(57)【要約】【課題】ＳＢＳＩ法を用いてＢＯＸ層を熱酸化法で形成する場合に、ＢＯＸ層が凸となり、ＢＯＸ層の中央付近でのＳｉＯ2層の充填が不十分となる。空隙が残ると、後工程で行われるＳｉＯ2層のウェットエッチング工程でエッチング液が空隙内に浸透し、充填したＳｉＯ2層がエッチングされる。このエッチングにより活性層となるＳｉ層を支えるＳｉＯ2層が除去され、活性層となるＳｉ層が剥れるおそれが生じる問題点がある。【解決手段】支持体前駆層となる酸化シリコン層を形成した後、窒素、Ｇｅ、Ａｌのうち少なくとも何れか一種類以上の物質を支持体前駆層にイオン注入し支持体前駆層を改質することで前記支持体前駆層の圧縮応力を緩和又は引っ張り応力を発生させ、支持体前駆層がＳｉ基板から離れる方向に凸となる反りを緩和、又は反りを凹とさせることで熱酸化を行う場合に発生するＢＯＸ層中央部での空隙発生を抑制或いは防止する。【選択図】図８
2008034679.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１）Ｓｉ（シリコン）基板の能動面側に位置する、単結晶領域が露出している部分を覆うように成長させた、ＳｉとＧｅ（ゲルマニウム）を含む混晶からなる第１単結晶半導体層を形成する工程と、
（２）前記第１単結晶半導体層を覆うように、前記第１単結晶半導体層よりもＳｉ中のＧｅ比率を下げた、又はＧｅの添加を打ち切りＳｉ材料のみを使用した単結晶からなる第２単結晶半導体層を形成する工程と、
（３）前記第２単結晶半導体層の一部を活性層として用いる素子領域部に隣接し、前記素子領域部を挟むよう位置する領域内にある前記第２単結晶半導体層及び前記第１単結晶半導体層を除去開口し前記Ｓｉ基板を露出させて支持体穴を形成する工程と、
（４）前記支持体穴及び前記素子領域部を埋めるように前記Ｓｉ基板の能動面側に支持体前駆層となるＳｉＯ2（酸化シリコン）層を形成する工程と、
（５）レジストマスクを用いて少なくとも前記支持体穴及び前記素子領域部を含む領域を残して前記支持体前駆層をエッチング除去することで支持体を形成する工程と、
（６）前記レジストマスクを用いて前記第１単結晶半導体層を開口し更に前記第２単結晶半導体層の端部の少なくとも一部を開口させた開口面を形成する工程と、
（７）前記第１単結晶半導体層を前記フッ硝酸エッチング液によるウェットエッチングにより除去する工程と、
（８）前記ウェットエッチングにより形成した空隙に熱酸化法を用いて形成するＢＯＸ（埋め込みＳｉＯ2）層を充填する工程と、
（９）平坦化ＳｉＯ2層を成層し、化学機械研磨（ＣＭＰ）法により前記Ｓｉ基板の能動面側を平坦化する工程と、
（１０）ウェットエッチングを用いて前記平坦化ＳｉＯ2層をエッチングし前記第２単結晶半導体層を露出させる工程と、
を含み、少なくとも当該工程を、当該順に実行するＳＯＩ基板の製造方法であって、
前記（４）と前記（５）の工程間に、窒素、Ｇｅ、Ａｌ（アルミニウム）のうち少なくとも何れか一種類以上の物質を前記支持体前駆層にイオン注入することを特徴とするＳＯＩ基板の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のＳＯＩ基板の製造方法であって、前記（４）と前記（５）の工程間に行われるイオン注入工程は、前記支持体前駆層を改質することで前記支持体前駆層の熱膨張係数を前記素子領域部に近付ける、又は前記素子領域部よりも熱膨張係数を大きい値とし、前記（８）のＢＯＸ層形成後の降温処理を行う場合に生じる、前記支持体と前記素子領域部との間に生じ、前記支持体が受ける圧縮応力を緩和させる又は引っ張り応力を発生させるよう加工し、前記支持体が前記Ｓｉ基板から離れる方向に凸となる反りを緩和、又は反りを凹とする条件となるよう行われることを特徴とする請求項１に記載のＳＯＩ基板の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載のＳＯＩ基板の製造方法であって、前記（４）と前記（５）の工程間に前記支持体前駆層をポーラス状に改質するためのイオン注入を行うことを特徴とする請求項１に記載のＳＯＩ基板の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載のＳＯＩ基板の製造方法であって、前記イオン注入工程は、前記（８）のＢＯＸ層形成のための熱酸化法で前記支持体前駆層を構成する物質をポーラス状の状態から緻密化させ、原子間の平均距離を短縮することで前記支持体となるべき領域と前記素子領域との間に生じ、前記支持体となるべき領域が受ける圧縮応力を緩和させる又は引っ張り応力を発生させるようポーラス状に加工し、前記支持体となるべき領域の反りを前記Ｓｉ基板から離れる方向に凸となる反りを緩和、又は反りを凹とする条件となるよう行われることを特徴とする請求項３に記載のＳＯＩ基板の製造方法。
