DE4423067C2 - Verfahren zum Herstellen eines isolierten Halbleitersubstrats - Google Patents
Verfahren zum Herstellen eines isolierten HalbleitersubstratsInfo
- Publication number
- DE4423067C2 DE4423067C2 DE19944423067 DE4423067A DE4423067C2 DE 4423067 C2 DE4423067 C2 DE 4423067C2 DE 19944423067 DE19944423067 DE 19944423067 DE 4423067 A DE4423067 A DE 4423067A DE 4423067 C2 DE4423067 C2 DE 4423067C2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- layer
- stoichiometric
- semiconductor wafer
- substrate
- bondable
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 60
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims description 46
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 26
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims description 20
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 12
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 claims description 7
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 6
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 6
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 6
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims description 5
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims description 4
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 3
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 3
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims description 2
- 229910007277 Si3 N4 Inorganic materials 0.000 claims 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims 1
- 238000005546 reactive sputtering Methods 0.000 claims 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 84
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 25
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 9
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 8
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 7
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 5
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 5
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 3
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 2
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 2
- 229910017083 AlN Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 1
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000006829 Ficus sundaica Species 0.000 description 1
- 229910005091 Si3N Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000007518 final polishing process Methods 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
- H01L21/76—Making of isolation regions between components
- H01L21/762—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers
- H01L21/7624—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using semiconductor on insulator [SOI] technology
- H01L21/76264—SOI together with lateral isolation, e.g. using local oxidation of silicon, or dielectric or polycristalline material refilled trench or air gap isolation regions, e.g. completely isolated semiconductor islands
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/20—Deposition of semiconductor materials on a substrate, e.g. epitaxial growth solid phase epitaxy
- H01L21/2003—Deposition of semiconductor materials on a substrate, e.g. epitaxial growth solid phase epitaxy characterised by the substrate
- H01L21/2007—Bonding of semiconductor wafers to insulating substrates or to semiconducting substrates using an intermediate insulating layer
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
- H01L21/76—Making of isolation regions between components
- H01L21/762—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers
- H01L21/7624—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using semiconductor on insulator [SOI] technology
- H01L21/76264—SOI together with lateral isolation, e.g. using local oxidation of silicon, or dielectric or polycristalline material refilled trench or air gap isolation regions, e.g. completely isolated semiconductor islands
- H01L21/76275—Vertical isolation by bonding techniques
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
- H01L21/76—Making of isolation regions between components
- H01L21/762—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers
- H01L21/7624—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using semiconductor on insulator [SOI] technology
- H01L21/76264—SOI together with lateral isolation, e.g. using local oxidation of silicon, or dielectric or polycristalline material refilled trench or air gap isolation regions, e.g. completely isolated semiconductor islands
- H01L21/76286—Lateral isolation by refilling of trenches with polycristalline material
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Element Separation (AREA)
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines
isolierten Halbleitersubstrats nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiges Verfahren ist in der Patentschrift US 5 138 421 zu entnehmen.
Ein solches Halbleitersubstrat wird für hoch sperrende laterale
Bauelemente benötigt. Dieses Halbleitersubstrat enthält eine vergrabene
semiisolierende Schicht. Derartige Bauelemente benötigt man für die
sogenannte smart power technology.
Ein wesentlicher Gesichtspunkt der angesprochenen Technologie besteht
darin, auf einem sogenannten Halbleiter-Wafer, der im folgenden als
Halbleiter bezeichnet wird, mehrere Leistungsbauelemente zu integrieren,
wobei die einzelnen Bauelemente gegeneinander vollständig isoliert sind.
Die gemeinsame Anordnung von logischen Schaltungen und
Leistungsbauelementen in einem Chip ist in dem Aufsatz "Impact of
Dielectric Isolation Technology on Power ICs" von A. Nakagawa, des
Konferenzberichtes Conf. Report ISPSB 1991, Baltimore, S. 16-21,
beschrieben.
Die bei mehreren Bauelementen erforderliche Isolation ist so
durchzuführen, daß das jeweilige Bauelement seitlich gegenüber den
übrigen angrenzenden Hai b leiterbereichen elektrisch isoliert ist. Die
Isolation erfolgt in der Regel so, daß Gräben um das Bauelement geätzt
werden, die anschließend mit einem Dielektrikum aufgefüllt werden. Die
dielektrische Isolation parallel zur Oberfläche des Halbleiters erfolgt
entweder durch Bildung eines in Sperrichtung belasteten pn-Übergangs
oder mit Hilfe eines Dielektrikums.
