JP4660489B2 - Element forming substrate - Google Patents
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Description
本発明は、例えばSOI(Silicon On Insulator)基板上に非SOI領域を設けた素子形成用基板に関する。 The present invention relates to an element forming substrate in which a non-SOI region is provided on an SOI (Silicon On Insulator) substrate, for example.
近年、LSIのシステム性能を向上させるために、ロジック回路とDRAMを同一半導体チップに集積する技術が注目されている。一方、MOSFETを中心に構成するロジック回路の高性能化を図るため、従来のシリコン基板ではなく、薄膜SOI基板上に形成したSOI−MOSFETが脚光を浴び、既に高性能ロジック用途に製品化が始まっている。このような流れの中で、SOIによる高性能ロジックチップにDRAMを混載させたLSIの開発が急務となっている。 In recent years, in order to improve the system performance of an LSI, a technique for integrating a logic circuit and a DRAM on the same semiconductor chip has attracted attention. On the other hand, in order to improve the performance of logic circuits mainly composed of MOSFETs, SOI-MOSFETs formed on thin-film SOI substrates have attracted attention instead of conventional silicon substrates, and commercialization has already started for high-performance logic applications. ing. In such a flow, there is an urgent need to develop an LSI in which DRAM is mixedly mounted on a high performance logic chip based on SOI.
しかしながら、SOI−MOSFETは、チャネルが形成されるボディ領域の電位が浮いているため、所謂基板浮遊効果により、回路動作に伴うリーク電流やしきい値などの特性変動を生じる。このため、DRAMのセルトランジスタやセンスアンプ回路などのように、リーク電流レベル,しきい値ばらつき,ノイズ等に対する要求が厳しい回路への適用には不向きであった。基板浮遊を根本から解決するためには、MOSFETパターンに対しボディ部からの引き出し素子領域とコンタクトを設けてボディ電位を制御する必要があるが、そのためにはセル面積やセンスアンプ部の面積などが大幅に増大してしまい、DRAMの最大の特徴である高集積化を損なってしまう問題があった。 However, since the potential of the body region in which the channel is formed is floating in the SOI-MOSFET, characteristics variation such as a leakage current and a threshold value accompanying a circuit operation occurs due to a so-called substrate floating effect. For this reason, it is unsuitable for application to a circuit having severe demands for leak current level, threshold value variation, noise, and the like, such as a DRAM cell transistor and a sense amplifier circuit. In order to fundamentally solve the substrate floating, it is necessary to control the body potential by providing an extraction element region and a contact from the body part to the MOSFET pattern. For this purpose, the cell area, the area of the sense amplifier part, etc. There has been a problem in that the number of devices greatly increases and the high integration, which is the greatest feature of DRAM, is impaired.
この問題を回避するため、SOI基板上に非SOI領域を設けることにより、基板浮遊効果と相性の悪い回路部を非SOI領域に形成する方法(部分SOI)が種々提案されている。例えば、SOI基板のSOI層と埋め込み絶縁層(BOX層)を部分的にエッチング除去し、該エッチング領域にシリコンを選択エピタキシャル成長させ、研磨平坦化して非SOI領域を形成する方法がある(例えば、特許文献1参照)。また、バルク領域を絶縁性スペーサ及び導電性スペーサで取り囲んだ非SOI領域を形成し、フローティングボディ効果を克服し、且つSOI領域を非SOI領域から電気的に分離する方法もある(例えば、特許文献2参照)。 In order to avoid this problem, various methods (partial SOI) have been proposed in which a non-SOI region is provided on an SOI substrate to form a circuit portion incompatible with the substrate floating effect in the non-SOI region. For example, there is a method in which an SOI layer and a buried insulating layer (BOX layer) of an SOI substrate are partially removed by etching, silicon is selectively epitaxially grown in the etching region, and polishing and planarization is performed to form a non-SOI region (for example, a patent) Reference 1). Also, there is a method of forming a non-SOI region in which a bulk region is surrounded by an insulating spacer and a conductive spacer, overcoming the floating body effect, and electrically isolating the SOI region from the non-SOI region (for example, Patent Documents). 2).
