(57)【要約】【課題】製造工程が簡単でウエハ工程中に反りや割れの発生がなく、かつ光センサで正確な位置決めができるＳＯＳやＳＯＱ等の半導体ウエハとその製造方法を提供する。【解決手段】半導体ウエハは、位置決め用の切り込み部が設けられた絶縁基板（例えば、円板型のサファイア基板）１と、このサファイア基板１の片方の面全体に形成され、素子形成領域を有する結晶性のシリコン層からなるシリコン薄膜４とを有しており、このシリコン薄膜４の表面全体に酸化シリコン膜５が形成されている。サファイア基板１のシリコン薄膜４が形成された面とは反対側の面全体に、アモルファス化されたシリコン膜６と半球状グレインポリシリコン膜（ＨＳＧ膜）７による荒れた表面を有するシリコン膜が形成されている。ＨＳＧ膜７は、ウエハ裏面に透過光を散乱させるので、従来通りの光センサを用いた正確な位置決めができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周辺部に位置決め用の切り込み部が設けられた透光性を有する絶縁基板と、
前記絶縁基板の片面全体に形成され、素子形成領域を有する結晶性のシリコン層からなるシリコン薄膜と、
前記絶縁基板の前記シリコン薄膜とは反対側の面全体に形成されて荒れた表面を有するシリコン膜と、
を備えたことを特徴とする半導体ウエハ。
【請求項２】
周辺部に位置決め用の切り込み部が設けられた透光性を有する絶縁基板と、
前記絶縁基板の片面全体に形成され、素子形成領域を有する結晶性のシリコン層からなるシリコン薄膜と、
前記シリコン薄膜の表面で前記切り込み部を含む周辺部に形成された酸化シリコン膜と、
前記酸化シリコン膜上に形成されて荒れた表面を有するシリコン膜と、
を備えたことを特徴とする半導体ウエハ。
【請求項３】
周辺部に位置決め用の切り込み部が設けられた透光性を有する絶縁基板の片面全体に、素子形成領域を有する結晶性のシリコン層からなるシリコン薄膜と、酸化シリコン膜とを順次形成する工程と、
前記絶縁基板の前記シリコン薄膜が形成された面とは反対側の面全体、または前記酸化シリコン膜の周辺部に荒れた表面を有するシリコン膜を形成する工程と、
前記酸化シリコン膜の露出部分を除去する工程と、
を順次行うことを特徴とする半導体ウエハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳＯＳ（Silicon  on  Sapphire)等のように透明な絶縁基板の表面にシリコン薄膜を形成した半導体ウエハとその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置製造のウエハ工程では、円板型の半導体ウエハの円周上の１か所に位置決め用の切り込み部を予め設けておき、半導体ウエハを搭載したステージを回転させ、この切り込み部を可視光（例えば、波長６３３ｎｍのレーザ光）を用いた光センサで検出することにより、正確な位置決めを行うようにしている。一般的なシリコン基板を用いたシリコンウエハの場合、シリコン基板の厚さが一定以上あるので、切り込み部とそれ以外の箇所では光の透過率が異なり、容易に位置決めを行うことが可能である。
【０００３】
近年、サファイアや石英等の絶縁基板の表面にシリコン薄膜を形成し、このシリコン薄膜上に集積回路を形成するＳＯＳやＳＯＱ（Silicon  on  Quartz)プロセスが用いられるようになった。ＳＯＳやＳＯＱは、絶縁基板を使用しているので、シリコン基板のように基板にリーク電流が流れることが無く、低消費電力化が可能になるため、特に携帯型の装置に組み込まれる半導体装置として注目を集めている。
【０００４】
しかしながら、サファイアや石英は光の透過率が高く、かつ、その表面に形成されたシリコン薄膜も、例えば厚さが１μｍ以下の単結晶となっているため光の透過率が高い。従って、そのままの状態では、従来の光センサを用いて切り込み部を検出することができない。
【０００５】
このため、前記特許文献１には、サファイア基板の表面に回路形成用のシリコン薄膜を、裏面に光透過防止用のポリシリコン厚膜をそれぞれ形成し、この裏面のポリシリコン厚膜の面全体に切り込みを設けることによって基板の反りや割れを防止することを特徴とする半導体装置の製造方法が開示されている。
【０００６】
また、前記特許文献２には、シリコン厚膜による基板の反りや割れを防止するために、サファイア基板の表面と裏面にシリコン薄膜を形成し、裏面のシリコン薄膜にシリコン・イオンを注入してこの裏面のシリコン薄膜全体をアモルファス化することによって光透過防止膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２２０１１４号公報
