JPH05326683A - Ｓｏｉ基板の製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 シリコン基板上に絶縁膜を介して、薄層の半
導体結晶層を正確かつ容易に形成しうる大面積のＳＯＩ
基板の製法およびかかるＳＯＩ基板からなる耐放射線性
にすぐれた半導体装置を提供する。 【構成】 第１のシリコン基板１の一主面上に立方晶炭
化ケイ素をエピタキシャル成長させ、その立方晶ケイ素
層３上に二酸化ケイ素膜４を形成したうえで第２のシリ
コン基板５を貼着し、前記第１のシリコン基板１のシリ
コン層６を除去することにより、絶縁膜（二酸化ケイ素
膜４）によってシリコン基板５と完全に分離された半導
体結晶層（立方晶炭化ケイ素層３）を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＳＯＩ基板の製法に関す
る。さらに詳しくは、半導体基板上に形成された絶縁膜
上に、炭化ケイ素からなる半導体結晶層が形成されたＳ
ＯＩ基板の製法およびその基板を用いてなる半導体装置
に関する。

【０００２】なお、本明細書においては、ＳＯＩを絶縁
膜上に形成された半導体結晶層を意味する用語として使
用する。

【０００３】

【従来の技術】従来、ＳＯＩ基板は耐放射線性に優れた
素子として期待されており、絶縁基板上に半導体結晶層
を形成する方法が種々研究されている。たとえば、二枚
のシリコン基板を用いることにより、ＳＯＩ基板を製造
する方法などが知られている。この製法は、前記両シリ
コン基板のうちの一方の基板の表面に酸化膜を形成した
のち、この酸化膜を介して両シリコン基板を貼り合わ
せ、いずれか一方のシリコン層を前記酸化膜上に薄層状
に残存させるように研磨するものである。しかしなが
ら、シリコン層を均一かつ薄層状に残存させるばあい、
その研磨をコントロールすることがきわめて困難な作業
となる。

【０００４】かかる貼合せ後研磨する方式における欠点
を改善せんとして、二酸化ケイ素の絶縁膜と一体に同じ
く二酸化ケイ素からなる研磨抑止部を形成するＳＯＩ基
板の製法が提案されている（特開平2-5546号公報参
照）。

【０００５】すなわち、この製法は、図２に示されるご
とく第１のシリコン基板51の一方の面52に所定の溝53を
形成し、この溝内部に二酸化ケイ素膜を形成したのち充
填材としてポリシリコン54を埋め込み、溝内面をも含ん
だ前記面上に二酸化ケイ素膜55を形成し、ついで第２の
シリコン基板56を前記二酸化ケイ素膜55を介して貼着す
る。その後第１のシリコン基板51側から研磨すれば二酸
化ケイ素はシリコンと比較してその研磨速度が小さいた
め、図３に示されるごとく前記溝内部の二酸化ケイ素膜
57が露出した時点で研磨が停止するというものである。
このように、溝内部の二酸化ケイ素膜57が前記研磨抑止
部としての機能を奏する。その結果、あらかじめ形成さ
れた二酸化ケイ素領域（前記溝内のもの）57に囲まれた
シリコン58が二酸化ケイ素膜55上に一定の厚さだけ形成
されるのである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来のＳＯＩ基板の製法ではシリコン層を研磨するときの
研磨抑止部（いわばストッパ）は、その形成容易のため
に絶縁膜と一体に同一の二酸化ケイ素から形成された、
いわば枠状を呈するものである。したがって、研磨抑止
部の間隔が広いとその中間部のシリコン層は研磨されて
凹部が形成されてしまい平坦面のＳＯＩ基板がえられに
くい反面、間隔を狭くすると小さな島領域の半導体結晶
層しかえられないという問題がある。さらに、シリコン
および二酸化ケイ素共に耐薬品性がさほどすぐれている
材質ではないため、アミン系水溶液などを用いて研磨す
るばあいは、一層の注意を要する。しかも、ＳＯＩ基板
の半導体結晶層を構成するシリコン層は前記二酸化ケイ
素からなる枠状の研磨抑止部に区切られているため、か
かる研磨抑止部を除いた部分のみを使用しなければなら
ず、小さな基板になってしまうという問題がある。

【０００７】本発明は叙上の問題を解消するためになさ
れたものであり、ＳＯＩ基板の半導体結晶層にまったく
区切りがない大面積のＳＯＩ基板を形成すると共に、か
かるＳＯＩ基板の半導体結晶層にシリコンに比較して格
段にすぐれた耐薬品性およびきわめて高い硬度を有する
炭化ケイ素を採用することによってシリコン層の研磨を
容易にコントロールしうるＳＯＩ基板の製法、ならびに
かかるＳＯＩ基板を用いた半導体装置を提供することを
目的とする。