【請求項５】
請求項１に記載のＳＯＩ基板の製造方法であって、前記（５）、前記（６）の製造工程に代えて、
（５−１）前記支持体前駆層のうち前記支持体となるべき領域を第１のフォトリソグラフ法を用いて開口する工程と、
（５−２）窒素、Ｇｅ、Ａｌのうち少なくとも何れか一種類以上の物質を前記支持体となるべき領域にイオン注入する工程と、
（５−３）第２のフォトリソグラフ法により前記支持体となるべき領域にかからぬよう前記支持体及び前記支持体周辺を開口した第２のフォトレジスト層を形成する工程と、
（５−４）改質された前記支持体となるべき領域が残るよう前記支持体前駆層を自己整合でドライエッチングし前記支持体を形成する工程と、
（６）前記支持体をマスクとして用いて前記第１単結晶半導体層を開口し更に前記第２単結晶半導体層の端部の少なくとも一部を開口させた開口面を形成する工程と、
を行うことを特徴とする請求項１に記載のＳＯＩ基板の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載のＳＯＩ基板の製造方法であって、前記（５−２）の工程でのイオン注入条件は、熱膨張係数を前記素子領域部に近付ける、又は前記素子領域部よりも熱膨張係数を大きい値とし、前記（８）のＢＯＸ層形成後の降温処理を行う場合に生じる、前記支持体となるべき領域と前記素子領域部との間に生じ、前記支持体となるべき領域が受ける圧縮応力を緩和させる又は引っ張り応力を発生させるよう加工し、且つ前記支持体となるべき領域をエッチングガスに対する耐性を有するよう改質する工程と、を行うことを特徴とする請求項５に記載のＳＯＩ基板の製造方法。
【請求項７】
請求項５に記載のＳＯＩ基板の製造方法であって、前記（５−２）の工程に代えて、窒素、Ｇｅ、Ａｌのうち少なくとも何れか一種類以上の物質を用いたイオン注入工程を用いてポーラス状に加工し、前記支持体となるべき領域の反りを前記Ｓｉ基板から離れる方向に凸となる反りを緩和、又は反りを凹とする条件となるよう行われることを特徴とする請求項５に記載のＳＯＩ基板の製造方法。
【請求項８】
請求項１乃至請求項４に用いられる前記工程（５）の工程前、又は請求項５若しくは請求項７に用いられる前記（５−１）の何れか１つの工程前に前記イオン注入による損傷を回復するためのアニール処理を行うことを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の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、ＳＯＩ基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳＯＩ基板上に形成されたトランジスタは、バルクシリコン基板上に形成される場合と比較して接合容量（ソース・ドレイン領域と基板間の容量）が小さいことから、半導体装置の低消費電力化、高速動作化が可能であること等の利点を有している。ＳＯＩ基板の製造方法としては、例えば特許文献１、特許文献２等が公知である。また、非特許文献１としてＳＢＳＩ（Separation  by  Bonding  Si  Islands）法が開示されている。ＳＢＳＩ法の概略を以下に示す。
【０００３】
まずＳｉ（シリコン）基板上にＳｉＧｅ（シリコンとゲルマニウムの混晶）層と活性層を形成するＳｉ層と支持層としてのＳｉＯ2（酸化シリコン）層を積層する。そしてレジストマスクを用い活性層を含む領域が残るようＳｉＯ2層、Ｓｉ層、ＳｉＧｅ層そしてＳｉ基板の一部までエッチングし、ＳｉＧｅ層を露出させる。
【０００４】
次に露出されたＳｉＧｅ層をフッ硝酸を用いて除去し空隙を形成する。この際、支持層としてのＳｉＯ2層により活性層となるＳｉ層は支持されている。次に、ＳｉＧｅ層をエッチングして除去することで生じた空隙を充填するよう例えば１０００℃程度の熱酸化法によりＢＯＸ（埋め込み酸化）層を形成することでＳＯＩ基板を局所的に形成する方法がＳＢＳＩ法の概略である。ここでＳｉＧｅ層と活性層となるＳｉ層の幅は、両者のフッ硝酸に対するエッチング速度の比により定まり例えば活性層となるＳｉ層は１．２５μｍ程度の幅を有し、長さは４μｍ程度を有することができる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２９９５９１号公報
【特許文献２】特開２０００−１２４０９２号公報
