JPH06302790A - Manufacture of insulating isolating substrate - Google Patents
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- JPH06302790A JPH06302790A JP9144293A JP9144293A JPH06302790A JP H06302790 A JPH06302790 A JP H06302790A JP 9144293 A JP9144293 A JP 9144293A JP 9144293 A JP9144293 A JP 9144293A JP H06302790 A JPH06302790 A JP H06302790A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、ULSI、特に高速
低消費電力型ULSIや耐環境性素子に用いられる超薄
膜SOI(Silicon On Insulator)基板の製造方法に関
し、特にウエハ直接接合技術を用いた超薄膜SOI基板
の製造方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing an ultra thin film SOI (Silicon On Insulator) substrate used for ULSI, particularly high speed and low power consumption ULSI and environment resistant elements, and more particularly, it uses a wafer direct bonding technique The present invention relates to a method for manufacturing an ultra thin film SOI substrate.
【0002】[0002]
【従来技術】近年、デバイスとして、例えば完全空乏型
MOSのようにゲート下の半導体層が全てチャネルとな
るような薄膜のSOI層が要求されている。そして従
来、この薄膜のSOI層、例えばSOI膜厚が1μm以
下の超薄膜SOI基板を製造する方法として、特開平3
−104276に開示された如く、不純物濃度差による
エッチレートの違いを利用する方法や、特開平2−22
8049に開示された如く、PN接合界面で電気化学エ
ッチングがストップすることを利用する方法が知られて
いる。これらを以下に説明する。2. Description of the Related Art In recent years, as a device, a thin SOI layer such as a fully depleted MOS in which a semiconductor layer under a gate serves as a channel is required. In the past, as a method for manufacturing an ultrathin film SOI substrate having an SOI layer of this thin film, for example, an SOI film thickness of 1 μm or less, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 3
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-22 / 1998, a method of utilizing a difference in etch rate due to a difference in impurity concentration, as disclosed in
As disclosed in 8049, a method is known that utilizes the fact that electrochemical etching stops at the PN junction interface. These will be described below.
【0003】不純物濃度差によるエッチレートの違いを
利用する方法では、まず、第1のSiウエハ表面にボロ
ンドーピング層を形成した後、さらにその上にSiエピ
タキシャル層を形成したウエハを用い、エピタキシャル
層側でSiO2 を介して第2のSiウエハと接合する。
次にボロンドーピング層をストッパとしてアルカリエッ
チを行った後、該ボロンドーピング層を研磨もしくは別
の選択エッチ液により除去して、所望の薄膜SOIを得
るというものである。In the method of utilizing the difference in etch rate due to the difference in impurity concentration, first, a boron doping layer is formed on the surface of a first Si wafer, and then a wafer having a Si epitaxial layer formed thereon is used. Side with a second Si wafer via SiO 2 .
Next, after performing alkali etching with the boron doping layer as a stopper, the boron doping layer is removed by polishing or another selective etching solution to obtain a desired thin film SOI.
【0004】しかし、この方法では、上述の如く工程が
複雑でコスト高となる上に、エピタキシャル成長層の結
晶性を良好にするために成長時の温度を高くする必要が
あることから、ストッパとなるボロンドーピング層の境
界が拡散してダレ易く、SOI層中に高濃度のボロンが
混入したり、エッチング面が荒れたり、極端な場合には
ウエハ全面で均一なストップエッチンッグができないと
いう問題があった。However, in this method, the process is complicated and the cost is high as described above, and the temperature at the time of growth is required to be high in order to improve the crystallinity of the epitaxial growth layer. There is a problem that the boundary of the boron doping layer is diffused and liable to sag, a high concentration of boron is mixed in the SOI layer, the etching surface is roughened, and in extreme cases, uniform stop etching cannot be performed on the entire surface of the wafer. there were.
【0005】一方、PN接合界面を用いて、その界面で
電気化学エッチングをストップさせる方法では、浅くて
急峻なPN接合を形成する為に制御性が良い拡散工程が
必要なことに加えて、その後のウエハ接合時の高温熱処
理でPN接合界面にダレが生じる。さらにまた、電気化
学エッチングの際にP層とN層の電位を適当な値に固定
するために、ウエハ端面に取り出し電極を設けることが
行われるが、たとえこの様な取り出し電極を設けても、
拡散層の抵抗成分の影響により電極からの距離に応じて
電圧降下が生ずるので、ウエハ全面に渡る大面積化がで
きないという問題があった。On the other hand, in the method of using the PN junction interface and stopping the electrochemical etching at the interface, in addition to the need for a diffusion step with good controllability in order to form a shallow and steep PN junction, Due to the high temperature heat treatment at the time of wafer bonding, sagging occurs at the PN junction interface. Furthermore, in order to fix the potentials of the P layer and the N layer to appropriate values during electrochemical etching, a take-out electrode is provided on the end face of the wafer. Even if such take-out electrode is provided,
Due to the influence of the resistance component of the diffusion layer, a voltage drop occurs depending on the distance from the electrode, so that there is a problem in that the area over the entire surface of the wafer cannot be increased.
