DD297734A5 - METHOD FOR PRODUCING COMPOSITE SUBSTRATES - Google Patents

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DD297734A5
DD297734A5 DD34413590A DD34413590A DD297734A5 DD 297734 A5 DD297734 A5 DD 297734A5 DD 34413590 A DD34413590 A DD 34413590A DD 34413590 A DD34413590 A DD 34413590A DD 297734 A5 DD297734 A5 DD 297734A5
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composite substrates
metal
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layer
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DD34413590A
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Guenter Igel
Wolfgang Kissinger
Juergen Penndorf
Udo Retzlaff
Wolfgang Rost
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Institut Fuer Halbleiterphysik Der Adw Der Ddr,De
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Verbundsubstraten, die Basis fuer die Herstellung vollstaendig dielektrisch isolierter Halbleiterbauelemente sind. Dabei wird der hohe apparatetechnische Aufwand zur Herstellung dieser Verbundsubstrate und ihre Wirkung als parasitaere Diffusionsquelle bei nachfolgenden Hochtemperaturschritten weitgehend vermieden, da eine Verbindung der Halbleitermaterialoberflaechen unabhaengig von der Migration des Metalls zwischen den Halbleiteroberflaechen gewaehrleistet ist. Erreicht wird dies dadurch, dasz die Temperaturbehandlung der zu verbindenden Scheiben in einem homogenen Temperaturfeld durchgefuehrt wird und die sich unmittelbar anschlieszende Abkuehlung des Halbleitermaterials im thermodynamischen Nichtgleichgewicht erfolgt.{Halbleitermaterial; Isolation; Migration; Metall; parasitaere Diffusionsquelle; Hochtemperaturschritt; Temperaturbehandlung; thermodynamisches Nichtgleichgewicht; Verbundsubstrat; dielektrische Isolation}The invention relates to a method for producing composite substrates, which are the basis for the production of completely dielectrically isolated semiconductor components. In this case, the high apparatus complexity for the production of these composite substrates and their effect as a parasitic diffusion source in subsequent high temperature steps is largely avoided, since a compound of Halbleiterermaterialoberflaechen is guaranteed regardless of the migration of the metal between the semiconductor surfaces. This is achieved by the fact that the temperature treatment of the slices to be joined is carried out in a homogeneous temperature field and that the subsequent direct cooling of the semiconductor material takes place in the thermodynamic non-equilibrium. Isolation; Migration; Metal; parasitic diffusion source; High-temperature step; Temperature treatment; thermodynamic nonequilibrium; Composite substrate; dielectric isolation}

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Verbundsubstraten und dient damit der Ausbildung von SOI-Substraten, die beispielsweise Pajis für die Herstellung vollständig dielektrisch isolierter Halbleiterbauelemente sind.The invention relates to a method for the production of composite substrates and thus serves the formation of SOI substrates, which are for example Pajis for the production of completely dielectrically isolated semiconductor devices.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Die Herstellung von dielektrisch isolierten, einkristallinen Halbleitergebieten kann auf der Basis von Verbundsubstraten erfolgen. Derartige Substrate, bestehend aus zwei einkristallinen Halbleiterscheiben, von denen eine einseitig mit einem Dielektrikum, die andere einseitig mit einer Metallschicht versehen ist, werden durch Thermomigration miteinander verbunden. Dazu werden die beschichteten Seiten der Halbleiterscheiben in Kontakt gebracht und über die eutektische Temperatur des Material-Halbleiter-Systems erhitzt, wie in der US-PS 4411060 beschrieben.The production of dielectrically isolated, monocrystalline semiconductor regions can be based on composite substrates. Such substrates, consisting of two monocrystalline semiconductor wafers, one of which is provided on one side with a dielectric, the other one side with a metal layer, are connected to each other by thermomigration. For this purpose, the coated sides of the semiconductor wafers are brought into contact and heated above the eutectic temperature of the material-semiconductor system, as described in US-PS 4411060.

Der Migrationsprozeß bedingt die Ausbildung eines großen, senkrecht zu einer Oberfläche des herzustellenden Verbundsubstrates verlaufenden Temperaturgradienten. Dieser wird bestimmt durch die Temperaturdifferenz zwischen der oberhalb der eutektischon Temperatur liegenden Temperatur der einen Oberfläche und der unterhalb der Schmelztemperatur des Substratmaterials liegenden Temperatur der anderen. Oberfläche, in deren Richtung das Metall migriert und dabei die Substratscheiben zu dem Verbundsubstrat verbindet.The migration process requires the formation of a large, perpendicular to a surface of the composite substrate to be produced running temperature gradient. This temperature is determined by the temperature difference between the temperature of one surface above the eutectic temperature and the temperature of the other below the melting temperature of the substrate material. Surface in the direction of which the metal migrates, connecting the substrate slices to the composite substrate.