しかしながら、何れの方法においても、母体として用いるSOI基板の構造及びSOI領域のBOX層の構造に関する詳述な記述はない。例えば、貼り合わせ法により作製したSOIウェハを母体として用いる場合、SOI層及びBOX層の一部を除去し露出した支持基板の表面は、貼り合わせ界面であるため、貼り合わせ時に予定外に混入した異物が支持基板表面に残っていると、高品質な非SOI領域を形成することが困難である。また、非SOI領域を形成する際、或いは非SOI領域に半導体素子を形成する際に、例えば金属汚染があった場合のそれらの半導体素子への影響を制御することが困難である。
このように従来、SOI基板上に非SOI領域を形成した素子形成用基板においては、非SOI領域の品質低下が問題となっていた。 As described above, conventionally, in the element formation substrate in which the non-SOI region is formed on the SOI substrate, the quality deterioration of the non-SOI region has been a problem.
本発明は、上記事情を考慮して成されたもので、その目的とするところは、SOI基板上に高品質の非SOI領域を形成することができ、ロジック回路とDRAM等を同一半導体チップに集積するのに適した素子形成用基板を提供することにある。 The present invention has been made in consideration of the above-described circumstances. The object of the present invention is to form a high-quality non-SOI region on an SOI substrate, and to combine a logic circuit and a DRAM on the same semiconductor chip. An object of the present invention is to provide an element forming substrate suitable for integration.
上記課題を解決するために本発明は、次のような構成を採用している。 In order to solve the above problems, the present invention adopts the following configuration.
即ち、本発明の一態様は、素子形成用基板において、主面の一部に第1の酸化膜を有する第1の単結晶半導体基板と、主面に第2の酸化膜を有し、該第2の酸化膜を前記第1の酸化膜を接合させることにより前記第1の単結晶半導体基板上の一部に形成された第2の単結晶半導体基板と、前記第1及び第2の酸化膜の側面に位置する該酸化膜の界面を後退させることにより設けられた窪み部と、前記第2の単結晶半導体基板の側面に形成された側壁絶縁膜と、前記側壁絶縁膜を介して前記窪み部に埋め込まれた多結晶又は非晶質のシリコン膜と、前記第1の単結晶半導体基板上の残りの部分に形成された単結晶半導体層と、を具備してなることを特徴とする。 That is, according to one embodiment of the present invention, an element formation substrate includes a first single crystal semiconductor substrate having a first oxide film on a part of a main surface, and a second oxide film on a main surface. A second single crystal semiconductor substrate formed on a part of the first single crystal semiconductor substrate by bonding a second oxide film to the first oxide film; and the first and second oxide films A recess provided by retreating the interface of the oxide film located on the side surface of the film, a sidewall insulating film formed on the side surface of the second single crystal semiconductor substrate, and the sidewall insulating film through the sidewall insulating film A polycrystalline or amorphous silicon film embedded in the depression and a single crystal semiconductor layer formed on the remaining portion of the first single crystal semiconductor substrate. .
本発明によれば、第1の単結晶半導体基板と第2の単結晶半導体基板とを酸化膜を介して貼り合わせることによりSOI構造を実現し、第2の単結晶半導体基板及び酸化膜を部分的に除去した部分に単結晶半導体層を形成することにより、非SOI領域を形成することができる。ここで、基板貼り合わせの際に、第1及び第2の単結晶半導体基板の主面にそれぞれ酸化膜を形成しておくことにより、各々の基板の主面に異物が混入するのを未然に防止することができる。従って、第2の単結晶半導体基板及び酸化膜の部分的な除去により露出される第1の単結晶半導体基板の主面は清浄な面となり、この上に非SOI領域となる良質の単結晶半導体層を形成することが可能となる。また、窪み部に多結晶又は非晶質のシリコン膜を埋め込むことにより、窪み部をゲッタリングサイトとして機能させることができ、非SOI領域に形成する半導体デバイスへの悪影響を抑制することができる。 According to the present invention, an SOI structure is realized by bonding a first single crystal semiconductor substrate and a second single crystal semiconductor substrate through an oxide film, and the second single crystal semiconductor substrate and the oxide film are partially formed. A non-SOI region can be formed by forming a single crystal semiconductor layer in the removed portion. Here, when the substrates are bonded to each other, an oxide film is formed on each of the main surfaces of the first and second single crystal semiconductor substrates, so that foreign matters can be mixed into the main surfaces of the respective substrates. Can be prevented. Therefore, the main surface of the first single crystal semiconductor substrate exposed by partial removal of the second single crystal semiconductor substrate and the oxide film is a clean surface, and a high-quality single crystal semiconductor that becomes a non-SOI region thereon. A layer can be formed. Further, by embedding a polycrystalline or amorphous silicon film in the depression, the depression can function as a gettering site, and adverse effects on the semiconductor device formed in the non-SOI region can be suppressed.