Aus der Patentschrift US 5,138,421 ist ein Verfahren zum Herstellen
eines isolierten Halbleitersubstrats bekannt, mit einer vergrabenen
isolierenden Schicht, welche dadurch hergestellt wird, daß auf einer
Halbleiterscheibe (11) eine nichtstöchiometrische Schicht (13) eines
Isolatormaterials aufgebracht wird, daß ein Substrat (14) auf die
beschichtete Oberfläche der Halbleiterscheibe (11) gelegt wird und beide
Oberflächen unter Anwendung hoher Temperatur miteinander verbunden
werden. Die nichtstöchiometrische Schicht (13) kann aus Polysiliziumoxid
(SiO) oder SiN bestehen.
Aus der Patentschrift US 4,643,950 ist ein Verfahren zum Herstellen
eines isolierten Halbleitersubstrats bekannt, bei dem auf der Oberfläche
einer nichtstöchiometrischen AlN-Schicht (3) eine elektrisch isolierende
Siliziumnitridschicht (4) abgeschieden wird. Weiter werden noch eine
Diffusionssperrschicht und eine Anpassungsschicht für die darauf
folgende Deckschicht abgeschieden. Ein Bondprozeß ist bei der
Herstellung des Substrats nicht vorgesehen.
In der Anmeldung GB 2,206,445 A wird ein Verfahren zum Herstellen
eines dielektrisch isolierten Substrats zur Herstellung von integrierten
Schaltkreisen beschrieben. Das Herstellungsverfahren beinhaltet die
folgenden Schritte:
- - Herstellung einer halbleitenden Schicht vorgewählter Leitfähigkeit und Typ auf einem Substrat einer relativ niedrigen Leitfähigkeit,
- - Herstellung einer Schicht eines schmelzbaren elektrisch isolierenden Materials auf dem halbleitenden Material, wobei das schmelzbare Material ein Erweichungspunkt niedriger als der Schmelzpunkt des halbleitenden Materials besitzt,
- - Bereitstellen eines Trägers für die dielektrisch isolierten Schaltungen,
- - Bonden des Trägers an die Schicht des schmelzbaren Materials, Entfernen des überwiegenden Teils des Substrats und
- - Entfernen eines vorgewählten Musters des halbleitenden Materials um die verschiedenen Bereiche der halbleitenden Schicht zu isolieren.
In der jap. Anmeldung JP 6-13 456 (A), und den Patentschriften
US 5,218,213 und US 3,508,980 werden Verfahren zum Herstellen
isolierender Boxen in einem Halbleitersubstrat beschrieben. Als
Isolatormaterial werden Schichten mit hohem spezifischen Widerstand wie
SiO₂ für die vergrabene Schicht und verschiedene Isoliermaterialien für
das Auffüllen der Gräben verwendet.
In der Offenlegungsschrift EP 0 217 288 A2, von der die Erfindung
ausgeht, wird erläutert, daß die benötigte vertikale Isolationsschicht
durch Direktverbindung zweier Siliziumscheiben oder -wafer herstellbar
ist (Fig. 1 und 2).
Die Tendenz geht zur dielektrischen Isolation hin, da bei dieser
Technologie parasitäre Elemente vermieden werden und unter anderem
auch ein einfacheres Design bei erhöhter Störsicherheit möglich ist. Die
erreichten maximalen Sperrspannungen bzw. Durchbruchsspannungen der
Bauelemente werden einerseits durch die Isolationsfähigkeit des
"vergrabenen Dielektrikums" bestimmt und zum anderen durch die
Oberflächeneigenschaften in den Oberflächenbereichen, in denen die pn-
Übergänge an die Oberfläche treten. Zur Vermeidung eines
Oberflächendurchbruchs werden u. a sogenannte Feldplatten im Bereich
der pn-Übergänge an der Oberfläche eingesetzt.
