JP2004241737A

JP2004241737A - 半導体装置及びその製造方法

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Publication number: JP2004241737A
Application number: JP2003031962A
Authority: JP
Inventors: Yuuji Wakizawa; 祐二脇澤; Toshihito Tabata; 利仁田畑; Katsuya Matsuura; 勝也松浦; Yuji Shinno; 裕二新野; Yuji Takayanagi; 雄治高柳; Masao Sato; 正生佐藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-02-10
Filing date: 2003-02-10
Publication date: 2004-08-26

Abstract

【課題】誘電体分離基板を有する半導体装置において、裏面研削後の湾曲を緩和すること。
【解決手段】所定の位置に絶縁膜を介した支持基板を用い、最終製造工程の裏面研削工程で支持基板の絶縁膜を残すように研削することにより、裏面研削後の湾曲を緩和する。これによりパッシベーション膜へのクラック発生やウエハ搬送時の真空吸着不良を防ぐことが可能となる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は誘電体分離基板を用いた半導体装置及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
誘電体分離基板の誘電体分離膜を形成する方法として、シリコンウエハの貼り合わせを利用する方法や、シリコンウエハ中に酸素をイオン注入するＳＩＭＯＸ法が良く知られている。この誘電体分離膜は、通常半導体素子を形成する側の表面から数μｍ〜数十μｍの位置に形成する。
【０００３】
しかし、シリコン基板の片側表面付近に誘電体分離膜を形成すると、誘電体分離膜とシリコンとの熱膨張率の違いから発生する応力によって基板が湾曲することがある。そのためフォトリソグラフ工程において高精度なパターニングができないばかりでなく、真空吸着を利用する場合には吸着不良を起こす可能性があった。これらの問題を解決するために従来は特許文献１（特開平８−１５３８６２号公報）や特許文献１（特開平５−１７５３２５号公報）に記載された技術が知られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−１５３８６２号公報
【特許文献２】
特開平８−１７５３２５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術では、半導体製造工程中に発生する湾曲は緩和できるが、製造工程の最後に裏面研削工程を行う場合には、裏面研削後に大きな湾曲が発生する可能性がある。裏面研削後の湾曲は、パッシベーション膜へのクラックの発生や、ウエハ搬送時の吸着不良を引き起こす可能性があった。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、裏面研削後の湾曲の発生を回避し、パッシベーション膜へのクラックの発生や、ウエハ搬送時の吸着不良をなくすることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の一つの実施形態によれば所定の位置に絶縁膜を介した支持基板を用い、最終製造工程の裏面研削工程で支持基板中の絶縁膜を残すように研削することにより、裏面研削後の湾曲を緩和することである。この場合、製造工程中の湾曲については、裏面への酸化膜形成によって緩和する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施例を示す半導体装置の縦断面図である。半導体素子が形成される単結晶シリコン基板２は、絶縁膜４によって絶縁・分離され、多結晶シリコン層６上に島状に配置されている。多結晶シリコン層６に隣接して単結晶シリコン基板８が設けられている。絶縁膜１０は、単結晶シリコン基板８と単結晶シリコン基板１２との間に設けられている。単結晶シリコン基板１２の主表面１４には、絶縁膜１６が形成されている。
【０００９】
図１に示す実施例においては、絶縁膜４は逆ｖ型に主表面１８に向かって伸び露出しているが、図２に示すようにシリコン基板８に絶縁膜２０を隣接して設け、その上に主表面１８に向かって伸びる多結晶シリコン層２２を配置し、多結晶シリコン層２２の周りを絶縁膜２４により被覆しても良い。いずれにしても単結晶シリコン基板２は島状に主表面１８に配置される。
【００１０】
図１の半導体装置は図３（ａ）〜（ｅ）に示すような工程で製作される。活性層側基板は、単結晶シリコン基板２６の一方の主表面２８にアルカリエッチング法などのような異方性エッチングによって、Ｖ字状の分離溝３０を複数形成し、分離溝形成後に熱酸化によって誘電体分離領域となる絶縁膜４，絶縁膜５を形成する。次に分離溝形成面に多結晶シリコン層６を気相成長法により堆積し、多結晶シリコン相層６は研削、及び研磨を施して平滑化させる。
【００１１】
支持基板は、図３（ｃ）に示すように単結晶シリコン基板１２の表側の表面に熱酸化によってそれぞれ絶縁膜１０，１６を形成し、絶縁膜１０を介して単結晶シリコン基板８を公知の貼り合わせ技術を用いて接着する。この実施例では絶縁膜１０，１６は熱酸化により同時に形成しているが、ＳＩＭＯＸなどによって別々に形成することも可能である。