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。 The details of the present invention will be described below with reference to the illustrated embodiments.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係わる素子形成用基板の製造工程を示す断面図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of an element forming substrate according to the first embodiment of the present invention.
まず、図1(a)に示すように、単結晶Siウェハからなる支持側基板(第1の半導体基板)110の表面に厚さ0.1μm以下の酸化膜(SiO2 )111を、例えば熱酸化法により形成する。同様に、単結晶Siウェハからなる活性層側基板(第2の半導体基板)120の表面に厚さ0.1μm以下の酸化膜(SiO2 )121を、例えば熱酸化法により形成する。なお、図中の130は基板接合時に接合界面に付着する微小な異物(ゴミ)を示している。
First, as shown in FIG. 1A, an oxide film (SiO 2 ) 111 having a thickness of 0.1 μm or less is formed on the surface of a support side substrate (first semiconductor substrate) 110 made of a single crystal Si wafer, for example, heat It is formed by an oxidation method. Similarly, an oxide film (SiO 2 ) 121 having a thickness of 0.1 μm or less is formed on the surface of an active layer side substrate (second semiconductor substrate) 120 made of a single crystal Si wafer by, for example, a thermal oxidation method. Note that
次いで、図1(b)に示すように、基板110,120の主面同士を密着させることにより、酸化膜111,121同士を室温で接合する。この際、貼り合わせ界面には酸化膜111,121を構成する酸化シリコン以外の物質は挟み込まないようにするが、予定外に異物130が混入する場合がある。その後、基板間の接合を強化するための接合熱処理を約1100℃で行う。続いて、活性層側基板120の薄膜化を、研磨やエッチング法により行う。これにより、活性層側基板120はSOI層となり、酸化膜111,121はBOX層となる。
Next, as shown in FIG. 1B, the main surfaces of the
次いで、図1(c)に示すように、活性層側基板120上に厚さ約0.05μmの酸化膜(SiO2 )141を、例えば熱酸化法により形成し、その上に厚さ約0.2μmの窒化シリコン膜(SiN)142を形成する。
Next, as shown in FIG. 1C, an oxide film (SiO 2 ) 141 having a thickness of about 0.05 μm is formed on the active
次いで、図1(d)に示すように、窒化シリコン膜142上にレジストマスク143を形成し、これを用いて窒化シリコン膜142及び酸化膜141を選択的にエッチングする。その後、レジストマスク143を除去する。
Next, as shown in FIG. 1D, a
次いで、図1(e)に示すように、窒化シリコン膜142をマスクに用い、活性層側基板120の一部及び酸化膜121,111の一部を除去する。具体的には、弗酸系の溶液エッチャントを用い、活性層側基板120を選択エッチングすると共に、酸化膜121,111を貼り合わせ界面を含む位置まで、即ち酸化膜111の途中まで選択エッチングする。この工程で、貼り合わせ界面は通常の酸化膜に比べてエッチングレートが速いため、BOX層中には横方向に窪み150が生じる。
Next, as shown in FIG. 1E, using the
次いで、図2(f)に示すように、活性層側基板120の側面部に厚さ約0.1μmの側壁絶縁膜145を形成する。具体的には、全面(窒化シリコン膜142上、酸化膜11上、及び窒化シリコン膜142,酸化膜141,活性層側基板120,酸化膜121,111のエッチング側面)に極めて薄い熱酸化膜(図示せず)を形成し、更にその上に窒化シリコン膜145を形成する。その後、RIE(Reactive Ion Etching)で全面エッチングすることにより活性層側基板120の側壁部のみに窒化シリコン膜145を残す。この工程により、前工程にて作られたBOX層中の窪み150の内面も窒化シリコン145で覆われる。
Next, as shown in FIG. 2 (f), a
次いで、図2(g)に示すように、活性層側基板120の直下以外に残った酸化膜111を除去する。この埋め込み酸化物層の除去には、一般に用いられている弗酸系の溶液エッチング法を用いる。この工程で露出した支持側基板110の表面は、貼り合わせ界面ではないため、例え活性層側基板120と支持側基板110との貼り合わせ時に、貼り合わせ界面に異物130が予定外に混入した場合であっても、これら混入物は残留しておらず、清浄な表面となっている。従って、後の工程で支持側基板110の露出面に良質な単結晶シリコン層を形成することができる。また、酸化膜111をウェットエッチング法で除去することから、支持側基板110の表面にエッチングによるダメージが生じることもない。
Next, as shown in FIG. 2G, the
次いで、図2(h)に示すように、全面に非晶質Si層146を形成する。具体的には、支持側基板110の表面の自然酸化膜を除去するため、水素雰囲気下で1000℃,400Pa,3minの水素クリーニングを行い、その後にSiH4 ガスを図2(g)に示す構造のウェハ上に供給し、500℃の温度で厚さ約0.3μmの非晶質Si層146をウェハ上に一様に形成する。
Next, as shown in FIG. 2H, an