Andererseits droht ein Spannungsdurchbruch hauptsächlich dadurch,
daß die gesamte Spannung zwischen dem in der Regel geerdeten
Substrat und den auf hohem Potential liegenden, hoch dotierten
Bereichen der Halbleiterbauelemente aufgebaut wird, was zu hohen
Feldstärken führt. Einerseits führt die Erhöhung der Dicke der
Driftzone zur Erhöhung der Durchbruchsspannung zu erheblichen
Schwierigkeiten, da mit zunehmender Dicke der Aufwand für die seitliche
Isolation durch Trennätzen und anschließender Auffüllung mit
Isolationsmaterial schwierig wird. Andererseits kann zur Erzielung hoher
Durchbruchsspannungen die Dicke des vergrabenen Dielektrikums nicht
beliebig groß gemacht werden. Die zu geringe Wärmeleitfähigkeit bedingt
eine unzureichende Abführung der Verlustleistung, was allgemein zu
thermischen Problemen für die erzielbaren Parameter und den Betrieb
der Bauelemente führt. Das ist aus dem Aufsatz "Technologie und
Charakterisierung von 100 VLDMOS-Transistoren in "direct bonded
Silizium auf Isolator". Von U. Apel, H.G. Graf, C. Marent, B. Höfflinger
und T. Ifström, GME-Fachtagung Mikroelektronik, 1991, Baden-Baden,
bekannt.
Wünschenswert ist daher auch der Ersatz von Siliziumoxidschichten
durch andere Isolatoren mit einer möglichst hohen Wärmeleitfähigkeit.
Beispielsweise ist es von Aluminiumnitrid-, Aluminiumoxid- und von
Bornitrid-Keramiken bekannt, daß sie eine wesentlich höhere
Wärmeleitfähigkeit als Siliziumoxid besitzen. Bei Verwendung von
Siliziumoxidschichten haben sich Dicken der dielektrischen Schicht im
Bereich von 0,5 bis 4,5 µm als noch brauchbar erwiesen.
Zur Erreichung hoher Durchbruchsspannungen wird beispielsweise in
der deutschen Offenlegungsschrift DE 42 33 773 A1 der Einsatz von
vergrabenen elektrisch leitfähigen Schichten, welche in einen
vergrabenen Isolator eingebettet sind, vorgeschlagen. Andere wie A.
Nakagara (s. o.) benutzen einen SIPOS-Film als abschirmende Schicht
zwischen dem Silizium und dem vergrabenen Oxid. Es ist allerdings aus
dem Aufsatz von S. Lombardo, S. Campisano und F. Baroeto "Influence of
oxygene concentration and annealing on morphology and electrical
properties of semi-insuiating poiycristalline silicon" Appl. Phys. Lett. 63
(4), S. 470-472 (1993) bekannt, daß SIPOS-Schichten bei hohen
Temperaturen größer als 800°C rekristallisieren und dadurch ihr
elektrischer Widerstand geringer wird. Beim Verbinden zweier Wafer mit
der Direktverbindungstechnik sind aber zum Erreichen hoher
Verbindungsfestigkeiten und zur weiteren Herstellung von BE-
Strukturen Temperaturen im Bereich von 1000 bis 1200°C nötig. Deshalb
sind herkömmliche SIPOS-Schichten ungeeignet, mit dieser Technik
semiisolierende Schichten herzustellen. Der resultierende niedrige
elektrische Widerstand würde zu unzulässig hohen Leckströmen führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln,
um vergrabene und semiisolierende Schichten für elektrisch isolierte
Halbleitersubstrate mittels der Direktverbindungstechnik herzustellen.
Dabei soll der elektrische Widerstand auch bei Temperaturen bis zu
1200°C sich durch die nachfolgende Herstellung von
Bauelementstrukturen mit konventionellen Methoden nicht wesentlich
verschlechtern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des
Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Weiterbildungen der
Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigt:
Fig. 1 ein Halbleitersubstrat mit dielektrisch isolierten Inseln
nach dem Stand der Technik,
Fig. 2 die Herstellung eines dielektrisch isolierten Halbleitersubstrats
nach der Wafer-Bonding-Methode,
Fig. 3 zeigt eine erste Variante der Herstellung eines Halbleitersubstrats
mit einer vergrabenen Schicht,
Fig. 4 zeigt eine zweite Variante der Stellung eines Halbleitersubstrats
mit einer vergrabenen Schicht mit vorgegebenen Kontaktierungen,
Fig. 5 zeigt eine dritte Variante der Herstellung eines Halbleiter
substrats,
Fig. 6 zeigt eine vierte Variante der Herstellung eines Halbleiter
substrats mit vergrabener semiisolierender Schicht,
Fig. 7 zeigt die Herstellung eines Halbleitersubstrats mit einer
vergrabenen semiisolierenden Schicht und mit inselförmigen
Bereichen,
Fig. 8 zeigt die Herstellung eines Halbleitersubstrats, wobei gleichzeitig
gefüllte Gräben gebildet werden und
Fig. 9 zeigt die Herstellung eines Halbleitersubstrats mit vergrabenen
niederohmigen Schichten.
