JPH10144615A

JPH10144615A - Ｓｏｉウェーハの製造方法

Info

Publication number: JPH10144615A
Application number: JP29505996A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yokoyama; 敬志横山; Takahiro Mishima; 孝博三島; Kazuma Yamamoto; 和馬山本; Masato Yamamoto; 政人山本; Takeshi Matsuda; 豪松田; Shigeki Ito; 茂樹伊藤
Original assignee: Daido Hoxan Inc
Current assignee: Daido Hoxan Inc
Priority date: 1996-11-07
Filing date: 1996-11-07
Publication date: 1998-05-29

Abstract

(57)【要約】【課題】比較的簡単な製造装置を使用した簡単なプロセ
スにより、信頼性の高いＳＯＩウェーハが得られ、しか
も、量産向きで製造コストを低くできるＳＯＩウェーハ
の製造方法を提供する。【解決手段】第１のシリコン層と第２のシリコン層とが
絶縁層を介して積層され、上記両シリコン層が絶縁層に
よって誘電体分離されたＳＯＩウェーハを製造する方法
であって、表面に酸化ケイ素膜１６が積層形成されたシ
リコン基板５を準備し、アルミニウムを添加した溶媒に
シリコンを高温で飽和させた飽和溶液に、上記シリコン
基板５表面の酸化ケイ素膜１６を接触させ、その状態で
上記飽和溶液を冷却し、シリコンを析出，成長させて酸
化ケイ素膜１６上にシリコン膜１９を積層形成させるよ
うにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液相成長法を利用
したＳＯＩウェーハの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、集積回路等を形成する半導体
材料として、絶縁性基板ウェーハ上に、シリコン薄膜を
形成したＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎｏｎｉｎｓｕｌａ
ｔｏｒ）構造のウェーハ（以下、「ＳＯＩウェーハ」と
いう）が用いられている。このようなＳＯＩウェーハの
なかでも、最近では、第１のシリコン層と第２のシリコ
ン層とが絶縁層を介して積層され、上記両シリコン層が
絶縁層によって３次元的に誘電体分離された構造のＳＯ
Ｉウェーハが注目されている。

【０００３】上記のような３次元的に誘電体分離された
ＳＯＩウェーハを製造する方法としては、従来から、貼
り合わせ法やＳＩＭＯＸ（ｓｅｐａｒａｔｉｏｎｂｙ
ｉｍｐｌａｎｔｅｄｏｘｙｇｅｎ）が行われてい
る。

【０００４】上記貼り合わせ法は、あらかじめ表面に酸
化ケイ素膜が形成された２枚のシリコンウェーハを、上
記酸化ケイ素膜を対面させるように積層し、それらを直
接もしくは電界等を印加することにより接合して貼り合
わせる方法である。これにより、２枚のシリコンウェー
ハの間に酸化ケイ素膜がサンドイッチされ、両シリコン
ウェーハが酸化ケイ素膜によって誘電体分離されたＳＯ
Ｉウェーハが形成される。

【０００５】また、上記ＳＩＭＯＸは、シリコン基板中
に、酸素を高濃度でイオン注入したのち、適当な熱処理
を行うことにより、上記シリコン基板中に酸化ケイ素の
層を形成させる方法である。これにより、上記酸化ケイ
素層の上下にそれぞれシリコン層が積層形成され、上記
酸化ケイ素層を絶縁層として両シリコン層が誘電体分離
されたＳＯＩウェーハが形成される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記貼
り合わせ法は、２枚のシリコンウェーハの接合界面にで
きる欠陥の除去等の点で完全ではなく、得られるＳＯＩ
ウェーハの信頼性や品質の点で問題がある。しかも、製
造工程が繁雑であるためコスト高になるという問題もあ
る。一方、ＳＩＭＯＸも、イオン注入等の処理が必要で
あり、真空室やイオン銃等を有する大がかりな装置が必
要となるため、多大なコストがかかる。そのうえ、製造
工程も複雑で量産性が悪いという問題がある。