次いで、図2(i)に示すように、非晶質Si層146を結晶化するために、600℃,25Paの水素雰囲気(水素流量10L/min)で結晶化アニールを行う。この工程において、支持側基板110上では非晶質Si層146が単結晶Si層147に、窒化シリコン膜142上では非晶質Si層146が多結晶Si層148となる。
Next, as shown in FIG. 2I, crystallization annealing is performed in a hydrogen atmosphere at 600 ° C. and 25 Pa (hydrogen flow rate 10 L / min) in order to crystallize the
ここで、前記図2(g)の工程において、清浄な支持基板表面が露出していない場合には結晶化が正常に進まず、支持基板表面上に良質の単結晶Si層を形成することはできない。本実施形態では、清浄な支持基板表面が露出しているので、結晶化が正常に進む。しかも、支持側基板110上では単一のシードで結晶化が進むため、良質の単結晶Si層を作製することができる。
Here, in the process of FIG. 2G, when the surface of the clean support substrate is not exposed, crystallization does not proceed normally, and a good quality single crystal Si layer is formed on the support substrate surface. Can not. In this embodiment, since the clean support substrate surface is exposed, crystallization proceeds normally. In addition, since crystallization proceeds with a single seed on the support-
なお、上記の結晶化アニールにおける単結晶化の速度は、約0.6nm/secなので、500sec処理すれば、0.3μmが単結晶化することになり、支持側基板110上と窒化シリコン膜142上との境界部におけるシリコンを多結晶の状態で残すことが可能である。また、酸化膜111,121の窪み150内のシリコンは周りが窒化シリコン膜145で囲まれているため結晶化しにくく、多結晶の状態となる。
Since the rate of single crystallization in the above crystallization annealing is about 0.6 nm / sec, 0.3 μm is single-crystallized by processing for 500 sec, and the support-
次いで、図2(j)に示すように、窒化シリコン膜142上の多結晶Si層148を研磨或いは弗酸と硝酸の混合溶液を用いたエッチングにより除去する。ここで、単結晶Siと多結晶Siとは上記の混合溶液に対するエッチング選択比が十分に大きいために、溶液エッチングであっても多結晶Siのみを除去することが可能である。続いて、窒化シリコン膜142及び酸化膜141を除去した後、活性層側基板120の表面及び単結晶Si層147の表面に新たに熱酸化膜(SiO2 )149を形成する。
Next, as shown in FIG. 2J, the
上記の工程により、SOI領域と高品質の非SOI領域を併せ持つ素子形成用基板を製造することができる。 Through the above steps, an element formation substrate having both an SOI region and a high quality non-SOI region can be manufactured.
このように本実施形態によれば、基板貼り合わせによるSOI基板を作製する際に、両方の基板110,120の表面に酸化膜111,121を形成することにより、仮に貼り合わせ時に異物130が混入したとしても、この異物を酸化膜111,121間に留めることができ、支持側基板110の表面に異物が付着することはない。従って、支持側基板110の表面を清浄な状態に保つことができ、図2(g)に示す工程で、支持側基板110の清浄な表面を露出させることができる。このため、その後に続く非晶質Siの堆積及び単結晶化を良好に行うことができ、非SOI領域を高品質に形成することができる。
As described above, according to the present embodiment, when the SOI substrate is manufactured by bonding the substrates, the
また、基板120及び酸化膜121,111を選択エッチングする際に溶液エッチングを用いることにより、酸化膜121,111の側面に窪み150を形成することができる。この窪み150はゲッタリングサイトとして機能することになり、非SOI領域に金属汚染があったとしても、これをゲッタリングすることにより非SOI領域に形成する半導体デバイスへの悪影響を抑制することができる。
In addition, by using solution etching when the
なお、基板接合前に各々の基板110,120の表面に形成する酸化膜111,121の膜厚はそれぞれ0.1μm以下、合計で0.2μm以下が望ましい。これは、酸化膜111,121の膜厚をこれ以上厚くすると、SOI層上に形成したデバイスの動作時に発生する熱を逃がすことができなくなるためである。即ち、セルフヒーティングを抑制するのが難しくなるためである。さらに、SOI層に応力がかかり、キャリアの移動度が劣化してしまうためである。
Note that the film thicknesses of the
(第2の実施形態)
図3は、本発明の第2の実施形態に係わる素子形成用基板の製造工程を示す断面図である。なお、図3中の310〜349は図1及び図2中の110〜149に対応している。
(Second Embodiment)
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of an element forming substrate according to the second embodiment of the present invention. Note that 310 to 349 in FIG. 3 correspond to 110 to 149 in FIGS. 1 and 2.
