(57)【要約】【課題】ゲッタリングサイトとして機能する層を形成する工程が追加的に必要となるため、製造工程が増大してしまう。【解決手段】ＳＯＩ基板１は、支持基板１２、絶縁膜１４（第１の絶縁膜）、絶縁膜１６（第２の絶縁膜）、およびシリコン層１８（シリコン活性層）を備えている。支持基板１２のシリコン層１８側の面上には、絶縁膜１４が形成されている。また、シリコン層１８の支持基板１２側の面上には、絶縁膜１６が形成されている。そして、支持基板１２とシリコン層１８とは、絶縁膜１４および絶縁膜１６の境界面を貼り合わせ面Ｓ１として互いに貼り合わされている。この貼り合わせ面Ｓ１は、ＳＯＩ基板１においてゲッタリングサイトとして機能するものである。【選択図】図１
2007134616.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板とシリコン層とが互いに貼り合わされたＳＯＩ基板であって、
前記支持基板の前記シリコン層側の面上に設けられた第１の絶縁膜と、
前記シリコン層の前記支持基板側の面上に設けられた第２の絶縁膜と、を備え、
前記支持基板と前記シリコン層とは、前記第１および第２の絶縁膜の境界面を貼り合わせ面として互いに貼り合わされており、当該貼り合せ面がゲッタリングサイトとして機能することを特徴とするＳＯＩ基板。
【請求項２】
請求項１に記載のＳＯＩ基板において、
前記第２の絶縁膜は、前記シリコン層中の重金属が当該第２の絶縁膜中を拡散して前記貼り合わせ面に到達することが可能な厚みに形成されているＳＯＩ基板。
【請求項３】
請求項１または２に記載のＳＯＩ基板において、
前記第２の絶縁膜は、前記第１の絶縁膜よりも薄いＳＯＩ基板。
【請求項４】
請求項１乃至３いずれかに記載のＳＯＩ基板において、
前記第２の絶縁膜の厚みをｄとしたとき、当該ｄは、０<ｄ≦２０ｎｍを満たすＳＯＩ基板。
【請求項５】
請求項４に記載のＳＯＩ基板において、
前記ｄは、０．４ｎｍ≦ｄ≦２０ｎｍを満たすＳＯＩ基板。
【請求項６】
請求項１乃至５いずれかに記載のＳＯＩ基板において、
前記支持基板は、シリコン基板であるＳＯＩ基板。
【請求項７】
請求項１乃至６いずれかに記載のＳＯＩ基板において、
前記第２の絶縁膜は、薄膜形成工程にて形成された絶縁膜であるＳＯＩ基板。
【請求項８】
ＳＯＩ基板を製造する方法であって、
支持基板上に第１の絶縁膜を形成する工程と、
シリコン層上に第２の絶縁膜を形成する工程と、
前記第１および第２の絶縁膜の境界面が貼り合わせ面となるように、前記支持基板と前記シリコン層とを互いに貼り合わせる工程と、を含み、
前記貼り合わせ面は、当該ＳＯＩ基板においてゲッタリングサイトとして機能するものであることを特徴とするＳＯＩ基板の製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載のＳＯＩ基板の製造方法であって、
前記第２の絶縁膜を形成する工程は、薄膜形成工程であるＳＯＩ基板の製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載のＳＯＩ基板の製造方法であって、
前記第２の絶縁膜を形成する工程においては、当該第２の絶縁膜を熱酸化により形成するＳＯＩ基板の製造方法。
【請求項１１】
請求項８乃至１０いずれかに記載のＳＯＩ基板の製造方法において、
前記第２の絶縁膜を形成する工程においては、前記シリコン層上に形成された自然酸化膜を除去してから、前記第２の絶縁膜を形成する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基板およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の半導体基板として、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板が注目されている。ＳＯＩ基板は、支持基板と、支持基板上に設けられた絶縁層と、絶縁層上に設けられたシリコン層とを有して構成される。このＳＯＩ基板によれば、シリコン層に設けられたトランジスタ等の半導体素子同士を電気的に完全に分離することが可能である。このため、ＳＯＩ基板は、バルクのシリコン基板に比べて、高集積化、省電力化および高速動作化等の点で優れている。
【０００３】
従来のＳＯＩ基板としては、例えば、支持基板中にゲッタリングサイトが設けられたものがある。このゲッタリングサイトは、重金属等の汚染物質をゲッタリングするための領域である。
【０００４】