【０００７】本発明は、このような事情に鑑みなされた
もので、比較的簡単な製造装置を使用した簡単なプロセ
スにより、信頼性の高いＳＯＩウェーハが得られ、しか
も、量産向きで製造コストを低くできるＳＯＩウェーハ
の製造方法を提供することをその目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明のＳＯＩウェーハの製造方法は、第１のシリ
コン層と第２のシリコン層とが絶縁層を介して積層さ
れ、上記両シリコン層が絶縁層によって誘電体分離され
たＳＯＩウェーハを製造する方法であって、表面に酸化
ケイ素膜が積層形成されたシリコン基板を準備し、アル
ミニウムを添加した溶媒にシリコンを高温で飽和させた
飽和溶液に、上記シリコン基板表面の酸化ケイ素膜を接
触させ、その状態で上記飽和溶液を冷却し、シリコンを
析出，成長させて酸化ケイ素膜上にシリコン膜を積層形
成させるようにしたことを要旨とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】つぎに、本発明の実施の形態を詳
しく説明する。

【００１０】本発明の製法は、表面に酸化ケイ素膜が積
層形成されたシリコン基板を準備し、アルミニウムを添
加した溶媒にシリコンを高温で飽和させた飽和溶液に、
上記シリコン基板表面の酸化ケイ素膜を接触させ、その
状態で上記飽和溶液を冷却し、シリコンを析出，成長さ
せて酸化ケイ素膜上にシリコン膜を積層形成させるよう
にしたものである。

【００１１】上記製法において、シリコン基板として
は、図１に示すような、表面に酸化ケイ素膜１６が積層
形成されたシリコン基板５を用いる。この場合、あらか
じめ表面に酸化ケイ素膜１６が積層形成されたシリコン
基板５を購入等して使用してもよいし、無処理のシリコ
ン基板５を準備し、これに酸化ケイ素膜１６を積層形成
させる処理工程を経たものを使用してもよい。

【００１２】上記シリコン基板５（酸化ケイ素膜１６が
形成されていない無処理のもの）としては、特に限定さ
れるものではないが、例えば、ＣＺ（Ｃｚｏｃｈｒａｌ
ｓｋｉ）法，ＦＺ（ｆｌｏａｔｉｎｇｚｏｎｅ）法等
によって形成された単結晶シリコンのインゴットをスラ
イスした単結晶シリコンウェーハや、多結晶シリコンの
インゴットをスライスした多結晶シリコンウェーハ等を
用いることができる。特に、高品質なＳＯＩウェーハを
得るという観点から、単結晶シリコンウェーハが好適に
用いられる。このシリコン基板５の厚みは、工程上の取
扱い性を確保するほか、後工程での研磨を容易にすると
いう観点から、２００〜３００μｍ程度に設定するのが
好ましく、２００〜２５０μｍであればさらに好まし
い。

【００１３】そして、上記無処理のシリコン基板５に、
酸化ケイ素膜１６を積層形成させる処理を行う場合に
は、例えば、酸素雰囲気や大気雰囲気中で加熱保持する
方法により酸化ケイ素膜１６を積層形成することが行わ
れる。この加熱処理では、シリコン基板５の両面に酸化
ケイ素膜１６が形成されるため、片面の酸化ケイ素膜１
６を表面研磨等で除去することが行われる。なお、加熱
条件としては、例えば、酸素雰囲気の場合、８００〜１
０００℃で１０〜６０分程度に設定される。また、酸化
ケイ素膜１６を積層形成させる処理としては、上記加熱
処理以外にも、スパッタリング法，真空蒸着法，イオン
プレーティング法，各種ＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌｖ
ａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法，ゾル−ゲル法等
各種の方法によっても行うことができ、特に限定される
ものではない。

【００１４】上記酸化ケイ素膜１６の厚みは、好ましく
は０．１〜１０μｍ、さらに好ましくは１〜５μｍ、最
も好ましくは１〜２μｍの範囲に設定される。１０μｍ
を超えると、酸化ケイ素膜１６の形成に時間がかかるほ
か、基板に与える機械的なストレスが問題になるからで
あり、反対に０．１μｍ未満では、酸化ケイ素膜１６が
充分な絶縁層として働かず、誘電体分離が不完全になる
うえ、シリコン膜の生成が不充分になるからである。

【００１５】本発明では、上記酸化ケイ素膜１６が積層
形成されたシリコン基板５に対し、低融点金属の溶媒に
溶質材料を高温で飽和させたあと、その飽和溶液を冷却
して過飽和となる溶質材料を基板上に結晶として析出さ
せて結晶薄膜を得る液相成長法（ＬｉｑｕｉｄＰｈａ
ｓｅＥｐｉｔａｘｙ、以下「ＬＰＥ」という）を施す
ことにより、酸化ケイ素膜１６上にシリコン膜を形成さ
せる。そして、本発明では、上記ＬＰＥとして、アルミ
ニウムを添加した溶媒にシリコンを高温で飽和させた飽
和溶液を使用し、この飽和溶液に、上記シリコン基板５
表面の酸化ケイ素膜１６を接触させ、その状態で上記飽
和溶液を冷却し、シリコンを析出，成長させることが行
われる。