Fig. 1 und 2 zeigen den durch die vorerwähnte EP 0 217 288 A1
dargestellten Stand der Technik.
Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß auf einer Halbleiterscheibe
1a eine nichtstöchiometrische Schicht 2 eines Isolatormaterials
aufgebracht wird (s. Fig. 3a) und umgehend mit einem bondfähigen
Substrat 3a an der Grenzfläche verbunden und bei einer Temperatur
oberhalb von 800°C getempert wird, wobei angenommen wird, daß sich
die Oberflächenschichten miteinander verbinden lassen. Falls die
Oberflächenschichten sich nicht ohne weiteres verbinden, wird eine
zusätzliche bondfähige Schicht 3b aufgebracht (s. Fig. 3b). Diese Schicht
besteht vorzugsweise aus einem isolierenden Material, beispielsweise aus
CVD-Oxid, SiN, BN, AlN oder ähnlichem. In der Regel ist die Rauhigkeit
der Oberflächen nach Abscheidungsprozeß nicht so günstig, um das
Bonden zu ermöglichen, so daß vorher ein Pollerschritt eingeschaltet
werden sollte. Wenn die isolierende Schicht nur unzureichend bondfähig
ist (beispielsweise AlN), so ist die Abscheidung und Plattierung einer
weiteren bondfähigen Schicht 4, beispielsweise aus Poly-Si oder CVD-
Oxid, zweckmäßig (s. Fig. 5).
Für manche Anwendungen ist es vorteilhaft, elektrisch isolierende
Schichten als Schichten mit hoher Wärmeleitfähigkeit abzuscheiden.
Geeignet dafür ist insbesondere eine Diamantschicht. Verwendet werden
Materialien wie AlN, SiO₂, Si₃N, BN und Al₂U₃.
Bei der Temperung wird die nichtstöchiometrische Schicht teilweise
rekristallisiert und wandelt sich dabei in eine semi-isolierende Schicht 2′
um, wie sie für hoch sperrende laterale Bauelemente gefordert wird.
Gleichzeitig wird die Festigkeit der Verbindung durch Bonden gestärkt.
Die Verbindungsfläche 9 ist in Fig. 3b dargestellt.
Die bevorzugte Temperatur liegt im Bereich zwischen 800 und 1000°C.
Anschließend wird das Halbleitersubstrat 1 durch Abschleifen, Läppen,
oder Ätzen und durch Polleren auf die für die Herstellung der
Bauelemente benötigte Stärke abgetragen. Diese liegt vorzugsweise im
Bereich von 0,1 bis 20 µm. Die Herstellung der Bauelemente erfolgt in
konventioneller Technologie.
Der bevorzugte Bereich der Stärke der nichtstöchiometrischen Schicht
liegt bei etwa 0,05 bis 1 µm. Der anzustrebende spezifische Widerstand
der Schicht liegt bei einigen 10⁹-10¹¹ Ωcm.
Die folgende Tabelle zeigt den spezifischen Widerstand von gesputterten
AlN-Schichten.
Zur Erläuterung der Erfindung werden im folgenden einige Beispiele
gegeben.
Die laterale Isolation der Bauelemente erfolgt nach herkömmlichen
Methoden. Beispielsweise kann die Halbleiterschicht 1a und die
semiisolierende Schicht 2′ durch Ätzen von Gräben bis zum vergrabenen
Isolator 3b oder 2′ (s. Fig. 3 und 4) bzw. bis zum vergrabenen Isolator
4 (Fig. 7) abgetragen werden. Diese Gräben können durch thermische
Oxidation oder durch Abscheidung einer dielektrischen Schicht 10
isoliert werden und wenn nötig mit Polysilizium 11 aufgefüllt werden. So
entstehen die elektrisch isolierten Inseln 12′ die an der Grenzfläche zum
vergrabenen Isolator 3b, 4 eine semiisolierende Schicht aufweisen.
