(57)【要約】【課題】多孔質層を形成することにより、ＳＯＩ基板を製造する際、当該多孔質層の孔内に低温で形成された熱酸化膜は、その膜質が悪く、保護膜としての機能が不十分である。【解決手段】多孔質層内の孔内に、マイクロ波励起により発生させられた希ガスと絶縁膜形成ガスの混合ガスプラズマを用いて形成した絶縁膜を形成することにより、保護膜として十分な膜質を得ることができた。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の一方の面に形成している多孔質層上に第１単結晶層を形成した状態で、該基板の他方の面にバックシール膜を形成し、前記第１単結晶上に第２単結晶を形成する半導体基板の製造方法において、
前記第１単結晶層を形成する前に多孔質層にマイクロ波励起により発生させられた希ガスと絶縁膜形成ガスの混合ガスプラズマを用いて形成した絶縁膜を形成し、該第１単結晶層が形成される多孔質層表面の絶縁膜を除去することを特徴とする半導体基板の製造方法。
【請求項２】
前記第２単結晶層に絶縁膜を介して前記基板と異なる他の基板を貼り合わせた後に、前記基板、前記多孔質層を除去することを特徴とする請求項１記載の半導体基板の製造方法。
【請求項３】
前記絶縁膜形成ガスは酸素ガスを含み、前記多孔質層に形成する絶縁膜は、シリコン酸化膜であることを特徴とする請求項１または２記載の半導体基板の製造方法。
【請求項４】
前記絶縁膜形成ガスは窒化性ガスを含み、前記希ガスは特にクリプトンガスであることを特徴とする請求項３記載の半導体基板の製造方法。
【請求項５】
前記多孔質層に形成する絶縁膜は、シリコン窒化膜であることを特徴とする請求項１または２記載の半導体基板の製造方法。
【請求項６】
多孔質層を形成することにより、絶縁物層上に単結晶層を有する構成の半導体基板の製造方法に使用され、マイクロ波励起により発生させられた希ガスと絶縁膜形成ガスの混合ガスプラズマ内で、前記多孔質層内の孔内に保護膜を形成することを特徴とする半導体基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板の製造方法に関し、特に、単結晶層が形成される半導体基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体集積回路において、絶縁層によって素子間を分離してなるＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）構造があり、その方法の一つとして、貼り合わせ方法がある。その手法の一つとして以下の作成方法が報告されている。（Ｔ．  Ｙｏｎｅｈａｒａ，  ｅｔ  ａｌ，  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．，  Ｖｏｌ．  ６４，  Ｎｏ．  １６，  ｐｐ．  ２１０８−２１１０  （１９９４））、（Ｋ．  Ｓａｋａｇｕｃｈｉ，ｅｔ  ａｌ，  ＩＥＩＣＥ  Ｔｒａｎｓ．  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，  Ｅ８０−Ｃ，  ｐｐ．３７８−３８７  （１９９７））。
【０００３】
前述した方法は、ＥＬＴＲＡＮ法（Ｅｐｉｔａｘｉａｌ  Ｌａｙｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ）と称されている。
【０００４】
更に、上記手法に対し、エピタキシャル成長層である表面単結晶シリコン層（ＳＯＩ層）の不純物濃度を均一に制御するための方法が提案されている（特開２００２−２７０８０１、以下、引用文献と呼ぶ）。
【０００５】
図２を参照して、前述した引用文献に記載された従来の半導体基板を製造方法を概略的に説明する。まず、図２（ａ）に示すように、概ね５×１０１８ｃｍ−３程度のボロン濃度、比抵抗として０．０１〜０．０２Ωｃｍ程度のボロンドープのＰ型高濃度基板などの第１の半導体基板２０１として用意する。続いて、第１の半導体基板２０１の表面をＨＦなどを含む溶液中で陽極化成法などにより多孔質化することで、多孔質２０２を形成する（図２（ｂ））。
【０００６】
次に、多孔質層２０２上に非多孔質単結晶シリコン層２０３を形成し、多孔質層２０２の側壁保護膜として３００℃〜５００℃の熱処理で酸化膜、或いは、窒化膜を形成し、表面部分のみ保護膜を除去する（図２（ｃ））。
【０００７】
更に、半導体基板２０１の裏面にバックシール膜２０４を形成し（図２（ｄ））、次に、非多孔質単結晶シリコン層２０３上にエピタキシャル成長層２０５を形成する（図２（ｅ））。