【0006】そこで、この問題点に鑑み、SiO2 /S
i界面にX線,γ線あるいはSR放射光等の電離放射線
や電子線あるいはイオン線等の荷電粒子を照射すると、
SiO2 中に正電荷が蓄積され界面近傍のSi側に負電
荷の蓄積層が誘起されるという現象を用いて、埋め込み
酸化膜にX線を照射することによって正電荷を発生さ
せ、それにより界面近くのSOI層(P型とする)に負
電荷の高濃度層を誘起し、基板との間で形成されるPN
接合界面を用いて電気化学的ストップエッチングを行わ
せることが提案されている。(T.Abe et al.,Semicondu
ctor Wafer Bonding:Science,Technology and Applicat
ions,eds.U.Goesele et al.,(Electrochem.Soc.,Pennin
gton 1991),p.331、または電子情報通信学会技術研究報
告SDM92-137 〜149 1993.1.21 p.57。この方法において
は、X線を照射することによって正電荷を埋込み酸化膜
中に発生させ、SOI層となるP型基板に空乏層および
反転層を形成し浅くて急峻なPN接合を形成するように
しているため、拡散工程を必要としない。そして、SO
I層の膜厚は空乏層幅により決定されるため、超薄膜S
OI基板が得られる。さらにX線照射によりSiO2 層
中には均一な密度の正電荷が蓄積されるので、反転層お
よび空乏層の幅はウエハ全面に渡って均一となる。その
結果、所望の厚みの超薄膜SOI基板をウエハ全面に渡
って制御良く製造する可能性があるといえる。In view of this problem, SiO 2 / S
When the i interface is irradiated with ionizing radiation such as X-rays, γ-rays or SR radiation, or charged particles such as electron beams or ion beams,
Using the phenomenon that a positive charge is accumulated in SiO 2 and a negative charge accumulation layer is induced on the Si side near the interface, a positive charge is generated by irradiating the buried oxide film with X-rays, thereby generating an interface. A PN formed between the substrate and a high concentration layer of negative charges induced in a nearby SOI layer (P type)
It has been proposed to use the junction interface to perform electrochemical stop etching. (T.Abe et al., Semicondu
ctor Wafer Bonding: Science, Technology and Applicat
ions, eds.U.Goesele et al., (Electrochem.Soc., Pennin
gton 1991), p.331, or IEICE Technical Report SDM92-137 ~ 149 1993.1.21 p.57. In this method, a positive charge is generated in the buried oxide film by irradiating X-rays, and a depletion layer and an inversion layer are formed on the P-type substrate to be the SOI layer to form a shallow and sharp PN junction. Therefore, the diffusion process is not required. And SO
Since the thickness of the I layer is determined by the depletion layer width, the ultrathin film S
An OI substrate is obtained. Furthermore, since positive charges having a uniform density are accumulated in the SiO 2 layer by X-ray irradiation, the widths of the inversion layer and the depletion layer are uniform over the entire surface of the wafer. As a result, it can be said that there is a possibility that an ultrathin film SOI substrate having a desired thickness can be manufactured over the entire surface of the wafer with good control.
【0007】我々も全く独立に同様な方法を考え、これ
まで種々実験を行って来た。We have considered the same method completely independently and have conducted various experiments so far.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、その結
果分かったことは、埋込み酸化膜にX線を照射したSi
/SiO2 /Si構造をただ単にアルカリ溶液等に漬け
てエッチングしても、PN接合界面でエッチングを終端
させることはできないという事である。これは、埋込み
酸化膜に正電荷を発生させて、SOI層となるP型基板
に空乏層および反転層を形成しても、その反転層の電位
をエッチング液に対して固定しないと、エッチングにお
いて空乏層がストッパーとして作用しないためである。However, as a result, it was found that the buried oxide film was irradiated with X-rays.
This means that the etching cannot be terminated at the PN junction interface even if the / SiO 2 / Si structure is simply immersed in an alkaline solution or the like for etching. This is because even if a positive charge is generated in the buried oxide film to form a depletion layer and an inversion layer on the P-type substrate that will become the SOI layer, the potential of the inversion layer must be fixed to the etching solution in etching. This is because the depletion layer does not act as a stopper.
