DE7037985U

DE7037985U - Composite semiconductor wafer with island areas isolated from one another

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Publication number: DE7037985U
Application number: DE7037985U
Authority: DE
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Publication date: 1971-01-07

Description

PATENTANWALT
DIPL-IKG. LEO FLEUCHAUSPATENT ADVOCATE
DIPL-IKG. LEO FLEUCHAUS

. 1970. 1970

8 MÖNCHEN 71,8 MONKS 71,

MelchloratraBs 42

Mein Zeichen: M136G—^35My reference: M136G— ^ 35

Motorola, Inc.

9401 West Grand Avenue9401 West Grand Avenue

V.St.A.V.St.A.

Zusammengesetzt« Halbleiterscheibe mit gegeneinander isoliertes JTeilbereichenComposed «semiconductor wafer with partial areas isolated from one another

Die Erfindung betrifft eine zusammengesetzte Halbleiterseheibe, die gegeneinander isolierte Inselbereiche bekannter Dicke aufweist« The invention relates to a composite semiconductor wafer, which has isolated island areas of known thickness "

Wenn eine Vielzahl aktiver und passiver Halbleiterelemente, wie z.B. Transistoren, Dioden, Widerstände u.s.w. als Teil einer einstückigen monokristallinen Material scheibe hergestellt werden, ergeben sich Schwierigkeiten, die einzelnen feile gegen?» ,' einander entsprechend zu isolieren. Eine .bekannte Art, dieseIf a large number of active and passive semiconductor elements, such as transistors, diodes, resistors, etc. as part a one-piece monocrystalline material disc are produced, are there difficulties in the individual file against? " , 'to isolate each other accordingly. A well-known species, this one

: Schwierigkeiten zu überwinden, besteht darin, dass auf der: Overcoming difficulties is that on the

Rückseite der Halbleiterscheibe eine isolierende TrägerscMcht ' angebracht und die Halbleiterscheibe dann entsprechend dem gewünschten Muster für die Inselbereiche aus dem monokristallinen Back of the semiconductor wafer an insulating carrier material 'attached and then the semiconductor wafer in accordance with the desired pattern for the island areas from the monocrystalline

Fs/wiFs / wi

M136G-435M136G-435

Material durchschnitten wird. Die beim Durchschneiden anfallenden Vertiefungen werden sodann Kit einem isolierenden Material aufgefüllt. Die mit Vertiefungen versehene zusammengesetzte Halbleiterscheibe wird sodann abgeschliffen und geläppt, um ein« flach« GuexxiaCao &u övuäLxfoü, di* dl« für uuob.qu&liu&- tive Halbleiterelemente geeignete Oberfläche besitzt, so dass durch weitere Verfahreneschritte in den monokristallinen Inselbereichen die Halbleiterelemente hergestellt werden können. Es ist wesentlich, dass die Dicke der Inselbereiche über einem bestimmten minimalen Wert liegt, jedoch nicht dicker als derjenige Wert ist, der eine einwandfreie Funktion dos Halbleiterelement es beeinträchtigt. Ferner soll die Dicke der einzelnen Inselbereiche möglichst gleichförmig sein, damit Halbleiterelemente gleich hoher Qualität hergestellt werden können. Diese Forderung ist rerhältnismässig schwierig au erfüllen, da wegen der Unzugänglichkeit der Rückseite der Inselbereiche deren Dicke nicht zerstörungsfrei feststellbar ist_s ferner ist bei einer zusammengesetzten Halbleiterscheibe keine gleichmässige Dickenverteilung Über die gesamte Abmessung zu erwarten, so dass auch notwendigerweise die Inselbereiche unterschiedliche Dicke besitzen, obwohl die Halbleiterscheibe derart geschliffen ist, dass die beiden einander gegenüberliegenden Oberflächen zueinander parallel eben verlaufen.Material is cut through. The recesses that occur when cutting through are then filled with an insulating material kit. The composite semiconductor wafer provided with depressions is then ground and lapped in order to have a "flat" GuexxiaCao & u övuäLxfoü, di * dl «for uuob.qu & liu & - tive semiconductor elements suitable surface, so that the semiconductor elements can be produced in the monocrystalline island areas by further process steps . It is essential that the thickness of the island areas is above a certain minimum value, but not thicker than that value which impairs proper functioning of the semiconductor element. Furthermore, the thickness of the individual island regions should be as uniform as possible, so that semiconductor elements of the same high quality can be produced. This requirement is rerhältnismässig difficult fulfill au, because due to the inaccessibility of the back of the island regions whose thickness _s is not destructively detected further is not a uniform thickness distribution to be expected at a compound semiconductor wafer over the entire dimension, so that even necessarily of the island regions of different thickness, although the semiconductor wafer is ground in such a way that the two opposing surfaces run parallel to one another and flat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zusammengesetzte Halbleiterscheibe zu schaffen, die gegeneinander isolierte Inselbereiche aufweist, deren Dicke einwandfrei feststellbar ist*The invention is based on the object of creating a composite semiconductor wafer which insulates against one another Has island areas, the thickness of which can be clearly determined *

