１９にゲッタリングさせた。その後ゲッタリング層１９をＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing)により除去し、ＬＰ−ＣＶＤ法により１００ｎｍの酸化膜２１を堆積させ、リソグラフィー技術を用いてＳＯＩ層１６以外の酸化膜２１を除去した。その後ドライエッチングによりアモルファスシリコン層１４を除去した。その後厚膜レジスト２２をコートし、段差を吸収し、平坦にコートした後酸化膜２１はエッチングしてＳＯＩ層１６はエッチングしないエッチング条件でドライエッチングを行い、酸化膜２１を除去した。その後残ったレジスト膜２２を除去し、シリコン酸化膜１３上にアイランド状にＳＯＩ層１６が存在するＳＯＩ基板１１を完成させた。このＳＯＩ基板を実施例１とした。
【００２２】
＜比較例１＞
ゲッタリング層を形成しないことを除いて実施例１と同一の条件及び手順により酸化膜上にアイランド状にＳＯＩ層が存在するＳＯＩ基板を完成させた。このＳＯＩ基板を比較例１とした。
【００２３】
＜評価試験及び評価＞
実施例１及び比較例１におけるＳＯＩ基板のそれぞれのＳＯＩ層を化学分析してその成分中に金属であるニッケルが含まれるか否かを測定した。その結果、実施例１ではそのＳＯＩ層中にニッケルは測定されなかったが、比較例１ではそのＳＯＩ層中に１ｘ１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ3程度のニッケルが検出された。
比較例１におけるＳＯＩ層中に金属であるニッケルが測定されたのは、製造途中のアモルファスシリコン層１４上に形成された金属層１８からＳＯＩ層１６にニッケルが入り込んだことに起因するものと考えられる。一方、実施例１におけるＳＯＩ層中に金属が測定されなかったのは、製造途中にＳＯＩ層上に形成されるゲッタリング層にそのＳＯＩ層中の金属がゲッタリングされた結果と考えられる。この結果、本発明の製造方法では、ＳＯＩ層における金属汚染が解消されたＳＯＩ基板を得ることができることが判る。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明実施形態の製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
【００２５】
１１  ＳＯＩ基板
１２  シリコン基板
１３  酸化膜
１４  アモルファスシリコン層
１６  ＳＯＩ層
１８  金属層
１９  ゲッタリング層
【図１】
2006303218.tif 000003