【0009】従って、この発明は上記問題点に鑑みなさ
れたもので、ウエハ接合を用いた絶縁分離基板の製造に
おいて、大面積かつ結晶性が良好で膜厚が1μm以下の
超薄膜絶縁分離基板を制御性良く製造する方法を提供し
ようとするものである。Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and in the production of an insulating separation substrate using wafer bonding, an ultrathin film insulating separation substrate having a large area and good crystallinity and a film thickness of 1 μm or less is provided. It is intended to provide a method of manufacturing with good controllability.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】この発明に係わる絶縁分
離基板の製造方法にあっては、第1および第2の半導体
基板を絶縁膜を介して接合し接合基板を作製する工程
と、前記第1の半導体基板の表面から前記絶縁膜に到達
するように形成された該第1の半導体基板とは逆の導電
型を有する高濃度領域を形成する工程と、該接合基板に
放射線または荷電粒子を照射し、前記絶縁膜および前記
第1の半導体基板との接合界面に反転層および空乏層を
形成する工程と、電気化学エッチングにより前記第1の
半導体基板をエッチング溶液中で前記電極により該反転
層および空乏層の電位を該第1の半導体基板に対して固
定しつつエッチングする工程とを有することを特徴とし
ている。In a method for manufacturing an insulating separation substrate according to the present invention, a step of bonding a first and a second semiconductor substrate through an insulating film to manufacture a bonded substrate, and A step of forming a high concentration region having a conductivity type opposite to that of the first semiconductor substrate formed so as to reach the insulating film from the surface of the first semiconductor substrate; and radiation or charged particles on the bonding substrate. Irradiating to form an inversion layer and a depletion layer at the junction interface between the insulating film and the first semiconductor substrate, and the inversion layer with the electrode in the etching solution of the first semiconductor substrate by electrochemical etching. And a step of etching while fixing the potential of the depletion layer with respect to the first semiconductor substrate.
【0011】[0011]
【作用】本発明によれば、第1の半導体基板と第2の半
導体基板とを絶縁膜を介して接合し、該第1の半導体基
板の少なくとも一部の領域に、その表面から該絶縁膜に
到達するように形成された該第1のシリコンウエハとは
逆の導電型を有する高濃度領域を形成しているため、前
記第1および第2の半導体基板とその間に介在する前記
絶縁膜を接合して得られた接合基板に放射線または荷電
粒子を照射して該絶縁膜中に電荷を蓄積し、その結果前
記第1の半導体基板と前記絶縁膜との界面近傍の該第1
の半導体基板中に、反転層と空乏層とが誘起されPN接
合が形成された該第1の半導体基板をエッチング溶液中
において電気化学エッチングする際に、前記高濃度領域
を通し前記空乏層の電位を、前記第1の半導体基板に対
して固定することができる。According to the present invention, the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate are bonded to each other through the insulating film, and at least a part of the first semiconductor substrate is covered with the insulating film from the surface thereof. Since the high-concentration region having a conductivity type opposite to that of the first silicon wafer formed so as to reach the first silicon wafer is formed, the first and second semiconductor substrates and the insulating film interposed therebetween are formed. The bonded substrate obtained by bonding is irradiated with radiation or charged particles to accumulate charges in the insulating film, and as a result, the first semiconductor substrate and the insulating film near the interface between the first semiconductor substrate and the insulating film are charged.
When the first semiconductor substrate in which the inversion layer and the depletion layer are induced in the semiconductor substrate and the PN junction is formed is electrochemically etched in the etching solution, the potential of the depletion layer is passed through the high concentration region. Can be fixed to the first semiconductor substrate.
【0012】[0012]
【実施例】以下図面を参照してこの発明の実施例を説明
する。図1は、本発明の第1の実施例を示す断面図であ
る。まず、少なくとも一方の面が鏡面研磨されたP型導
電型の第1のシリコンウエハ1と,少なくとも一方の面
が鏡面研磨されたN型導伝型の第2のシリコンウエハ2
の両方もしくはいずれか一方に、例えば熱酸化により所
定の厚さ(例えば約100nm)の埋込み酸化膜3を形
成する。その後、図1(a)に示すように、2枚のシリ
コンウエハの鏡面を埋込み酸化膜3を介して直接接合す
る。これをウエハ12とする。この接合は、例えば、R
CA溶液を用いて通常の洗浄を施した後、90℃±10
℃に保ったH2 SO4 :H2 O2 =4:1の溶液中に1
0分程度浸漬して親水処理を行い、室温で接着してから
1100℃,N2 中で1時間熱処理を行うことによりな
されるが、それ以外に静電接着等の方法で行ってもよ
い。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of the present invention. First, a P-type conductive first silicon wafer 1 having at least one surface mirror-polished and an N-type conductive second silicon wafer 2 having at least one surface mirror-polished.
A buried oxide film 3 having a predetermined thickness (for example, about 100 nm) is formed on both or either of them by, for example, thermal oxidation. After that, as shown in FIG. 1A, the mirror surfaces of the two silicon wafers are directly bonded via the buried oxide film 3. This is a wafer 12. This joint is made of, for example, R
After normal washing with CA solution, 90 ° C ± 10
1 in a solution of H 2 SO 4: H 2 O 2 = 4: 1 kept at ° C.
This is done by immersing for about 0 minutes to perform hydrophilic treatment, adhering at room temperature and then heat-treating at 1100 ° C. in N 2 for 1 hour, but other methods such as electrostatic adhesion may be used.