【００１６】ＬＰＥに用いられる溶媒としては、すず，
ガリウム，インジウム，銅，ヒ素，アンチモン等各種の
低融点金属が用いられるが、これらのなかでも、安価で
あるうえ、電気的性質が良好なシリコン膜が得られるた
め、特に、すずが好適に用いられる。

【００１７】上記溶媒への溶媒全量に対するアルミニウ
ムの添加量としては、１０〜５０重量％が好ましく、さ
らに好ましくは３０〜５０重量％に設定される。すなわ
ち、５０重量％を超えると、得られるシリコン膜の品質
が劣化するからであり、１０重量％未満では、アルミニ
ウム添加の効果が充分得られず、シリコンの析出量が少
なくなるからである。

【００１８】本発明の方法では、アルミニウムを添加し
た溶媒にシリコンを高温で飽和させた飽和溶液に、シリ
コン基板５表面の酸化ケイ素膜１６を接触させ、その状
態で上記飽和溶液を冷却することにより、シリコンの結
晶を析出させて液相成長させる。このときの、飽和溶液
の冷却速度は、結晶成長を準平衡状態で行い、良質の結
晶を得るため、および、シリコン結晶を隙間なく成長さ
せるという観点から、０．１〜１℃／分程度に設定する
のが好ましく、０．１〜０．２℃／分であればさらに好
ましい。また、このＬＰＥの際には、飽和溶液を酸化劣
化させないほか、治具等の酸化による不純物の発生を抑
えるという理由から、雰囲気ガスとしてアルゴン，窒素
等の不活性ガスあるいは水素等の還元性ガスを単体でも
しくは２種以上混合して用いることが好ましい。

【００１９】上記のようにＬＰＥを行うとき、上述した
ように、溶媒にアルミニウムが添加されているため、こ
の溶媒にシリコンを飽和させた飽和溶液に酸化ケイ素膜
１６を接触させると、酸化ケイ素膜１６と飽和溶液中の
アルミニウムとが下記の式に示すように反応し、その結
果、図２に示すように、酸化ケイ素膜１６上にシリコン
の核１７が析出する。

【００２０】

【化１】３ＳｉＯ₂＋２Ａｌ→２Ａｌ₂Ｏ₃＋３Ｓｉ

【００２１】そして、上記析出したシリコンの核１７が
液相成長することにより、図３に示すように、シリコン
の結晶１８が成長し、やがて図４に示すように、酸化ケ
イ素膜１６の表面に多結晶のシリコン膜１９が形成され
る。上記シリコン膜１９の厚みは、後工程で行われる表
面研磨による膜厚減少を考えて、２００〜５００μｍ程
度に設定するのが好ましく、３５０〜４５０μｍであれ
ばさらに好ましい。

【００２２】上記のようにして、シリコン基板５とシリ
コン膜１９とが酸化ケイ素膜１６を介して積層されたＳ
ＯＩ構造のウェーハが形成される。そして、図５に示す
ように、上記ＳＯＩウェーハのシリコン膜１９の表面研
磨を行い、シリコン膜１９を所定の厚みにする。このと
きの、上記シリコン膜１９の厚みの仕上げ寸法として
は、機械的強度の確保という観点から、２００〜４００
μｍ程度に設定するのが好ましく、３００〜３５０μｍ
であればさらに好ましい。

【００２３】さらに、図６に示すように、シリコン基板
５の表面研磨を行い、上記シリコン基板５を所定厚みの
薄膜５ａとする。このときの、上記薄膜５ａの仕上げ厚
みは、デバイス作製に好適であるという観点から、０．
２〜１μｍ程度に設定するのが好ましく、０．２〜０．
５μｍであればさらに好ましい。このようにして、シリ
コン基板５の薄膜５ａと所定厚みのシリコン膜１９とが
酸化ケイ素膜１６を絶縁層として誘電体分離されたＳＯ
Ｉウェーハの完成品が得られる。

