(57)【要約】      （修正有）【課題】ＳＯＩウェハの支持基板ウェハの帯電を除去することのできるＳＯＩウェハの製造方法を提供する。【解決手段】活性層基板１０と支持基板２０との貼り合わせ面に酸化膜２２を形成する酸化膜形成工程と、活性層基板１０と支持基板２０とを貼り合わせる貼り合わせ工程と、支持基板２０に向けて活性層基板１０に酸化膜２２に達するまでのトレンチを形成するトレンチ形成工程と、トレンチから酸化膜２２に向けて予め定められたイオンを注入するイオン注入工程と、トレンチ内部をポリシリコン３で充填する充填工程とを備える。【選択図】図３
2012142412.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性層基板と支持基板とが貼り合わさったＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウェハの製造方法であって、
前記活性層基板と前記支持基板との貼り合わせ面に酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、
前記活性層基板と前記支持基板とを貼り合わせる貼り合わせ工程と、
前記支持基板に向けて前記酸化膜に達するまでのトレンチを前記活性層基板に形成するトレンチ形成工程と、
前記トレンチから前記酸化膜に向けて予め定められたイオンを注入するイオン注入工程と、
前記トレンチ内部をポリシリコンで充填する充填工程とを備える、ＳＯＩウェハの製造方法。
【請求項２】
活性層基板と支持基板とが貼り合わさったＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウェハの製造方法であって、
前記活性層基板と前記支持基板との貼り合わせ面に酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、
前記活性層基板と前記支持基板とを貼り合わせる貼り合わせ工程と、
前記支持基板に向けて前記酸化膜を貫通し当該支持基板に達するまでのトレンチを前記活性層基板に形成するトレンチ形成工程と、
前記トレンチ内部をポリシリコンで充填する充填工程とを備える、ＳＯＩウェハの製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の製造方法において、前記充填工程の後、前記ポリシリコン表面からＢ（ホウ素）、Ｐ（リン）、Ａｓ（ヒ素）、Ｃ（炭素）から成る群から選ばれる少なくとも１つ以上の物質をドーピングするドーピング工程をさらに備える、ＳＯＩウェハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳＯＩウェハの製造方法に関し、より特定的には半導体集積回路装置等に用いられるＳＯＩウェハの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体素子用のウェハの１つとして、絶縁膜であるシリコン酸化膜の上にシリコン層を形成したＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウェハがある。このようなＳＯＩウェハは、デバイス作製領域となる基板表層部のシリコン層が、酸化層により基板内部と電気的に分離されているため、寄生容量が小さく、耐放射性能力が高いなどの特徴を有する。そのため、高速・低消費電力動作、ソフトエラー防止などの効果が期待され、高性能半導体素子用の基板として、近年、有望視されている。
【０００３】
一般的に、このようなＳＯＩウェハの製造方法として、例えば貼り合わせ法を挙げることができる。この貼り合わせ法とは、例えば、Ｓｉ（シリコン）単結晶からなる２枚のウェハ（一方を活性層ウェハやボンドウェハ、一方を支持基板ウェハやベースウェハと称すこともある）のうち、例えば、支持基板ウェハの表面に熱酸化処理を施し、当該熱酸化処理で形成された酸化膜を介して２枚のウェハを密着させる。そして、当該２枚のウェハに対して貼り合わせ熱処理を施し、その後、片方のウェハを研磨等し薄膜化することにより、ＳＯＩウェハは製造される。
【０００４】
さらに、このように製造されたＳＯＩウェハの場合、一般的には、貼り合わせた２枚のウェハの周辺部に結合されないか、結合力が弱くなっている、いわゆる未結合部位が残る。そのため、片方のウェハを研磨等することにより薄膜化した後、エッチングなどにより上記未結合部位を除去する（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