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die eine Seite einer Trägerschicht mit vorspringenden Bereichen versehen ist, zwischen denen sich Vertiefungen ausbilden, dass eine Vielzahl von dünnen Schichten verschiedenen Materials über der mit den Vertiefungen versehenen Oberfläche der Trägerschicht angeordnet ist, dass zumindest zwei nebeneinander liegendeAccording to the invention, this object is achieved in that one side of a carrier layer has protruding areas is provided, between which depressions are formed that a large number of thin layers of different material over the surface of the carrier layer provided with the depressions is arranged in that at least two adjacent

- 2 - Schichten - 2 - layers

M136G-4-35M136G-4-35

Schichten dieses Materials aus einem isolierenden Material bestehen, und dass in den Vertiefungen Inselbereiche aus einem monokristallinen Halbleitermaterial angeordnet sind.Layers of this material consist of an insulating material, and that in the depressions island areas of one monocrystalline semiconductor material are arranged.

Weitere Merkmale und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von TTnteransprüchen·Further features and refinements of the invention are the subject matter of subclaims

Eine nach den Merkmalen der Erfindung hergestellte zusammengesetzte Halbleiterscheibe mit gegeneinander isolierten Inselbereichen bietet den Vorteil, dass die Dicke der in eine Vielzahl von isolierenden Schichten eingebettet» Inselbereiche dadurch leicht feststellbar ist, dass beim Abschleifen des für die Herstellung der Inselbereiche verwendeten einstückigen Materials auch Teile der isolierenden Schichten abgeschliffen werden, so dass in der Oberfläche der zusammengesetzten Halbleiterscheibe Schnittkanten dieser isolierenden Schichten enden, die aufgrund ihrer bekannten Dicke durch Abzählen der Schnittkanten eine einfache Ermittlung der Dicke der Inselbereiche möglich machen. Da die Dicke der isolierenden Schichten bzw. der gegebenenfalls dazwischen angeordneten leitenden Schichten auch in den unter den Inselbereichen liegenden, nicht zugänglichen Teilen weitgehendst gleichförmig ist, kann dieA composite made according to the features of the invention Semiconductor wafer with island regions isolated from one another offers the advantage that the thickness of the in a large number embedded in insulating layers »island areas can therefore be easily determined that when the for The manufacture of the island areas used one-piece material and parts of the insulating layers were ground off be so that in the surface of the composite semiconductor wafer Cut edges of these insulating layers end due to their known thickness by counting Cut edges make it easy to determine the thickness of the island areas. As the thickness of the insulating layers or the conductive layers optionally arranged in between, even in the areas below the island areas accessible parts is largely uniform, the