【００１２】
次に図３（ｄ）に示すように活性層側基板の多結晶シリコン層側と、支持基板の単結晶シリコン基板側を貼り合わせ技術により接着する。さらに、図３（ｅ）に示すように単結晶シリコン基板２６を研削、研磨し、絶縁膜４で分離された単結晶シリコン基板２を形成する。次に単結晶シリコン基板２上に半導体素子を形成し、半導体素子を形成後裏面の単結晶シリコン基板１２を研削する。この研削工程は裏面研削と呼ばれる。
【００１３】
図４は、裏面研削量とウエハの湾曲との関係を示す図である。Ｘ軸方向に裏面研削量、Ｙ軸方向にウエハ湾曲量を示し、湾曲量は単結晶シリコン基板２を上に凸湾曲をプラスとしている．図４のグラフに記載した従来技術は図６の断面構造を、本発明は図５の断面構造を有している。
【００１４】
従来構造では、半導体装置製造工程中の湾曲の抑制を目的として絶縁膜１６を形成しているため、研削前には湾曲を約１５０μｍに抑制している．これはシリコン基板１２に対して表面側の絶縁膜と裏面側の絶縁膜の応力を釣り合いの状態としているためである．このように裏面に酸化膜１６を形成し、湾曲を抑制する技術は公知であり、他に裏面に多結晶シリコンを形成する方法もある。
【００１５】
しかし、これらの従来技術の構造で裏面研削を行うと、絶縁膜１６を研削除去直後応力の釣り合いが崩れ、シリコンに対して熱膨張率の小さい絶縁膜４を凸に湾曲が急激に増加する。
【００１６】
本発明においては、絶縁膜１６を研削除去後に湾曲が増加するけれども、単結晶シリコン基板１２の研削量と反比例して凸湾曲量は減少する。これは研削後の応力バランスを考慮して、絶縁膜１０を支持基板中に配置しているためである。
【００１７】
研削後は表面側の絶縁膜４と、裏面側の絶縁膜１０とがシリコン基板８に対して応力上釣り合いとなる。確認のため、さらに研削し、絶縁膜１０を研削、除去すると従来技術と同様応力の釣り合いが崩れ、３００μｍ以上の凸湾曲になる。
【００１８】
この実施例では、活性層側基板と支持基板の貼り合わせ界面から支持基板側２５０μｍの位置に絶縁膜１０を配し、裏面研削によって単結晶シリコン基板１２を２００μｍ研削することにより、研削後の湾曲量を研削前と同じにすることができた。
【００１９】
なお、ウエハ湾曲は、誘電体分離膜となる絶縁膜４の膜厚以外に単結晶基板８の厚さ、単結晶シリコン基板２に形成される半導体素子、各基板、膜の熱膨張率などによっても変化するため、絶縁膜１０の位置、膜厚は、上記条件に限ったものではない。半導体装置の構成によっては絶縁膜１０の位置、膜厚を調整することで同様の効果を得ることができる。
〔実施例２〕
図７は、本発明の他の実施例を示す断面構造図である．一方の主表面に半導体素子を形成するための単結晶シリコン基板と、単結晶シリコン基板２を絶縁分離する絶縁膜４、絶縁膜４に隣接する多結晶シリコン層６、多結晶シリコン層６に隣接する単結晶シリコン基板８、単結晶シリコン基板８に隣接する絶縁膜１０、絶縁膜１０に隣接する単結晶シリコン基板１２、単結晶シリコン基板１２の表面となる他方の主表面側に絶縁膜１６を有する構造である。
【００２０】
単結晶シリコン基板８の厚さをＡ、単結晶シリコン基板１２の厚さをＢとする。図８に単結晶シリコン基板８，１２の厚さＡ、Ｂ合計の厚みを一定にし、Ａ／Ｂの比率を変えた場合のウエハ湾曲量を示す。Ｙ軸方向をウエハの湾曲量、Ｘ軸方向をＡ／Ｂとする。この時の湾曲量は、単結晶シリコン基板８を上に凸湾曲をプラス、凹湾曲をマイナスとする。Ａ／Ｂ比率最小でウエハ凸湾曲が最大となり、Ａ／Ｂを大きくすると凸湾曲は減少し、Ａ／Ｂ比率が１．６で湾曲は最小、すなわちゼロとなる。
【００２１】
Ａ／Ｂ比率１．５のところに凸湾曲から凹湾曲への変極点があることが判った。上記結果からウエハ凸湾曲を０μｍから１５０μｍに抑えるにはＡ／Ｂ比率を０．７から１．６にすれば良いことが判った。
【００２２】
なお、ウエハ湾曲は、誘電体分離膜となる絶縁膜１０の膜厚以外に、単結晶シリコン基板２の厚さ、単結晶シリコン基板２に形成される半導体素子、各基板、膜の熱膨張率などによっても変化するためＡ／Ｂの比率は図８に限ったものではない。異なる半導体装置においてもＡ／Ｂの比率を変えることによって同様の効果を得ることができる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、最終製造工程の裏面研削工程後においても湾曲を緩和することができる．これにより、パッシベーション膜へのクラック発生や、ウエハ搬送時の真空吸着不良を防ぐことができ、高品質な半導体装置を生産できる．
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す半導体装置の断面図である。
【図２】本発明の他の実施例を示す半導体装置の断面図である。
【図３】図１に示した本発明の半導体装置の製造工程を説明する断面図である。
【図４】本発明と従来の技術の裏面研削とウエハの湾曲量を比較したグラフである。
【図５】本発明の実施例を示す半導体装置の断面図である。
【図６】従来技術によって作られた半導体装置の断面構造図である。
【図７】本発明の他の一実施例を示す半導体装置の断面図である。
【図８】図７において絶縁膜の位置を変化させた時のウエハ湾曲量を示すグラフである。
【符号の説明】
２…単結晶シリコン基板、４…絶縁膜、６…多結晶シリコン層、８…単結晶シリコン基板、１０…絶縁膜、１２…単結晶シリコン基板、１６…絶縁膜、２０…絶縁膜、２２…多結晶シリコン層、２４…絶縁膜、２６…単結晶シリコン基板、３０…分離溝。