本実施形態が先に説明した第1の実施形態と異なる点は、埋め込み酸化物層のエッチングを、貼り合わせ界面を含まない位置まで行うことにある。 The difference between the present embodiment and the first embodiment described above is that the buried oxide layer is etched to a position not including the bonding interface.
前記図1(d)に示す工程の後、図3(a)に示すように、窒化シリコン膜342をマスクに活性層側基板320の一部及び酸化膜321の一部を除去する。具体的には、弗酸系の溶液エッチャントを用い、活性層側基板320を選択エッチングすると共に、酸化膜321を貼り合わせ界面を含まない位置まで、即ち酸化膜321の途中まで選択エッチングする。
After the step shown in FIG. 1D, as shown in FIG. 3A, a part of the active
次いで、図3(b)に示すように、活性層側基板320の側面部に側壁保護膜345を形成する。側壁絶縁膜345は窒化シリコン膜であり、その形成方法は第1の実施形態と同様である。
Next, as shown in FIG. 3B, a sidewall
次いで、図3(c)に示すように、活性層側基板320の直下以外に残った酸化膜321,311を除去する。この埋め込み酸化物層の除去は、一般に用いられている弗酸系の溶液エッチング法を用いる。この工程で、貼り合わせ界面は通常の酸化膜に比べてエッチングレートが速いため、BOX層中には横方向に窪み350が生じる。
Next, as shown in FIG. 3C, the remaining
また、この工程で露出した支持側基板310の表面は、貼り合わせ界面ではないため、例え活性層側基板320と支持側基板310との貼り合わせ時に、貼り合わせ界面に異物330が予定外に混入した場合であっても、これら混入物は残留しておらず、清浄な表面となっている。従って、後の工程で支持側基板310の表面に良質な単結晶シリコン層を形成することができる。また、酸化膜312,311をウェットエッチング法で除去することから、支持側基板310の表面にエッチングによるダメージが生じることもない。
In addition, since the surface of the
次いで、図3(d)に示すように、全面に非晶質Si層346を形成する。非晶質Si層346の形成方法は第1の実施形態と同様である。
Next, as shown in FIG. 3D, an
これ以降は、第1の実施形態と同様に、非晶質Si層346を結晶化するための結晶化アニールを行い、続いて窒化シリコン345膜上のシリコンを除去し、さらに窒化シリコン膜345及び酸化膜341を除去した後に新たに熱酸化膜349を形成することにより、図3(e)に示す構造が得られる。
Thereafter, as in the first embodiment, crystallization annealing for crystallizing the
上記の工程により、SOI領域と高品質の非SOI領域を併せ持つ素子形成用基板を製造することができる。そして、最終的な構造は、酸化膜311,312の側面の窪み350内に窒化シリコン膜345がないだけで、その他は第1の実施形態と同じ構造であるため、第1の実施形態と同様の効果が得られる。
Through the above steps, an element formation substrate having both an SOI region and a high quality non-SOI region can be manufactured. The final structure is the same as that of the first embodiment except that the
(第3の実施形態)
図4は、本発明の第3の実施形態に係わる素子形成用基板の製造工程を示す断面図である。なお、図4中の410〜449は図1及び図2中の110〜149に対応している。
(Third embodiment)
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of an element forming substrate according to the third embodiment of the present invention. In addition, 410-449 in FIG. 4 respond | corresponds to 110-149 in FIG.1 and FIG.2.
本実施形態が先に説明した第1の実施形態と異なる点は、前記図2(h)(i)に示す工程におけるSi層の形成において、選択エピタキシャル法を用いたことにある。 This embodiment is different from the first embodiment described above in that a selective epitaxial method is used in the formation of the Si layer in the steps shown in FIGS. 2 (h) and (i).