【０００８】
続いて、エピタキシャル成長層２０５に第２の半導体基板２０６を酸化シリコン等の絶縁物層２０７を介して貼り合わせる（図２（ｆ））。
【０００９】
次に、バックシール膜２０４及び第１の半導体基板２０１を除去し、多孔質層２０２で第１、第２の半導体基板２０１、２０６側をそれぞれ分離することで多孔質層２０２を露出させる（図２（ｇ））。尚、図２（ｇ）は、図２（ｆ）の表裏を反転して示している。
【００１０】
その後、残りの不要な多孔質層２０２をエッチング、研磨などにより除去し、表裏両面に、非多孔質単結晶シリコン層２０３及び第２の半導体基板２０６を露出させ（図２（ｈ））、次に、必要に応じて非多孔質単結晶シリコン層２０３の表面を平滑化する。こうして、第２の半導体基板２０６、絶縁層２０７、及び、エピタキシャル成長膜２０５によって構成されるＳＯＩウェハが製造される（図２（ｉ））。
【００１１】
ところで、引用文献では、１０００℃以上の熱処理を多孔質層２０２に加えると、構造変化が生じるため、多孔質層２０２の表面保護膜として、酸化シリコン、窒化シリコンなどの保護膜を孔壁に概ね２〜１０ｎｍの厚さで形成することが望ましい旨が述べられている。
【００１２】
【特許文献１】
特開２００２−２７０８０１号公報
【００１３】
【非特許文献１】
Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．，  Ｖｏｌ．  ６４，  Ｎｏ．  １６，（Ｔ．  Ｙｏｎｅｈａｒａ，  ｅｔ  ａｌ）ｐｐ，２１０８−２１１０  （１９９４）
【００１４】
【非特許文献２】
ＩＥＩＣＥ  Ｔｒａｎｓ．  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，  Ｅ８０−Ｃ，  （Ｋ．  Ｓａｋａｇｕｃｈｉ，ｅｔ  ａｌ，）ｐｐ．３７８−３８７  （１９９７）
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
引用文献では、３００℃〜５００℃の酸素雰囲気中の熱処理で多孔質層２０２の孔壁の保護膜形成を行うことが記述されている。しかし、３００℃〜５００℃のような低温の酸素雰囲気中でシリコン酸化膜を形成してもシリコンの酸化速度は極めて遅く、２〜１０ｎｍの膜厚を形成するためには製造上効率が極めて悪い。
【００１６】
更に、３００℃〜５００℃のような低温の酸素雰囲気中で形成した酸化膜の膜質は、１０００℃で形成したような酸化膜と比較すると劣悪で保護膜としての機能が小さい。
【００１７】
そこで、本発明は、３００℃〜５００℃のような低温で製造上の効率が向上され、さらに膜質向上を課題とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、多孔質膜の保護膜形成時に反応性の強いラジカルを用い、反応速度を向上させるとともに保護膜の膜質を向上させる。
【００１９】
具体的に説明すると、本発明によれば、基板の一方の面に形成している多孔質層上に第１単結晶層を形成した状態で、該基板の他方の面にバックシール膜を形成し、前記第１単結晶上に第２単結晶を形成する半導体基板の製造方法において、前記第１単結晶層を形成する前に多孔質層にマイクロ波励起により発生させられた希ガスと絶縁膜形成ガスの混合ガスプラズマを用いて形成した絶縁膜を形成し、該第１単結晶層が形成される多孔質層表面の絶縁膜を除去することを特徴とする半導体基板の製造方法が得られる。
【００２０】
更に、本発明によれば、前記第２単結晶層に絶縁膜を介して前記基板と異なる他の基板を貼り合わせた後に、前記基板、前記多孔質層を除去することを特徴とする半導体基板の製造方法が得られる。
【００２１】
また、本発明によれば、前記絶縁膜形成ガスは酸素ガスを含み、前記多孔質層に形成する絶縁膜は、シリコン酸化膜であることを特徴とする半導体基板の製造方法が得られる。この場合、絶縁膜形成ガスは窒化性ガスを含み、前記希ガスは特にクリプトンガスであることが好ましい。
【００２２】
一方、前記多孔質層に形成する絶縁膜は、シリコン窒化膜であっても良い。ることを特徴とする請求項１または２記載の半導体基板の製造方法。
【００２３】
本発明によれば、多孔質層を形成することにより、絶縁物層上に単結晶層を有する構成の半導体基板の製造方法に使用され、マイクロ波励起により発生させられた希ガスと絶縁膜形成ガスの混合ガスプラズマ内で、前記多孔質層内の孔内に保護膜を形成することを特徴とする半導体基板の製造方法が得られる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図１を参照して説明する。