In Fig. 3 wird zur Herstellung eines isolierten Halbleitersubstrats
beispielsweise ein Halbleiterwafer 1a einseitig mit einer
nichtstöchiometrischen Schicht eines Halbleitermaterials 2 versehen und
mit einem isolierenden Substrat bestehend aus einem Siliziumwafer 3a mit
beispielsweise einer Oxidschicht 3b verbunden. Bei einer anschließenden
Temperung bei etwa 1000°C wandelt sich die nichtstöchiometrische
Schicht 2 in eine semiisolierende Schicht 2′ um, und gleichzeitig wird
die Festigkeit der Verbindung erhöht. Danach wird der Halbleiter 1a auf
die Dicke abgetragen, die für die noch folgende Herstellung von
Bauelementen benötigt wird.
Wenn das Halbleitersubstrat 1 aus einer Halbleiterscheibe 1a mit einer
strukturierten Isolationsschicht 1 b, beispielsweise einem thermischen
Oxid besteht, wird auf die beschriebene Art eine im vergrabenen
Isolator 1b, 3b eingebettete Schicht 2′ hergestellt (Fig. 4a-d). Die
dielektrisch isolierte Insel 12 wird von der eingebetteten Schicht 2′ nur
an vorgegebenen Steilen kontaktiert, wie in Fig. 4e dargestellt.
Eine weitere Ausführungsform ist in Fig. 5 gezeigt. Die Halbleiterscheibe
1a wird zunächst mit einer nichtstöchiometrischen Schicht eines
Isolatormaterials 2 und einer isolierenden Schicht 4 beschichtet, und
anschließend die Oberfläche durch Polieren geglättet. Durch Bonden mit
einem isolierenden Substrat 3a, 3b und Tempern bei beispielsweise
1000°C entsteht die gewünschte Schichtenfolge mit einer
semiisolierenden Schicht 2′.
Wenn die isolierende Schicht 4 nur unzureichend bondfähig ist
(beispielsweise aus AlN besteht), ist die Deposition einer weiteren,
bondfähigen Schicht 5 zweckmäßig, wie in Fig. 6 dargestellt. Diese
Schicht 5 besteht vorzugsweise aus Polysilizium oder CVD-Oxid, und
wird vor dem Bonden durch Polieren auf eine Rauhigkeit unter 50 nm
geglättet.
Fig. 6a zeigt den Fall, daß noch eine weitere bondfähige Schicht
benötigt wird, die später plan gemacht (Fig. 6b) und mit der Unterlage
3a gebondet wird, wie Fig. 6c zeigt.
Für manche Anwendungen kann es notwendig sein, laterale und vertikale
Bauelemente für höhere Spannungen zu integrieren.
Zu diesem Zweck wird auf die Oberfläche einer ersten Halbleiterscheibe
1a zunächst eine nichtstöchiometrische Schicht 2 eines Isolatormaterials
und eine isolierende Schicht 4 aufgebracht, wie in Fig. 7a dargestellt.
Die Schichten werden anschließend mit herkömmlichen Verfahren
strukturiert, so daß die Oberfläche der Halbleiterscheibe 1a frei gelegt
wird (s. Fig. 7b). Danach wird eine bondfähige Schicht 5, vorzugsweise
dotiertes Polysilizium, dicker als die Summe der Schichten 2 und 4
deponiert (Fig. 7c). Anschließend wird die Oberfläche der Scheibe durch
Polieren plan gemacht und, wie Fig. 7d und e zeigen, durch Bonden mit
einem leitfähigen Substrat 3a, welches vorzugsweise ein hochdotierter
Halbleiter ist, verbunden. Eine nachfolgende Temperung bei hoher
Temperatur (800-1000°C) führt zur Festigung der Verbindung an der
Grenzfläche 9 und zur Rekristallisation der Schicht 2, so daß die
semiisolierende vergrabene Schicht 2′ entsteht.
Nach dem Dünnen der ersten Halbleiterscheibe 1a wird durch Ätzen von
Gräben und Füllen mit einem Dielektrikum 10 und mit Polysilizium 11
eine Halbleiterscheibe fertiggestellt (s. Fig. 7f), die als Substrat für
elektronische Schaltkreise genutzt werden kann. Dieses Substrat enthält
dielektrisch isolierte Inseln 12 mit semiisoilerenden Schichten 2′ an der
Grenzfläche zum vergrabenen Isolator 4. Außerdem weist das Substrat
inselförmige Bereiche 13 auf, die mit der Unterseite des Substrats
elektrisch leitfähig verbunden sind und in denen vertikale Bauelemente
integriert werden können.