Die Führung dieses Prozesses verlangt eine sehr aufwendige Spezialausrüstung zur Ausbildung des Temperaturgradienten. Ein weiterer Nachteil, Verbundsubstrate auf diese Art und Weise herzustellen, besteht in der Ansammlung des migrierten Metalls im Bereich einer der Oberflächen des Verbundsubstrates. Dieser Schichtbereich ist wegen seiner Wirkung als parasitäre Diffusionsquelle für die nachfolgenden Hochtemperaturschritte des Bauelementeherstellungsprozesses unbedingt zu paralysieren. Dies kann nur durch zusätzliche Bearbeitungsschritte des Verbundsubstrates, beispielsweise durch Ätzen, Schleifen oder Versiegeln, erfolgen.The leadership of this process requires a very complex special equipment for the formation of the temperature gradient. Another disadvantage of producing composite substrates in this manner is the accumulation of the migrated metal in the region of one of the surfaces of the composite substrate. Due to its effect as a parasitic diffusion source, this layer region must be paralyzed for the subsequent high-temperature steps of the component manufacturing process. This can be done only by additional processing steps of the composite substrate, for example by etching, grinding or sealing.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung von Verbundsubstraten, das hohe apparatotechnische Aufwendungen vermeidet und die Wirkung des Verbundsubstrates als parasitäre Diffusionsquelle für nachfolgende Hochtemperaturschritte zu dienen, ausschließt.The aim of the invention is to provide a process for the production of composite substrates, which avoids high equipment-technical expenses and excludes the effect of the composite substrate as a parasitic diffusion source for subsequent high-temperature steps excludes.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention Der Erfindung liegt dabei die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Verbundsubstraten anzugeben, dasThe invention has for its object to provide a method for producing composite substrates, the

unabhängig von der Migration des die Verbindung der Oberflächen der Substratscheiben bewirkenden Metalls, ein Verhaften der Oberflächen der Substratscheiben gewährleistet.irrespective of the migration of the metal causing the connection of the surfaces of the substrate discs, ensures a detention of the surfaces of the substrate discs.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren zur Herstellung von Verbundsubstraton durch Verbindung der Oberflächen von zweiThis object is achieved by the method of producing composite substrate by joining the surfaces of two Halbleitermaterialscheiben, von denen mindestens eine Oberfläche eine dielektrisch isolierende Schicht und mindestens eineSemiconductor material slices, of which at least one surface is a dielectric insulating layer and at least one

der isolierenden Schichten eine Aluminiumschicht aufweist und diese zusammenliegenden Oberflächen einerthe insulating layers has an aluminum layer and these surfaces together a

Temperaturbehandlung oberhalb der eutektischen Temperatur des verwendeten Metall-Halbleiter-Systems ausgesetzt werden,Exposure to temperature above the eutectic temperature of the metal-semiconductor system used,

erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Temperaturbehandlung in einem homogenen Temperaturfeld durchgeführt wird, der eine sich unmittelbar anschließende schnelle Abkühlung im thermodynamischen Nichtgleichgewicht nachfolgt.According to the invention achieved in that the temperature treatment is carried out in a homogeneous temperature field, which is followed by an immediately subsequent rapid cooling in the thermodynamic non-equilibrium.

Die Erfindung wird vorteilhaft dadurch ausgestaltet, daß auf mindestens einer der dielektrisch isolierenden Schichten, die auf dieThe invention is advantageously configured in that on at least one of the dielectrically insulating layers, which on the Oberfläche des Halbleitermaterials aufgebracht wird, eine Schicht aus halbleitendem Material, vorzugsweise Polyzsilizium,Surface of the semiconductor material is applied, a layer of semiconducting material, preferably Polyzsilizium,

ausgebildet ist.is trained.

Die Temperaturbehandlung kann dabei mittels eines Kurzzeitprozesses durchgeführt werden.The temperature treatment can be carried out by means of a short-term process. AusführungsbelsplelAusführungsbelsplel

Die zu verbindenden Ausgangssubstrate sind η-leitende einkristalline (100) orientierte Siliziumscheiben mit einem Durchmesser von 76mm, einem spezifischen Widerstand von 10 Ohmcm und einer Dicke von 375Mm. Die Verbiegung dieser Siliziumscheibe ist kleiner als 45pm. An ihre Oberflächenqualität werden keine besonderen Anforderungen wie z.B. spiegelpoliert gestellt.The starting substrates to be joined are η-type single crystal (100) oriented silicon wafers with a diameter of 76 mm, a resistivity of 10 ohm cm and a thickness of 375 μm. The bending of this silicon wafer is less than 45pm. Their surface quality is not subject to any special requirements, such as mirror polished placed.