- 3 - Dicke - 3 - thickness

M136G-435M136G-435

Dicke der Inselbereiche mit sehr grosser Genauigkeit angegeben werden. Die Genauigkeit der Dickenangabe kann dadurch verbessert werden, dass möglicbflbviele, jedoch sehr dünne Schichten abglichst gleicher Dicke zwischen der Trägerschicht und der eiaswückigea. Halbl^itersciiiciit ausgebildet? werden. Damit lasst sich durch einfaches Abzählen der angeschliffenen isolierenden und gegebenenfalls dazwischenliegenden leitenden Schichten die Dicke der Inselbereiche mit einfachen Mitteln genau feststellen.Thickness of the island areas given with great accuracy will. The accuracy of the thickness information can be improved by the fact that as many but very thin layers are possible equal to the same thickness between the carrier layer and the eiaswückigea. Sembl ^ itersciiiciit trained? will. So let by simply counting the ground insulating and possibly intervening conductive layers Determine the thickness of the island areas precisely using simple means.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausfuhrungsbeispiels in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung hervor. Es zeigen: Further features and advantages of the invention can be found in the following description of an exemplary embodiment with the claims and the drawing. Show it:

Pig. IA bis IE Schritte bei der Herstellung einer Halbleiteranordnung gemäss der Erfindung, bei der die Dicke einer isolierten H*ibieiterfläche am Salbleiteraufbau optisch erkennbar und zwischen den inselfSrmigen Halbleiterflächen die Isolation verbessert und die Kapazität verringert ist;Pig. IA to IE Steps in the manufacture of a semiconductor device according to the invention, in which the thickness of an isolated semiconductor surface on the semiconductor structure Visually recognizable and the insulation and capacitance improved between the island-shaped semiconductor surfaces is decreased;

Fig. 2 einen fertiggestellten Halbleiteraufbau au* einer Halbleiterscheibe gemäss der Erfindung.2 shows a completed semiconductor structure on one Semiconductor wafer according to the invention.

In eine in Fig. IA dargestellte Halbleiterscheibe 10 aus einem monokristallinen Halbleitermaterial wie Silicium oder Germanium werden gemäss Fig. IB auf der einen Oberfläche Taschen 12 und 16 angebracht· Obwohl in der Darstellung die Taschen in paralleler Anordnung nebeneinander und sich senkrecht in die Halbleiterscheibe erstreckend dargestellt sind, können diese in jeder beliebigen Form ausgebildet sein, um Inselbereiche 18 gemäss Fig. IB aus dem Halbleitermaterial zu bilden. Die gesamte mit den Taschen versehene Oberfläche der Halbleiterscheibe 10 wird mit einer Vielzahl dünner Schichten überzogen, die sowohl die Inselbereiche als auch die Taschen gleichmässigIn a shown in Fig. 1A semiconductor wafer 10 from a Monocrystalline semiconductor material such as silicon or germanium are shown in FIG. 1B on the one surface of pockets 12 and 16 attached · Although the pockets are shown in a parallel side-by-side arrangement and perpendicular to the Semiconductor wafers are shown extending, they can be designed in any desired shape in order to island regions 18 to form according to FIG. IB from the semiconductor material. The entire surface of the semiconductor wafer provided with the pockets 10 is covered with a multitude of thin layers that make both the island areas and the pockets even