【００２５】
まず、概ね５×１０１８ｃｍ−３程度のボロン濃度、比抵抗として０．０１〜０．０２Ωｃｍ程度のボロンドープのＰ型高濃度基板などの第１の半導体基板（即ち、第１単語結晶基板）１０１として用意する（図１（ａ））。
【００２６】
続いて、第１の半導体基板１０１の表面をＨＦなどを含む溶液中で陽極化成法などにより多孔質化することで、多孔質層１０２を形成する（図１（ｂ））。
【００２７】
次に、図１（ｃ）に示すように、多孔質層１０２の側壁保護膜として３００℃〜５００℃の温度下でマイクロ波励起したクリプトンと酸素あるいはアンモニアの混合ガス雰囲気で１分間で８ｎｍ程度の酸化膜、或いは、窒化膜１０３を形成し、表面部分における保護膜だけをＨＦを含む溶液で除去し、非多孔質単結晶シリコン層１０４を形成する。
【００２８】
このとき、図３に示すように、低温プラズマ雰囲気中で保護膜として形成させれた酸化膜の成長速度は、１０００℃で形成する酸化膜の成長速度より十分早く、また、図４に示すように、絶縁性も１０００℃で形成する酸化膜と同等かそれ以上の性能を示し、保護膜として有用であることが判明した。また、保護膜を除去する際のＨＦを含む溶液は、できるだけ疎水性のものが好ましいことも分かった。
【００２９】
図１に戻ると、図１（ｃ）の工程において、多孔質層１０２内に絶縁膜１０３を形成した後、半導体基板１０１の裏面にバックシール膜１０５を形成する（図１（ｄ））。次に、非多孔質単結晶シリコン層１０４上にエピタキシャル成長層１０６を形成する（図１（ｅ））。
【００３０】
更に、エピタキシャル成長層１０６に第２の半導体基板１０７を酸化シリコン等の絶縁層１０８を介して貼り合わせる（図１（ｆ））。次に、第１の半導体基板１０１を除去し、多孔質層１０２で第１、第２の半導体基板１０１、１０７側をそれぞれ分離することにより、図の上側に示されたように、多孔質層１０２を露出させる（図１（ｇ））。以後、残りの不要な多孔質層１０２、孔壁保護膜１０３をエッチング、研磨などにより除去する（図１（ｈ））。
【００３１】
続いて、必要に応じて非多孔質単結晶シリコン層１０４の表面を平滑化する。こうして、第２の単結晶基板１０７、絶縁層１０８、及びエピタキシャル成長膜１０６によって構成されるＳＯＩウェハが製造される（図１（ｉ））。上記多孔質層１０２内に孔壁保護膜１０３を形成する場合の希ガスとしては、クリプトンの他にアルゴン、キセノン、ヘリウム、ネオンでもよい。
【００３２】
上記保護膜を形成する場合の窒化性ガスは、アンモニアの他に窒素、窒素と水素の混合ガス、一酸化二窒素、一酸化窒素でもよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明は、多孔質上に第２単結晶層を成長させる前の孔壁保護膜として、希ガスと酸素または、希ガスとアンモニアガスをマイクロ波により励起したプラズマを用いることにより、高品質な保護膜を高速に形成し、孔壁を安定化させ、第２単結晶層を形成するので、半導体デバイス等を形成する表面シリコン単結晶を高品質に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の半導体基板の概略的な構造工程図である。
【図２】従来の実施形態の半導体基板の概略的な構造工程図である。
【図３】マイクロ波励起したクリプトン／酸素混合ガス中のシリコンの酸化膜成長速度を説明するグラフである。
【図４】マイクロ波励起したクリプトン／酸素混合ガスで形成したシリコン酸化膜、マイクロ波励起したクリプトン／アンモニアガスで形成したシリコン窒化膜と従来の１０００℃で形成したシリコン酸化膜の絶縁特性を示す図である。
【符号の説明】
１０１                第１単結晶基板
１０２                多孔質層
１０３                孔壁保護膜
１０４                非多孔質単結晶膜
１０５                バックシール膜
１０６                エピタキシャル成長膜
１０７                第２の単結晶基板
１０８                絶縁層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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