なお、上記特許文献１に開示されている技術を含む従来のＳＯＩウェハの作製方法において、上記未結合部位が除去され支持基板ウェハの一部が露出した領域を一般的にはテラス部と称される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２３５２５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記特許文献１に開示されているＳＯＩウェハの作製方法において、以下のような問題が生じることがある。つまり、テラス部は酸化膜が薄くなっているため半導体素子を作製する際に行われるイオン注入工程において、当該テラス部の酸化膜が薄くなっている箇所から支持基板ウェハにイオンが意図せずに注入されることがある。
【０００８】
なお、一般的に、注入されるイオンは＋（プラス）に帯電しているため、酸化膜で囲まれている支持基板ウェハは＋に帯電することとなる。その結果、例えば、ＳＯＩウェハを搬送するアームと当該ＳＯＩウェハとの貼り付きによる搬送不良が起こったり、酸化膜の寿命低下や、活性層ウェハ側の帯電が原因となる閾値電圧変動、耐圧低下等が起こったりする虞もある。
【０００９】
本発明は、上記事情になされたものであり、その目的とするところは、ＳＯＩウェハの支持基板ウェハの帯電を除去することのできるＳＯＩウェハの製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。すなわち第１の発明は、活性層基板と支持基板とが貼り合わさったＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウェハの製造方法ある。当該製造方法は、活性層基板と支持基板との貼り合わせ面に酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、活性層基板と支持基板とを貼り合わせる貼り合わせ工程と、支持基板に向けて酸化膜に達するまでのトレンチを活性層基板に形成するトレンチ形成工程と、トレンチから酸化膜に向けて予め定められたイオンを注入するイオン注入工程と、トレンチ内部をポリシリコンで充填する充填工程とを備える。
【００１１】
第２の発明は、活性層基板と支持基板とが貼り合わさったＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウェハの製造方法ある。当該製造方法は、活性層基板と支持基板との貼り合わせ面に酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、活性層基板と支持基板とを貼り合わせる貼り合わせ工程と、支持基板に向けて酸化膜を貫通し当該支持基板に達するまでのトレンチを活性層基板に形成するトレンチ形成工程と、トレンチ内部をポリシリコンで充填する充填工程とを備える。
【００１２】
第３の発明は、上記第２の発明に係る製造方法において、充填工程の後、ポリシリコン表面からＢ（ホウ素）、Ｐ（リン）、Ａｓ（ヒ素）、Ｃ（炭素）から成る群から選ばれる少なくとも１つ以上の物質をドーピングするドーピング工程をさらに備える。
【発明の効果】
【００１３】
上記第１および第２の発明によれば、ＳＯＩウェハの支持基板ウェハの帯電を除去することのできるＳＯＩウェハの製造方法を提供することができる。すなわち、例えば、半導体装置製造工程において、支持基板ウェハに混入し当該支持基板ウェハにたまった電荷を放電することができ、結果として、ＳＯＩウェハを搬送するアームと当該ＳＯＩウェハとの貼り付きによる搬送不良等を防ぐことができる。
【００１４】
上記第３の発明によれば、ポリシリコンにＢ（ホウ素）などがドーピングされおり、Ｂ（ホウ素）などがドーピングされる。つまり、Ｂ（ホウ素）などがドーピングされたポリシリコンには金属不純物をゲッタリングする効果があるため、活性層ウェハに取り込まれたＦｅ（鉄）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｕ（銅）、Ａｕ（金）などの金属をゲッタリングすることができ、酸化膜耐圧の向上や、ライフタイム向上といったデバイス特性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係るＳＯＩウェハの製造方法の一例を説明するための図