また、特許文献１，２にも、かかるゲッタリングサイトが設けられたＳＯＩ基板が開示されている。これらの文献に記載のＳＯＩ基板においては、支持基板ではなく絶縁層中にゲッタリングサイトが設けられている。
【０００５】
図４は、特許文献１に記載のＳＯＩ基板を示す断面図である。ＳＯＩ基板１００においては、支持基板１０１上に、絶縁膜１０２、シンク層１０３、絶縁膜１０４およびシリコン層１０５がこの順に積層されている。ここで、シンク層１０３は、例えば多結晶シリコン層として形成され、上述のゲッタリングサイトとして機能する。
【特許文献１】特開平４−１９９６３２号公報
【特許文献２】特開２００４−３２００５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
支持基板中にゲッタリングサイトを設けた場合、シリコン層中の汚染物質は、拡散により絶縁層を通過しなければ、ゲッタリングサイトに到達することができない。ところが、この絶縁層は、電気絶縁が確保できる程度に厚く形成される必要があるため、上記汚染物質がゲッタリングサイトに到達することが困難となってしまう。
【０００７】
これに対して、図４のＳＯＩ基板のように、絶縁層中にゲッタリングサイトとして機能する層を設けた場合には、絶縁層全体の厚み（すなわちシリコン層から支持基板までの距離）が大きくても、シリコン層中の汚染物質がゲッタリングサイトに到達することが可能である。
【０００８】
しかしながら、かかるＳＯＩ基板の製造においては、ゲッタリングサイトとして機能する層を形成する工程が追加的に必要となるため、製造工程が増大してしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によるＳＯＩ基板は、支持基板とシリコン層とが互いに貼り合わされたＳＯＩ基板であって、上記支持基板の上記シリコン層側の面上に設けられた第１の絶縁膜と、上記シリコン層の上記支持基板側の面上に設けられた第２の絶縁膜と、を備え、上記支持基板と上記シリコン層とは、上記第１および第２の絶縁膜の境界面を貼り合わせ面として互いに貼り合わされており、当該貼り合せ面がゲッタリングサイトとして機能することを特徴とする。
【００１０】
このＳＯＩ基板においては、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜との間の界面が、支持基板とシリコン層との貼り合わせ面になっている。そして、この貼り合わせ面がゲッタリングサイトとして機能するため、ゲッタリングサイトとして機能する層を設けなくとも、充分なゲッタリング効果が得られる。このため、このＳＯＩ基板の製造においては、かかる層を形成するための追加的な工程が不要なので、製造工程の増大が抑えられる。
【００１１】
また、本発明によるＳＯＩ基板の製造方法は、支持基板上に第１の絶縁膜を形成する工程と、上記シリコン層上に第２の絶縁膜を形成する工程と、上記第１および第２の絶縁膜の境界面が貼り合わせ面となるように、上記支持基板と上記シリコン層とを互いに貼り合わせる工程と、を含み、上記貼り合わせ面は、当該ＳＯＩ基板においてゲッタリングサイトとして機能するものであることを特徴とする。
【００１２】
この製造方法においては、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜との間の界面が支持基板とシリコン層との貼り合わせ面になるように、支持基板とシリコン層とを貼り合わせている。そして、製造されるＳＯＩ基板においては、この貼り合わせ面がゲッタリングサイトとして機能するため、ゲッタリングサイトとして機能する層を設けなくとも、充分なゲッタリング効果が得られる。このため、この製造方法によれば、かかる層を形成するための追加的な工程が不要なので、製造工程の増大が抑えられる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、製造工程の増大を招くことなく、充分なゲッタリング効果を得ることが可能なＳＯＩ基板およびその製造方法が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照しつつ、本発明によるＳＯＩ基板およびその製造方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１５】
図１は、本発明によるＳＯＩ基板の一実施形態を示す断面図である。ＳＯＩ基板１は、支持基板１２、絶縁膜１４（第１の絶縁膜）、絶縁膜１６（第２の絶縁膜）、およびシリコン層１８（シリコン活性層）を備えている。
【００１６】