【特許文献２】特開２０００−３６５８５号公報
【特許文献３】特開平８−２５４４１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の半導体装置の製造方法では、例えば前記特許文献２に開示されたように、裏面のシリコン薄膜にイオン注入をする前に、表面のシリコン薄膜を保護するためにこの表面のシリコン薄膜上にシリコン酸化膜を形成しておき、更にイオン注入後に、回路を形成するためにそのシリコン酸化膜を除去する必要がある。また、表面のシリコン薄膜に対する半導体装置の形成が終了した後、裏面の光透過防止膜を除去する必要がある。このように、裏面に光透過防止膜を形成するために、複雑な工程が必要であった。
【０００９】
本発明は、製造工程が簡素化でき、ウエハ工程中に反りや割れの発生がなく、かつ、光センサで正確な位置決めが可能なＳＯＳやＳＯＱ等の半導体ウエハとその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の内の請求項１に係る発明の半導体ウエハは、周辺部に位置決め用の切り込み部が設けられた透光性を有する絶縁基板と、前記絶縁基板の片面全体に形成され、素子形成領域を有する結晶性のシリコン層からなるシリコン薄膜と、前記絶縁基板の前記シリコン薄膜とは反対側の面全体に形成されて荒れた表面を有するシリコン膜と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項２に係る発明の半導体ウエハは、周辺部に位置決め用の切り込み部が設けられた透光性を有する絶縁基板と、前記絶縁基板の片面全体に形成され、素子形成領域を有する結晶性のシリコン層からなるシリコン薄膜と、前記シリコン薄膜の表面で前記切り込み部を含む周辺部に形成された酸化シリコン膜と、前記酸化シリコン膜上に形成されて荒れた表面を有するシリコン膜と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項３に係る発明の半導体ウエハの製造方法は、周辺部に位置決め用の切り込み部が設けられた透光性を有する絶縁基板の片面全体に、素子形成領域を有する結晶性のシリコン層からなるシリコン薄膜と、酸化シリコン膜とを順次形成する工程と、前記絶縁基板の前記シリコン薄膜が形成された面とは反対側の面全体、または前記酸化シリコン膜の周辺部に荒れた表面を有するシリコン膜を形成する工程と、前記酸化シリコン膜の露出部分を除去する工程と、を順次行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に係る発明の半導体ウエハによれば、シリコン薄膜とは反対側の絶縁基板面全体に、荒れた表面を有するシリコン膜が形成されているので、絶縁基板面全体は可視光の透過性が無くなる。これにより、ＳＯＳやＳＯＱのような透光性のある半導体ウエハでも、光センサによって切り込み部を検出して精密な位置決めを行うことが可能になる。また、第１の発明の半導体ウエハは、裏面にポリシリコン厚膜のような光透過防止膜を必要としないので、ウエハ処理工程中の反りや割れがなくなり、信頼性の高い半導体素子を形成することができる。
【００１４】
請求項２に係る発明の半導体ウエハによれば、酸化シリコン膜上に、荒れた表面を有するシリコン膜が形成されているので、絶縁基板の周辺部は可視光の透過性が無くなる。これにより、請求項１に係る発明と同様の効果がある。
【００１５】
更に、請求項３に係る発明の半導体ウエハの製造方法によれば、絶縁基板のシリコン薄膜が形成された面とは反対側の面全体、または酸化シリコン膜の周辺部に荒れた表面を有するシリコン膜を形成するようにしているので、絶縁基板の片面のみの処理で形成することができる。これにより、絶縁基板の両面に処理を施す従来の製造方法に比べ、製造工程を格段に簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は本発明の参考例を示す半導体ウエハの構成図である。
【図２】図２は図１の半導体ウエハの製造方法を示す工程図である。
【図３】図３は本発明の実施例１を示す半導体ウエハの断面図である。