【０００８】本発明の他の目的は、従来のＳＯＩ基板よ
り一層耐放射線性が向上したＳＯＩ基板の製法および半
導体装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のＳＯＩ基板の製
法は、第１のシリコン基板と第２のシリコン基板とを準
備する工程と、第１のシリコン基板の一主面上に炭化ケ
イ素をエピタキシャル成長させる工程と、成長した前記
炭化ケイ素の主面および第２のシリコン基板の一主面の
うち少なくともいずれか一方の面上に絶縁膜を形成する
工程と、該絶縁膜を介在させるように第１のシリコン基
板と第２のシリコン基板とを貼り合わせる工程と、該貼
り合わせられた基板を第１のシリコン基板の他の主面側
から研磨し、前記炭化ケイ素を全面に露出せしめる工程
とからなることを特徴としている。

【００１０】前記製法における炭化ケイ素を露出せしめ
る工程を、第１のシリコン基板の他の主面側から研磨す
る工程と、該工程のつぎに、エッチング溶液による残余
のシリコン層を除去する工程とから構成することもでき
る。

【００１１】本発明の半導体装置は、前記製法により作
製されたＳＯＩ基板が使用されることを特徴としてい
る。

【００１２】

【作用】本発明によれば、熱処理によって一体に貼り合
わせられた中間形成物のシリコン層を、たとえばコロイ
ダルシリカが混入されたアミン系水溶液で研磨するばあ
い、炭化ケイ素の研磨および耐薬品性がきわめて高いこ
とに起因して、その研磨速度がシリコン層と比較して格
段に小さいため、研磨面に炭化ケイ素が露出したときに
研磨が停止し、ほぼ初期に形成されたときの均一な厚さ
のまま炭化ケイ素層がＳＯＩ基板の半導体結晶層として
残存する。このようにきわめて容易に大面積であると共
に均一かつ極薄の半導体結晶層を有するＳＯＩ構造の基
板を作製することができる。しかも半導体結晶層に炭化
ケイ素を採用することにより、耐放射線性および機械的
強度にもすぐれた半導体装置がえられるのである。

【００１３】

【実施例】つぎに、添付の図面を参照しながら本発明の
ＳＯＩ基板の製法（以下、単に製法という）を説明す
る。図１は本発明の製法の一実施例を示す工程図であ
る。

【００１４】まず図１にａ工程として示されるごとく、
第１のシリコン基板１の一方の主面２上に立方晶炭化ケ
イ素（３Ｃ−ＳｉＣ）３をエピタキシャル成長させる。
具体的には、約1350℃に加熱された前記第１のシリコン
基板１の主面２を、ジシラン（Ｓｉ₂ Ｈ₆ ）およびアセ
チレン（Ｃ₂ Ｈ₂ ）を原料ガスとし、水素（Ｈ₂ ）をキ
ャリアガスとした混合ガスを導入して気相反応させるこ
とによって、立方晶炭化ケイ素３の単結晶がシリコン基
板のシリコン結晶をシードとしてエピタキシャル成長す
る。この反応を約25分間続け、その厚さが約5000オング
ストロームになるまで成長させる。成長した立方晶炭化
ケイ素の層３の厚さは前記主面２全面にわたって均一に
なっている。

【００１５】ついで図１にｂ工程として示されるよう
に、前記立方晶炭化ケイ素層３の面上に絶縁膜としての
シリコン酸化膜を形成する。具体的には、ＴＥＯＳ（Ｓ
ｉ（ＯＣ₂ Ｈ₅ ）₄ ）ガスと酸素ガスを導入して約400
℃で気相成長させるＣＶＤ法によって、厚さが約5000オ
ングストロームの二酸化ケイ素膜４を形成する。この二
酸化ケイ素膜４の厚さは前記立方晶炭化ケイ素層３の面
全面にわたって均一に形成される。なお、炭化ケイ素の
酸化速度はシリコンに比較して約半分ではあるが、シリ
コンに対して用いられているのと同様の熱酸化法によ
り、900 〜1100℃、約２時間の熱処理で形成することも
できる。なお、本発明においてはこのように第１のシリ
コン基板１側にのみ絶縁膜を形成するように限定される
ことはなく、たとえば後述の第２のシリコン基板５の面
にのみ、または両基板１、５の面共に形成してもよい。

【００１６】つぎに図１にｃ工程として示されるよう
に、別途第２のシリコン基板５を用意し、これを前記第
１のシリコン基板１の二酸化ケイ素膜４側に貼着する。
具体的には公知のシラノール接合法などを用いて、第２
のシリコン基板５の面を前記第１のシリコン基板の二酸
化ケイ素膜４の表面に圧接した状態で800 〜1200℃の温
度で約30分間の熱処理をすることにより圧着させる。な
お、シラノール接合法以外に、約1000℃で約±300 Ｖの
パルス電圧を約５分間印加する方法などによって第１お
よび第２の前記両基板１、５を貼着することもできる。

【００１７】また、絶縁膜としては前記二酸化ケイ素膜
に限定されることはなく、たとえばチッ化ケイ素膜を用
いることも可能であるが、熱膨張ダメージの面から、二
酸化ケイ素膜が好ましい。