支持基板１２のシリコン層１８側の面上には、絶縁膜１４が形成されている。また、シリコン層１８の支持基板１２側の面上には、絶縁膜１６が形成されている。そして、支持基板１２とシリコン層１８とは、絶縁膜１４および絶縁膜１６の境界面を貼り合わせ面Ｓ１として互いに貼り合わされている。この貼り合わせ面Ｓ１は、ＳＯＩ基板１においてゲッタリングサイトとして機能するものである。
【００１７】
ここで、支持基板１２は、例えばシリコン基板である。支持基板１２の厚みは、例えば数１００μｍ程度とされる。支持基板１２の材料および厚みは、特に限定されるものではないが、充分に堅牢で反りにくい支持基板１２が得られるように選択されることが好ましい。
【００１８】
絶縁膜１４，１６は、例えばシリコン酸化膜である。絶縁膜１４の厚みは、例えば数μｍ程度とされる。一方、絶縁膜１６は、シリコン層１８中の重金属が当該絶縁膜１６中を拡散して貼り合わせ面Ｓ１に到達することが可能な厚みに形成されている。本実施形態において絶縁膜１６は、絶縁膜１４よりも薄い。絶縁膜１６の厚みをｄとしたとき、ｄは、好ましくは０<ｄ≦２０ｎｍ、より好ましくは０．４ｎｍ≦ｄ≦２０ｎｍを満たす。なお、これらの絶縁膜１４，１６は、それぞれ単層の絶縁膜である。
【００１９】
また、絶縁膜１６は、薄膜形成工程にて形成された絶縁膜であることが好ましい。薄膜形成工程では、例えば、熱酸化、プラズマ酸化またはＣＶＤ法により絶縁膜１６を形成する。
【００２０】
図２を参照しつつ、本発明によるＳＯＩ基板の製造方法の一実施形態として、ＳＯＩ基板１の製造方法の一例を説明する。まず、支持基板１２上に絶縁膜１４を形成するとともに、シリコン層１８となるシリコン層１８ａ上に絶縁膜１６を形成する。シリコン層１８ａの厚みは、例えば３００μｍ程度である。なお、絶縁膜１４および絶縁膜１６を形成する順序は、任意である。すなわち、何れか一方を他方よりも先に形成してもよいし、双方を同時に形成してもよい。
【００２１】
絶縁膜１４の形成は、例えば熱酸化により行うことができる。また、絶縁膜１４は、例えば１μｍ程度の厚みに形成される。絶縁膜１４の厚み、材料および製法は、特に限定されるものではないが、完成後の反り、応力、絶縁性およびシリコン層１８に対する電界緩和効果等を考慮して選択されることが好ましい。
【００２２】
絶縁膜１６を形成する工程は、上述の薄膜形成工程であることが好ましい。また、同工程においては、シリコン層１８ａ上に形成された自然酸化膜を除去してから、絶縁膜１６を形成してもよい。
【００２３】
次に、絶縁膜１４が形成された支持基板１２と絶縁膜１６が形成されたシリコン層１８ａとを互いに貼り合わせる。このとき、絶縁膜１４と絶縁膜１６との境界面が貼り合わせ面となるようにして、両者を貼り合わせる。この貼り合わせは、例えば、１１００℃程度の高温で絶縁膜１４と絶縁膜１６とを互いに圧着させることにより行うことができる。このとき、必要に応じて、圧着後に高温シンターを実行してもよい。あるいは、この貼り合わせは、絶縁膜１４および絶縁膜１６の表面をプラズマ処理により活性化させておいて３００℃程度の低温で両者を圧着させることにより行うこともできる。このとき、必要に応じて、圧着後に低温シンターを実行してもよい。
【００２４】
続いて、シリコン層１８ａを所定の厚さになるまで研磨することにより、シリコン層１８を形成する。以上により、図１のＳＯＩ基板１が得られる。
【００２５】
本実施形態の効果を説明する。本実施形態においては、絶縁膜１４と絶縁膜１６との間の界面が、支持基板１２とシリコン層１８との貼り合わせ面Ｓ１になっている。そして、この貼り合わせ面Ｓ１がゲッタリングサイトとして機能するため、ゲッタリングサイトとして機能する層を設けなくとも、充分なゲッタリング効果が得られる。このように貼り合わせ面Ｓ１がゲッタリング効果を有するのは、当該貼り合わせ面Ｓ１において結晶の乱れが生じるからである。このため、このＳＯＩ基板１の製造においては、かかる層を形成するための追加的な工程が不要なので、製造工程の増大が抑えられる。よって、製造工程の増大を招くことなく、充分なゲッタリング効果を得ることが可能なＳＯＩ基板１およびその製造方法が実現されている。
【００２６】
一方、ゲッタリングサイトが支持基板中に設けられたＳＯＩ基板においては、上述のように、汚染物質がゲッタリングサイトに到達することが困難なため、充分なゲッタリング効果が得られない。例えば、熱酸化膜中でのＦｅやＮｉの拡散率は、Ｓｉ等の半導体中でのそれの１／１０以下である。したがって、これらの重金属が、拡散により、通常は数μｍの厚さをもつ絶縁層を通過して支持基板中のゲッタリングサイトまで達するのは、困難である。この点、絶縁膜１４と絶縁膜１６との境界面にゲッタリングサイトが設けられたＳＯＩ基板１においては、シリコン層１８中の汚染物質が当該ゲッタリングサイトまで容易に到達することができる。