- 4 - bedecken - 4 - cover

M136G-A-35M136G-A-35

bedecken. Die erste Schicht 22, die unmittelbar auf der HaIbleiterecheibe 10 liegt, kann aus Siliciumdioxyd bestehen. Die darauf liegende zweite Schicht 24 besteht aus einem eich von dem Siliciumdioxyd unterscheidenden Material, z.B. einem polykriöu«lliu«ü Cilioius. Sis dritte Schicht 26 >=»»-»> *?i»der«s »«β Siliciuiä&ioxyd bestehen,sowie auch die vierte Schicht 28 wiederum aus einem polykristallinen Silicium aufgebaut eein kann. Als fünfte Schicht 30 kann eine Silioiumdioxydschicht Verwendung finden. Obwohl die Darstellung nur fünf verschiedene Schichten zeigt, ist es offensichtlich, dass eine beliebig andere Anzahl von Schichten Verwendung finden kann, wobei jfde dieser Schichten nur wenige /U dck ist.cover. The first layer 22, which lies directly on the semiconductor wafer 10, can consist of silicon dioxide. The second layer 24 lying thereupon consists of a material which differs from the silicon dioxide, for example a polycrystalline cilioius. Sis third layer 26> = "" - "'*i" the "s""β Siliciuiä & ioxyd exist, as well as the fourth layer may eein 28 in turn composed of a polycrystalline silicon. A silicon dioxide layer can be used as the fifth layer 30. Although the illustration shows only five different layers, it is obvious that any other number of layers can be used, each of these layers being only a few / U dck.

In Fig. ID ist der Halbleiteraufbau mit einer Trägerschicht versehen, die aus einem polykristallinen Silicium bestehen kann und alle Taschen ausfüllt, die nach dem Aufbringen der verschiedenen Schichten 22 eis 30 übrigbleiben. Die Trägerschicht überzieht den gesamten Halbleiteraufbau, wodurch eine flache Oberfläche 34 geschaffen wird. Bei der derart aufgebauten zusammengesetzten Halbleiterscheibe 36 geml.se Fig. ID ragen Teile der Trägerschicht 32 in die Taschen, die nach dem Aufbringen der verschiedenen Schichten 22 bis 30 noch vorhanden sind. Auf diese Weise entstehen in der Trägerschicht 32 Vertiefungen, in welche Teile der polykristallinen Halbleiterschicht 10 hineinragen. Die zusammengesetzte Halbleiterscheibe 36 ist in der Darstellung gemäss Fig. ID gegenüber der vorausgehenden Darstellungen umgedreht.In Fig. ID the semiconductor structure is with a carrier layer provided, which can consist of a polycrystalline silicon and fills all pockets that after the application of the different layers 22 ice 30 remain. The carrier layer covers the entire semiconductor structure, creating a flat surface 34 is created. In the case of the assembled semiconductor wafer 36 according to Fig. ID Parts of the carrier layer 32 protrude into the pockets which are still present after the various layers 22 to 30 have been applied are. In this way, depressions are created in the carrier layer 32, into which parts of the polycrystalline semiconductor layer 10 protrude. The composite semiconductor wafer 36 is in the representation according to FIG. ID compared to the preceding one Images upside down.

Die Darstellung gemäss Fi^. IE unterscheidet sich von der Darstellung gemäss Fig. ID dadurch, dass die monokristalline Halbleiterscheibe 10 abgeschliffen ist, um eine flache Oberflächen ebene zu schaffen, die durch die Spitzenbereichs der dritten Schicht 26 verläuft. Dadurch werden Inselbereiche 38 aus eimern monokristallinen Material in der Vertiefung der Trägerschicht 32 und der verschiedenen Schichten 22 bis 30 geschaffen, dieThe representation according to Fi ^. IE is different from the representation According to FIG. ID in that the monocrystalline semiconductor wafer 10 is ground to a flat surface plane which passes through the tip regions of the third layer 26. As a result, island areas 38 are made of buckets monocrystalline material is created in the recess of the carrier layer 32 and the various layers 22 to 30, the