【0013】次に、図1(b)に示すように、素子形成
側となる第1のシリコンウエハを接合面から約4μmの
厚さまで研削および研磨により薄くする。次に、図1
(c)に示すように、ウエハ12周辺部以外をレジスト
4で覆った後、As あるいはP等のN型ドーパントをイ
オン注入し熱処理を行って、周辺部に埋込み酸化膜3に
到達する表面不純物濃度が1018cm-3以上のN型高濃
度領域5を形成する。このN型高濃度領域5の形成方法
としては、上記の他に酸化膜をマスクとして気相拡散す
る方法等で行っても良い。このN型高濃度領域5は、後
でP−Si/SiO2 界面に形成される反転層中への電
子の供給源として働く。 次に接合体表面に薄い絶縁膜
6を形成する。この絶縁膜としては、例えばドライ酸素
雰囲気中で形成した50nm程度の熱酸化膜の様にSi
−H結合やダングリングボンドが少ない膜質の良好なも
のが望ましい。この酸化膜は、N型高濃度領域6および
P型領域の所定箇所のみに電気的コンタクトを取るため
の絶縁膜であって、コンタクト領域および将来薄膜SO
Iとなる領域からはあらかじめ取り除いておく。この
後、図1(d)に示すように、N型高濃度領域6および
P型領域の所定箇所に通常の蒸着,パターニング,シン
タリングによりAl等で電極7を形成する。また、図1
(d)に対応するウエハ上面図を図3に示す。N型高濃
度領域5に対するコンタクト部7NとP型基板であるシ
リコンウエハ1に対するコンタクト部7Pはウエハ周辺
の一箇所のみにあり、その占める面積は小さく、シリコ
ンウエハ1の大部分は将来SOI領域となる。Next, as shown in FIG. 1B, the first silicon wafer on the element forming side is thinned by grinding and polishing from the bonding surface to a thickness of about 4 μm. Next, FIG.
As shown in (c), after covering the area other than the peripheral portion of the wafer 12 with the resist 4, N-type dopant such as As or P is ion-implanted and heat treatment is performed, and surface impurities reaching the buried oxide film 3 in the peripheral portion. An N-type high concentration region 5 having a concentration of 10 18 cm -3 or more is formed. As a method of forming the N-type high-concentration region 5, a method of vapor phase diffusion using an oxide film as a mask may be used in addition to the above. The N-type high-concentration region 5 functions as a source of electrons to be supplied to the inversion layer that is formed at the P-Si / SiO 2 interface later. Next, a thin insulating film 6 is formed on the surface of the bonded body. The insulating film may be, for example, a Si film such as a thermal oxide film of about 50 nm formed in a dry oxygen atmosphere.
It is desirable to have a good film quality with few -H bonds and dangling bonds. This oxide film is an insulating film for making electrical contact only with predetermined portions of the N-type high concentration region 6 and the P-type region, and it is a contact region and a future thin film SO.
It is removed from the area to be I in advance. Thereafter, as shown in FIG. 1D, an electrode 7 is formed of Al or the like at a predetermined position of the N-type high concentration region 6 and the P-type region by ordinary vapor deposition, patterning and sintering. Also, FIG.
A wafer top view corresponding to (d) is shown in FIG. The contact portion 7N for the N-type high-concentration region 5 and the contact portion 7P for the silicon wafer 1 which is the P-type substrate are present only at one place around the wafer, and the area occupied by them is small, and most of the silicon wafer 1 is a future SOI region. Become.
【0014】次に、この状態でシリコンウエハ1側から
X線を照射する。これに用いるX線としては、電子衝撃
型の対陰極(W,Rh等)から発生する比較的長波長の
軟X線成分を含むブロードなスペクトルを有するもので
あっても良いし、CuKα線等の特性X線であっても良
い。全照射線量としては、104 rad程度かもしくは
それ以上であることが望ましい。全照射線量をr(ra
d)とすると、埋込み酸化膜中に発生する正電荷量n
(cm-3)は、埋め込み酸化膜がH2 /O2 混合雰囲気
で酸化されたものであるなら、n=1.4×1013・r
(cm-3)程度である。この時、埋込み酸化膜3の膜厚
をtbox とすると単位面積当たり埋込み酸化膜3中に蓄
積される正電荷の数Nは、N=n×tbox (cm-2)と
なる。そして、埋込み酸化膜3とシリコンウエハ1との
界面に広がる空乏層の幅は正電荷の数NとP型の不純物
濃度により決定される。今、r=106 rad、tbox
=1μm、シリコンウエハ1のキャリア濃度を10
16(cm-3)とすると、図1(e)に示すように、形成
されるN型反転層8と空乏層9の合計の幅は約0.3μ
mである。Next, in this state, X-rays are irradiated from the silicon wafer 1 side. The X-ray used for this purpose may have a broad spectrum containing a relatively long-wavelength soft X-ray component generated from an electron impact type anticathode (W, Rh, etc.), or CuKα ray, etc. The characteristic X-ray may be used. The total irradiation dose is preferably about 10 4 rad or more. The total irradiation dose is r (ra
d), the positive charge amount n generated in the buried oxide film
(Cm −3 ) is n = 1.4 × 10 13 · r if the buried oxide film is oxidized in a H 2 / O 2 mixed atmosphere.