【図４】図４は本発明の実施例２を示す半導体ウエハの製造工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、次の、参考例と実施例の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、より完全に明らかになるであろう。但し、図面は、もっぱら解説のためのものであって、この発明の範囲を限定するものではない。
【００１８】
（参考例）
図１（ａ），（ｂ）は、本発明の参考例を示す半導体ウエハの構成図であり、同図（ａ）は平面図、及び同図（ｂ）は断面図である。
【００１９】
この半導体ウエハは、円周上の１か所に位置決め用の切り込み部ＯＦが設けられた円板型のサファイア基板１と、このサファイア基板１の表面全体に形成されたシリコン薄膜２で構成されている。シリコン薄膜２は、直径がサファイア基板１の直径よりも１０ｍｍ程度小さい内輪部２ａと、その外側の円周に沿って５ｍｍ程度の幅を有する外輪部２ｂとに分けられている。
【００２０】
シリコン薄膜２の内輪部２ａは、結晶性のシリコン層で構成され、素子形成領域となる部分である。また、外輪部２ｂは、アモルファス化されて透光性の小さいシリコン層で構成された位置決め用の領域で、切り込み部ＯＦは内輪部２ａには掛からないように、この外輪部２ｂに設けられている。
【００２１】
図２は、図１の半導体ウエハの製造方法を示す工程図である。以下、この図２を参照しつつ、図１の半導体ウエハの製造方法を説明する。
【００２２】
（１）  工程１
切り込み部ＯＦが設けられた円板型のサファイア基板１を準備し、このサファイア基板１の表面全体に、例えばエピタキシャル成長によって、厚さ２０〜２００ｎｍ程度のシリコン薄膜２を形成する。
【００２３】
（２）  工程２
シリコン薄膜２の表面に、イオン注入時のマスクとなるレジスト剤３を塗布する。更に、例えばフォトリソグラフィを用い、この基板内の有効素子エリアを残して基板外周部のレジスト剤３を除去する。除去するレジスト剤３の幅は、ウエハ処理に用いる装置のウエハ位置センサの許容範囲と、基板内の有効素子エリアから決定されるが、少なくとも切り込み部ＯＦの最大切り欠き寸法（例えば５ｍｍ程度）以上である必要がある。
【００２４】
（３）  工程３
基板外周部が除去されたレジスト剤３をマスクとして、シリコン薄膜２の基板外周部をアモルファス化するために、イオンの注入を行う。注入条件は特に厳格である必要はないが、例えば、イオン種をシリコン、エネルギーを１６０ｋｅＶ、ドーズ量を５×１０14個／ｃｍ2とする。尚、イオン種は、結晶性を崩すことが目的であるので、種類は問わない。エネルギー等も、シリコン層の上に酸化膜等が形成されている場合には、イオンがシリコン層に到達できるように、その膜厚に応じて適切な値に設定する。また、注入時の温度は、レジスト剤３の耐熱温度（例えば、１００°Ｃ）以下であれば良い。
【００２５】
（４）  工程４
イオン注入の後、レジスト剤３を除去する。これにより、シリコン薄膜２の内輪部２ａには結晶性のシリコン層がそのまま残され、外輪部２ｂのシリコン層はアモルファス化されて可視光の透過性が小さくなって、図１に示すような半導体ウエハが完成する。なお、一旦アモルファス化されたシリコン層は、５６０°Ｃ以下であればその状態がそのまま保持されるが、５６０°Ｃ以上になると再結晶化して透明な状態に戻る。従って、ウエハ処理工程中に高温での処理によって可視光が透過するようになった場合には、再度、同様の方法でイオン注入を行うことにより、可視光の透過性をなくすことができる。
【００２６】
以上のように、この参考例の半導体ウエハは、切り込み部ＯＦを含むウエハ周辺部が可視光を透過しないように、アモルファス化された外輪部２ｂを持つシリコン薄膜を有している。従って、通常のシリコンウエハと同様の方法で、外輪部２ｂにおける切り込み部ＯＦをサーチすることにより、容易に位置決めを行うことができる。
【００２７】
また、この半導体ウエハは、裏面にポリシリコン厚膜のような光透過防止膜が形成されていないので、ウエハ処理工程中の反りを低減すると共に割れをなくすことができ、信頼性の高い半導体素子を形成することができるという利点がある。
【００２８】
更に、この半導体ウエハは、サファイア基板１の表面のみの処理で形成することができるので、従来の製造方法に比べて製造工程を格段に簡素化することができるという利点がある。
【実施例１】
【００２９】
図３は、本発明の実施例１を示す半導体ウエハの断面図である。