【図２】テラスが形成された後を示した図およびトレンチがポリシリコンで埋まった状態を示した図
【図３】本発明の第１の実施形態に係るＳＯＩウェハの製造工程の一例を示した図
【図４】図３の（ｄ）の破線Ａ３で示した箇所を示した図
【図５】図３の（ｆ）の破線Ａ４で示した箇所を示した図
【図６】本発明の第２の実施形態に係るＳＯＩウェハの製造工程の一例を示した図
【図７】金属不純物をゲッタリングする様子を示した図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
まず、本発明に係るＳＯＩウェハの製造方法の概要について、図面を参照しつつ簡単に説明する。
【００１７】
図１は本発明に係るＳＯＩウェハの製造方法の一例を説明するための図である。図１の（ａ）に示すように、まず、活性層シリコンウェハ１０と、支持基板用シリコンウェハ２０とを準備する。なお、支持基板ウェハ２０の表面には熱酸化処理により（後に埋め込み酸化膜となる）絶縁性のシリコン酸化膜２２が形成されている。また、活性層シリコンウェハ１０および支持基板用シリコンウェハ２０には、例えば、単結晶シリコン基板１１、２１を用いればよい。以下、図１の（ａ）に示したような、活性層シリコンウェハ１０のことを単に活性層基板１０と称し、支持基板用シリコンウェハ２０のことを単に支持基板２０と称す。
【００１８】
そして、図１の（ｂ）に示すように、活性層基板１０の表面に絶縁膜１２を形成し、当該活性層基板１０と支持基板２０とを、約１０００℃、２時間程度の熱処理を行って貼り合わせる。なお、上記絶縁膜１２には、例えば、酸化シリコン膜１２１、窒化シリコン膜１２２を用いる（後に示す図３参照）。
【００１９】
なお、後述より明らかとなるが、本発明に係るＳＯＩウェハの製造方法は、図１の（ｂ）に示した工程の後、当該活性層基板１０から支持基板２０に向けて、当該活性層基板１０にトレンチを形成する。そして、当該トレンチ底部の埋め込み酸化膜２２中に欠損を形成させる。
【００２０】
また、後述より明らかとなるが、本発明に係るＳＯＩウェハの製造方法は、図１の（ｂ）に示した工程の後、当該活性層基板１０から支持基板２０に向けて、当該支持基板２０、より具体的には埋め込み酸化膜２２を貫通して単結晶シリコン基板２１に達するまで活性層基板１０にトレンチを形成する。そして、当該トレンチをポリシリコンで埋め込む。
【００２１】
これによって、トレンチ内部のポリシリコンと支持基板２０との間で電子が移動することのできる領域が形成される。より具体的に、図２を参照して説明する。
【００２２】
図２の（ａ）は図１の破線Ａ１で囲んだ箇所においてテラスが形成された後を示した図であり、図２の（ｂ）は破線Ａ２で囲んだ箇所（トレンチは示さず）において、トレンチが形成され、当該トレンチがポリシリコンで埋まった状態を示した図である。
【００２３】
例えば図２の（ａ）に示すように、酸化膜が薄くなっているテラス部Ｂからイオンが注入され、支持基板２０が＋（プラス）に帯電する。しかしながら、支持基板２０が＋（プラス）に帯電したとしても大気中の−（マイナス）イオンによって打ち消すことができ、結果として支持基板２０にたまった電荷を放電することができるようにするものである（図２の（ｂ）参照）。
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明するが、これら実施の形態で説明した態様は、単に具体例を示すものであり、本願発明の技術的範囲を何ら限定するものではない。よって、本願の効果を奏する範囲において、任意の構成を採用することが可能である。
【００２５】
（第１の実施形態）
以下、図面を参照しつつ、本発明の第１の実施形態に係るＳＯＩウェハの製造方法について説明する。
【００２６】
図３は、本発明の第１の実施形態に係るＳＯＩウェハ１の製造工程の一例を示した図である。なお、以下の説明において、上述した図１および図２も適宜参照することがある。
【００２７】
まず、図３の（ａ）〜（ｂ）に示すように、活性層基板１０から支持基板２０に向けて、埋め込み酸化膜２２に達するまで活性層基板１０に垂直にトレンチＴＬを形成する。具体的には、例えば、単結晶シリコン基板１１上の絶縁膜１２上にレジストを塗布し、当該レジスト上に予め定められたピッチで、露光、現像することによりレジストに開口部を形成し、その後、ドライエッチング等により活性層基板１０から支持基板２０に向けて、埋め込み酸化膜２２に達するまで活性層基板１０にトレンチＴＬを形成する。