【００１８】最後に、図１にｄ工程として示されるよう
に、前記貼着されて一体化した基板の第１のシリコン基
板１の他の主面側から研磨によってそのシリコン層６の
みを除去、立方晶炭化ケイ素層３の面を露出せしめる。
本実施例においては、研磨材としてアミン系水溶液にコ
ロイダルシリカを混入したものを用いている。炭化ケイ
素はシリコンや二酸化ケイ素に比較すると、その耐薬品
性が格段にすぐれ、さらにその硬度はダイヤモンドなみ
であってはるかに高いため、研磨速度も前記両者より大
幅に小さいものとなる。したがって第１のシリコン基板
１のシリコン層６を研磨してゆくと、立方晶炭化ケイ素
層３が露出した時点で研磨は正確に自動的に停止する。
このようにして、シリコン基板（図１のｄ工程における
第２のシリコン基板５）上に絶縁膜たる二酸化ケイ素膜
４を介して立方晶炭化ケイ素層３からなる半導体結晶層
が形成されたＳＯＩ基板が作製される。

【００１９】なお本発明では、前記ｄ工程を研磨のみに
よってシリコン層を除去する工程に限定することはな
く、たとえば、シリコン層をある程度まで研磨によって
除去し、しかるのちに水酸化カリウム（ＫＯＨ）など、
シリコンをエッチングしうる溶液によって残余のシリコ
ンを腐食除去する工程に代えてもよい。これは、前述の
ごとく、きわめて耐薬品性にすぐれた立方晶炭化ケイ素
をＳＯＩ基板の半導体結晶に採用することにより実現で
きる。

【００２０】さらに、前記実施例では研磨材としてコロ
イダルシリカを混入したアミン系水溶液を用いたが、本
発明においてはこのような研磨材に限定されることはな
く、たとえばＡｌ₂ Ｏ₃ 系の研磨材などを用いてもよ
い。

【００２１】また、本発明のＳＯＩ基板の半導体結晶層
はとくに立方晶炭化ケイ素に限定されることはなく、た
とえば六方晶や多結晶の炭化ケイ素を用いてもよいが、
立方晶炭化ケイ素は1350℃程度の温度下で形成すること
ができ、かかる温度下ではシリコン層の結晶性を維持し
うるので好ましい。

【００２２】叙上の製法により製造されたＳＯＩ基板
に、通常のプロセスで半導体回路を形成することによ
り、集積回路を組み込んだ半導体装置がえられる。かか
る半導体装置は、耐放射線性にすぐれた炭化ケイ素をＳ
ＯＩ基板の半導体結晶層として用いているため、従来Ｓ
ＯＩ基板構造の採用により達成される耐放射線性をさら
に向上せしめ、ユーザーのニーズに応えうるものとなっ
ている。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、シリコン基板に炭化ケ
イ素結晶層をエピタキシャル成長させて、貼合せ方式を
用いることによりＳＯＩ基板を形成しているため、従来
のＳＯＩ基板の製法に比較して、はるかに容易に、しか
も正確な厚さで絶縁膜上に薄い半導体結晶層を形成する
ことができ、さらに大面積のＳＯＩ構造を形成すること
ができる。しかも従来のＳＯＩ基板に比較して耐放射線
性が大幅に向上した半導体装置を製造することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製法の一実施例を示す工程図である。

【図２】従来の製法の一例における一工程を示す説明図
である。

【図３】図２の従来の製法における他の一工程を示す説
明図である。

【符号の説明】

１ 第１のシリコン基板 ２ 主面 ３ 立方晶炭化ケイ素層 ４ 二酸化ケイ素膜 ５ 第２のシリコン基板 ６ シリコン層

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （ａ）第１のシリコン基板と第２のシリ
   コン基板とを準備する工程と、（ｂ）第１のシリコン基
   板の一主面上に炭化ケイ素をエピタキシャル成長させる
   工程と、（ｃ）成長した前記炭化ケイ素の主面および第
   ２のシリコン基板の一主面のうち少なくともいずれか一
   方の面上に絶縁膜を形成する工程と、（ｄ）該絶縁膜を
   介在させるように第１のシリコン基板と第２のシリコン
   基板とを貼り合わせる工程と、（ｅ）該貼り合わせられ
   た基板を第１のシリコン基板の他の主面側から研磨し、
   前記炭化ケイ素を全面に露出せしめる工程とからなるＳ
   ＯＩ基板の製法。
2. 【請求項２】 前記炭化ケイ素を露出せしめる工程が、
   第１のシリコン基板の他の主面側から研磨する工程と、
   該工程のつぎに、エッチング溶液による残余のシリコン
   層を除去する工程とから構成されてなる請求項１記載の
   製法。
3. 【請求項３】 前記炭化ケイ素が立方晶炭化ケイ素であ
   ることを特徴とする請求項１記載の製法。
4. 【請求項４】 前記絶縁膜が二酸化ケイ素膜であること
   を特徴とする請求項１記載の製法。
5. 【請求項５】 請求項１記載の製法により作製されたＳ
   ＯＩ基板を用いてなる半導体装置。