Claims

一方の主表面側に半導体素子が形成された第１の半導体層と、前記第１の半導体層を絶縁・分離し、島状にする第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜に隣接する多結晶シリコン領域と、前記多結晶シリコン領域に隣接する第２の半導体層と、前記第２の半導体層に隣接する第２の絶縁膜と、前記第２の絶縁膜に隣接する第３の半導体層とを備え、前記第２の半導体層と第３の半導体層は、前記第２の絶縁膜を介して貼り合わせられていることを特徴とする半導体装置。
一方の主表面側に半導体素子が形成された第１の半導体層と、前記第１の半導体層を絶縁・分離する第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜に隣接する多結晶シリコン領域、前記多結晶シリコン領域に隣接する第２の半導体層と、前記第２の半導体層に隣接する第２の絶縁膜と、前記第２の絶縁膜に隣接する第３の半導体層と、前記第１の半導体層の主表面に形成された第３の絶縁膜から形成された半導体装置。
一方の主表面側に半導体素子が形成された第１の半導体層と、前記第１の半導体層を絶縁・分離する第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜に隣接する第２の半導体層と、前記第２の半導体層に隣接する第２の絶縁膜と、前記第２の絶縁膜に隣接する第３の半導体層と、前記第１の半導体層の主表面に形成された第３の絶縁膜から形成された半導体装置。
前記第２の半導体層の厚さをＡ、前記第３の半導体層の厚さをＢとしたとき、Ａ／Ｂの比率が０．７〜１．６である請求項１記載の半導体装置。
第１の単結晶シリコン基板の一方の主表面に分離溝を複数形成し、分離溝形成後に熱酸化によって誘電体分離領域となる第１の絶縁膜を形成し、分離溝形成面に多結晶シリコン層を形成し、一方第２の単結晶シリコン基板の表面に熱酸化によってそれぞれ第２及び第３の絶縁膜を形成し、前記第２の絶縁膜を介して前記第２の単結晶シリコン基板と第３の単結晶シリコン基板を貼り合わせて接着し、次に前記多結晶シリコン層側と、前記第３の単結晶シリコン基板側を貼り合わせ、前記第２の単結晶シリコン基板を研削、研磨し、前記第１の絶縁膜により島状に分離された第１の単結晶シリコン基板上に半導体素子を形成し、半導体素子を形成後裏面の第２の単結晶シリコン基板を前記第２の絶縁膜に達しない範囲で研削除去することを特徴とする半導体装置の製造方法。