【００２８】
そして、上述のトレンチ形成工程が終了したら、単結晶シリコン基板１１の側壁を熱酸化処理する。これによって、図３の（ｃ）に示すように、単結晶シリコン基板１１の側壁、すなわちトレンチＴＬの内面に酸化膜１２３が形成される。
【００２９】
次いで、図３の（ｄ）に示すように、トレンチＴＬの底部に向けてイオン注入を行う。具体的には、図３の（ｄ）に示したイオン注入工程で使用するイオン原子はＰ（リン）、Ｂ（ホウ素）、Ｈｅ（ヘリウム）等の金属原子以外のものを用いる。これによって、トレンチＴＬの底部、すなわち、埋め込み酸化膜２２内に欠陥が形成される。
【００３０】
ここで、図３の（ｄ）の破線Ａ３で示した箇所を例に埋め込み酸化膜２２内の欠陥について説明する。
【００３１】
図４は、図３の（ｄ）の破線Ａ３で示した箇所を示した図である。なお、図４では、上記イオン注入工程においてエネルギーを調整し、支持基板２０付近、具体的には単結晶シリコン基板２１付近まで欠陥が形成された様子を示した。この欠陥とは、イオン原子が埋め込み酸化膜２２中に侵入する過程で、埋め込み酸化膜２２中、すなわちＳｉＯ2中の結合であるＳｉ−Ｏ−Ｓｉ−Ｏといった原子間の結合を一部切ったものである。この結合が切れた部分にて、欠損準位と言われる電子が存在できる準位ができる。
【００３２】
図３の説明に戻って、図３の（ｅ）に示すように、イオン注入工程が終了したら、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等により、トレンチＴＬ内をポリシリコンで満たす。これによって、トレンチＴＬ内にポリシリコン層３が形成される。その後、素子形成のためのイオン注入を行う。
【００３３】
なお、このとき注入されるイオン、すなわち素子形成のためのイオン注入工程で注入されるイオンは＋（プラス）に帯電しているため、特に、テラス部（例えば、図２のＢで示した箇所）の酸化膜が薄くなっている箇所から支持基板２０、つまり単結晶シリコン基板２１にイオンが意図せずにイオンが注入されることがある。その結果、例えば、図３の（ｅ）に示したように、支持基板２０、つまり単結晶シリコン基板２１が＋（プラス）に帯電することとなる。
【００３４】
第１の実施形態に係るＳＯＩウェハの製造方法では、図３の（ｆ）に示すように、大気中の−（マイナス）イオンがポリシリコン層３内を拡散し、埋め込み酸化膜２２中に形成された欠陥を介して支持基板２０、つまり単結晶シリコン基板２１内の＋（プラス）イオンと打ち消しあう。
【００３５】
ここで、図３の（ｆ）の破線Ａ４で示した箇所を例に単結晶シリコン基板２１内の＋イオンが大気中の−（マイナス）イオンによって打ち消しあう様子を図５を参照して説明する。
【００３６】
図５は、図３の（ｆ）の破線Ａ４で示した箇所を示した図である。図５に示すように、埋め込み酸化膜２２、具体的にはＳｉＯ2は、本来は絶縁体であるため、電子は当該埋め込み酸化膜２２中を通過することはできない。しかしながら、上述したイオン注入工程によって、当該埋め込み酸化膜２２中に欠陥準位が存在しているため、この欠陥準位を介して電子が支持基板２０（単結晶シリコン基板２１）まで到達することができる。これによって、単結晶シリコン基板２１内の帯電が解消されることとなる。
【００３７】
このように、第１の実施形態に係るＳＯＩウェハの製造方法によれば、支持基板２０の帯電を除去することができ、例えば、ＳＯＩウェハを搬送するアームと当該ＳＯＩウェハとの貼り付きによる搬送不良を防ぐことのできるＳＯＩウェハを製造することができる。また、本実施形態に係るＳＯＩウェハの製造方法によれば、支持基板２０に−（マイナス）イオンの帯電の無いＳＯＩウェハを製造することができ、活性層基板１０に＋（プラス）イオンが集中することも無くなり、デバイス特性への影響を低減することのできるＳＯＩウェハを製造することができる。
【００３８】
（第２の実施形態）
次に、図面を参照しつつ、本発明の第２の実施形態に係るＳＯＩウェハの製造方法について説明する。
【００３９】
図６は、本発明の第２の実施形態に係るＳＯＩウェハの製造工程の一例を示した図である。なお、以下の第２の実施形態の説明では、上述した第１の実施形態と異なる点について、第１の実施形態に係るＳＯＩウェハの製造工程の一例を示した図３を適宜参照しながら説明する。