M13SG-4-35M13SG-4-35

gegenüber den anderen gleichartigen Inselbereichen aus einem monokristallinen Material ier.liert sind. Die Kapazität zwischen den einseinen Inselbereichen wird aufgrund der Dicke der isolierenden Schichten 22, 26 und ic wesentlich gegenüber derjenigen Kapazität verringert, die sich zwischen zwei Teilen eines aonokristallinen MatericJ-s ausbildet, die in bekannter Weise nur durch einen PN-Übergang voneinander getrennt sind. Wenn die Schichten 24 und 28 leitend sind, bilden die Schichten 22, 26 und 50 drei in Serie geschaltete Kondensatoren, wobei die Kapazität zwischen den Inselbereichen gleich dem reziproken wert der Summe der reziproken Kapazitäten der- einzelnen Kondensatoren ist und damit wesentlich kleiner wird. compared to the other similar island areas from one monocrystalline material are ier.liert. The capacity between the isolated island areas due to the thickness of the insulating Layers 22, 26 and ic substantially opposite that Reduced capacity, which forms between two parts of an aonocrystalline material, in a known manner are only separated from each other by a PN junction. When layers 24 and 28 are conductive, layers 22, 26 and 50 three capacitors connected in series, the The capacitance between the island areas is equal to the reciprocal value of the sum of the reciprocal capacities of the individual capacitors and is therefore much smaller.

In der Darstellung gemäss Fig. 2 wurden die Inselbereiche bezüglich ihrer Dicke durch Schleifen oder Läppen weiter verkleinert, bis die Kanten der Schichten 22, 24, 26 und 28 und ferner die hochstgelegenen Spitzen der Schicht 30 sichtbar sind.In the illustration according to FIG. 2, the island areas were related to their thickness is further reduced by grinding or lapping until the edges of layers 22, 24, 26 and 28 and furthermore the highest points of the layer 30 are visible are.

Dit Dick· der Inselbereiche 38 ist somit weitgehendst die gleiche, da dieselbe Anzahl von Linien zwischen den einzelnen Ine elbereichen sichtbar wird. Von der Kenntnis der Dicke der einzelnen Schichten kann somit auf die Dicke der Inselbereiche, z.B. des Inaelbereiches 38, geschlossen werden.The thickness of the island areas 38 is thus largely the the same, as the same number of lines are visible between the individual ine el areas. From knowing the thickness of the The thickness of the island areas, e.g. of the inael area 38, can thus be deduced from individual layers.

Gemäss Pig. 2 ist in dem Inselbereich eine Basiszone 42 und eine Emitterzone 44 ausgebildet, wobei der Rest des Ina elbereiches die Kollektorzone bildet. Dieser einen Transistor darstellende Aufbau wird in herkömmlicher Weise gebildet, wobei die einzelnen Zonen mit elektrischen Anschlüssen versehen werden· Auf diese Weise lassen sich in den einzelnen Inselbereichen aktive oder passive Halbleiterelemente ausbilden, die eine genau bekannte Dicke aufweisen und gegeneinander aufgrund des mehrschichtigen Isolatioasaufbaus bei einer wesentlich kleineren Kapazität zwischen den einzelnen Inselbereichen erheblich besser isoliert sind.According to Pig. 2 is a base zone 42 and 42 in the island area an emitter zone 44 is formed, the remainder of the Ina elregiones forming the collector zone. This one representing a transistor The structure is formed in a conventional manner, whereby the individual zones are provided with electrical connections In this way, active or passive semiconductor elements can be formed in the individual island areas, which one have exactly known thickness and against each other due to the multilayer insulation structure at a much smaller Capacity between the individual island areas are much better insulated.

Protection claims

Claims

1. Composite semiconductor structure with inner areas, characterized in that one side of a carrier layer is provided with protruding areas is, between which depressions are formed that a multitude of thin layers of different Haterials over the surface of the carrier layer provided with the depressions is arranged in that at least two side by side lying layers of this material consist of an insulating material, and that island regions made of a monocrystalline semiconductor material are arranged in the depressions are.

2. Composite semiconductor wafer according to claim 1, characterized characterized in that the monocrystalline material is silicon.

3. composite semiconductor wafer according to claim 1, characterized in that the monocrystalline Haterial is germanium.