【非特許文献１】Ｔ．Ｓａｋａｉ  ｅｔ  ａｌ．，Ｓｅｃｏｎｄ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ＳｉＧｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ａｎｄ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｍｅｅｔｉｎｇ，Ｍｅｅｔｉｎｇ  Ａｂｓｔｒａｃｔ，ｐｐ．２３０−２３１，Ｍａｙ（２００４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＳＢＳＩ法を用いてＢＯＸ層を熱酸化法で形成する場合に、図１９（ａ）、図１９（ｂ）に示すようにＳｉＧｅ層をフッ硝酸を用いて除去した後の形状が熱酸化後Ｓｉ基板から離れる方向に凸となり、反りの絶対量が大きいＢＯＸ層の中央付近でのＳｉＯ2層の充填が不十分となる現象が観察されている。このように空隙が残ると、後工程で行われるＳｉＯ2層のウェットエッチング工程でエッチング液が空隙内に浸透し、充填したＳｉＯ2層がエッチングされる。このエッチングにより活性層となるＳｉ層を支えるＳｉＯ2層が除去され、活性層となるＳｉ層が剥れるおそれが生じるという課題がある。
【０００７】
この反りは、活性層となるＳｉ層と支持層としてのＳｉＯ2層との熱膨張係数の差に起因しているものと予想されている。Ｓｉ層の熱膨張係数は４．２×１０-6／Ｋ、ＳｉＯ2層の熱膨張係数は０．６×１０-6／Ｋである。熱酸化を行う場合に昇温する過程では、ＳｉＯ2／Ｓｉ層間では空隙がＳｉ基板から離れる方向に凹となる方向に応力が加わる。ここで、１０００℃程度の温度に昇温すると、支持層としてのＳｉＯ2層は粘性流動し応力は緩和され、空隙の形状は一旦平坦になる。熱酸化終了後降温する場合には応力は緩和されないため、Ｓｉ基板から離れる方向に凸となり活性層を埋め込むＢＯＸ層は反りの絶対量が大きいＢＯＸ層の中央付近でのＳｉＯ2層の充填が不十分となる現象が見られると考えられている。
【０００８】
そこで、本発明はこのような課題を解決し、ＢＯＸ層の中央がＳｉ基板から離れる方向に凸となる現象を緩和、或いはＢＯＸ層の中央がＳｉ基板から離れる方向に凹となり、ＢＯＸ層中央部に生じる間隙形成を抑制、或いは防止するＳＯＩ基板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】
【０００９】
（構成１）上記した課題を解決するために、本発明のＳＯＩ基板の製造方法は、（１）Ｓｉ（シリコン）基板の能動面側に位置する、単結晶領域が露出している部分を覆うように成長させた、ＳｉとＧｅ（ゲルマニウム）を含む混晶からなる第１単結晶半導体層を形成する工程と、（２）前記第１単結晶半導体層を覆うように、前記第１単結晶半導体層よりもＳｉ中のＧｅ比率を下げた、又はＧｅの添加を打ち切りＳｉ材料のみを使用した単結晶からなる第２単結晶半導体層を形成する工程と、（３）前記第２単結晶半導体層の一部を活性層として用いる素子領域部に隣接し、前記素子領域部を挟むよう位置する領域内にある前記第２単結晶半導体層及び前記第１単結晶半導体層を除去開口し前記Ｓｉ基板を露出させて支持体穴を形成する工程と、（４）前記支持体穴及び前記素子領域部を埋めるように前記Ｓｉ基板の能動面側に支持体前駆層となるＳｉＯ2（酸化シリコン）層を形成する工程と、（５）レジストマスクを用いて少なくとも前記支持体穴及び前記素子領域部を含む領域を残して前記支持体前駆層をエッチング除去することで支持体を形成する工程と、（６）前記レジストマスクを用いて前記第１単結晶半導体層を開口し更に前記第２単結晶半導体層の端部の少なくとも一部を開口させた開口面を形成する工程と、（７）前記第１単結晶半導体層を前記フッ硝酸エッチング液によるウェットエッチングにより除去する工程と、（８）前記ウェットエッチングにより形成した空隙に熱酸化法を用いて形成するＢＯＸ（埋め込みＳｉＯ2）層を充填する工程と、（９）平坦化ＳｉＯ2層を成層し、化学機械研磨（ＣＭＰ）法により前記Ｓｉ基板の能動面側を平坦化する工程と、（１０）ウェットエッチングを用いて前記平坦化ＳｉＯ2層をエッチングし前記第２単結晶半導体層を露出させる工程と、を含み、少なくとも当該工程を、当該順に実行するＳＯＩ基板の製造方法であって、前記（４）と前記（５）の工程間に、窒素、Ｇｅ、Ａｌ（アルミニウム）のうち少なくとも何れか一種類以上の物質を前記支持体前駆層にイオン注入することを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、支持体前駆層は窒素、Ｇｅ、Ａｌのうち少なくとも何れか一種類以上の物質がイオン注入され支持体前駆層は改質を受けている。支持体前駆層と活性層となる第２単結晶半導体層との間で、第２単結晶半導体層が受ける応力がＳｉＯ2膜の場合と異なりＳｉＯ2膜が軟化する高温雰囲気中でも軟化は抑制される。そのため熱酸化法を用いてＢＯＸ層を形成し空隙を充填した後、熱酸化後の降温工程でのＢＯＸ層内での空洞の発生が抑制される。そのため、後工程となる（１０）の工程でウェットエッチング工程でＢＯＸ層内の空洞を通じてウェットエッチング用の液が浸透し、ＢＯＸ層に損傷を与える現象を抑制又は防止することができる。また、改質するための物質を濃度制御性に優れたイオン注入法を用いて導入するため、応力制御を精密に行うことができる。