【００４０】
具体的には、第２の実施形態では、活性層基板１０から支持基板２０に向けて、当該支持基板２０の表面、つまりは埋め込み酸化膜２２を貫通して単結晶シリコン基板２１に達するまで活性層基板１０に垂直にトレンチＴＬを形成する。そして、当該トレンチＴＬをポリシリコンで埋め込むものである（図６の（ａ）〜（ｃ）参照）。
【００４１】
そして、上述した第１の実施形態ではトレンチＴＬを形成した後トレンチＴＬの内面に酸化膜１２３を形成したが（図３の（ｃ）参照）、第２の実施形態では図６の（ｃ）に示すように、トレンチＴＬを形成した後、ポリシリコンを成膜し、当該トレンチＴＬに埋め込む。
【００４２】
その後、図６の（ｄ）に示すように、例えば、Ｂ（ホウ素）、Ｐ（リン）、Ａｓ（ヒ素）、Ｃ（炭素）などの不純物をポリシリコン層３にドーピングし、素子形成のためのイオン注入を行う（図示せず）。
【００４３】
なお、このとき注入されるイオン、すなわち素子形成のためのイオン注入工程で注入されるイオンは＋（プラス）に帯電しているため、特に、テラス部（例えば、図２のＢで示した箇所）の酸化膜が薄くなっている箇所から支持基板２０、つまり単結晶シリコン基板２１にイオンが意図せずに注入されることがある。その結果、例えば、図６の（ｅ）に示したように、支持基板２０、つまり単結晶シリコン基板２１が＋（プラス）に帯電することとなる。
【００４４】
しかしながら、第２の実施形態に係るＳＯＩウェハの製造方法では、図６の（ｆ）に示すように、大気中の−（マイナス）イオンがポリシリコン層３内を拡散し、支持基板２０、つまり単結晶シリコン基板２１内の＋（プラス）イオンと打ち消しあう。
【００４５】
このように、第２の実施形態に係るＳＯＩウェハの製造方法によれば、支持基板２０の帯電を除去することができ、例えば、ＳＯＩウェハを搬送するアームと当該ＳＯＩウェハとの貼り付きによる搬送不良を防ぐことのできるＳＯＩウェハを製造することができる。また、本実施形態に係るＳＯＩウェハの製造方法によれば、支持基板２０に−（マイナス）イオンの帯電の無いＳＯＩウェハを製造することができ、活性層基板１０に＋（プラス）イオンが集中することも無くなり、デバイス特性への影響を低減することのできるＳＯＩウェハを製造することができる。
【００４６】
さらに、第２の実施形態に係るＳＯＩウェハの製造方法によれば、ポリシリコン層３にＢ（ホウ素）などがドーピングされおり、Ｂ（ホウ素）などがドーピングされたポリシリコンには金属不純物をゲッタリングする効果がある。そのため、例えば、図７に示すように、活性層基板１０、具体的には単結晶シリコン基板１１に取り込まれたＦｅ（鉄）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｕ（銅）、Ａｕ（金）などの金属をゲッタリングすることができ、酸化膜耐圧の向上や、ライフタイム向上といったデバイス特性が向上する。
【００４７】
上述した第１の実施形態および第２の実施形態において、トレンチＴＬを形成したが、このトレンチＴＬの形成は、例えば、ＳＯＩウェハの外周部等、最終的に半導体チップを作ることのできない領域で行えばよいので、半導体素子の性能には影響することはない。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明に係る、ＳＯＩウェハの製造方法は、ＳＯＩウェハの支持基板ウェハの帯電を除去することのできる半導体集積回路装置等に用いられるＳＯＩウェハの製造方法等に有用である。
【符号の説明】
【００４９】
１０…活性層基板
１１、２１…単結晶シリコン基板
１２…絶縁膜
１２１…酸化シリコン膜
１２２…窒化シリコン膜
１２３…酸化膜
２０…支持基板
２２…シリコン酸化膜（埋め込み酸化膜）
３…ポリシリコン層
【図１】
2012142412.tif 000003
【図２】
2012142412.tif 000004
【図３】
2012142412.tif 000005
【図４】
2012142412.tif 000006
【図５】
2012142412.tif 000007
【図６】
2012142412.tif 000008
【図７】
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