It is about (cm −3 ). At this time, assuming that the thickness of the buried oxide film 3 is t box , the number N of positive charges accumulated in the buried oxide film 3 per unit area is N = n × t box (cm −2 ). The width of the depletion layer spreading at the interface between the buried oxide film 3 and the silicon wafer 1 is determined by the number N of positive charges and the P-type impurity concentration. Now, r = 10 6 rad, t box
= 1 μm, the carrier concentration of the silicon wafer 1 is 10
Assuming 16 (cm −3 ), the total width of the N-type inversion layer 8 and the depletion layer 9 formed is about 0.3 μm as shown in FIG.
m.
【0015】埋込み酸化膜3中に蓄積される正電荷によ
りN型反転層8と空乏層9が形成される様子を説明する
バンド図を図4に示す。図4(a)は、X線を照射する
前の熱平衡状態のバンド図を示し、図4(b)は、X線
照射後の熱平衡状態のバンド図を示す。X線照射により
酸化膜中に発生した正電荷から発生する電気力線を終端
するために、シリコンウエハ1と埋込み酸化膜3との界
面に、図4(a)の場合よりも多くの負電荷が誘起され
る必要があり、これにより、P型であるシリコンウエハ
1と埋込み酸化膜層との界面のシリコンウエハ1側の電
子密度が高まり、N型反転層8と空乏層9とが形成され
る。そして、空乏層9の幅d1 はX線照射により酸化膜
中に発生した正電荷量に比例する。FIG. 4 shows a band diagram for explaining how the N-type inversion layer 8 and the depletion layer 9 are formed by the positive charges accumulated in the buried oxide film 3. FIG. 4A shows a band diagram in a thermal equilibrium state before X-ray irradiation, and FIG. 4B shows a band diagram in a thermal equilibrium state after X-ray irradiation. In order to terminate the lines of electric force generated from the positive charges generated in the oxide film by the X-ray irradiation, more negative charges than those in the case of FIG. 4A are formed at the interface between the silicon wafer 1 and the buried oxide film 3. Must be induced, which increases the electron density on the silicon wafer 1 side at the interface between the P-type silicon wafer 1 and the buried oxide film layer, and forms the N-type inversion layer 8 and the depletion layer 9. It The width d1 of the depletion layer 9 is proportional to the amount of positive charges generated in the oxide film by X-ray irradiation.
【0016】そして、不純物濃度,埋込み酸化膜3の膜
厚に応じて所望の幅の空乏層が形成される様にX線照射
を行った後、このウエハ12をKOHあるいはエチレン
ジアミンピロカテコール等の溶液中に浸漬して、電気化
学的にエッチングを行う。図2は、上記エッチング方法
の一例を示すものであり、エッチャントにKOHを用い
た場合を示す。ここでは、電気化学的選択エッチングを
安定に行うために、貼り合わせたウエハ対に設けた電位
固定用電極に所定の電圧を印加した場合を示す。すなわ
ち、シリコンウエハ1のP型領域に設けた電極7Pを基
準電位として、これに対して正の電位差例えば1VをN
型高濃度層5に設けた電極7Nに与える。また、溶液中
に浸漬した白金よりなる参照電極13には、P型領域と
同じ基準電位を与える。この様にしてエッチングを行え
ば、P型基板が漸次エッチングされるが、やがて空乏層
に到達するとそこでエッチングが終端する。図1(f)
にはエッチング終了後のウエハ12を示す。After performing X-ray irradiation so that a depletion layer having a desired width is formed according to the impurity concentration and the film thickness of the buried oxide film 3, the wafer 12 is subjected to a solution such as KOH or ethylenediaminepyrocatechol. It is dipped in and electrochemically etched. FIG. 2 shows an example of the above etching method, and shows a case where KOH is used as an etchant. Here, a case is shown in which a predetermined voltage is applied to the potential fixing electrode provided on the bonded wafer pair in order to stably perform the electrochemical selective etching. That is, the electrode 7P provided in the P-type region of the silicon wafer 1 is used as a reference potential, and a positive potential difference, for example, 1 V, is set to N as a reference potential.
It is applied to the electrode 7N provided on the mold high concentration layer 5. Further, the same reference potential as that of the P-type region is applied to the reference electrode 13 made of platinum immersed in the solution. If the etching is performed in this way, the P-type substrate is gradually etched, but when the depletion layer is reached, the etching ends there. Figure 1 (f)
In the figure, the wafer 12 after etching is shown.
【0017】この様にエッチングが終了した後、図1
(g)に示すように、電極7N,7Pおよび表面の絶縁
膜6を除去し、ウエハ12周辺部の不要部分をエッチン
グあるいはエッジ研削等の手段を用いて取り除く。After the etching is completed in this way, FIG.
As shown in (g), the electrodes 7N and 7P and the insulating film 6 on the surface are removed, and unnecessary portions around the wafer 12 are removed by means such as etching or edge grinding.
【0018】そして、このウエハ12を、不活性ガス雰
囲気中800℃程度以上の高温で熱処理することによっ
て、埋込み酸化膜中に蓄積された正電荷を除去する。も
し、ウエハ12にX線等の照射により照射損傷が導入さ
れていれば、それもこの熱処理により同時に完全に除去
される。そして、図1(h)に示すような薄膜SOI基
板とする。Then, the wafer 12 is heat-treated at a high temperature of about 800 ° C. or higher in an inert gas atmosphere to remove the positive charges accumulated in the buried oxide film. If radiation damage has been introduced into the wafer 12 by irradiation with X-rays, it is also completely removed by this heat treatment. Then, a thin film SOI substrate as shown in FIG.