【００１１】
（構成２）また上記した課題を解決するために、本発明のＳＯＩ基板の製造方法は、構成１に記載のＳＯＩ基板の製造方法であって、前記（４）と前記（５）の工程間に行われるイオン注入工程は、前記支持体前駆層を改質することで前記支持体前駆層の熱膨張係数を前記素子領域部に近付ける、又は前記素子領域部よりも熱膨張係数を大きい値とし、前記（８）のＢＯＸ層形成後の降温処理を行う場合に生じる、前記支持体と前記素子領域部との間に生じ、前記支持体が受ける圧縮応力を緩和させる又は引っ張り応力を発生させるよう加工し、前記支持体が前記Ｓｉ基板から離れる方向に凸となる反りを緩和、又は反りを凹とする条件となるよう行われることを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、支持体はＳｉ基板から離れる方向に凸となる反りを緩和、又は反りを凹とする形状を有する。従って、ＢＯＸ層中央部での中空部の発生を抑制することができ、前記（１０）の工程でのウェットエッチングで、中空部を介してエッチング液が浸透することで発生する異常エッチングの発生を抑制することができる。
【００１３】
（構成３）また、上記した課題を解決するために、本発明のＳＯＩ基板の製造方法は、構成１に記載のＳＯＩ基板の製造方法であって、前記（４）と前記（５）の工程間に前記支持体前駆層をポーラス状に改質するためのイオン注入を行うことを特徴とする。
【００１４】
この製造方法によれば、イオン注入法を行うことでＳＯＩ基板上に形成された物に対して、原子レベルで運動エネルギーが伝えられることで原子が弾き飛ばされポーラス状の構造が作られる。そのため、ＳＯＩ基板上に圧縮可能な状態を有する層を形成することができる。
【００１５】
（構成４）また、上記した課題を解決するために、本発明のＳＯＩ基板の製造方法は、構成３に記載のＳＯＩ基板の製造方法であって、前記イオン注入工程は、前記（８）のＢＯＸ層形成のための熱酸化法で前記支持体前駆層を構成する物質をポーラス状の状態から緻密化させ、原子間の平均距離を短縮することで前記支持体となるべき領域と前記素子領域との間に生じ、前記支持体となるべき領域が受ける圧縮応力を緩和させる又は引っ張り応力を発生させるようポーラス状に加工し、前記支持体となるべき領域の反りを前記Ｓｉ基板から離れる方向に凸となる反りを緩和、又は反りを凹とする条件となるよう行われることを特徴とする請求項３に記載のＳＯＩ基板の製造方法。
【００１６】
この製造方法によれば、運動エネルギーが伝えられることで原子が弾き飛ばされ、ポーラス状の構造に改質される。この改質によりＳｉ基板の能動面側にある物質は、緻密な状態にある場合と比べて密度は低下する。この状態でＢＯＸ層形成用の熱酸化法を行うために昇温させると、ポーラス状の支持体前駆層は熱により密度の高い層へと転換されていく。そのため、支持体前駆層の量が減り引っ張り応力を発生する。この状態で降温させることで、支持体中央部の空隙厚さは周辺部と比べ同等程度或いは狭くすることができる。そのため熱酸化後の降温工程でのＢＯＸ層内での空洞の発生が抑制される。
【００１７】
（構成５）また、上記した課題を解決するために、本発明のＳＯＩ基板の製造方法は、構成１に記載のＳＯＩ基板の製造方法であって、前記（５）、前記（６）の製造工程に代えて、（５−１）前記支持体前駆層のうち前記支持体となるべき領域を第１のフォトリソグラフ法を用いて開口する工程と、（５−２）窒素、Ｇｅ、Ａｌのうち少なくとも何れか一種類以上の物質を前記支持体となるべき領域にイオン注入する工程と、（５−３）第２のフォトリソグラフ法により前記支持体となるべき領域にかからぬよう前記支持体及び前記支持体周辺を開口した第２のフォトレジスト層を形成する工程と、（５−４）改質された前記支持体となるべき領域が残るよう前記支持体前駆層を自己整合でドライエッチングし前記支持体を形成する工程と、（６）前記支持体をマスクとして用いて前記第１単結晶半導体層を開口し更に前記第２単結晶半導体層の端部の少なくとも一部を開口させた開口面を形成する工程と、を行うことを特徴とする。