【００２４】上記ＬＰＥは、例えば、ティッピング方
式，ディッピング方式，スライドボート方式等の所定の
方法で行われる。ここで、これら各方式のＬＰＥについ
てそれぞれ説明する。

【００２５】上記ティッピング方式（傾斜法）のＬＰＥ
装置の一例を図７に示す。この装置は、片側に傾いた状
態の炉芯管１内で、溶融槽２に、溶媒となる金属溶液
（以下「メルト」という）３と溶質となる原料シリコン
４を入れ、メルト３が偏った方とは反対側の溶融槽２内
にシリコン基板５を装着し、高温下で原料シリコン４を
メルト３中に拡散させ飽和させる。そして、炉芯管１を
反対側に傾けて、溶質シリコンが飽和したメルト３（飽
和溶液）を、シリコン基板５の上に移動させ、その状態
で温度を降下させながら液相成長を行い、所定厚みのシ
リコン膜１９が得られた時点で、再び炉芯管１を元のよ
うに傾けて、シリコン膜１９が形成されたシリコン基板
５を取り出すようになっている。なお、６は熱電対、７
はシリコン基板５保持用のクランプである。

【００２６】また、ディッピング方式（液浸法）のＬＰ
Ｅ装置の一例を図８に示す。この装置は、竪型炉８内
に、メルト３を入れたカーボンるつぼ１０を配置し、こ
の中に溶質となる原料シリコン４を入れて高温下で溶解
させ、ついで上方からシリコン基板５を下降させてメル
ト３に浸し、その状態で温度を降下させてシリコン基板
５表面で液相成長を行うようになっている。なお、６は
熱電対、１１は上部ヒータ，１２はアルミナ管である。

【００２７】さらに、スライドボート方式のＬＰＥ装置
の一例を図９に示す。この装置は、ベース板１３の上面
に、シリコン基板５と原料シリコン４を所定間隔で嵌入
保持し、その上に、貫通穴１４ａ内にメルト３を保持し
たスライダー１４を取り付けたもので、上記メルト３が
原料シリコン４と接するようスライダー１４を右に移動
させ、高温下でメルト３に原料シリコン４を拡散させ飽
和させたのち、飽和溶液となったメルト３がシリコン基
板５と接するようスライダー１４を左に移動させ、温度
を降下させてシリコン基板５表面で液相成長を行うよう
になっている。

【００２８】もちろん、ＬＰＥを行う方式，装置として
は、上述したものに限定されるものではなく、他の各種
の方式，装置を使用することができる。

【００２９】上記製法によれば、表面に酸化ケイ素膜１
６が形成されたシリコン基板５を使用し、上記酸化ケイ
素膜１６表面に液相成長を行うことにより、比較的簡単
な製造装置を使用して簡単なプロセスによりＳＯＩウェ
ーハを得ることができる。しかも、ＬＰＥによって欠陥
の少ない緻密なシリコン膜１９を得ることができ、信頼
性の高いＳＯＩウェーハが得られる。さらに、上記方法
は、量産向きであり、低コストでＳＯＩウェーハを製造
することができる。

【００３０】

【発明の効果】以上のように、本発明のＳＯＩウェーハ
の製法は、表面に酸化ケイ素膜が積層形成されたシリコ
ン基板を準備し、アルミニウムを添加した溶媒にシリコ
ンを高温で飽和させた飽和溶液に、上記シリコン基板表
面の酸化ケイ素膜を接触させる。そして、その状態で上
記飽和溶液を冷却し、シリコンを析出，成長させて酸化
ケイ素膜上にシリコン膜を積層形成させるようにしてい
る。これにより、シリコン基板とシリコン膜とが酸化ケ
イ素膜を介して積層され、上記シリコン基板とシリコン
膜とが上記酸化ケイ素膜を絶縁層として誘電体分離され
たＳＯＩウェーハが製造される。したがって、従来の貼
り合わせ法で問題となっていた接合界面の欠陥等が生じ
ることがなく、信頼性の高いＳＯＩウェーハが得られ
る。さらに、比較的簡単な製造装置を使用した簡単なプ
ロセスにより、ＳＯＩウェーハを製造することができ
る。また、本発明は、高温飽和溶液を冷却してシリコン
を析出，成長させる、いわゆる液相成長によってシリコ
ン膜を形成するものであり、この液相成長は、高純度で
しかも欠陥が少ない完全性の高い結晶が得られ、シリコ
ン膜は緻密で完全性の高い結晶からなるという利点を有
するため、一層信頼性の高いＳＯＩウェーハが得られ
る。このように、本発明のＳＯＩウェーハの製法によれ
ば、従来からの、品質面，コスト面での問題が解消され
るため、素子特性上多くの利点を有するＳＯＩウェーハ
の汎用化を促進することができる。