【００２７】
図３は、比較例に係るＳＯＩ基板を示す断面図である。このＳＯＩ基板においては、シリコン層１８上に絶縁膜１６（図１参照）が設けられておらず、それによりシリコン層１８と絶縁膜１４との境界面が貼り合わせ面となっている。かかる構成のＳＯＩ基板においても、貼り合わせ面がゲッタリングサイトとして機能することを実験により確認した。当該実験においては、支持基板１２としてシリコン基板を用いるとともに、熱酸化により絶縁膜１４を形成した。
【００２８】
しかしながら、図３のＳＯＩ基板を半導体装置の基板に適用した場合、その半導体装置においては、電圧の上昇につれてリーク電流が増大してしまう。これは、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等の空乏層が貼り合わせ面に接触したときに、当該貼り合わせ面における結晶の乱れがキャリア生成の核となることが原因であると考えられる。
【００２９】
これに対して、ＳＯＩ基板１においては、絶縁膜１４と絶縁膜１６との境界面（貼り合わせ面Ｓ１）では結晶が乱れる一方で、シリコン層１８と絶縁膜１６との境界面では良好な結晶界面が得られる。このため、シリコン層１８と絶縁膜１６との境界面に空乏層が接触しても、キャリアが生成しにくい。よって、半導体装置の半導体基板に適用された場合に、当該半導体装置のリーク電流を低減させることが可能なＳＯＩ基板１が実現されている。
【００３０】
絶縁膜１６は、シリコン層１８中の重金属が当該絶縁膜１６中を拡散して貼り合わせ面Ｓ１に到達することが可能な厚みに形成されている。これにより、シリコン層１８中の重金属をゲッタリングサイトまで充分に到達させることができる。
【００３１】
絶縁膜１６が絶縁膜１４よりも薄い場合、比較的厚い絶縁膜１４によって電気絶縁を充分に確保しつつ、シリコン層１８中の重金属をゲッタリングサイトまで充分に到達させることができる。
【００３２】
絶縁膜１６の厚みｄについてｄ≦２０ｎｍである場合、シリコン層１８中の重金属をゲッタリングサイトまで充分に到達させることができる。このように重金属をゲッタリングサイトに到達させるという観点からは、ｄ≦１０ｎｍであることがより好ましく、ｄ≦５ｎｍであることがさらに好ましい。
【００３３】
０．４ｎｍ≦ｄである場合、貼り合わせ面Ｓ１における結晶乱れが上述のリーク電流の発生に寄与してしまうのを充分に防ぐことができる。
【００３４】
支持基板１２としてシリコン基板を用いた場合、堅牢で且つ反りにくい支持基板１２を容易に形成することができる。
【００３５】
絶縁膜１６が薄膜形成工程にて形成された絶縁膜である場合、自然酸化膜のように自然に形成された絶縁膜に比して、絶縁膜１６を所望の厚みに形成し易くなる。また、絶縁膜１６を熱酸化により形成した場合、シリコン層１８と絶縁膜１６との間で特に良好な結晶界面が得られる。ただし、絶縁膜１６は自然酸化膜であってもよい。
【００３６】
シリコン層１８ａ（図２参照）上に形成された自然酸化膜を除去してから絶縁膜１６を形成する場合にも、シリコン層１８と絶縁膜１６との境界面で特に良好な結晶界面が得られる。ただし、シリコン層１８ａ上に形成された自然酸化膜を除去することは必須ではなく、絶縁膜１６を自然酸化膜を介してシリコン層１８ａ上に形成してもよい。
【００３７】
本発明によるＳＯＩ基板およびその製造方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明によるＳＯＩ基板の一実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明によるＳＯＩ基板の製造方法の一実施形態を示す工程図である。
【図３】実施形態の比較例に係るＳＯＩ基板を示す断面図である。
【図４】従来のＳＯＩ基板を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１    ＳＯＩ基板
１２    支持基板
１４    絶縁膜
１６    絶縁膜
１８    シリコン層
１８ａ    シリコン層
Ｓ１    貼り合わせ面
【図１】
2007134616.tif 000003
【図２】
2007134616.tif 000004
【図３】
2007134616.tif 000005
【図４】
2007134616.tif 000006