【００１８】
この製造方法によれば、窒素、Ｇｅ、Ａｌの少なくとも一種類をイオン注入された領域は他の支持体前駆層と比べ性質が変わっているのでドライエッチングを用いてイオン注入が行われた領域のみを残して他の領域にある支持体前駆層を除去できる。そのため、イオン注入を行った後に更にフォトリソグラフ工程を用いてイオン注入された領域のみを開口する工程は不要であり、特に小さい面積に形成される支持体についてフォトリソグラフ工程での合わせずれによる特性劣化を引き起こすことなく自己整合な工程で局部的に支持体を形成することができる。
【００１９】
また、狭い領域にのみ応力を制御するイオン注入を行うため、応力調整に用いる手法により発生する応力は局地的に処理される。そのため、Ｓｉ基板そのものの反りを抑えることができ、真空吸着や静電チャックを用いる場合にＳｉ基板を容易に固定することができる。
【００２０】
（構成６）また、上記した課題を解決するために、本発明のＳＯＩ基板の製造方法は、請求項５に記載のＳＯＩ基板の製造方法であって、前記（５−２）の工程でのイオン注入条件は、熱膨張係数を前記素子領域部に近付ける、又は前記素子領域部よりも熱膨張係数を大きい値とし、前記（８）のＢＯＸ層形成後の降温処理を行う場合に生じる、前記支持体となるべき領域と前記素子領域部との間に生じ、前記支持体となるべき領域が受ける圧縮応力を緩和させる又は引っ張り応力を発生させるよう加工し、且つ前記支持体となるべき領域をエッチングガスに対する耐性を有するよう改質する工程と、を行うことを特徴とする。
【００２１】
この構成によれば、支持体はＳｉ基板から離れる方向に凸となる反りを緩和、又は反りを凹とする形状を有する。従って、ＢＯＸ層中央部での中空部の発生を抑制することができ、前記（１０）の工程でのウェットエッチングで、中空部を介してエッチング液が浸透することで発生する異常エッチングの発生を抑制することができる。
【００２２】
（構成７）また、上記した課題を解決するために、本発明のＳＯＩ基板の製造方法は、構成５に記載のＳＯＩ基板の製造方法であって、前記（５−２）の工程に代えて、窒素、Ｇｅ、Ａｌのうち少なくとも何れか一種類以上の物質を用いたイオン注入工程を用いてポーラス状に加工し、前記支持体となるべき領域の反りを前記Ｓｉ基板から離れる方向に凸となる反りを緩和、又は反りを凹とする条件となるよう行われることを特徴とする。
この製造方法によれば、窒素、Ｇｅ、Ａｌの少なくとも一種類をイオン注入された領域は他の支持体前駆層と比べ性質が変わっているのでドライエッチングを用いてイオン注入が行われた領域のみを残して自己整合で他の領域にある支持体前駆層を除去できる。そのため、フォトリソグラフ工程での合わせずれによる特性劣化を引き起こすことなく支持体を形成することができる。
【００２３】
また、狭い領域にのみ応力を制御するイオン注入を行うため、応力調整に用いる手法により発生する応力は局地的に処理される。そのため、Ｓｉ基板そのものの反りを抑えることができ、真空吸着や静電チャックを用いる場合にＳｉ基板を容易に固定することができる。
【００２４】
（構成８）また、上記した課題を解決するために、本発明のＳＯＩ基板の製造方法は、請求項１乃至４に示される前記工程（５）の工程前、又は請求項５若しくは７に示される前記（５−１）の何れか１つの工程前に前記イオン注入による損傷を回復するためのアニール処理を行うことを特徴とする。
【００２５】
この製造方法によれば、イオン注入工程により荒れた部分をアニール処理を行うことで部分的或いは十分に修復できる。後工程で損傷をアニールすることで生じる体積収縮現象を応力調整に用いる場合にはドライエッチングに耐えて、且つＢＯＸ層を形成する場合に緻密化する余地を残すようアニールすることでポーラス状に改質される領域の荒れを修正できる。また、後工程で体積収縮現象を用いない場合にはポーラス状の構造を修復し切るようアニールを行うことで膜質を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
（第１の実施形態）
以下、本実施形態について図面を用いて説明する。図１（ａ）、図１（ｂ）〜図１０（ａ）、図１０（ｂ）及び図１２（ａ）、図１２（ｂ）は本実施形態の製造工程を説明するための図面であり、（ａ）は模式平面図、（ｂ）はＡ−Ａ´線模式断面図である。そして、図１１は本実施形態の製造工程を用いて形成されたトランジスタの模式平面図である。
【００２７】