【００３１】つぎに、実施例について説明する。

【００３２】

【実施例】厚み３００μｍのシリコン基板（５０ｍｍ×
５０ｍｍ）の表面に、熱酸化処理により、厚み１μｍの
酸化ケイ素膜を形成させた。

【００３３】一方、５０重量％のアルミニウムを添加し
たスズ溶媒を準備し、シリコンを飽和させた。この飽和
シリコン−スズ溶液の１０００℃におけるシリコンの溶
解度は約５０．２重量％であった。

【００３４】そして、上記酸化ケイ素膜が形成されたシ
リコン基板に対し、図９に示すスライドボート方式のＬ
ＰＥ装置を用いて、約１０００℃に加熱溶融したアルミ
ニウム添加の飽和シリコン−すず溶液に浸漬し、−０．
２℃／ｍｉｎの冷却速度で８００℃まで温度を降下さ
せ、液相成長により、酸化ケイ素膜上に厚み４００μｍ
のシリコン膜を積層形成させ、シリコン基板とシリコン
膜とが酸化ケイ素膜を介して積層されたＳＯＩ構造のウ
ェーハを形成した。

【００３５】このようにして得られたシリコン膜の結晶
サイズは、１〜２０μｍであり、しかも、成長した結晶
同士は、互いに緊密に接触した状態で成長し、欠陥のほ
とんどない良質な膜を形成した。

【００３６】つぎに、シリコン膜を表面研磨してその厚
み寸法を３００μｍにし、シリコン基板を表面研磨して
その厚み寸法を０．５μｍにした。このようにして、Ｓ
ＯＩウェーハの完成品を得た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に用いるシリコン基板を示す断面図であ
る。

【図２】上記シリコン基板の酸化ケイ素膜表面にシリコ
ンの核を析出させた状態を示す断面図である。

【図３】上記シリコンの核を液相成長させた状態を示す
断面図である。

【図４】酸化ケイ素膜表面にシリコン膜を形成させた状
態を示す断面図である。

【図５】上記シリコン膜を表面研磨した状態を示す断面
図である。

【図６】ＳＯＩウェーハの完成品を示す断面図である。

【図７】ティッピング方式のＬＰＥ装置の一例を示す説
明図である。

【図８】ディッピング方式のＬＰＥ装置の一例を示す説
明図である。

【図９】スライドボート方式のＬＰＥ装置の一例を示す
説明図である。

【符号の説明】

５シリコン基板１６酸化ケイ素膜１９シリコン膜

フロントページの続き (72)発明者山本政人大阪府堺市築港新町２丁６番地40 大同ほくさん株式会社堺工場内 (72)発明者松田豪大阪府堺市築港新町２丁６番地40 大同ほくさん株式会社堺工場内 (72)発明者伊藤茂樹大阪府堺市築港新町２丁６番地40 大同ほくさん株式会社堺工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１のシリコン層と第２のシリコン層と
が絶縁層を介して積層され、上記両シリコン層が絶縁層
によって誘電体分離されたＳＯＩウェーハを製造する方
法であって、表面に酸化ケイ素膜が積層形成されたシリ
コン基板を準備し、アルミニウムを添加した溶媒にシリ
コンを高温で飽和させた飽和溶液に、上記シリコン基板
表面の酸化ケイ素膜を接触させ、その状態で上記飽和溶
液を冷却し、シリコンを析出，成長させて酸化ケイ素膜
上にシリコン膜を積層形成させるようにしたことを特徴
とするＳＯＩウェーハの製造方法。
【請求項２】溶媒としてすず，インジウム，ガリウ
ム，銅のうちいずれか少なくともひとつを用いる請求項
１記載のＳＯＩウェーハの製造方法。
【請求項３】溶媒全量に対するアルミニウムの添加量
が、１０〜５０重量％である請求項１または２記載のＳ
ＯＩウェーハの製造方法。
【請求項４】酸化ケイ素膜の厚みが、０．１〜１０μ
ｍである請求項１〜３のいずれか一項に記載のＳＯＩウ
ェーハの製造方法。