【手続補正書】
【提出日】平成15年11月11日(2003.11.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】結合ＳＯＩウェハ
【特許請求の範囲】
【請求項１】第１のシリコン層と、
上記第１のシリコン層上に設けられている絶縁層と、
上記絶縁層に上記第１のシリコン層に達するように設けられている孔と、
上記孔内に設けられている第２のシリコン層と、
上記絶縁層上及び上記第２のシリコン層上に設けられている第３のシリコン層と、
を有し、
上記第１のシリコン層に電気回路素子が形成され得る結合ＳＯＩウエハ。
【請求項２】上記第３のシリコン層上に設けられている第４のシリコン層を有する請求項１に記載の結合ＳＯＩウエハ。
【請求項３】上記第２のシリコン層がポリシリコンで構成される請求項１又は２に記載の結合ＳＯＩウエハ。
【請求項４】上記第２のシリコン層及び上記第３のシリコン層が同時に形成されるポリシリコンで構成される請求項１又は２に記載の結合ＳＯＩウエハ。
【請求項５】上記第１のシリコン層が単結晶シリコンで構成される請求項３又は４に記載の結合ＳＯＩウエハ。
【請求項６】上記第４のシリコン層が単結晶シリコンで構成される請求項５に記載の結合ＳＯＩウエハ。
【請求項７】上記第４のシリコン層に対して多欠陥処理が施されている請求項２、３、４、５又は６に記載の結合ＳＯＩウエハ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路素子用のＳＯＩウェハにかかり、特に、結合ＳＯＩウェハに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、シリコン半導体ウェハに形成された集積回路素子内のトランジスタやコンデンサ等の多数の電気素子間は電気的に互いに分離されており、導電性薄膜で構成された配線薄膜や基板内の拡散層等によって接続され、種々の回路が構成されている。
【０００３】
電気素子間を分離するためには、ｐｎ接合による分離方法と、絶縁性物質による分離方法とがあるが、近年では、シリコン基板中に予め絶縁層が形成されたウェハを用い、絶縁性物質によって分離する技術が注目されている。
【０００４】
そのようなウェハには、ＳＩＭＯＸ(Separation by implanted Oxygen)ウェハや、結合ＳＯＩウェハ等があるが、大口径化が容易であり、厚い活性層を形成できる点で、結合ＳＯＩウェハが有望視されている。
【０００５】
従来技術の結合ＳＯＩウェハを、その製造方法と共に説明する。図４(ａ)〜(ｃ)を参照し、先ず、シリコン単結晶基板から成るボンドウェハ１１１を高温で熱酸化し、表面にシリコン酸化膜から成る絶縁層１１２を形成する。次いで、絶縁層１１２表面に、ポリシリコン薄膜から成るポリシリコン層１１４を堆積させる(図４(ａ))。
【０００６】
このとき、ボンドウェハ１１１とは別に、シリコン単結晶基板から成るベースウェハ(支持基板)１３０を用意しておき、表面処理をしてシリコン単結晶を露出させた後、ボンドウェハ１１１上のシリコン層１１４と密着させ、熱処理を行うと、ボンドウェハ１１１とベースウェハ１３０とがシリコン層１１４を介して接合される(同図(ｂ))。
【０００７】
そして、ボンドウェハ１１１を研削研磨すると、ベースウェハ１３０上に所望膜厚の活性層１１５が形成され、かくて結合ＳＯＩウェハ１０２が完成する(同図(ｃ))。
【０００８】
このような結合ＳＯＩウェハ１０２では、活性層１１５を厚く形成できるため、高耐圧の電気素子を容易に形成でき、また、絶縁層１１２を厚く形成できることから、活性層１１５とベースウェハ１３０との短絡が無い高歩留まりの集積回路素子が得られるようになっている。
【０００９】
しかしながら従来技術の結合ＳＯＩウェハ１０２では、活性層１１５中に形成された電気素子のゲート酸化膜が低耐圧であったり、リーク電流が観察される場合があり、集積回路素子の特性を悪化させる原因になっている。