まず、工程１として図１に示すように、単結晶ＳｉウェハであるＳｉ基板１の能動面側で単結晶Ｓｉが露出されている領域に第１単結晶半導体層としての単結晶ＳｉＧｅ層２を形成し、続けて単結晶ＳｉＧｅ層２に重ねて、活性層となる第２単結晶半導体層としての活性層Ｓｉ層５を形成する。
【００２８】
次に工程２として図２に示すように、支持体穴８（工程６（図５）で説明する）に相当する部分を開口し、それ以外を覆うようフォトレジスト層７をパターニングする。
【００２９】
次に工程３として図３に示すように、パターニングしたフォトレジスト層７をマスクにして、活性層Ｓｉ層５と単結晶ＳｉＧｅ層２とを順次エッチングしてＳｉ基板１の表面を露出させ支持体穴８を形成する。支持体穴８を形成後、フォトレジスト層７は除去する。
【００３０】
次に工程４として図４に示すように、フォトレジスト層７を除去後、ＣＶＤ法等の方法により支持体穴８を埋め込み、且つ活性層Ｓｉ層５を覆うようにＳｉ基板１の能動面側全体にＳｉＯ2からなる支持体前駆層９を形成する。
【００３１】
次に、工程５として図１２に示すように支持体前駆層９に窒素のイオン注入を行う。支持体前駆層９中に窒素をイオン注入することで、支持体前駆層９をＳｉＯ2からＳｉＯＮに改質する。ここでは窒素をイオン注入したものを例示しているが、イオン種は窒素、Ｇｅ、Ａｌを少なくとも１つを含むイオンを用いて注入することができる。イオン注入量としては例えば３×１０17（ｃｍ-2）程度を用いることができる。イオン注入法を用いて支持体前駆層９を改質することで、ＣＶＤ法によるＳｉＯＮ層の形成工程や、ＳｉＯ2層の窒化工程と比較して容易且つ正確に組成を制御することが可能となり、応力制御を高い精度を持って実現することができる。
【００３２】
次に工程６として図５に示すように、パターニングしたフォトレジスト層１０をマスクとして、支持体前駆層９のエッチングを行い、支持体前駆層９からなる支持体１４を形成する。支持体１４は活性層Ｓｉ層５と、支持体１４自身を支える支持体穴８中に形成した脚部により構成されている。
【００３３】
次に工程７として図６に示すように、フォトレジスト層１０をマスクとして活性層Ｓｉ層５と単結晶ＳｉＧｅ層２をエッチングし、Ｓｉ基板１を露出させ、同時に素子領域側面１５を露出させる。活性層Ｓｉ層５と単結晶ＳｉＧｅ層２のエッチング終了後、フォトレジスト層１０は除去する。ここで、図６はフォトレジスト層１０を除去した後の図である。
【００３４】
次に工程８として図７に示すように、活性層Ｓｉ層５と単結晶ＳｉＧｅ層２に対して選択比が大きいフッ硝酸エッチング液を用いて単結晶ＳｉＧｅ層２を素子領域側面１５側から選択的にエッチングさせることで支持体１４により支えられた活性層Ｓｉ層５からなる素子領域部１１が機械的に浮いている状態にする。
【００３５】
次に工程９として図８に示すように、Ｓｉ基板１を熱酸化し、素子領域部１１とＳｉ基板１との間に酸化Ｓｉからなる埋め込み絶縁層（ＢＯＸ層）１２を形成する。ＢＯＸ層１２を形成するための温度としては例えば１０００℃程度を用いることができる。
【００３６】
支持体１４中には工程５で窒素が導入されている。ＳｉＯＮはＳｉＯ2と比べ熱膨張係数が大きくＳｉに近い値を持つため、ＢＯＸ層１２の形成後降温する場合にＢＯＸ層１２の中央部が凸になる現象を抑制することができる。また、ＳｉＯＮはＳｉＯ2と比べ硬度が高く、１０００℃程度の熱酸化処理を行っても粘性流動による緩和を抑制することができる。そのため、ＢＯＸ層１２を形成した後、降温すると元の平坦形状に戻るため、ＢＯＸ層１２の中央部に生じる間隙の発生を抑えることができる。
【００３７】
また、工程５でＧｅをイオン注入する場合、支持体１４はＳｉＧｅＯｘに改質される。ＳｉＧｅＯｘの熱膨張係数はＳｉＯ2や同程度の原子数比を有するＳｉＯＮと比べ、よりＳｉの熱膨張係数に近づくため活性層Ｓｉ層５に加わる応力をより効果的に緩和することができ、ＢＯＸ層１２の形成後降温する場合に高い平坦性を保つことができる。また、ＳｉＧｅＯｘは１０００℃程度の高温処理を行っても粘性流動による緩和を抑制することができる。そのため、ＢＯＸ層１２を形成した後、降温した場合に元の平坦形状に戻るため、ＢＯＸ層１２の中央部に生じる間隙の発生を抑制することができる。
【００３８】
また、工程５で窒素とＡｌをイオン注入する場合、支持体１４はＳｉＡｌＯＮ層に改質される。ＳｉＡｌＯＮ層はその組成を制御することで活性層Ｓｉ層５と同程度の熱膨張係数に制御することが可能となる。１０００℃程度の酸化温度に対しても活性層Ｓｉ層５に熱膨張係数差に由来する応力の絶対値を抑えることができ、ＢＯＸ層１２の中央部に生じる間隙の発生を抑えることができると共に応力により活性層Ｓｉ層５が受けるダメージを低減することができる。
【００３９】