Zunächst wird eine der Scheiben mit Aluminium beschichtet. Das erfolgt mittels eines in der Mikroelektroniktechnologie üblichen Standardverfahrens. Die Dicke der Aluminiumschicht beträgt etwa 1 μιτι. In einem CVD-Reaktor wird auf der anderen Scheibe bei 4500C eine 0,5pm dicke Siliziumdioxidschicht erzeugt. Auf diese Schicht wird anschließend, ebenfalls in einem CVD-Reaktor bei 6300C eine 0,4pm dicke Polysiliziumschicht abgeschieden.First, one of the discs is coated with aluminum. This is done by means of a standard in microelectronics technology standard method. The thickness of the aluminum layer is about 1 μιτι. In a CVD reactor 0,5pm a thick silicon dioxide is formed on the other disc at 450 0 C. On this layer a 0,4pm thick polysilicon layer is deposited subsequently, likewise in a CVD reactor at 630 0 C.

Weiter werden die beiden beschichteten Scheiben so aufeinander gelegt, daß sich die beschichteten Seiten der Scheiben berühren. Dadurch wird eine Schichtfolge einkristallines Silizium/Aluminium/Polysilizium/Siliziumdioxid/einkristallines Silizium erreicht. Das so vorbereitete Scheibenpaar wird auf eine plane Graph'tunterlage gelegt und mit einem Gewicht von 1 kp ganzflächig belastet. Diese Anordnung wird danach in einem Diffusionsofen bei einer Temperatur von 7000C 30 min lang in Stickstoffatmosphäre getempert. Nach dieser Zeit wird die Anordnuno dem Diffusionsofen entnommen, schnell abgekühlt und das Gewicht entfernt. Im Ergebnis dieser Bearbeitung sind die SiliziuMsche'Lien fest miteinander verbunden und können hohen thermischen Belastungen standhalten, wie sie bei der Produktion mikroelektronischer Bauelemente üblich sind.Next, the two coated discs are placed one on top of the other so that the coated sides of the discs touch. As a result, a layer sequence of monocrystalline silicon / aluminum / polysilicon / silicon dioxide / monocrystalline silicon is achieved. The prepared pair of discs is placed on a flat graph'tunterlage and loaded with a weight of 1 kp over the entire surface. This assembly is then annealed in a diffusion oven at a temperature of 700 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere. After this time the assembly is removed from the diffusion furnace, cooled rapidly and the weight removed. As a result of this processing, the silicon masses are firmly bonded together and can withstand high thermal stresses common in the production of microelectronic devices.

Claims (3)

1. Verfahron zur Herstellung von Verbundsubstraten durch Verbindung der Oberflächen von zwei Haibleitermaterialscheiben, von denen mindestens eine der Oberflächen eine dielektrisch isolierende Schicht und mindestens eine der isolierenden Schichten eine Aluminiumschicht aufweist, und diese zusammenliegenden Oberflächen einer Temperaturbehandlung oberhalb der eutektischen Temperatur des verwendeten Metall-Halbleiter-Systems ausgesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturbehandlung in einem homogenen Temperaturfeld durchgeführt wird, der eine sich unmittelbar anschließende schnelle Abkühlung im thermodynamischen Nichtgleichgewicht nachfolgt.A method of making composite substrates by bonding the surfaces of two semiconductor wafer disks, at least one of the surfaces comprising a dielectric insulating layer and at least one of the insulating layers comprising an aluminum layer, and said interconnected surfaces being subjected to a temperature above the eutectic temperature of the metal semiconductor used -Systems are exposed, characterized in that the temperature treatment is carried out in a homogeneous temperature field, which is followed by an immediate subsequent rapid cooling in the thermodynamic non-equilibrium. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dielektrisch isolierenden Schicht eine Schicht aus halbierendem Material ausgebildet ist.2. The method according to claim 1, characterized in that on the dielectric insulating layer, a layer of halved material is formed. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturbehandlung mittels eines Kurzzeitprozesses, beispielsweise Lichtblitz, durchgeführt wird.3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the temperature treatment by means of a short-term process, such as light flash is performed.
DD34413590A 1990-09-21 1990-09-21 METHOD FOR PRODUCING COMPOSITE SUBSTRATES DD297734A5 (en)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5413952A (en) * 1994-02-02 1995-05-09 Motorola, Inc. Direct wafer bonded structure method of making
US5449659A (en) * 1991-07-05 1995-09-12 Conductus, Inc. Method of bonding multilayer structures of crystalline materials
WO2010054618A1 (en) * 2008-11-14 2010-05-20 Osram Opto Semiconductors Gmbh Composite substrate for a semiconductor chip

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US8598705B2 (en) 2008-11-14 2013-12-03 Osram Opto Semiconductors Gmbh Composite substrate for a semiconductor chip

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