【0019】以上のように、P型シリコンウエハとN型
シリコンウエハとをSiO2 からなる埋込み酸化膜を介
して接合し、P型シリコンウエハの研磨面の少なくとも
一部の領域に、その表面から埋込み酸化膜に到達するよ
うにN型の高濃度拡散領域を形成しているため、前記P
型のシリコンウエハと前記N型のシリコンウエハとその
間に介在する埋込み酸化膜で構成されたSi/SiO2
/Si構造にX線等を照射して埋込み酸化膜に電荷を蓄
積し、その結果P型のシリコンウエハと埋込み酸化膜と
の界面近傍のP型のシリコンウエハ中に、反転層と空乏
層が誘起されPN接合が形成されたP型のシリコンウエ
ハをアルカリ溶液中において電気化学エッチングする際
に、N型高濃度拡散領域を通し空乏層の電位を前記P型
のシリコンウエハに対して固定することができる。従っ
て、このエッチングの際、エッチングの先端が空乏層に
到達した時点でエッチングを終了させることができる。
これによりSOI層の厚さが空乏層の幅で決まる薄膜S
OI基板を制御性良く製造することができる。しかもこ
の空乏層の幅は、シリコンウエハ1の不純物濃度とX線
照射量により決まるので、任意の膜厚を持った薄膜SO
I基板が作製できる。さらにまた、SOI層の導電型
は、もとの半導体基板の不純物濃度を低くすることが可
能であることから、薄膜SOI基板作製後にイオン注入
等の手段を用いて容易にかつ広範囲に制御することが可
能である。一方、高速低消費電力LSIとして有望な完
全空乏型MOSLSIを作製するのに必要とされる超薄
膜SOI基板は、その厚さが最大空乏層幅以下で、広範
囲な不純物濃度のものが必要とされる。従って本方法
は、まさに必要にして十分な厚さの任意の不純物濃度を
持つ超薄膜SOI基板を制御性良く作製する方法を提供
するものである。As described above, the P-type silicon wafer and the N-type silicon wafer are bonded to each other via the buried oxide film made of SiO 2 , and at least a part of the polishing surface of the P-type silicon wafer is exposed from the surface thereof. Since the N-type high-concentration diffusion region is formed so as to reach the buried oxide film,
-Type silicon wafer, N-type silicon wafer, and Si / SiO 2 composed of a buried oxide film interposed therebetween
/ Si structure is irradiated with X-rays or the like to accumulate charges in the buried oxide film. As a result, an inversion layer and a depletion layer are formed in the P-type silicon wafer near the interface between the P-type silicon wafer and the buried oxide film. Fixing the potential of the depletion layer to the P-type silicon wafer through the N-type high-concentration diffusion region when electrochemically etching the P-type silicon wafer in which the induced PN junction is formed in an alkaline solution. You can Therefore, in this etching, the etching can be terminated when the tip of the etching reaches the depletion layer.
As a result, the thin film S in which the thickness of the SOI layer is determined by the width of the depletion layer
The OI substrate can be manufactured with good controllability. Moreover, since the width of the depletion layer is determined by the impurity concentration of the silicon wafer 1 and the X-ray irradiation amount, the thin film SO having an arbitrary film thickness is formed.
I substrate can be produced. Furthermore, since the conductivity type of the SOI layer can reduce the impurity concentration of the original semiconductor substrate, it is possible to easily and widely control the conductivity type by means such as ion implantation after the thin film SOI substrate is manufactured. Is possible. On the other hand, the ultra-thin SOI substrate required for producing a fully depleted MOS LSI, which is promising as a high-speed and low-power consumption LSI, is required to have a wide depletion layer width and a wide range of impurity concentrations. It Therefore, the present method provides a method for producing an ultrathin film SOI substrate having an arbitrary impurity concentration of a necessary and sufficient thickness with good controllability.
【0020】上記実施例においては、埋込み酸化膜中に
正電荷を蓄積するためにX線を照射したが、X線のかわ
りに、γ線あるいは放射光などの電離放射線、または電
子線あるいはイオン線などの荷電粒子線を照射しても同
様の効果が得られる。In the above embodiment, X-rays were irradiated to accumulate positive charges in the buried oxide film. Instead of X-rays, ionizing radiation such as γ-rays or synchrotron radiation, or electron rays or ion rays are used. Similar effects can be obtained by irradiating charged particle beams such as.
【0021】また上記実施例においては、将来薄膜SO
Iとなる側の第1の半導体をP型、第2の半導体をN型
としたが、第2の半導体の導電型はP型であっても同様
な効果が得られる。In the above embodiment, the thin film SO will be used in the future.
Although the first semiconductor on the side to be I is P-type and the second semiconductor is N-type, the same effect can be obtained even if the conductivity type of the second semiconductor is P-type.