また、工程５におけるイオン注入に際して例えばイオン種にアルゴンや酸素を用いる、又は例えば窒素を斜め注入法を用いて高エネルギーで行う等支持体前駆層９（図１２参照）に大きな損傷を与える注入条件を用いることで、支持体前駆層９（図１２参照）の膜質をポーラス状に改質することが可能となる。
【００４０】
ポーラス状に改質された支持体前駆層９（図１２参照）を用いて形成された支持体１４は１０００℃程度の熱酸化処理によって緻密化する。ポーラス状から緻密な層への転換に際して原子間の平均距離は短縮される。そのため支持体１４は引っ張り応力を発生する。引っ張り応力が発生することで、支持体１４及び活性層Ｓｉ層５は中央部がＳｉ基板１に近づく凹形状の構造をとるよう変形する。そのため、ＢＯＸ層１２の中央部に生じる間隙の発生を抑制することができる。
【００４１】
次に工程１０として図９に示すように、ＣＶＤ法等によりＳｉ基板１の能動面側全面にＳｉＯ2からなる平坦化絶縁層１３を形成する。平坦化絶縁層１３形成後に化学機械研磨（ＣＭＰ）法によりＳｉ基板１の能動面側を平坦化する。
【００４２】
次に、工程１１として図１０に示すように、緩衝フッ酸液を用いて平坦化絶縁層１３の一部及び支持体１４の一部をエッチングし、素子領域部１１を露出させる。ＣＭＰ法の面内ばらつき等により、ＢＯＸ層１２の部分に緩衝フッ酸液が届く場合があるが、工程５及び工程９での処理によりＢＯＸ層１２の中央部に生じる間隙の発生は抑制されるため、素子領域部１１を支えるＢＯＸ層１２中への当該緩衝フッ酸の浸透により生じるＢＯＸ層１２の侵食を防止することができる。
【００４３】
工程１１以降は、通常のＣＭＯＳプロセスを用いてＳＯＩトランジスタを形成することができる。図１１はＳＯＩトランジスタの一例を示すものである。素子領域部１１の両端にはドレインコンタクト２３とソースコンタクト２４が形成されている。そしてドレインコンタクト２３とソースコンタクト２４の間には図示しないゲート酸化層を介してゲート電極２２が形成されている。そして、ゲート電極２２の電位を制御するためにゲートコンタクト２１が形成されている。このようにＳＯＩ部分をトランジスタのチャネルに用いることで寄生容量が小さく小電力で電気的に高速動作可能なトランジスタを製造することが可能となる。
【００４４】
また、工程９でＢＯＸ層１２を形成する場合では、支持体前駆層９はエッチングされ支持体１４が形成される領域のみが局在的に残されている。従って応力を制御する領域の面積はＳｉ基板１の面積と比べ小さくすることができ、Ｓｉ基板１そのものの反りの発生を抑えることができる。従って製造工程中で用いられる静電チャックや真空チャックによるＳｉ基板１の固定を確実に行うことができる、更にフォトリソグラフ工程での焦点調整が容易となりフォトマスク上に描かれた微細パターンを精密にＳｉ基板１に転写することが可能となる。
【００４５】
（第２の実施形態）
以下、本実施形態について図面を用いて説明する。図１３（ａ）、図１３（ｂ）〜図１７（ａ）、図１７（ｂ）は本実施形態の製造工程を説明するための図面であり、（ａ）は模式平面図、（ｂ）はＡ−Ａ´線模式断面図である。なお、必要に応じ第１の実施形態の説明に用いた図面を参照する。
【００４６】
まず第１の実施形態で用いている工程１〜工程４を順に処理する。
【００４７】
次に工程５−１として、図１３に示すようにフォトリソグラフ工程により支持体前駆層９を用いて形成される支持体１４（図１７参照）を為す領域を開口したフォトレジスト層２０１を形成する。
【００４８】
次に工程５−２として、図１４に示すようにフォトレジスト層２０１をマスクとして、窒素、Ｇｅ、Ａｌを少なくとも１つを含むイオンを用いてイオン注入を行う。ここでは窒素を注入している。イオン注入後、フォトレジスト層２０１は除去する。ここでフォトレジスト層２０１を除去した後イオン注入を受けた支持体１４を為す領域の損傷を回復するためのアニールを行っても良い。
【００４９】
次に工程５−３として、図１５に示すように、フォトリソグラフ工程により支持体１４を為す領域が全て開口されたフォトレジスト層２０２を形成する。
【００５０】
次に工程５−４として、図１６に示すようにＣ4Ｆ8等を用いたドライエッチングにより、支持体１４を残してエッチングし、支持体１４周辺のＳｉＯ2等からなる支持体前駆層９を除去する。支持体１４部分には、窒素、Ｇｅ、Ａｌの何れか一種類以上の元素がイオン注入工程により添加されているため、Ｃ4Ｆ8等を用いたドライエッチングに対してエッチング耐性を有し、支持体１４のみを残してドライエッチングを行うことが可能となる。
【００５１】