この半導体ウエハは、円周上の１か所に（図示していない）位置決め用の切り込み部ＯＦが設けられた円板型のサファイア基板１と、このサファイア基板１の片方の面全体に形成されたシリコン薄膜４を有しており、このシリコン薄膜４の表面全体に酸化シリコン膜５が形成されている。また、サファイア基板１のシリコン薄膜４が形成された面とは反対側の面全体に、アモルファス化されたシリコン膜６とＨＳＧ（半球状グレイン）ポリシリコン膜（以下、単に「ＨＳＧ膜」という。）７による荒れた表面を有するシリコン膜が形成されている。ＨＳＧ膜７は、表面が半球状のポリシリコン粒によって荒れたポリシリコン膜で、光を散乱させることによって、光の透過率が極端に小さくなる（例えば、１０％以下）という特性を有している。
【００３０】
このような半導体ウエハは、次のようにして製造することができる。
まず、切り込み部ＯＦが設けられた円板型のサファイア基板１を準備し、このサファイア基板１の表面全体に、例えばエピタキシャル成長によって、厚さ２０〜２００ｎｍ程度のシリコン薄膜４を形成する。更に、シリコン薄膜４の表面全体を酸化して酸化シリコン膜５を形成する。
【００３１】
次に、例えば温度５２０°ＣのＳｉＨ４ガスを用いて、サファイア基板１の裏面全体にアモルファス化されたシリコン膜６を形成する。更に、このアモルファス化されたシリコン膜６の表面にＨＳＧ処理を施して、ＨＳＧ膜７を形成する。ＨＳＧ処理は、例えば、ＡＳＭ社製のＵＨＶ−６００型ＨＳＧ−ＣＶＤ装置により、ＳｉＨ４ガスを用いて、温度５６０°Ｃ、圧力１×１０-5Ｐａの条件で行われる。
【００３２】
これにより、アモルファス化されたシリコン膜６の表面に、半球状のポリシリコン粒が形成されたＨＳＧ膜７が得られる。このような温度と圧力の条件下では、ＨＳＧ膜７はアモルファス化されたシリコン膜６の表面だけに選択的に形成され、反対側の酸化シリコン膜５上にはＨＳＧ膜が形成されない。
【００３３】
その後、シリコン薄膜４の表面に形成されている酸化シリコン膜５を除去し、露出したシリコン薄膜４に対して回路素子形成のウエハ処理が行われる。
【００３４】
以上のように、この実施例１の半導体ウエハは、ウエハ裏面に透過光を散乱させるＨＳＧ膜７を有しているので、通常のシリコンウエハと同様の方法で、切り込み部ＯＦをサーチすることにより、容易に位置決めを行うことができる。
【００３５】
ＨＳＧ膜７は、表面の半球状のポリシリコン粒で光を散乱させるため、薄い膜で良いので、ウエハ処理工程中の反りを低減すると共に割れをなくすことができ、信頼性の高い半導体素子を形成することができるという利点がある。更に、参考例におけるアモルファス化されたシリコン膜２ｂとは異なり、高温のウエハ処理工程で透光性が発生するおそれがないという利点がある。
【実施例２】
【００３６】
図４（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施例２を示す半導体ウエハの製造工程図である。
この半導体ウエハは、図４（ｃ）に示すように、円周上の１か所に（図示していない）位置決め用の切り込み部ＯＦが設けられた円板型のサファイア基板１と、このサファイア基板１の片方の面全体に形成されたシリコン薄膜４、このシリコン薄膜４の表面全体に形成された酸化シリコン膜５を有している。更に、酸化シリコン膜５の表面で切り込み部ＯＦを含む周辺部には、アモルファス化されたシリコン膜８ａが形成され、このシリコン膜８ａ上にＨＳＧ膜９が形成されている。
【００３７】
この半導体ウエハは、例えば次のような製造方法で形成される。
まず、図４（ａ）に示すように、切り込み部ＯＦが設けられた円板型のサファイア基板１を準備し、このサファイア基板１の表面全体に、例えばエピタキシャル成長によって、厚さ２０〜２００ｎｍ程度のシリコン薄膜４を形成する。更に、シリコン薄膜４の表面全体を酸化して酸化シリコン膜５を形成し、この酸化シリコン膜５の表面全体に、例えば温度５２０°ＣのＳｉＨ４ガスを用いてアモルファス化されたシリコン膜８を形成する。
【００３８】
次に、サファイア基板１の切り込み部ＯＦを含むシリコン膜８の周辺部を残し、内側のシリコン膜８を、リソグラフィ技術及びエッチング技術によって除去する。これにより、図４（ｂ）に示すように、酸化シリコン膜５上で切り込み部ＯＦを含む周辺部にアモルファス化されたシリコン膜８ａが残される。
【００３９】
更に、アモルファス化されたシリコン膜８ａの表面にＨＳＧ処理を施して、ＨＳＧ膜９を形成する。ＨＳＧ処理は、ＨＳＧ−ＣＶＤ装置により、例えば、ＳｉＨ４ガスを用いて、温度５６０°Ｃ、圧力１×１０-5Ｐａの条件で行われる。これにより、図４（ｃ）に示すように、アモルファス化されたシリコン膜８ａの表面に、半球状のポリシリコン粒が形成されたＨＳＧ膜９が得られる。このような温度と圧力の条件下では、ＨＳＧ膜９はアモルファス化されたシリコン膜８ａの表面にのみ選択的に形成され、内側の酸化シリコン膜５の表面にはＨＳＧ膜は形成されない。