Die Herstellung von Halbleitersubstraten mit vergrabenen
semiisolierenden Schichten 2′ und mit dielektrisch voneinander isolierten
Bereichen 12 kann auch vereinfacht werden, wenn die laterale Isolation
schon vor dem Bonden realisiert wird. Dies wird anhand der Fig. 8
dargestellt. Zunächst wird eine Halbleiterscheibe 1a mit einer
nichtstöchiometrischen Schicht eines Isolatormaterials 2 nach Fig. 8a und
b beschichtet und mit herkömmlichen Methoden mit Strukturen versehen.
Gräben werden bis in die Tiefe des Halbleitermaterials geätzt, um die für
die spätere Bauelementherstellung benötigten Stärken zu erzielen.
Danach wird eine Isolatorschicht 4 beispielsweise durch thermische
Oxidation und-oder Abscheidung, beispielsweise durch einen CVD-Prozeß,
deponiert (Fig. 8c). Wenn die Gräben durch diesen Schritt noch nicht
völlig ausgefüllt sind, wird eine weitere bondfähige Schicht 5, z. B. aus
Polysilizium, aufgebracht, so daß die Gräben vollständig gefüllt sind.
Anschließend wird auf eine Rauhtiefe von weniger als 50 nm poliert und
die Scheibe auf eine zweite Substratscheibe 3a gebondet (s. Fig. 8d).
Durch Temperung bei Temperaturen von etwa oberhalb 800°C wird die
Festigkeit der Verbindung an der Grenzfläche 9 erhöht, und gleichzeitig
kristallisiert die Schicht 2 um und wird semiisolierend. Danach wird die
erste Halbleiterscheibe so weit gedünnt, bis die Isolation 4 der Gräben
sichtbar wird. Dieses Sichtbarwerden kann auch als Indikator dafür
dienen, daß der abschließende Polierprozeß zu beenden ist.
Zur Integration von quasi-vertikalen Bauelementen und hochsperrenden
lateralen Bauelementen ist es wünschenswert, ein Halbleitersubstrat zu
haben, in dem lateral isolierte Inseln mit niederohmigen Schichten und
Inseln mit semiisolierenden Schichten an der Grenze zum vergrabenen
Isolator 4 vorhanden sind. Ein solches Substrat kann folgendermaßen
hergestellt werden (siehe Fig. 9):
Auf die Oberfläche einer Halbleiterscheibe 1a wird eine
nichtstöchiometrische Schicht 2 eines Isolators aufgebracht (Fig. 9a) und
so strukturiert, daß sie nur dort vorhanden ist, wo hochsperrende
laterale Bauelemente entstehen sollen. In einem nachfolgenden
Implantationsschritt wird die freie Oberfläche der Halbleiterscheibe 1a in
einer Zone 7 niederohmig dotiert (s. Fig. 9b).
Danach wird durch Ätzen eines Grabens, Auffüllen mit einem
Dielektrikum 4, Abscheiden einer bondfähigen Schicht 5, die stärker sein
muß als die Schicht 2 und durch Polieren eine glatte Oberfläche
hergestellt, wie Fig. 9c darstellt. Diese Oberfläche wird an der
Grenzfläche 9 mit einem Substrat 3 gebondet. Das Substrat 3 kann ein
Isolator oder eine Halbleiterscheibe sein. Nach einer Temperung ist die
semiisolierende Schicht 2′ entstanden. Abschließend wird die
Halbleiterscheibe 1a bis zur Isolation 4 der Isolationsgräben
zurückgedünnt, wie in Fig. 9d gezeigt. Es entsteht ein Halbleitersubstrat
mit inselförmigen, voneinander elektrisch isolierten Bereichen 14 mit
regelbaren niederohmigen Schichten 7 und mit Bereichen 12 mit
vergrabenen semiisoilerenden Schichten 2′.
Beim Ätzen der Isolationsgräben ist die erforderliche Tiefe durch die für
die Herstellung der Bauelemente benötigte Höhe vorgegeben.