前記図2(g)に示す工程の後、図4(a)に示すように、支持側基板410の露出表面に単結晶シリコン層447を選択的にエピタキシャル成長する。具体的には、ジクロルシランと塩酸を用いた選択エピタキシャル成長法により、窒化シリコン膜442上にはSi層を成長せずに、支持側基板410の表面上のみに単結晶Si層447をエピタキシャル成長する。この場合、第1及び第2の実施形態において、多結晶シリコン層が埋め込まれている部分が空洞となる。この空洞部もゲッタリングサイトとして機能することになる。また、窒化シリコン膜442上への多結晶シリコン層の形成がなくなるため、多結晶シリコン層の除去プロセスが不要となる。
After the step shown in FIG. 2G, a single
次いで、図4(b)に示すように、活性層側基板420上の窒化シリコン膜442,445及び酸化膜442を除去した後に、新たに熱酸化膜449を形成することにより、SOI領域と高品質の非SOI領域を併せ持つ素子形成用基板を製造することができる。
Next, as shown in FIG. 4B, after removing the
(第4の実施形態)
図5は、本発明の第4の実施形態に係わる素子形成用基板の製造工程を示す断面図である。なお、図5中の510〜549は図1及び図2中の110〜149に対応している。
(Fourth embodiment)
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of an element forming substrate according to the fourth embodiment of the present invention. Note that 510 to 549 in FIG. 5 correspond to 110 to 149 in FIGS. 1 and 2.
本実施形態が先に説明した第1の実施形態と異なる点は、基板接合のための接合熱処理をより高温で行うことにある。 This embodiment is different from the first embodiment described above in that the bonding heat treatment for substrate bonding is performed at a higher temperature.
前記図1(b)に示す工程において、接合熱処理を1100℃ではなく約1200℃と、より高温で行う。これにより、酸化膜511,521の結合強度が大となり、貼り合わせ界面におけるエッチングレートの高速化を抑制することができる。
In the step shown in FIG. 1B, the bonding heat treatment is performed at a higher temperature of about 1200 ° C. instead of 1100 ° C. Thereby, the bond strength between the
その後、第1の実施形態と同様に、熱酸化膜541,窒化シリコン膜542,レジストマスク543を形成し、窒化シリコン膜542及び熱酸化膜541を選択的に除去する。その後、レジストマスク543を除去する。
Thereafter, as in the first embodiment, a
次いで、図5(a)に示すように、窒化シリコン膜542をマスクに活性層側基板520の一部及び酸化膜521,511の一部を除去する。具体的には、弗酸系の溶液エッチングを用い、活性層側基板520を選択エッチングすると共に、酸化膜521,511を貼り合わせ界面を含む位置まで、即ち酸化膜511の途中まで選択エッチングする。この工程で、貼り合わせ界面における酸化膜同士の結合アニール温度が第1の実施形態よりも約100℃高いことから、BOX層中に横方向に窪みが生じることはない。
Next, as shown in FIG. 5A, part of the active
これ以降は、第1の実施形態と同様に、図5(b)に示すように、活性層側基板520の側面部に窒化シリコンからなる側壁絶縁膜545を形成した後、図5(c)に示すように、酸化膜511の残りの部分を除去する。
Thereafter, as in the first embodiment, as shown in FIG. 5B, a
次いで、図5(d)に示すように、支持側基板510の表面のみに単結晶Si層547を形成する。この単結晶Si層547の形成方法は、第1の実施形態と同様に、全面に非晶質Si層を形成した後に非晶質Si層の結晶化を行い、更に窒化シリコン膜542上のシリコンを研磨或いは弗酸と硝酸の混合溶液を用いたエッチングにより除去することにより行うことができる。
Next, as shown in FIG. 5D, a single
次いで、図5(e)に示すように、活性層側基板520上の窒化シリコン膜542,545及び酸化膜542を除去した後に、新たに熱酸化膜549を形成することにより、SOI領域と高品質の非SOI領域を併せ持つ素子形成用基板を製造することができる。
Next, as shown in FIG. 5E, after the
(第5の実施形態)
図6は、本発明の第5の実施形態に係わる素子形成用基板の構造を示す断面図である。なお、図6中の610〜649は図1及び図2中の110〜149に対応している。
(Fifth embodiment)
FIG. 6 is a sectional view showing the structure of an element forming substrate according to the fifth embodiment of the present invention. Note that
本実施形態が先に説明した第1の実施形態と異なる点は、基板接合の際に、酸化膜611,621間に多結晶シリコン層650を挟んだことにある。
This embodiment is different from the first embodiment described above in that a
第1の実施形態における図1(a)の工程において、活性層側基板620及び支持側基板610の両方の基板表面に厚さ0.1μm以下の酸化膜611,621を、例えば熱酸化法により形成する。そして、少なくとも一方の酸化膜上に多結晶Si膜650を形成する。
In the step of FIG. 1A in the first embodiment,
その後、2つの基板610,620の主面同士を密着させることにより、酸化膜611,621の一方と多結晶Si膜650を室温で接合する。その後、接合を強化するための接合加熱処理を約1100℃で行う。これ以降の工程は、第1の実施形態と全く同様である。
Thereafter, the principal surfaces of the two
このような方法であっても、酸化膜611,612間に多結晶Si膜650が存在するだけで、第1の実施形態とほぼ同様の構造が得られる。従って、第1の実施形態と同様の効果が得られる。
Even with such a method, the structure similar to that of the first embodiment can be obtained only by the presence of the