次に工程６として、図１７に示すように支持体１４をマスクとして活性層Ｓｉ層５と単結晶ＳｉＧｅ層２をエッチングし、Ｓｉ基板１を露出させ、同時に素子領域側面１５を露出させる。活性層Ｓｉ層５と単結晶ＳｉＧｅ層２のエッチング終了後、フォトレジスト層２０２は除去する。
【００５２】
以下、第１の実施形態の工程７以降の工程を行い、ＳＯＩトランジスタを形成する。
第２の実施形態で表される製造工程を用いた場合には、第１の実施形態工程５−２を説明するために用いている図１４で示されるように、支持体前駆層９のうち支持体１４が形成される領域にのみ改質用のイオン注入がなされている。イオン注入により改質を部分的に行うことで、応力調整を局在的に行うことが可能となる。応力調整を局在的に行うことでＳｉ基板１そのものの反りの発生を抑えることができる。従って製造工程中で用いられる静電チャックや真空チャックによるＳｉ基板１の固定を確実に行うことができる、更にフォトリソグラフ工程での焦点調整が容易となりフォトマスク上に描かれた微細パターンを精密にＳｉ基板１に転写することが可能となる。
【００５３】
（第２の実施形態の変形例）
工程５−２におけるイオン注入に際してイオン種として例えば図１４に示す窒素、又はＧｅやＡｌの中から少なくとも一種類を用いて、例えば斜め注入法を用い高エネルギーでイオン注入を行う等支持体前駆層９に大きな損傷を与える注入条件を用いることで、支持体前駆層９の膜質をポーラス状に改質することが可能となる。
【００５４】
ポーラス状に改質された支持体前駆層９を用いて形成された支持体１４の構造を模式的に示したものが図１８である。支持体１４は１０００℃程度の熱酸化処理によって緻密化する。ポーラス状から緻密な層への転換に際して原子間の平均距離は短縮される。そのため支持体１４には引っ張り応力が発生する。引っ張り応力が発生することで、支持体１４及び活性層Ｓｉ層５は中央部がＳｉ基板１に近づく凹形状の構造をとるよう変形する。そのため、ＢＯＸ層１２の中央部に生じる間隙の発生を抑制することができる。また、ポーラス状に改質した後、ポーラス状の構造が残る範囲でアニールを行っても良い。このアニールを行うことで、工程５−４で示される選択性エッチングに用いるエッチング条件の範囲を広げることができ、製造工程での自由度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】（ａ）は、第１の実施形態を説明するための模式平面図、（ｂ）は模式断面図。
【図２】（ａ）は、第１の実施形態を説明するための模式平面図、（ｂ）は模式断面図。
【図３】（ａ）は、第１の実施形態を説明するための模式平面図、（ｂ）は模式断面図。
【図４】（ａ）は、第１の実施形態を説明するための模式平面図、（ｂ）は模式断面図。
【図５】（ａ）は、第１の実施形態を説明するための模式平面図、（ｂ）は模式断面図。
【図６】（ａ）は、第１の実施形態を説明するための模式平面図、（ｂ）は模式断面図。
【図７】（ａ）は、第１の実施形態を説明するための模式平面図、（ｂ）は模式断面図。
【図８】（ａ）は、第１の実施形態を説明するための模式平面図、（ｂ）は模式断面図。
【図９】（ａ）は、第１の実施形態を説明するための模式平面図、（ｂ）は模式断面図。
【図１０】（ａ）は、第１の実施形態を説明するための模式平面図、（ｂ）は模式断面図。
【図１１】第１の実施形態を説明するための模式平面図。
【図１２】（ａ）は、第１の実施形態を説明するための模式平面図、（ｂ）は模式断面図。
【図１３】（ａ）は、第２の実施形態を説明するための模式平面図、（ｂ）は模式断面図。
【図１４】（ａ）は、第２の実施形態を説明するための模式平面図、（ｂ）は模式断面図。
【図１５】（ａ）は、第２の実施形態を説明するための模式平面図、（ｂ）は模式断面図。
【図１６】（ａ）は、第２の実施形態を説明するための模式平面図、（ｂ）は模式断面図。
【図１７】（ａ）は、第２の実施形態を説明するための模式平面図、（ｂ）は模式断面図。
【図１８】（ａ）は、第２の実施形態の変形例を説明するための模式平面図、（ｂ）は模式断面図。
【図１９】（ａ）は、背景技術を用いた場合の模式断面図、（ｂ）はＳＥＭ断面図。
【符号の説明】
【００５６】
１…Ｓｉ基板、２…単結晶ＳｉＧｅ層、５…活性層Ｓｉ層、７…フォトレジスト層、８…支持体穴、９…支持体前駆層、１０…フォトレジスト層、１１…素子領域部、１２…ＢＯＸ層、１３…平坦化絶縁層、１４…支持体、１５…素子領域側面、２０１…フォトレジスト層、２０２…フォトレジスト層。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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