【００１０】
このような場合、活性層中に存在する微小量の重金属をゲッタリングすれば解決できることが知られているが、上記ベースウェハ１２０の酸素濃度を上げたり、裏面にポリシリコン薄膜を形成する等の多欠陥化処理を行い、ゲッタリング能力を付与してもゲート酸化膜の耐圧は向上せず、不良品が発生するため、その解決が望まれていた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、特性のよい電気素子を形成できる結合ＳＯＩウェハを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の結合ＳＯＩウエハは、第１のシリコン層と、上記第１のシリコン層上に設けられている絶縁層と、上記絶縁層に上記第１のシリコン層に達するように設けられている孔と、上記孔内に設けられている第２のシリコン層と、上記絶縁層上及び上記第２のシリコン層上に設けられている第３のシリコン層とを有し、上記第１のシリコン層に電気回路素子が形成され得る。
【００１３】
請求項２に記載の発明のように、上記第３のシリコン層上に設けられている第４のシリコン層を有することができる。また、請求項３に記載の発明のように、上記第２のシリコン層がポリシリコンで構成されてもよいし、請求項４に記載の発明のように、上記第２のシリコン層及び上記第３のシリコン層が同時に形成されるポリシリコンで構成されてもよい。更には、請求項５に記載の発明のように、上記第１のシリコン層が単結晶シリコンで構成されてもよいし、請求項６に記載の発明のように、上記第４のシリコン層が単結晶シリコンで構成されてもよい。
【００１４】
以上説明した請求項２乃至請求項６の何れかに記載の結合ＳＯＩウエハにおいては、請求項７に記載の発明のように、上記第４のシリコン層に対して多欠陥処理が施されていることが好ましい。
【００１５】
上述した本発明の結合ＳＯＩウェハの構成によれば、表面に絶縁性薄膜が形成されたボンドウェハが、ポリシリコン薄膜等のシリコン層を介してベースウェハと接合されており、ボンドウェハ側を研削研磨し、残った部分で活性層を構成させている。
【００１６】
このような結合ＳＯＩウェハでは、活性層を絶縁層が露出するまで窓開けし、その内部を絶縁物で充填すると、ｐｎ接合ではなく、絶縁性物質によって電気素子間を分離させることができる。
【００１７】
結合ＳＯＩウェハでは、絶縁層を形成する際にボンドウェハ(活性層)が無欠陥化するが、従来技術の結合ＳＯＩウェハでは、その活性層とベースウェハとが絶縁性薄膜によって完全に分離されてしまうため、活性層内の重金属原子はベースウェハ側に拡散できず、活性層内に不活性化していない重金属原子が残ってしまっていた。
【００１８】
それに対し、本発明の結合ＳＯＩウェハでは、絶縁層に孔を設け、その内部をポリシリコン薄膜等のシリコン層によって充填しており、従って、活性層とベースウェハとは、孔内に充填されたシリコン層を介して接続されている。この場合活性層内の重金属原子は、孔内のシリコン層を通ってベースウェハ側に拡散されるので、活性層が無欠陥化していても、シリコン層やベースウェハ内の欠陥に重金属原子をゲッタリングさせることができるので、活性層内に電気素子を形成しても、重金属の影響によって特性が悪化することはない。
【００１９】
この場合ベースウェハに多欠陥化処理を施しておくと、ゲッタリング能力が向上するので、重金属による影響が一層低減する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１(ａ)〜(ｄ)を参照し、本発明の実施形態における結合ＳＯＩウェハの製造方法を説明する。符号１１はシリコン単結晶基板から成るボンドウェハであり、熱酸化によって、表面と裏面に膜厚１μｍのシリコン熱酸化膜から成る絶縁層１２、１３がそれぞれ形成されている(図１(ａ))。
【００２１】