次に、上記した各実施形態における素子形成用基板の有意性について説明する。第1〜第5の実施形態で作製した部分SOIウェハの非SOI領域に酸化膜耐圧評価用TEGを作製し、耐圧の評価を行った結果を、図7(a)に示す。ここで、「耐圧C+モード」とは「真性耐圧」と同じ意味であり、酸化膜自身の質による耐圧のことである。即ち、外因性の劣化ではなく、内因的な原因で酸化膜自身が壊れてしまうことである。 Next, the significance of the element forming substrate in each of the above embodiments will be described. FIG. 7A shows the result of fabricating a TEG for evaluating the oxide film breakdown voltage in the non-SOI regions of the partial SOI wafers fabricated in the first to fifth embodiments and evaluating the breakdown voltage. Here, “withstand voltage C + mode” has the same meaning as “intrinsic withstand voltage” and means a withstand voltage due to the quality of the oxide film itself. That is, the oxide film itself is broken due to an intrinsic cause, not an exogenous deterioration.
また、8インチウェハ面内に約9000個のpn接合を作製し、逆バイアスを印加した際の接合リーク特性について評価した結果を、図7(b)に示す。「高リーク」とはあるバイアスにて、標準のリーク電流よりも二桁以上大きなリーク電流が流れるものを示している。 Further, FIG. 7B shows the result of evaluation of junction leakage characteristics when about 9000 pn junctions are fabricated in an 8-inch wafer surface and a reverse bias is applied. “High leak” indicates that a leak current that is two orders of magnitude larger than the standard leak current flows at a certain bias.
従来例と比較すると、何れの実施形態においても本部分SOIウェハは従来の部分SOIウェハに比べて高耐圧であり、また大きな接合リーク電流の流れるチップは少なかった。これは、本実施形態による部分SOIウェハの非SOI領域は結晶欠陥が少なく、またリーク電流の発生源となる金属不純物が少ないためと考えられる。よって、本実施形態による部分SOIウェハを用いることにより、従来よりも高品質の半導体素子を作製することができる。 Compared to the conventional example, in any of the embodiments, the partial SOI wafer has a higher breakdown voltage than the conventional partial SOI wafer, and there are few chips through which a large junction leakage current flows. This is presumably because the non-SOI region of the partial SOI wafer according to the present embodiment has few crystal defects and few metal impurities that are sources of leakage current. Therefore, by using the partial SOI wafer according to the present embodiment, it is possible to manufacture a semiconductor element with higher quality than before.
第1の実施形態によって作製した部分SOIウェハに半導体素子を形成した例を図8に示す。支持側基板810上に酸化膜811,821を介して接合された活性層側基板820からなるSOI領域にロジック素子が設けられ、支持側基板810上に単結晶Si層847を形成した非SOI領域にDRAMが設けられている。
FIG. 8 shows an example in which a semiconductor element is formed on a partial SOI wafer manufactured according to the first embodiment. A non-SOI region in which a logic element is provided in an SOI region composed of an active
なお、図中の830は異物、845は窒化シリコン膜、861,871はゲート電極、862,872はゲート酸化膜、863,873はソース・ドレイン拡散層、864,874は素子分離用絶縁膜、875はストレージノードとなるキャパシタ電極、876はソース・ドレインとキャパシタ電極とを接続するための拡散層、877はキャパシタ電極を基板と絶縁分離するための窒化膜、878はキャパシタ絶縁膜、879はキャパシタの共通電極となる拡散層を示している。 In the figure, 830 is a foreign substance, 845 is a silicon nitride film, 861 and 871 are gate electrodes, 862 and 872 are gate oxide films, 863 and 873 are source / drain diffusion layers, 864 and 874 are element isolation insulating films, 875 is a capacitor electrode serving as a storage node, 876 is a diffusion layer for connecting the source / drain and the capacitor electrode, 877 is a nitride film for insulating and isolating the capacitor electrode from the substrate, 878 is a capacitor insulating film, and 879 is a capacitor A diffusion layer serving as a common electrode is shown.