【0022】また上記実施例においては、電気化学エッ
チングを行う場合に、シリコンウエハ2の電位を固定し
なかったが、電極を設けてシリコンウエハ2の電位を固
定しても良い。この場合、この電位を適当な値にするこ
とによって、シリコンウエハ1と埋込み酸化膜3との界
面にできる空乏層の幅d1 をより広範囲に制御すること
ができる。これはシリコンウエハ2に適当な電位を与え
ると等価的に埋込み酸化膜3中の正電荷を増やすことが
でき、それにより空乏層幅を制御できるためである。In the above embodiment, the potential of the silicon wafer 2 is not fixed when performing the electrochemical etching, but electrodes may be provided to fix the potential of the silicon wafer 2. In this case, the width d1 of the depletion layer formed at the interface between the silicon wafer 1 and the buried oxide film 3 can be controlled in a wider range by setting this potential to an appropriate value. This is because the positive charges in the buried oxide film 3 can be equivalently increased by applying an appropriate potential to the silicon wafer 2, and thereby the depletion layer width can be controlled.
【0023】また上記実施例においては、埋込み酸化膜
3中に蓄積する電荷を正電荷としたが、なんらかの手段
により負電荷を蓄積しても良い。この場合、上記実施例
と異なりシリコンウエハ1の導電型をN型とし、負電荷
が蓄積された埋込み酸化膜3との界面にP型反転層(正
孔蓄積)と空乏層(ドナー正イオン蓄積)が形成される
様にすることが望ましい。Further, in the above embodiment, the charges accumulated in the buried oxide film 3 are positive charges, but the negative charges may be accumulated by some means. In this case, unlike the above embodiment, the conductivity type of the silicon wafer 1 is N type, and the P-type inversion layer (hole accumulation) and the depletion layer (donor positive ion accumulation) are formed at the interface with the buried oxide film 3 in which negative charges are accumulated. ) Is desired to be formed.
【0024】埋込み酸化膜中に負電荷を蓄積する方法と
しては、図5に示す如くN型基板17およびN+ 型基板
18の間の埋込み酸化膜3の内部に設けた外部と導通の
無いフローティング状態の導電体層15(例えば高濃度
に不純物を添加されたポリシリコンよりなる導電体層)
に、埋込み酸化膜3の一部に設けられたトンネル酸化膜
16を通してトンネル注入あるいはアバランシェ注入に
より電子を注入することにより行われる。なお、薄膜S
OI基板作製後このフローティング状態の導電体層15
は、電気的ノイズのシールド層として使用できる。As a method of accumulating negative charges in the buried oxide film, as shown in FIG. 5, a floating state which is provided inside the buried oxide film 3 between the N-type substrate 17 and the N + -type substrate 18 and has no continuity with the outside is provided. Conductor layer 15 in a state (for example, a conductor layer made of polysilicon doped with a high concentration)
Then, electrons are injected by tunnel injection or avalanche injection through the tunnel oxide film 16 provided in a part of the buried oxide film 3. The thin film S
After fabrication of the OI substrate, this floating conductor layer 15
Can be used as a shield layer for electrical noise.
【0025】また上述のフローティング状態の導電体層
15中に正孔をトンネル注入あるいアバランシェ注入に
より注入すれば、上記実施例においてX線等の照射で埋
込み酸化膜中に正電荷を蓄積させたのと同様の効果を得
ることができる。If holes are injected into the floating conductor layer 15 by tunnel injection or avalanche injection, positive charges are accumulated in the buried oxide film by irradiation with X-rays in the above embodiment. The same effect as can be obtained.
【0026】上記実施例では、作製した薄膜SOI基板
のエッチング面の研磨を行っていないが、必要に応じて
エッチング面のメカノケミカル研磨を行って表面の平滑
度を高めてもよい。Although the etching surface of the thin film SOI substrate thus prepared is not polished in the above-mentioned embodiment, the smoothness of the surface may be improved by performing mechanochemical polishing of the etching surface, if necessary.
【0027】また、上記実施例により作製した薄膜SO
I基板を用いて、その上に所定の厚さまでシリコンをエ
ピタキシャル成長させても良い。Further, the thin film SO produced by the above embodiment
It is also possible to use an I substrate and epitaxially grow silicon to a predetermined thickness thereon.