表面の絶縁層１２上にパターニングしたレジスト膜を形成し、エッチング処理によって絶縁層１２を窓開けし、一辺が約４ｍｍ〜５ｍｍの正方形形状の孔２０を形成する。その孔２０は、中央に一個、周辺に四個形成した。
【００２２】
エッチング処理を行った際に、裏面の絶縁層１３は全部除去されており、レジストを剥離した後(図１(ｂ))、表面に膜厚３μｍのポリシリコン薄膜を形成し、そのポリシリコン薄膜によってシリコン層１４を構成させると、孔２０内はシリコン層１４で充填される(図１(ｃ))。
【００２３】
但し、絶縁性薄膜１２には孔２０が形成されているため、段差が生じており、その表面に形成されたシリコン層１４には、孔２０上で凹部２１が生じている。そのため、シリコン層１４表面を平坦化する為に、ポリッシュ処理を行って凹部２１を除去しておく。
【００２４】
ボンドウェハ１１とは別に、シリコン単結晶基板から成るベースウェハ３０を用意し、その表面に研磨等の表面処理を施し、シリコン単結晶面を露出させ、平坦化したシリコン層１４に密着させた。その状態で、１２００℃、１時間の熱処理を行うと、ボンドウェハ１１とベースウェハ３０とが、シリコン層１４を介して接着された(図１(ｄ))。
【００２５】
最後に、ボンドウェハ１１を所望量だけ研削研磨し、ボンドウェハ１１の残った部分で活性層１５を構成させると、図２の符号２に示した結合ＳＯＩウェハが完成する。
【００２６】
この結合ＳＯＩウェハ２では、ベースウェハ３０上に、絶縁性薄膜１２と、シリコン層１４と、活性層１５とがこの順で位置しており、絶縁層１２に形成された孔２０内にはシリコン層１４が充填されている。従って、活性層１５とベースウェハ３０とは、孔２０内に充填されたシリコン層１４を介して、互いに接続されていることになる。
【００２７】
活性層１５は、絶縁層１２を形成する際に無欠陥化されており、鉄原子等の重金属をゲッタリングする能力が失われているが、この結合ＳＯＩウェハ２では、図３に示すように、活性層１５内の重金属２３は、孔２０内のシリコン層１４を通って、絶縁層１２とベースウェハ３０に挟まれたシリコン層１４に拡散したり、シリコン層１４を通り抜けて、ベースウェハ３０内に拡散する。
【００２８】
シリコン層１４はポリシリコン薄膜で構成されているため、欠陥が多く、また、ベースウェハ３０は、高濃度酸素の存在によって内部が多欠陥化されている。
従って、活性層が無欠陥であっても、重金属はベースウェハ３０側の欠陥３１でゲッタリングされ、不活性化される。
【００２９】
上記活性層１５を酸化してゲート酸化膜を形成し、耐圧を測定したところ、６〜７ＭＶ／ｃｍ程度あり、理論値の１０ＭＶ／ｃｍに近い値が得られた。
【００３０】
なお、上記ベースウェハ３０は、高酸素濃度にすることで多欠陥化処理を行ったが、ベースウェハ３０の裏面にシリコン層を形成し、機械的ストレスによって多欠陥化してもよい。また、ベースウェハ３０の裏面側を粗面処理し、多欠陥化してもよい。
【００３１】
上記孔２０が形成された部分では、ベースウェハ３０と活性層１５とが電気的に接続されてしまうため、その部分には集積回路素子を形成できないが、結合ＳＯＩウェハ２の周辺の無効領域に孔２０を形成すれば経済的である。
その孔２０の数は１個でも複数でもよく、また形状も正方形に限定されるものではない。
【００３２】
【発明の効果】
活性層内の重金属がベースウェハ側でゲッタリングされるので、リーク電流が減少し、集積回路素子の歩留まりが向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】(ａ)〜(ｄ)：本発明の結合ＳＯＩウェハの製造工程を説明するための図
【図２】本発明の結合ＳＯＩウェハの一例を示す図
【図３】重金属のゲッタリングを説明するための図
【図４】(ａ)〜(ｃ)：従来技術の結合ＳＯＩウェハを説明するための図
【符号の説明】
２……結合ＳＯＩウェハ    １１……ボンドウェハ    １４……シリコン層(ポリシリコン薄膜)    １５……活性層    ３０……ベースウェハ