このように、SOI領域にロジック素子を設けることにより、ロジック素子の高性能化を図ることができ、非SOI領域にDRAMを設けることにより、回路動作に伴うリーク電流やしきい値などの特性変動を少なくすることができる。即ち、ロジック素子及びDRAMを共に最適な領域に形成することができ、ロジック素子とDRAMを同一半導体チップ上に集積した高性能のLSIを実現することができる。 Thus, by providing a logic element in the SOI region, it is possible to improve the performance of the logic element, and by providing a DRAM in the non-SOI area, characteristic fluctuations such as a leakage current and a threshold value caused by circuit operation can be achieved. Can be reduced. That is, both the logic element and the DRAM can be formed in an optimum region, and a high-performance LSI in which the logic element and the DRAM are integrated on the same semiconductor chip can be realized.
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。活性層側基板を部分的に除去するためのエッチング深さは、支持側基板表面の酸化膜の途中又は活性層側基板表面の酸化膜の途中までに限るものではなく、これらの酸化膜の界面までエッチングしても良い。また、支持側基板の表面に形成する酸化膜の厚さ、活性層側基板の表面に形成する酸化膜の厚さは各々を0.1μm以下、合計で0.2μm以下の範囲で適宜定めればよい。さらに、支持側基板上への単結晶Si層の形成に際して、実施形態では非晶質Si層を形成した後に単結晶化したが、多結晶Si層を形成した後に単結晶化するようにしても良い。 The present invention is not limited to the above-described embodiments. The etching depth for partially removing the active layer side substrate is not limited to the middle of the oxide film on the surface of the support side substrate or the middle of the oxide film on the surface of the active layer side substrate. Etching may be performed up to. Further, the thickness of the oxide film formed on the surface of the support side substrate and the thickness of the oxide film formed on the surface of the active layer side substrate are each appropriately determined within a range of 0.1 μm or less and a total of 0.2 μm or less. That's fine. Further, in forming the single crystal Si layer on the support side substrate, in the embodiment, the amorphous Si layer is formed and then single crystallized. However, the polycrystalline Si layer is formed and then single crystallized. good.
また、実施形態では、第1及び第2の単結晶半導体基板としてシリコンを用いたが、これらの基板材料としてはシリコン以外の半導体を用いることも可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。 In the embodiment, silicon is used as the first and second single crystal semiconductor substrates. However, a semiconductor other than silicon can be used as the substrate material. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
110…支持側基板(第1の単結晶半導体基板)
111…熱酸化膜(第1の酸化膜)
120…活性層側基板(第2の単結晶半導体基板)
121…酸化膜(第2の酸化膜)
130…異物
141…酸化膜
142…窒化シリコン膜
143…レジストマスク
145…窒化シリコン膜(側壁保護膜)
146…非晶質Si層
147…単結晶Si層
148…多結晶Si層
149…熱酸化膜
150…窪み
110... Support side substrate (first single crystal semiconductor substrate)
111... Thermal oxide film (first oxide film)
120... Active layer side substrate (second single crystal semiconductor substrate)
121 ... Oxide film (second oxide film)
DESCRIPTION OF
146 ...
Claims (4)
主面に第2の酸化膜を有し、該第2の酸化膜を前記第1の酸化膜を接合させることにより前記第1の単結晶半導体基板上の一部に形成された第2の単結晶半導体基板と、
前記第1及び第2の酸化膜の側面に位置する該酸化膜の界面を後退させることにより設けられた窪み部と、
前記第2の単結晶半導体基板の側面に形成された側壁絶縁膜と、
前記側壁絶縁膜を介して前記窪み部に埋め込まれた多結晶又は非晶質のシリコン膜と、
前記第1の単結晶半導体基板上の残りの部分に形成された単結晶半導体層と、
を具備してなることを特徴とする素子形成用基板。 A first single crystal semiconductor substrate having a first oxide film on a part of a main surface;
A second oxide film formed on a part of the first single crystal semiconductor substrate by bonding the first oxide film to the second oxide film on the main surface; A crystalline semiconductor substrate;
A recess provided by retreating the interface of the oxide film located on the side surfaces of the first and second oxide films;
A sidewall insulating film formed on a side surface of the second single crystal semiconductor substrate;
A polycrystalline or amorphous silicon film embedded in the recess through the sidewall insulating film;
A single crystal semiconductor layer formed on the remaining portion of the first single crystal semiconductor substrate;
An element forming substrate comprising:
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