【0028】[0028]
【発明の効果】以上のように本発明によると、第1の半
導体基板を電気化学エッチングする際に、絶縁膜と該第
1の半導体基板との界面に形成された反転層および空乏
層の電位を該第1の半導体基板に対して固定できるよう
にしているため、前記第1の半導体基板におけるエッチ
ングの先端が空乏層に到達した時点でエッチングを終了
させることができる。これにより、膜厚が空乏層の幅で
決まる超薄膜SOI基板が得られる。しかも放射線ある
いは荷電粒子の照射により絶縁膜中には均一な密度の電
荷が蓄積されるので、反転層および空乏層の幅はシリコ
ンウエハ全面に渡って均一である。その上、反転層の抵
抗成分は小さいので、シリコンウエハ全面に渡って電位
を一定にすることができる。この結果、所望の厚みの薄
膜SOI基板を制御性良く製造することが可能となる。As described above, according to the present invention, the potentials of the inversion layer and the depletion layer formed at the interface between the insulating film and the first semiconductor substrate during the electrochemical etching of the first semiconductor substrate. Since it can be fixed to the first semiconductor substrate, the etching can be finished when the tip of the etching in the first semiconductor substrate reaches the depletion layer. As a result, an ultra-thin SOI substrate whose film thickness is determined by the width of the depletion layer is obtained. Moreover, since the charges of uniform density are accumulated in the insulating film due to the irradiation of the radiation or charged particles, the widths of the inversion layer and the depletion layer are uniform over the entire surface of the silicon wafer. Moreover, since the resistance component of the inversion layer is small, the potential can be made constant over the entire surface of the silicon wafer. As a result, a thin film SOI substrate having a desired thickness can be manufactured with good controllability.
【図1】本発明の一実施例である絶縁分離基板の製造工
程を説明する図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a manufacturing process of an insulating separation substrate which is an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の一実施例である電気化学エッチング方
法を説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an electrochemical etching method that is an embodiment of the present invention.
【図3】図1(d)に対応するウエハ上面図である。FIG. 3 is a wafer top view corresponding to FIG.
【図4】(a)は、X線照射前の第1半導体/埋め込み
酸化膜/第2半導体構造のX線照射前後の熱平衡状態の
バンド図である。(b)は、X線照射後のものを表す図
である。FIG. 4A is a band diagram of a thermal equilibrium state before and after X-ray irradiation of the first semiconductor / buried oxide film / second semiconductor structure before X-ray irradiation. (B) is a figure showing a thing after X-ray irradiation.
【図5】埋め込み酸化膜中に負電荷を蓄積する手段を示
す図である。FIG. 5 is a diagram showing means for accumulating negative charges in a buried oxide film.
1 P型シリコンウエハ 2 N型シリコンウエハ 3 埋込み酸化膜 4 レジスト 5 N型高濃度拡散領域 6 絶縁膜 7 電極 8 反転層 9 空乏層 12 接合ウエハ 1 P-type silicon wafer 2 N-type silicon wafer 3 Buried oxide film 4 Resist 5 N-type high concentration diffusion region 6 Insulating film 7 Electrode 8 Inversion layer 9 Depletion layer 12 Bonded wafer
Claims (1)
介して接合し接合基板を作製する工程と、 前記第1の半導体基板の表面から前記絶縁膜に到達する
ように形成された該第1の半導体基板とは逆の導電型を
有する高濃度領域を形成する工程と、 該接合基板に放射線または荷電粒子を照射し、前記絶縁
膜および前記第1の半導体基板との接合界面に反転層お
よび空乏層を形成する工程と、 電気化学エッチングにより前記第1の半導体基板をエッ
チング溶液中で前記電極により該反転層および空乏層の
電位を該第1の半導体基板に対して固定しつつエッチン
グする工程と、 を有することを特徴とする絶縁分離基板の製造方法。1. A step of manufacturing a bonded substrate by bonding a first and a second semiconductor substrate through an insulating film, and a step of forming the bonded substrate from the surface of the first semiconductor substrate to reach the insulating film. Forming a high concentration region having a conductivity type opposite to that of the first semiconductor substrate, irradiating the bonding substrate with radiation or charged particles, and inverting the bonding interface between the insulating film and the first semiconductor substrate. A step of forming a layer and a depletion layer, and etching the first semiconductor substrate by electrochemical etching in an etching solution while fixing the potentials of the inversion layer and the depletion layer with respect to the first semiconductor substrate by the electrodes. A method of manufacturing an insulating separation substrate, comprising:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9144293A JPH06302790A (en) | 1993-04-19 | 1993-04-19 | Manufacture of insulating isolating substrate |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9144293A JPH06302790A (en) | 1993-04-19 | 1993-04-19 | Manufacture of insulating isolating substrate |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06302790A true JPH06302790A (en) | 1994-10-28 |
Family
ID=14026491
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9144293A Pending JPH06302790A (en) | 1993-04-19 | 1993-04-19 | Manufacture of insulating isolating substrate |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06302790A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08153864A (en) * | 1994-09-27 | 1996-06-11 | Nec Corp | Method and apparatus for thinning semiconductor film on insulating film |
| WO2003046993A1 (en) * | 2001-11-29 | 2003-06-05 | Shin-Etsu Handotai Co.,Ltd. | Production method for soi wafer |
-
1993
- 1993-04-19 JP JP9144293A patent/JPH06302790A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08153864A (en) * | 1994-09-27 | 1996-06-11 | Nec Corp | Method and apparatus for thinning semiconductor film on insulating film |
| WO2003046993A1 (en) * | 2001-11-29 | 2003-06-05 | Shin-Etsu Handotai Co.,Ltd. | Production method for soi wafer |
| US7084046B2 (en) | 2001-11-29 | 2006-08-01 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Method of fabricating SOI wafer |
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