【００４０】
その後、ＨＳＧ膜９が形成されていない内側の酸化シリコン膜５を除去し、露出したシリコン薄膜４に対して回路素子形成のウエハ処理が行われる。
【００４１】
以上のように、この実施例２の半導体ウエハは、切り込み部ＯＦを含むウエハ周辺部に、可視光を散乱させるためのＨＳＧ膜９を形成している。これにより、通常のシリコンウエハと同様の方法で、サファイア基板１の切り込み部ＯＦをサーチすることにより、容易に位置決めを行うことができる。
【００４２】
従って、この半導体ウエハは、サファイア基板１の表面のみの処理で形成することができるので、従来の製造方法に比べて製造工程を格段に簡素化することができるという利点がある。また、この半導体ウエハは、裏面にポリシリコン厚膜のような光透過防止膜が形成されていないので、ウエハ処理工程中の反りを低減すると共に割れをなくすことができ、信頼性の高い半導体素子を形成することができるという利点がある。更に、この半導体ウエハは、参考例におけるアモルファス化されたシリコン膜２ｂとは異なり、高温のウエハ処理工程で透光性が発生するおそれがないという利点がある。
【００４３】
（変形例）
なお、以上説明した実施例は、種々変更して実施することができる。その変形例としては、例えば、次のようなものがある。
【００４４】
（ａ）  サファイア基板１をベースにしたＳＯＳについて説明したが、石英基板をベースにしたＳＯＱにも同様に適用可能である。
【００４５】
（ｂ）  例示した寸法や材料、温度等の条件は一例であり、適用条件に応じて適宜変更することができる。
【００４６】
（ｃ）  円板型の半導体ウエハについて説明したが、円板型に限定されず、ウエハの周辺部に位置決め用の切り込み部を有する半導体ウエハに対しても同様に適用可能である。その場合、半導体ウエハ中央部の素子形成領域のシリコン薄膜が結晶化され、切り込み部を含む周辺部のシリコン薄膜がアモルファス化された状態に形成されていれば良い。
【００４７】
（ｄ）  半導体ウエハの周辺に設けられた切り込み部ＯＦの形状は、任意である。
【００４８】
（ｅ）  実施例１におけるサファイア基板１裏面のシリコン膜６とＨＳＧ膜７に代えて、サファイア基板１の裏面に、粗面ポリシリコン膜を直接形成しても良い。粗面ポリシリコン膜は、例えば、ＳｉＨ４ガスを用いて、温度５７５°Ｃ、圧力６５０Ｐａ程度の条件で行われる。これにより、サファイア基板１の裏面に、表面が荒れて透過光を散乱させるポリシリコン膜を均一に形成することができる。
【００４９】
（ｆ）  実施例２では、アモルファス化されたシリコン膜８の内側を除去し、残された周辺部のシリコン膜８ａの表面にＨＳＧ膜９を形成しているが、シリコン膜８の表面全体にＨＳＧ膜９を形成し、その後、切り込み部ＯＦを含む周辺部を残し、内側のＨＳＧ膜９、シリコン膜８及び酸化シリコン膜５を除去するようにしても良い。
【００５０】
（ｇ）  実施例２におけるシリコン膜８ａとＨＳＧ膜９に代えて、前記（ｅ）と同様に粗面ポリシリコン膜を設けても良い。
【００５１】
（ｈ）  実施例１，２におけるＨＳＧ処理の条件及び手順は一例であり、各種の条件で行うことができる。例えば、前記特許文献３には、ＤＲＡＭ（スタック型メモリセル）のスタック電極表面をＨＳＧ化する方法として、スタック電極を生成した基板を約５８０°Ｃ、約０．１３Ｐａの減圧下に置き、Ｓｉ２Ｈ６ガスに１０分程度晒した後、引き続き等温・等圧にて、Ｎ２雰囲気に３０分程度晒すことが記載されている。更に、この特許文献３には、形成されたＨＳＧ表面の反射率と光の波長との関係について、波長が６６０ｎｍ程度で反射率が最小の５％程度となり、波長６３３ｎｍでは反射率が１０％程度になるというデータが示されている。
【符号の説明】
【００５２】
１    サファイア基板
２，４    シリコン薄膜
２ａ    内輪部
２ｂ    外輪部
３    レジスト剤
５    酸化シリコン膜
６，８，８ａ  シリコン膜
７，９    ＨＳＧ膜
ＯＦ    切り込み部
【図１】
2011049588.tif 000003
【図２】
2011049588.tif 000004
【図３】
2011049588.tif 000005
【図４】
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