Claims (19)
1. Verfahren zum Herstellen eines isolierten Halbleitersubstrats mit einer
vergrabenen isolierenden Schicht, welche dadurch hergestellt wird, daß
auf einer Halbleiterscheibe (1a) eine nichtstöchiometrische Schicht (2)
eines Isolatormaterials aufgebracht wird, daß ein Substrat (3a) auf die
beschichtete Oberfläche der Halbleiterscheibe (1a) gelegt wird und beide
Oberflächen unter Anwendung hoher Temperatur miteinander verbunden
werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß durch eine Temperung oberhalb 800°C die nichtstöchiometrische
Schicht (2) in eine semiisolierende Schicht mit einem spezifischen
Widerstand im Bereich von etwa 10⁹ bis 10¹¹ Ωcm umgewandelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Oberfläche des Substrats (3a) und die Oberfläche der
damit bondfähigen Halbleiterscheibe (1a) poliert, aufeinandergelegt
und gebondet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß zum Glätten der Oberflächen ein chemisches und/oder
mechanisches Polieren angewandt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die nichtstöchiometrische Schicht (2) strukturiert wird und
damit isolierte Halbleiterbereiche für hochsperrende laterale Bau
elemente und quasi-vertikale Bauelemente hergestellt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Substrat (3a) eine Isolatorscheibe, eine Halbleiterscheibe
oder eine mit einer isolierenden Schicht bedeckte Halbleiterscheibe
ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die nichtstöchiometrische Schicht (2) aus SiOx mit x = 0,8-
1,5 besteht.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die nichtstöchiometrische Schicht (2) aus AlNx mit x = 0,8-1
besteht.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die nichtstöchiometrische Schicht (2) aus Si₃ N4-x mit
x = 0,1-1 besteht.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die nichtstöchiometrische Schicht (2) durch Sputtern,
reaktives Sputtern unter Zugabe von N₂ und/oder O₂ hergestellt
wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die nichtstöchiometrische Schicht (2) durch ein CVD-Verfahren
hergestellt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß auf der Oberfläche eines zunächst nicht bondfähigen
Substrats (1a, 3a) eine bondfähige Schicht (5, 3b) abgeschieden
wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß als bondfähige Schicht (5, 3b) Polysilizium aufgebracht wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß als bondfähige Schicht (4, 5, 3b) SiO₂ verwendet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß als bondfähige Schicht (4, 5, 3b) Si₃ N₄ verwendet wird.
15. Verfahren nach Anspruch 1 oder 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß auf der Oberfläche der nichtstöchiometrischen Schicht (2) ei
nes Isoliermaterials eine elektrisch isolierende Schicht (4) abge
schieden wird.
16. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die isolierende Schicht (4) aus Diamant besteht.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß die nichtstöchiometrische Schicht (2) und die isolierende
Schicht (4) in einem Prozeßschritt hergestellt werden.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß die nichtstöchiometrische Schicht (2) und/oder die
Halbleiterscheibe (1a) vor der Abscheidung der isolierenden
Schicht (4) strukturiert werden.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß die isolierende Schicht (4) und/oder die nichtstöchiometrische
Schicht (2) und/oder die Halbleiterscheibe (1a) vor der
Abscheidung der bondfähigen Schicht (5) strukturiert werden.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19944423067 DE4423067C2 (de) | 1994-07-01 | 1994-07-01 | Verfahren zum Herstellen eines isolierten Halbleitersubstrats |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19944423067 DE4423067C2 (de) | 1994-07-01 | 1994-07-01 | Verfahren zum Herstellen eines isolierten Halbleitersubstrats |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4423067A1 DE4423067A1 (de) | 1996-01-04 |
DE4423067C2 true DE4423067C2 (de) | 1996-05-09 |
Family
ID=6521993
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19944423067 Expired - Fee Related DE4423067C2 (de) | 1994-07-01 | 1994-07-01 | Verfahren zum Herstellen eines isolierten Halbleitersubstrats |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4423067C2 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10127387A1 (de) * | 2001-06-06 | 2003-01-02 | Infineon Technologies Ag | Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersubstrats und eines Halbleiterbauelements aus zwei einkristallinen Halbleiterscheiben |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2868204B1 (fr) * | 2004-03-25 | 2006-06-16 | Commissariat Energie Atomique | Substrat de type semi-conducteur sur isolant comportant une couche enterree en carbone diamant |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3508980A (en) * | 1967-07-26 | 1970-04-28 | Motorola Inc | Method of fabricating an integrated circuit structure with dielectric isolation |
JPS61154141A (ja) * | 1984-12-27 | 1986-07-12 | Nec Corp | 半導体集積回路用基板の製造方法 |
JPS61220456A (ja) * | 1985-03-27 | 1986-09-30 | Toshiba Corp | 半導体基板の製造方法 |
JPS61256663A (ja) * | 1985-05-09 | 1986-11-14 | Agency Of Ind Science & Technol | 半導体装置 |
JPS6276645A (ja) * | 1985-09-30 | 1987-04-08 | Toshiba Corp | 複合半導体結晶体構造 |
GB2206445A (en) * | 1987-07-01 | 1989-01-05 | Spectrol Reliance Ltd | Method of manufacturing dielectrically isolated integrated circuits and circuit elements |
US5132770A (en) * | 1988-08-25 | 1992-07-21 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device having improved multi-layered substrate structure |
JPH0719839B2 (ja) * | 1989-10-18 | 1995-03-06 | 株式会社東芝 | 半導体基板の製造方法 |
US5218213A (en) * | 1991-02-22 | 1993-06-08 | Harris Corporation | SOI wafer with sige |
JPH0682753B2 (ja) * | 1992-09-28 | 1994-10-19 | 株式会社東芝 | 半導体装置の製造方法 |
-
1994
- 1994-07-01 DE DE19944423067 patent/DE4423067C2/de not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10127387A1 (de) * | 2001-06-06 | 2003-01-02 | Infineon Technologies Ag | Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersubstrats und eines Halbleiterbauelements aus zwei einkristallinen Halbleiterscheiben |
DE10127387B4 (de) * | 2001-06-06 | 2006-09-21 | Infineon Technologies Ag | Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersubstrats und eines Halbleiterbauelements aus zwei einkristallinen Halbleiterscheiben |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE4423067A1 (de) | 1996-01-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE69129617T2 (de) | Integrierte Schaltungsanordnung, insbesondere geeignet für Hochspannungsanwendungen | |
DE4235534C2 (de) | Verfahren zum Isolieren von Feldeffekttransistoren | |
DE102014200869B4 (de) | Integrierter Kondensator und Verfahren zum Herstellen desselben und dessen Verwendung | |
DE112005003123B4 (de) | Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements mit mehreren gestapelten Schichten mit Hybridorientierung | |
DE3587798T2 (de) | SoI-Halbleiteranordnung und Verfahren zu ihrer Herstellung. | |
DE4420365C2 (de) | Halbleiterbauelement-Isolierverfahren und integrierte Schaltungen für eine Speicheranordnung | |
DE4317570C2 (de) | Halbleiteranordnung und Verfahren zur Herstellung derselben | |
DE102013112012B4 (de) | Halbleitervorrichtungen und Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung | |
DE69430724T2 (de) | Dielektrisch isolierte Halbleiteranordnung | |
DE68928087T2 (de) | Substratsstruktur für zusammengesetztes Halbleiterbauelement | |
DE69429467T2 (de) | Halbleiteranordnung mit einer Isolationszone | |
DE10234601B4 (de) | Halbleiterbauelement mit SOI-Substrat und Herstellungsverfahren hierfür | |
DE3618000A1 (de) | Verfahren zur herstellung von transistoren auf einem siliziumsubstrat | |
DE19757269B4 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Auf-Isolator-Halbleitersubstrats | |
DE69302960T2 (de) | Verfahren zur Herstellung von dünnen Siliziummesas mit gleicher Dicke | |
EP0652594B1 (de) | Integrierte Schaltungsanordnung mit Leistungsbauelement und Niederspannungsbauelementen | |
DE10349185A1 (de) | Halbleiterbaugruppe | |
DE19653219A1 (de) | Halbleiterbauelement und Herstellungsverfahren dafür | |
EP0698293B1 (de) | Verfahren zur herstellung eines halbleiterbauelements mit stromanschlüssen für hohe integrationsdichte | |
DE19654280A1 (de) | Halbleitereinrichtung und Verfahren zu deren Herstellung | |
EP0721665B1 (de) | Halbleiterbauelement mit hoher durchbruchsspannung | |
DE69934466T2 (de) | Herstellungsverfahren von halbleiteranordnungen als chip-size packung | |
DE2432544A1 (de) | Halbleiterbauelement mit einem dielektrischen traeger sowie verfahren zu seiner herstellung | |
DE69129129T2 (de) | Anordnung mit einer Ladungsverschiebungsvorrichtung, MOS-Transistoren und bipolare Transistoren, die alle auf einem einzigen Halbleitersubstrat erzeugt werden | |
DE69321966T2 (de) | Leistungs-Halbleiterbauelement |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: DAIMLERCHRYSLER AG, 70567 STUTTGART, DE |
|
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |