JP2009295616A - Silicon substrate, method for manufacturing device, device and testing method - Google Patents

Silicon substrate, method for manufacturing device, device and testing method Download PDF

Info

Publication number
JP2009295616A
JP2009295616A JP2008144728A JP2008144728A JP2009295616A JP 2009295616 A JP2009295616 A JP 2009295616A JP 2008144728 A JP2008144728 A JP 2008144728A JP 2008144728 A JP2008144728 A JP 2008144728A JP 2009295616 A JP2009295616 A JP 2009295616A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
dti
groove
silicon
silicon substrate
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.)
Pending
Application number
JP2008144728A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yuji Furumura
雄二 古村
Naomi Mura
直美 村
Shinji Nishihara
晋治 西原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SYNERGY TECH CO Ltd
SYNERGY-TECH CO Ltd
Philtech Inc
Original Assignee
SYNERGY TECH CO Ltd
SYNERGY-TECH CO Ltd
Philtech Inc
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SYNERGY TECH CO Ltd, SYNERGY-TECH CO Ltd, Philtech Inc filed Critical SYNERGY TECH CO Ltd
Priority to JP2008144728A priority Critical patent/JP2009295616A/en
Publication of JP2009295616A publication Critical patent/JP2009295616A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/15Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1301Thyristor
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1305Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1306Field-effect transistor [FET]
    • H01L2924/13091Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor [MOSFET]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/146Mixed devices
    • H01L2924/1461MEMS

Landscapes

  • Element Separation (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a silicon substrate achieving electrical isolation of a wide voltage region of 500 V or larger, in a manufacturing process allowing coexistence with STI and having an isolation structure for blocking the physical movement of metal to the depth of a through-electrode, while ensuring surface planarity and metal contamination gettering performance. <P>SOLUTION: A groove of ≥1 μm width and ≥1 μm depth is formed on a silicon oxide film and the silicon oxide film is embedded in the groove, thereby realizing isolation, having breakdown voltage of ≥500 V, even on a substrate having crystal defects. Thus, a power device can be mounted mixedly on the substrate same as that of an existing device operating at a high speed by shallow trench isolation. Also, a metal is embedded in a cavity, from which a silicon surrounded by a thick isolation material is removed to form a substrate through electrode, capable of removing diffusion of metal contamination, thereby enabling multilayer substrate. In this way, wiring from a power supply is fed through the substrate, thereby making realized a power supply which also works as a heat sink, and a device in which a large-power device operating therewith and a high-speed high integration device are stacked. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、電位の大きく異なるデバイスでも絶縁させるアイソレイション構造を有し、様々な機能をもつ基板チップを積層することができるシリコン基板、デバイスの製造方法、デバイスおよびテスト方法に関する。   The present invention relates to a silicon substrate, a device manufacturing method, a device manufacturing method, and a testing method, which have an isolation structure that can insulate even devices with greatly different potentials and can be stacked with substrate chips having various functions.

従来より、機能の違うデバイスをチップの上に集積するという要求がある。その現われの一つが、システムLSIである。CPU、キャシュメモリー、FPGA、不揮発性メモリ(フラッシュメモリー、MRAM、FeRAM、PRAMなど)、パワーデバイス、RFアナログデバイス、発光受光デバイス、撮像デバイス、センサーデバイス、MEMSデバイスなどのデバイスがそれである。   Conventionally, there is a demand for integrating devices having different functions on a chip. One of the manifestations is the system LSI. These include devices such as a CPU, cache memory, FPGA, nonvolatile memory (flash memory, MRAM, FeRAM, PRAM, etc.), power device, RF analog device, light emitting / receiving device, imaging device, sensor device, MEMS device.

これらは、違う電位や電圧領域を用いるため、同じ製造プロセスで作ることはできない。従って、別々に製造してプリント基板の上でそれらを接続するという手法がとられている。   Since these use different potentials and voltage regions, they cannot be produced in the same manufacturing process. Therefore, the technique of manufacturing separately and connecting them on a printed circuit board is taken.

また、基板ウエハが、化合物である場合には、同じ基板は選べないが、同じシリコンウエハの上に作るのであれば、集積できる組み合わせは存在する。例えば、パワーデバイスとLSIであるなら電源電圧の違いはあるが集積は可能である。   Also, when the substrate wafer is a compound, the same substrate cannot be selected, but there are combinations that can be integrated if they are made on the same silicon wafer. For example, a power device and an LSI can be integrated although there is a difference in power supply voltage.

ところが、このとき、課題になるのが、使用電圧領域の大きな差である。電圧の大きな差や電位が違うと、それを絶縁分離する必要がある。例えば、1V領域と500V領域で動作できるデバイスを一つのチップに集積できると、機能集積の範囲が増す。   However, at this time, a big difference in the operating voltage range becomes a problem. If there is a large voltage difference or potential difference, it is necessary to isolate it. For example, if devices that can operate in the 1V region and the 500V region can be integrated on one chip, the range of functional integration increases.

実際、電線を細くして重量を軽くするために、電圧を高くし、電流を低減する高インピダンスの電力制御で自動車搭載のデバイスは設計される。低電圧動作のメモリーデバイスと高電圧動作の電力デバイスとがシリコン基板の上に設計される需要が増えている。   In fact, in-vehicle devices are designed with high-impedance power control that increases voltage and reduces current in order to make wires thinner and lighter in weight. There is an increasing demand for low voltage operating memory devices and high voltage operating power devices to be designed on a silicon substrate.

また、ウエハの表と裏とが電極で接続され、基板ウエハと電極が絶縁されれば、チップの積層により、さらに違う設計ルールの機能デバイスを一つのデバイスとして作成することができる。これを発展させると3次元に積層された機能デバイスは人口知能デバイスと同じくらいの機能をもつことができるであろう。また、RF通信でつながる人口知能ロボットが近未来に可能になる可能性もある。   Further, if the front and back surfaces of the wafer are connected by electrodes, and the substrate wafer and the electrodes are insulated, functional devices having different design rules can be created as one device by stacking chips. If this is developed, functional devices stacked in three dimensions will have the same functions as artificial intelligence devices. In addition, artificial intelligence robots connected by RF communication may be possible in the near future.

デバイスをシリコン基板ウエハ(以後シリコン基板という)の上に作るとき、トランジスタ同士を電気絶縁するのが、アイソレイション技術である。アイソレイションは、素子分離ともいう。一般の半導体デバイス工程では、このアイソレイションの工程が最初の工程になる。図28にこれまでに知られたアイソレイション技術の主要なものを模式的に示す。   When a device is fabricated on a silicon substrate wafer (hereinafter referred to as a silicon substrate), the isolation technique is to electrically insulate transistors from each other. Isolation is also called element isolation. In a general semiconductor device process, this isolation process is the first process. FIG. 28 schematically shows the main isolation techniques known so far.

アイソレイション技術は、デバイスの進化に伴い、変化した歴史がある。図示はしてないがpn接合分離では、逆バイアス状態を維持できるように電位配分を設計して用いていた。しかし、pn接合が隣接して存在すると、例えば、pnpnのようなバイポーラトランジスタが、正帰還接続された構造を作り出しサイリスタの回路を作るため、正帰還利得が得られないくらいに互いに接合を遠ざけることが必要だった。   Isolation technology has a history that has changed with the evolution of devices. Although not shown, in the pn junction isolation, the potential distribution is designed and used so that the reverse bias state can be maintained. However, if pn junctions exist adjacent to each other, for example, a bipolar transistor such as pnpn creates a thyristor circuit by creating a positive feedback connection structure. Was necessary.

これでは、デバイスの高密度化ができないため、LOCOS法が1971年のころ開発された。これは、厚い絶縁物を素子間に生成させる方法である。シリコン窒化膜をマスクにして、シリコンウエハを酸化すると、マスクされてない部分のシリコンが酸化されて膨らみ絶縁構造が作製できる。このとき、マスクの境目にバーズビーク状の横広がり部分が発生する。これがトランジスタを作製する活性領域を狭くするという微細化の妨げになった。   Since the density of the device cannot be increased, the LOCOS method was developed around 1971. This is a method of generating a thick insulator between elements. When the silicon wafer is oxidized using the silicon nitride film as a mask, the unmasked portion of silicon is oxidized and swelled to produce an insulating structure. At this time, a bird's beak-like laterally spread portion occurs at the boundary of the mask. This hindered miniaturization of narrowing an active region for manufacturing a transistor.

この対策として、図28(E)に示すシャロートレンチアイソレイション(以後STI:Shallow Trench Isolation)が開発された。これをCMOSのアイソレイションに使用した例を図29に概略的に示す。この図に示すように、pウエルとnウエルがSTIで分離される。トランジスタ同士もSTIで分離される。STIの深さは0.4umが一般的であるが、これは、デバイスの世代による。これらのことから、STIは高密度にデバイスを集積するので適している。   As a countermeasure, shallow trench isolation (hereinafter referred to as STI: Shallow Trench Isolation) shown in FIG. 28 (E) has been developed. An example in which this is used for CMOS isolation is schematically shown in FIG. As shown in this figure, the p well and the n well are separated by STI. Transistors are also separated by STI. The depth of STI is generally 0.4 um, but this depends on the device generation. For these reasons, STI is suitable because it integrates devices at high density.

さらに、深さは、ほぼ基板面内で一定であり、微細に設計するとさらに浅くなる。そのため、大電力を扱う、または高電圧を扱うデバイスには、STIは使用できず、従来のLOCOS法、または、絶縁膜を積み上げて厚くすることが必要であった。また、STIを使うデバイスでは、化学機械研磨(以後CMPという)という平坦化技術で、平坦にする表面加工を同一面内で行うため、STIとLOCOSの混在は商品のための工程設計上できなかった。従って、低電圧動作の高密度あるいは高速高密度デバイスと大電力または高電圧デバイスを同じチップに高密度で混載することは行われていなかった。   Further, the depth is substantially constant within the substrate surface, and becomes shallower when designed finely. Therefore, STI cannot be used for devices that handle high power or high voltage, and it has been necessary to increase the thickness of the conventional LOCOS method or an insulating film. In addition, in a device using STI, since the surface processing for flattening is performed in the same plane by a flattening technique called chemical mechanical polishing (hereinafter referred to as CMP), the mixture of STI and LOCOS cannot be performed in the process design for the product. It was. Therefore, a high-density or high-speed high-density device operating at a low voltage and a high-power or high-voltage device are not mixedly mounted on the same chip at a high density.

しかし、STIの技術は、当時の大電力または高密度デバイスであったバイポーラデバイスのアイソレイション技術のU溝アイソレイションという技術の延長にあった。U溝の構造例を図28(E)に示す。この構造例では、バイポーラトランジスタのコレクタ層となるn+埋没層まで溝を到達させて素子を分離した。また、U溝だけでなく製造方法の容易な図28(A)に示すV溝アイソレイションも使用された。歴史的にみるとバイポーラデバイスは、高い耐圧と高密度化を要求したため、シリコンウエハにU字型やV字型の溝を作り、表面を酸化して、残りの溝をポリシリコンで埋めて、表面をCMPで研磨するという技術を主としてアイソレイションを行っていた。   However, the STI technology was an extension of the technology called U-groove isolation, which is an isolation technology for bipolar devices, which was a high-power or high-density device at that time. An example of the structure of the U groove is shown in FIG. In this structure example, the trench is made to reach the n + buried layer which becomes the collector layer of the bipolar transistor, and the element is separated. Further, not only the U-groove but also the V-groove isolation shown in FIG. 28A, which is easy to manufacture, was used. Historically, bipolar devices required high breakdown voltage and high density, so U-shaped and V-shaped grooves were made in a silicon wafer, the surface was oxidized, and the remaining grooves were filled with polysilicon. Isolation was mainly performed using a technique of polishing the surface by CMP.

STIの作製工程はこれらと製造方法の点で似ている。まず、シリコンウエハにシリコン窒化膜/シリコン酸化膜の積層膜を作り、ドライエッチの方法でこれをマスクに0.4um程度の深さのシリコン溝を作る。この溝を酸化したあと(酸化しない場合もある)高密度プラズマCVD装置でシリコン酸化膜を埋め込み、これをCMPで平坦に研磨して酸化膜でアイソレイションされたウエハ表面を得る。   The manufacturing process of STI is similar to these in terms of manufacturing method. First, a silicon nitride film / silicon oxide film laminated film is formed on a silicon wafer, and a silicon trench having a depth of about 0.4 μm is formed using this as a mask by a dry etching method. After this groove is oxidized (which may not be oxidized), a silicon oxide film is buried by a high-density plasma CVD apparatus, and this is polished flat by CMP to obtain a wafer surface isolated by the oxide film.

これは、アイソレイションの幅は0.1um以下にすることも可能であり,現在のCMOSデバイスの汎用のアイソレイション技術である。   This is a general-purpose isolation technology of the current CMOS device, and the isolation width can be 0.1 μm or less.

以上は、素子レベルのアイソレイションの技術であるが、チップ全体を基板からアイソレイションする技術がある。これを図28(B)に示す。   The above is the element level isolation technique, but there is a technique for isolating the entire chip from the substrate. This is shown in FIG.

図28(B)に示す技術は、ウエハにV字型の大きな溝を作り、それを酸化して、溝を基板になるくらいの厚みである500umのポリシリコンで埋めてしまい、もとのシリコン基板ウエハ側を研磨除去してポリシリコン基板の上に酸化膜でアイソレイションされたシリコンの島を作る。このシリコン島に、デバイスを作製すると完全に基板と他の島からアイソレイションされたデバイスチップの島をポリシリコン基板チップの上に作製できる。そのため、100Vの商用電源で直接動作するICには、これが使用された。   The technique shown in FIG. 28B creates a large V-shaped groove on the wafer, oxidizes it, and fills the groove with 500 μm of polysilicon that is thick enough to become a substrate. The substrate wafer side is polished and removed to form an island of silicon isolated by an oxide film on the polysilicon substrate. When a device is fabricated on this silicon island, a device chip island completely isolated from the substrate and other islands can be fabricated on the polysilicon substrate chip. Therefore, it was used for ICs that operate directly with a commercial power supply of 100V.

上記の技術では、電位や電圧の大きく違う機能のデバイスを一つのチップの上に集積できるのと、大電力と高密度の両方のVLSIの作製が可能である。しかし、大電力・高密度・高速という機能の違うデバイスの集積には新しいアイソレイション設計技術が必要である。   With the above-mentioned technology, it is possible to fabricate both high-power and high-density VLSI as well as the ability to integrate devices with greatly different potentials and voltages on a single chip. However, integration of devices with different functions such as high power, high density, and high speed requires new isolation design technology.

以上は、素子の電気的アイソレイションについて全体を述べた。素子分離ではなく、チップ同士を分離するのに、本発明の構造を作るために使われる工程技術の一つを用いる従来技術がある。   The above has described the entire electrical isolation of the device. There is a prior art that uses one of the process techniques used to create the structure of the present invention to separate the chips, not the element isolation.

図30に、この従来技術の主要部を示す。これは、インダクターとしてのコイルとキャパシターとしてのコンデンサーを結合してタンク回路を形成させた0.15mmのチップ同士を分離するために、レジストマスクを用いて幅が50um以下で、深さが10ないし100umの切溝を基板をダイシングしたい場所に作製し、そのあと基板の裏面を研磨してチップ同士を分離して、RFで共振するパウダーを作るというものである。   FIG. 30 shows the main part of this prior art. This is because a resist mask is used to separate a 0.15 mm chip in which a coil as an inductor and a capacitor as a capacitor are combined to form a tank circuit, so that the width is 50 μm or less and the depth is 10 to 10. A 100 μm kerf is formed at a location where the substrate is to be diced, and then the back surface of the substrate is polished to separate the chips, thereby creating a powder that resonates with RF.

基板を分離するために回路素子を形成する工程(図30の素子形成工程)のあと、チップの分離のために行う、ガスによる深い基板エッチング工程(図30のガスダイシング工程)を行う技術である。チップを物理的に分離するのが目的であるため、この技術で行う溝の中を絶縁物で埋める工程はない(例えば、非特許文献1参照。)。   This is a technique for performing a deep substrate etching step (gas dicing step in FIG. 30) using a gas, which is performed for chip separation, after a step of forming circuit elements to separate the substrate (element formation step in FIG. 30). . Since the purpose is to physically separate the chips, there is no step of filling the groove with an insulator using this technique (see, for example, Non-Patent Document 1).

(公序良俗違反につき、不掲載)(Not published for violations of public order and morals)

一般に、低くても100V以上の電気的アイソレイション機能があることが機能の集積には望まれる。例えば、図28(B)に示した誘電体分離の100Vで動作するICとSTI分離の3Vで動作するICを一つのチップの上に作製したいという要望がある。しかし、大電力デバイスでは配慮しなくてもよいレベルでも、低電圧動作の高密度デバイスでは、製造工程で侵入する金属汚染が問題になる。   In general, it is desired for integration of functions that there is an electrical isolation function of 100 V or more even at the lowest. For example, there is a demand for manufacturing an IC that operates at 100 V with dielectric isolation and an IC that operates at 3 V with STI isolation shown in FIG. 28B on one chip. However, even at a level that does not have to be taken into consideration in a high-power device, metal contamination that enters during the manufacturing process becomes a problem in a high-density device that operates at a low voltage.

図31に金属汚染の侵入と移動のモデルを示す。表面から侵入した金属粒子はトランジスタが作られる活性層と呼ばれる層で移動する。結晶欠陥に集まると、それが電流のリークパスを作り動作不良を引き起こす。貫通電極を備えたチップにおいては、それを囲む酸化膜に発生する欠陥を通して電極金属が活性層に侵入する確率がある。   FIG. 31 shows a model of metal contamination penetration and movement. Metal particles entering from the surface move in a layer called an active layer in which a transistor is formed. When it collects in crystal defects, it creates a current leakage path and causes malfunction. In a chip having a through electrode, there is a probability that the electrode metal enters the active layer through a defect generated in an oxide film surrounding the chip.

電気的なアイソレイションのほかに、汚染金属の侵入や移動のアイソレイションも同時に考慮して、その対策になっていなくてはならないというのが従来の電気的アイソレイションと目的が異なっている。   In addition to electrical isolation, it is different from the conventional electrical isolation in that it must be taken into account by taking into account the infiltration and migration isolation of contaminated metals at the same time.

つまり、物理的な深さだけでなく、汚染の移動に対する障壁になるアイソレイションであることが課題である。そのため、少なくとも活性層の厚みの深さ以上に深くて、厚い絶縁溝が必要である。溝形成は、基板の結晶欠陥と金属ゲッタリングを、まず合わせて考えねばならない。   In other words, not only the physical depth but also the isolation is a barrier to the movement of contamination. Therefore, a thick insulating groove that is at least deeper than the thickness of the active layer is required. Groove formation must first be considered in combination with crystal defects in the substrate and metal gettering.

また、高歩留まりを得るために、COP欠陥のないウエハとしてエピタキシャル基板ウエハが用いられる。COPは、シリコン原子空孔が集積したもので、正8面体のボイドであり内側が酸化膜で覆われている。これを図31にモデル的に示す。大きさは0.2ないし0.3umくらいのものがあり、小さいほうは統計的に分布して存在する。引き上げたインゴットには、必ず存在するのでCOPを避けるために、ボロンを高濃度にドープしたシリコン基板上に、シリコンのエピタキシャル膜をCVD成長(化学気相成長)させて、それを用いる。その厚みは1um、3um、5um、11umのものが汎用のLSIで使用される。   In order to obtain a high yield, an epitaxial substrate wafer is used as a wafer having no COP defect. COP is an accumulation of silicon atomic vacancies, and is a regular octahedral void, and the inside is covered with an oxide film. This is schematically shown in FIG. The size is about 0.2 to 0.3um, and the smaller one is distributed statistically. Since the pulled ingot always exists, in order to avoid COP, an epitaxial film of silicon is grown by CVD (chemical vapor deposition) on a silicon substrate doped with boron at a high concentration and used. Thicknesses of 1 um, 3 um, 5 um, and 11 um are used in general-purpose LSIs.

また、少なくともエピタキシャル層を互いに分離するため、これより深く溝を作ると、V字では開口部が広がる。従って、高集積を目指す商品では使用できない。また、ポリシリコンを埋めると電荷が蓄積したとき、内張りの酸化膜がゲートとして働き、巨大寄生MOSトランジスタができてしまう弊害がある。この弊害はU溝にした場合も同じである。また、基板を酸化した酸化膜はCOP欠陥による酸化膜欠陥を有するので、金属汚染はこの酸化膜欠陥を通して移動や侵入する。   In addition, if at least the epitaxial layers are separated from each other so that a groove is formed deeper than this, the V-shaped opening becomes wider. Therefore, it cannot be used for products aiming at high integration. In addition, when polysilicon is buried, when charge is accumulated, the lining oxide film acts as a gate, and a huge parasitic MOS transistor is produced. This problem is the same when the U groove is used. Further, since the oxide film obtained by oxidizing the substrate has an oxide film defect due to the COP defect, the metal contamination moves or penetrates through the oxide film defect.

一方、名前の通りSTIは、深さが浅いので、電気的に表面をアイソレイションできるが、エピタキシャル層を完全に物理的に分離して、金属汚染の移動を阻止することはできない。そのためには、深さは少なくとも1um以上は必要である。物理的に分離することは、CMOSデバイスの深いウエル同士の分離のためにも必要である。エピタキシャル層は、COP(crystal originated particle)欠陥を含まないので少数キャリアが発生すると、ライフタイムが長いが、その少数キャリアが少ないうちは問題にならない。   On the other hand, as the name suggests, STI has a shallow depth, so that the surface can be electrically isolated, but the epitaxial layer cannot be completely physically separated to prevent migration of metal contamination. For that purpose, the depth is required to be at least 1 μm or more. Physical isolation is also necessary for isolation of deep wells in CMOS devices. Since the epitaxial layer does not include a COP (Crystal Originated Particle) defect, if minority carriers are generated, the lifetime is long, but there is no problem as long as the minority carriers are small.

しかし、ウエル同士が近くにあり、高電圧動作のインパクトイオニゼイションで、短時間で多量の少数キャリアが発生すると、それが、ドリフトしてウエルに到達する。これによる障害をさけるには、ウエル電位を電源で固定する回路を設けるか、ウエル間距離を遠ざけるか、高電圧デバイスを搭載しない設計にするなど方法がある。しかし、いずれも集積度と機能に設計制限を与えるので、この制限をなくす構造が望まれる。   However, when the wells are close to each other and a large amount of minority carriers are generated in a short time by impact ionization of high voltage operation, it drifts and reaches the well. In order to avoid obstacles due to this, there are methods such as providing a circuit for fixing the well potential with a power source, increasing the distance between the wells, or designing without mounting a high voltage device. However, both of them give design restrictions on the degree of integration and function, and a structure that eliminates these restrictions is desired.

高電圧のアイソレイションを望むとき、基板構造と関連してさらに、金属ゲッタリング機能の確保について配慮する必要がある。   When high voltage isolation is desired, further consideration must be given to securing a metal gettering function in conjunction with the substrate structure.

ところが、基板の上のエピタキシャル層は、酸素を含まないので金属ゲッター作用がない。そこで、酸素を8X1017/cm以上の濃度で含み、機械強度維持のためのボロンを高濃度で含むp型ウエハを基板に用いる。ゲッター機能の保持には10um以上の一定の厚みが必要であるため、チップとして薄く裏面を研磨されたときも10um以上の厚みの基板は残す。 However, since the epitaxial layer on the substrate does not contain oxygen, there is no metal getter action. Therefore, a p-type wafer containing oxygen at a concentration of 8 × 10 17 / cm 3 or more and containing boron for maintaining mechanical strength at a high concentration is used for the substrate. Since a certain thickness of 10 μm or more is necessary to maintain the getter function, a substrate having a thickness of 10 μm or more remains even when the back surface is thinly polished as a chip.

従って、高い絶縁耐圧を得るためにアイソレイションの深さとしては、少なくとも活性層としてのエピタキシャル層を突ききることと、ゲッタリング作用のある基板を残すというアイソレイション設計が必要である。この深さまで溝を作り、絶縁物を埋めると電気的にも金属汚染の移動侵入防止にも、有効な高いアイソレイションが実現できる。実験では1umの厚みの酸化膜で500V以上耐圧があるので、電流のパスが、酸化膜を横切る構造のときは、1um以上の幅で深い溝を作り、酸化膜を埋めてアイソレイションすると確実に500V以上のアイソレイションが可能である。   Therefore, in order to obtain a high withstand voltage, it is necessary to design the isolation so that at least the epitaxial layer as the active layer is pierced and the substrate having a gettering action is left. By making a groove to this depth and filling the insulator, it is possible to achieve high isolation that is effective both in terms of electrical and metal contamination prevention. In the experiment, an oxide film with a thickness of 1 um has a withstand voltage of 500 V or more. Therefore, when the current path crosses the oxide film, a deep groove with a width of 1 um or more is created and the oxide film is buried to isolate it. Isolation of 500V or more is possible.

しかし、基板の電位が浮遊していると、少数キャリアの発生と流入で基板電位が不安定になる懸念があり、また、静電的に高電位に昇圧してしまうと、アーク放電破壊に至ると予測される。そのため、少数キャリアの流入を阻止する物理的に深いアイソレイションがデバイスでは求められる。   However, if the substrate potential is floating, there is a concern that the substrate potential may become unstable due to the generation and inflow of minority carriers, and if the voltage is increased electrostatically to a high potential, arc discharge destruction will occur. It is predicted. Therefore, the device requires a physically deep isolation that prevents the inflow of minority carriers.

図30に示した従来技術の製造工程にガスダイシングという工程がある。その工程では幅が50um以下で、深さが10ないし100umの切リ溝を作製する。この溝はチップの分離に用いるため、溝のままに残される。溝があると、そこに粒子やゴミ、汚染原因物が溜まり、基板表面に散乱するため、デバイスを製造することができない。つまり、デバイス製造には、この従来技術の目的とは違う溝が埋められた平坦な表面構造を必要とする。すなわち、表面平坦性と金属汚染ゲタリング機能を確保しながら、STIと共存できる製造工程で500V以上の広い電圧領域の電気的アイソレイションを実現する必要がある。   The prior art manufacturing process shown in FIG. 30 includes a process called gas dicing. In that process, a cut groove having a width of 50 μm or less and a depth of 10 to 100 μm is produced. Since this groove is used for chip separation, it remains as a groove. If there is a groove, particles, dust, and contaminants accumulate there and are scattered on the surface of the substrate, so that the device cannot be manufactured. In other words, device manufacturing requires a flat surface structure in which grooves different from those of the prior art are filled. That is, it is necessary to realize electrical isolation in a wide voltage region of 500 V or more in a manufacturing process that can coexist with STI while ensuring surface flatness and a metal contamination gettering function.

次に、第2の課題について、説明する。図31に貫通電極を示した。貫通電極は、シリコン基板を酸化して、その酸化膜を保護膜として金属材料を孔に埋める。しかし、前述したようにシリコン基板にはCOPという欠陥が知られていたが、それが近年になり正八面体のボイド欠陥であり、大きさが統計的に分布して含まれているのが分かった。従って、シリコンを酸化して作る酸化膜の欠陥は避けがたい。高密度デバイスの素子が、0.1um以下と小さいときは、この欠陥と出会う確率は低いが、基板を貫通する電極は10ないし100umの長さのデバイスの部品であり、COP欠陥と出会う確率が高い。また、熱酸化膜は欠陥に出会うと、その部分には孔ができているか、薄くなる。仮に、それがゲート酸化膜にあると、トランジスタは不良になるという問題がある。   Next, the second problem will be described. FIG. 31 shows the through electrode. The through electrode oxidizes the silicon substrate and fills the hole with a metal material using the oxide film as a protective film. However, as described above, a defect called COP was known in the silicon substrate. However, in recent years, it has been found that it is a regular octahedral void defect, and the size is statistically distributed. . Therefore, it is difficult to avoid defects in the oxide film formed by oxidizing silicon. When the element of the high-density device is as small as 0.1 um or less, the probability of encountering this defect is low, but the electrode penetrating the substrate is a part of the device having a length of 10 to 100 um, and the probability of encountering the COP defect is low. high. Further, when a thermal oxide film encounters a defect, a hole is formed in the portion or the thickness is reduced. If it is in the gate oxide film, there is a problem that the transistor becomes defective.

また、金属汚染を避けるには、金属ではなくポリシリコンを貫通電極材料に用いる従来例がある(沖テクニカルレビユー(p66,第211号Vol.74 No.3、2007年10月))。これの主要部を図32に示す。この例では、金属の代わりにドープしたポリシリコンが用いられている。DRAMの積層などには、十分な低抵抗が得られたと記述されているが、導通時の抵抗を小さくさせる必要がある。例えば車載用のデバイスの積層を行うには、ポリシリコンでなく金属を充填した貫通電極からの金属汚染を阻止しなくてはならない。そのためには、貫通電極全体の深さにいたる物理的な金属移動の阻止のためのアイソレイシヨン構造が必要である。   Moreover, in order to avoid metal contamination, there is a conventional example using polysilicon instead of metal as a through electrode material (Oki Technical Review (p66, No. 211, Vol. 74 No. 3, October 2007)). The main part of this is shown in FIG. In this example, doped polysilicon is used instead of metal. Although it is described that a sufficiently low resistance is obtained in the stack of DRAMs, it is necessary to reduce the resistance during conduction. For example, in order to stack an in-vehicle device, it is necessary to prevent metal contamination from a through electrode filled with metal instead of polysilicon. For this purpose, an isolation structure for preventing physical metal movement down to the entire depth of the through electrode is necessary.

そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、表面平坦性と金属汚染ゲタリング機能を確保しながら、STIと共存できる製造工程で500V以上の広い電圧領域の電気的アイソレイションを実現するとともに、貫通電極全体の深さにいたる物理的な金属移動の阻止のためのアイソレイシヨン構造を有するシリコン基板、デバイスの製造方法、デバイスおよびテスト方法を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made in view of the above circumstances, and realizes electrical isolation in a wide voltage region of 500 V or more in a manufacturing process capable of coexisting with STI while ensuring surface flatness and a metal contamination gettering function. It is another object of the present invention to provide a silicon substrate having an isolation structure for preventing physical metal movement to the entire depth of the through electrode, a device manufacturing method, a device, and a test method.

本発明は、上記した課題を解決するために以下の事項を提案している。   The present invention proposes the following items in order to solve the above-described problems.

(1)本発明は、シリコン基板表面にトランジスタデバイスを製造する前に、電気絶縁物を埋め込んだ1um以上の深さで1um以上の幅の溝を作製し、この溝で囲まれた島部が該溝で絶縁分離されているシリコン基板を提案している。   (1) In the present invention, before manufacturing a transistor device on the surface of a silicon substrate, a groove having a depth of 1 μm or more in which an electric insulator is embedded is formed and a width of 1 μm or more is formed. A silicon substrate that is insulated and separated by the groove is proposed.

(2)本発明は、(1)のシリコン基板について、シリコン基板表面にトランジスタデバイスを製造する前に、電気絶縁物を埋め込んだ1um以上の深さで1um以上の幅の溝があり、該溝の深さが0.5um以下のシャロートレンチアイソレイションを囲むことを特徴とするシリコン基板を提案している。   (2) The present invention relates to the silicon substrate of (1), wherein there is a groove having a depth of 1 μm or more in which an electrical insulator is embedded and a width of 1 μm or more embedded in the surface of the silicon substrate. A silicon substrate characterized by surrounding shallow trench isolation with a depth of 0.5 μm or less is proposed.

(3)本発明は、(1)のシリコン基板について、第1のチップと、第2チップとを分離するスクライブラインの平面位置にDTIがあることを特徴とするシリコン基板を提案している。   (3) The present invention proposes a silicon substrate characterized in that the silicon substrate of (1) has a DTI at the planar position of the scribe line separating the first chip and the second chip.

(4)本発明は、(1)のシリコン基板について、前記溝がその内側にさらに、溝を形成していることを特徴とするシリコン基板を提案している。   (4) The present invention proposes a silicon substrate characterized in that the groove further forms a groove inside the silicon substrate of (1).

(5)本発明は、(1)のシリコン基板について、深さの違う前記溝を複数もつことを特徴とするシリコン基を提案している。   (5) The present invention proposes a silicon substrate characterized in that the silicon substrate of (1) has a plurality of the grooves having different depths.

(6)本発明は、(5)のシリコン基板について、前記複数の溝をその1個の外形寸法以下の距離で集合させたことを特徴とするシリコン基板を提案している。   (6) The present invention proposes a silicon substrate characterized in that, with respect to the silicon substrate of (5), the plurality of grooves are gathered at a distance equal to or less than one outer dimension thereof.

(7)本発明は、(1)から(6)のシリコン基板について、基板の口径が300mmであることを特徴とするシリコン基板を提案している。   (7) The present invention proposes a silicon substrate having a diameter of 300 mm with respect to the silicon substrates of (1) to (6).

(8)本発明は、前記溝を作製してからSTIを作製することを特徴とする(1)から(7)のいずれかに記載の基板を用いるデバイスの製造方法を提案している。   (8) The present invention proposes a device manufacturing method using the substrate according to any one of (1) to (7), wherein the STI is manufactured after the groove is formed.

(9)本発明は、(1)から(7)のいずれかに記載の基板を用い、(8)に記載の方法で製造したデバイスを提案している。   (9) The present invention proposes a device manufactured by the method described in (8) using the substrate described in any one of (1) to (7).

(10)本発明は、(1)から(7)のいずれかに記載の基板を用いて製造したデバイスにおいて、前記溝をまたぐ配線があることを特徴とするデバイスを提案している。   (10) The present invention proposes a device manufactured using the substrate according to any one of (1) to (7), characterized in that there is a wiring straddling the groove.

(11)本発明は、基板裏面を研磨して溝で囲まれる基板内側部と溝の外部基板が電気的に絶縁分離されたことを特徴とするデバイスを提案している。   (11) The present invention proposes a device characterized in that the inner surface of the substrate surrounded by the groove by polishing the back surface of the substrate and the outer substrate of the groove are electrically isolated.

(12)本発明は、(11)のデバイスについて、前記溝で絶縁分離された内側部のシリコン基板を裏面からエッチ除去してできる空洞にメタル材料を埋め込むことにより基板表面に作製された配線と導通する貫通裏面電極を作製したことを特徴とするデバイスを提案している。   (12) The present invention relates to the device according to (11), the wiring formed on the surface of the substrate by embedding a metal material in a cavity formed by etching and removing the inner side silicon substrate isolated by the groove from the back surface. A device characterized by producing a conductive back through electrode is proposed.

(13)本発明は、(12)のデバイスについて、一個の前記溝の外形より短い距離で集合させた複数の貫通裏面電極を有することを特徴とするデバイスを提案している。   (13) The present invention proposes a device characterized in that the device of (12) has a plurality of through-back electrodes assembled at a distance shorter than the outer shape of one of the grooves.

(14)本発明は、(12)または(13)のデバイスについて、(13)の集合させた複数の貫通裏面電極を囲む溝を有することを特徴とするデバイスを提案している。   (14) The present invention proposes a device characterized by having a groove surrounding a plurality of through-back electrodes assembled in (13) with respect to the device of (12) or (13).

(15)本発明は、(12)から(14)のデバイスについて、基板表面に前記貫通裏面電極と導通するフロントバンプを持つことを特徴とするデバイスを提案している。   (15) The present invention proposes a device characterized in that, with respect to the devices of (12) to (14), the substrate surface has a front bump electrically connected to the through back electrode.

(16)本発明は、(12)から(14)のデバイスについて、基板表面に前記貫通裏面電極と導通するフロントバンプを持つデバイスを搭載した基板を積層したデバイスを提案している。   (16) The present invention proposes a device in which a substrate on which a device having a front bump electrically connected to the through back electrode is mounted on the surface of the substrate is stacked for the devices of (12) to (14).

(17)本発明は、基板表面に前記貫通裏面電極と導通するフロントバンプを持つ(12)から(14)のいずれかに記載のデバイスにおいて、バンプの数が前記貫通裏面電極の数より少ないことを特徴とするデバイスを提案している。   (17) According to the present invention, in the device according to any one of (12) to (14), the number of bumps is smaller than the number of the through-back electrodes in the device having a front bump electrically connected to the through-back electrode on the substrate surface. We have proposed a device characterized by

(18)本発明は、前記溝の内側部と外側部とが電気絶縁された同一基板上に第1および第2の基板チップを形成した請求項11に記載のデバイスにおいて、それぞれが(12)および(13)に記載の前記貫通裏面電極を有することを特徴とするデバイスを提案している。   (18) In the device according to claim 11, wherein the first and second substrate chips are formed on the same substrate in which the inner portion and the outer portion of the groove are electrically insulated from each other. And the device characterized by having the said penetration back electrode as described in (13) is proposed.

(19)本発明は、基板裏面に形成した電極で基板表面のデバイスの電気テストを行うことを特徴とするテスト方法を提案している。   (19) The present invention proposes a test method characterized by conducting an electrical test of a device on the surface of the substrate with an electrode formed on the back surface of the substrate.

本発明によれば、シリコン酸化膜を1um以上の幅で1um以上に深い溝を作り、その溝の中にシリコン酸化膜を埋めることで結晶欠陥のある基板でも500V以上に耐圧のあるアイソレイションを実現した。これにより、シャロートレンチアイソレイションで高速で動作する既存デバイスと同一基板に電力デバイスを混載させることが可能となるといった効果がある。また、厚いアイソレイション材料で囲まれたシリコンを除去した空洞にメタルを埋めることで、金属汚染の拡散を防止した基板貫通電極を形成させ、これがこの基板の積層を可能にさせた。これが、電源からの配線を基板貫通で供給することを可能にさせて、ヒートシンクを兼ねた電力給電とそれで動作する大電力デバイスと高速高集積のデバイスを積層させたデバイスを実現させるという効果がある。   According to the present invention, a silicon oxide film having a width of 1 μm or more and a deep groove of 1 μm or more is formed, and a silicon oxide film is buried in the groove so that isolation with a breakdown voltage of 500 V or more can be achieved even on a substrate having crystal defects. It was realized. Accordingly, there is an effect that it is possible to mount the power device on the same substrate as the existing device that operates at high speed by the shallow trench isolation. Further, by filling a cavity from which silicon surrounded by a thick isolation material was removed with metal, a through-substrate electrode that prevented diffusion of metal contamination was formed, which enabled the lamination of the substrate. This makes it possible to supply wiring from the power source through the substrate, and to realize a power supply that also serves as a heat sink, and a device in which a high-power device and a high-speed highly integrated device are stacked. .

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて、詳細に説明する。
なお、本実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、本実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
Note that the constituent elements in the present embodiment can be appropriately replaced with existing constituent elements, and various variations including combinations with other existing constituent elements are possible. Therefore, the description of the present embodiment does not limit the contents of the invention described in the claims.

図1から図4を用いて、本発明の実施形態について、説明する。
金属の移動を阻止するには、例えば、熱酸化膜やCVD酸化膜、CVDシリコン窒化膜で遮蔽することが物性的には有効である。これらを積層して用いる場合を考えると、金属移動を阻止できる一つの材料の厚みを知れば、少なくともその材料で金属移動は阻止できる。シリコン基板にそのような遮蔽構造をつくるとき、材料の物理的性質からではなく、ボイド欠陥COPのある表面に阻止材料を形成したときの材料の欠陥の少なさで、阻止能力は決まる。
The embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In order to prevent the movement of metal, for example, it is effective in terms of physical properties to shield it with a thermal oxide film, a CVD oxide film, or a CVD silicon nitride film. Considering the case where these are laminated, if the thickness of one material capable of preventing metal movement is known, at least the material can prevent metal movement. When such a shielding structure is formed on a silicon substrate, the blocking ability is determined not by the physical properties of the material but by the small number of defects in the material when the blocking material is formed on the surface having the void defect COP.

熱酸化膜を作ったときの欠陥ができる確率を知るために、COPのあるシリコン基板を酸化して厚みと欠陥率の関係を求めることで最低でも必要な厚みを求める実験をした。   In order to know the probability of defects when forming a thermal oxide film, an experiment was conducted to obtain the minimum required thickness by oxidizing the silicon substrate with COP and determining the relationship between the thickness and the defect rate.

図1に、その実験に用い資料の断面を示す。
図1(A)は、COPを含むシリコン基板の断面の模式図である。さまざまの大きさのボイド欠陥COPが存在している。300mmウエハのとき表面に現れる0.2um以上の大きさのCOPは数個から数十個である。小さなものは、もっと数は多く0.09umまたは0.06umまで計測可能になっている。
FIG. 1 shows a cross section of the material used for the experiment.
FIG. 1A is a schematic view of a cross section of a silicon substrate including COP. Void defect COPs of various sizes exist. There are several to several tens of COPs having a size of 0.2 μm or more appearing on the surface of a 300 mm wafer. The smaller ones can be measured up to 0.09 um or 0.06 um.

基板として、p型10Ωcmの300mmシリコンウエハを用い、7nmの厚みの熱酸化膜を形成して、その上にドープした150nmの厚みのポリシリコン電極を10mm□に形成した。それの断面の模式図を図1(B)に示す。   A p-type 10 Ωcm 300 mm silicon wafer was used as a substrate, a 7 nm thick thermal oxide film was formed, and a doped 150 nm thick polysilicon electrode was formed on 10 mm □. A schematic view of the cross section is shown in FIG.

ポリシリコンは被覆率100%の材料なのでCOPによるボイドがあると、ポリシリコンはCOPの中にまで入り、先端の鋭い電極を形成する。これができると、ポリシリコンにかかった電圧で基板は短絡する。電圧電流特性から短絡するチップの割合を調べると、85%以上が短絡した。   Since polysilicon is a material with a coverage of 100%, if there is a void due to COP, the polysilicon will enter the COP and form an electrode with a sharp tip. When this is done, the substrate is shorted by the voltage across the polysilicon. When the ratio of chips short-circuited was examined from the voltage-current characteristics, 85% or more were short-circuited.

熱酸化膜を厚くするに従い、短絡チップの割合は減った。1umの厚みにすると、500Vの電圧印加で短絡チップはなかった。従って、少なくとも1um以上の厚みの熱酸化膜は孔のない膜であるのが分かった。   As the thickness of the thermal oxide film increased, the proportion of short-circuited chips decreased. When the thickness was 1 μm, there was no short-circuit chip when a voltage of 500 V was applied. Therefore, it was found that a thermal oxide film having a thickness of at least 1 μm or more is a film without pores.

また、厚さ0.6umの熱酸化膜にTEOSとオゾンから成長させたCVD酸化膜1umの積層構造でも短絡チップはなかった。   Further, there was no short-circuit chip even in a laminated structure of a CVD oxide film 1 um grown from TEOS and ozone on a 0.6 um thick thermal oxide film.

また、熱酸化膜0・5umにジクロロシラン(SiH2Cl2)とアンモニア(NH3)から成長させた0.3um減圧CVDシリコン窒化膜、TEOSとオゾンから成長させた酸化膜1umの3層の積層でも短絡チップはなかった。   In addition, a short-circuit chip is also formed by laminating three layers of 0.3 μm low pressure CVD silicon nitride film grown from dichlorosilane (SiH 2 Cl 2) and ammonia (NH 3) on the thermal oxide film 0.5 μm, and 1 μm oxide film grown from TEOS and ozone. There was no.

少なくとも、以上の構造は、金属の通過する孔のない構造を与えると考え、これを金属移動の阻止構造とした。そのモデルを図2に示す。これは、デバイスの作製される活性層に金属が侵入するのを阻止するモデルである。   At least the above structure is considered to give a structure without a hole through which the metal passes, and this is used as a metal movement blocking structure. The model is shown in FIG. This is a model that prevents metal from entering the active layer in which the device is fabricated.

少なくとも、1um以上の幅で、1um以上に深い溝を作り、これに絶縁体としての酸化物を充填するアイソレイションを作製した。これを以後DTI(Deep Trench Isolation
)と呼ぶことにする。この基本構造を図3に示す。
At least a width of 1 μm or more and a deep groove of 1 μm or more were formed, and an isolation filled with an oxide as an insulator was manufactured. This will be referred to as DTI (Deep Trench Isolation).
). This basic structure is shown in FIG.

ここで、図3(A)は平面図、(B)はそのX1X1の断面図である。
シリコン基板100は、直径300mmの10Ωcmのp型ウエハである。DTIの作り方は、酸化膜をマスクとしてシリコン基板101を深さDが例えば50umの深さまでRIEでエッチングして、マスク上の設計幅W=5umの溝(これをトレンチという)を形成する。内側にはマスク上のシリコン島107の一辺I=50um四方のシリコン島107が分離されて形成される。
Here, FIG. 3A is a plan view, and FIG. 3B is a cross-sectional view of X1X1.
The silicon substrate 100 is a 10 Ωcm p-type wafer having a diameter of 300 mm. The DTI is made by etching the silicon substrate 101 by RIE to a depth D of, for example, 50 μm using the oxide film as a mask to form a groove (called a trench) having a design width W = 5 μm on the mask. Inside the silicon island 107 on the mask, one side I = 50 μm square silicon island 107 is formed separately.

溝のエッチングマスクとしての酸化膜をウエット洗浄で除去してパッド酸化膜500nmを成長させる。減圧CVD装置を用いジクロロシラン(SiH2Cl2)とアンモニア(NH3)ガスを窒素のキャリアーガスで導き、820℃で反応させて、シリコン窒化膜300nmをその上に成長させ、2層の絶縁膜103を作製する。反応ガスとしてTEOSとオゾン(O3)を用い、酸化シリコンの材料104を成長させて、これを化学機械研磨(CMP)で平坦にする。この工程により、酸化シリコンの絶縁材料で埋められた深さ50umのDTIで囲まれたシリコン島107を持つシリコン基板100が、形成された。   The oxide film as the trench etching mask is removed by wet cleaning to grow a pad oxide film of 500 nm. Using a low pressure CVD apparatus, dichlorosilane (SiH2Cl2) and ammonia (NH3) gas are guided by a nitrogen carrier gas and reacted at 820 ° C. to grow a silicon nitride film of 300 nm thereon to form a two-layer insulating film 103. To do. Using TEOS and ozone (O 3) as reaction gases, a silicon oxide material 104 is grown and flattened by chemical mechanical polishing (CMP). By this step, the silicon substrate 100 having the silicon island 107 surrounded by the DTI having a depth of 50 μm filled with the insulating material of silicon oxide was formed.

図4は、RIEの条件設定でマスクとしての酸化膜が後退するように設定して、開口部を底面より広がるようにしたDTI110の模式的な断面図である。   FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the DTI 110 in which the oxide film as a mask is set to recede in the RIE condition setting so that the opening is widened from the bottom surface.

以上の工程により、深い溝によるアイソレイションDTI(106,110)が形成された。このDTIにより、DTIの内側シリコン島表面105と外側の表面101は絶縁分離される。STIの一般的深さ400nmの100倍以上深いアイソレイションDTIを作製して表面を物理的に分離した。   Through the above steps, isolation DTI (106, 110) by deep grooves was formed. By this DTI, the inner silicon island surface 105 and the outer surface 101 of the DTI are insulated and separated. An isolation DTI that is 100 times deeper than the general depth of 400 nm of STI was fabricated to physically separate the surfaces.

これに、リンを3X1014/cmで、イオン注入して900℃で30分のアニールを行い、n型拡散層1(108)とn型拡散層2(109)の電極を作った。n型拡散層2より電圧を印加して100Vでも電気的に絶縁分離されているのを確認した。 To this, phosphorus was ion-implanted at 3 × 10 14 / cm 2 and annealed at 900 ° C. for 30 minutes to form electrodes of the n-type diffusion layer 1 (108) and the n-type diffusion layer 2 (109). It was confirmed that a voltage was applied from the n-type diffusion layer 2 to electrically insulate and separate even at 100V.

DTIで囲むことによりDTIの外側の基板表面から少なくとも100V以上で絶縁されるシリコン表面領域を同じシリコン基板の上に作ることができた。   By surrounding with DTI, a silicon surface region insulated from the substrate surface outside the DTI by at least 100 V or more could be formed on the same silicon substrate.

DTIには、実用上の変化形がある。平面的な配置の変化例を以下、実施例1、2で示す。また工程の手順の変化例を以下、実施例3、4に示す。チップをダイシングする意味で分離するのにDTIを用いる例を以下、実施例5に示す。   There are practical variations of DTI. Examples of changes in the planar arrangement are shown in Examples 1 and 2 below. Examples of changes in the process procedure are shown in Examples 3 and 4 below. Example 5 in which DTI is used to separate chips in the sense of dicing is shown below in Example 5.

実施例6では、DTIで囲まれた島チップと外側のチップがDTIをまたぐ配線で接続される実施例を示す。貫通電極からの金属汚染をDTIの厚い酸化膜で阻止する構造例を以下、実施例7、8、9、10に示す。また、それら基板のチップを積層した例を、以下、実施例の11、12、13に示す。   In the sixth embodiment, an embodiment is shown in which an island chip surrounded by DTI and an outer chip are connected by a wiring that crosses the DTI. Examples of structures in which metal contamination from the through electrode is blocked by a thick DTI oxide film are shown in Examples 7, 8, 9, and 10 below. In addition, examples of stacking chips of these substrates are shown in Examples 11, 12, and 13 below.

<実施例1>
図5を用いて、DTIの配置例について説明する。
図5に、DTIの1(204)を内包する第2のDTI2(206)を持つウエハの(A)上面図と(B)X2X2の断面を模式的に示す。
DTIの1と2(204、206)の幅Wは、5umで同一とした。DTIの2の深さDは50umである。DTIの1(204)とDTIの2(206)の深さは同じように示したが、実際のエッチッグで仕上がる深さは、厳密には同じでない。DTIの1(204)が作るシリコン島1(205)とDTIの2(206)が作るシリコン島2(207)はDTIの1(204)で分離されている。DTIの2(206)が作るシリコン島2(207)と隣のシリコン島208は分離されている。
<Example 1>
An example of DTI arrangement will be described with reference to FIG.
FIG. 5 schematically shows a top view of a wafer having a second DTI 2 (206) containing DTI 1 (204) and a cross section of (B) X2X2.
The width W of DTI 1 and 2 (204, 206) was 5 um and the same. The depth D of 2 of DTI is 50 um. Although the depths of DTI 1 (204) and DTI 2 (206) are shown in the same way, the depths obtained by actual etching are not exactly the same. Silicon island 1 (205) made by DTI 1 (204) and silicon island 2 (207) made by DTI 2 (206) are separated by DTI 1 (204). Silicon island 2 (207) created by DTI 2 (206) is separated from adjacent silicon island 208.

<実施例2>
図6を用いて、DTIの配置例について説明する。
図6に、DTIを密集させ配置した実施例を模式的に示す。ここで、DTI304の幅wは5umで、シリコン島305の一辺Iは5umである。また、深さDは50umである。DTIと隣のDTIの間隔も5umである。X3X4断面にあるDTI(301、302、303、304)同士は、シリコン表面307で分離され、DTI内部のシリコン島も互いに分離されている。DTIは垂直にエッチングされているように描いたが、傾斜をつけることはRIEの装置設定で自由に調整できる。
<Example 2>
An example of DTI arrangement will be described with reference to FIG.
FIG. 6 schematically shows an embodiment in which DTIs are densely arranged. Here, the width w of the DTI 304 is 5 μm, and the side I of the silicon island 305 is 5 μm. The depth D is 50 um. The interval between the DTI and the adjacent DTI is also 5 um. The DTIs (301, 302, 303, 304) in the X3X4 cross section are separated by the silicon surface 307, and the silicon islands inside the DTI are also separated from each other. Although the DTI is drawn as if it was etched vertically, the inclination can be freely adjusted by the RIE apparatus setting.

<実施例3>
図7および図8を用いて、DTIを作製してからSTIを作成する工程手順について説明する。
STI作製前にDTIを作製する実施例を模式的に図7および図8に示す。図7(A)は、DTI(404、406)を作製したウエハ表面の平面図であり、図7(B)は、X4X4の断面の模式図である。図に示すように、DTIの1(404)が複数配置されて、それらを取り巻くようにDTIの2(406)が配置されている例である。DTIの1(404)で囲まれたシリコン島1(405)は、他の相当するシリコン島と分離されている。ここで、DTIの2(406)の深さDは50umとした。DTIの深さは同じ深さで描いているが、厳密には同じには仕上がらない。
<Example 3>
A process procedure for creating an STI after producing a DTI will be described with reference to FIGS.
An example in which a DTI is manufactured before STI is manufactured is schematically shown in FIGS. FIG. 7A is a plan view of the wafer surface on which the DTI (404, 406) is manufactured, and FIG. 7B is a schematic view of a cross section of X4X4. As shown in the drawing, a plurality of DTI 1s (404) are arranged, and a DTI 2 (406) is arranged so as to surround them. Silicon island 1 (405) surrounded by DTI 1 (404) is isolated from other corresponding silicon islands. Here, the depth D of DTI 2 (406) was 50 μm. Although the DTI is drawn at the same depth, it is not exactly the same.

このあと、シリコン酸化を50nm行い、それにSTI408のレジストパターンを露光工程で転写し、酸化膜をエッチングする。続いて、シリコン基板のエッチングを0.4umの深さまで行い、レジストアッシングを行う。洗浄のあと、高密度プラズマCVDでシリコン酸化膜を埋め込み、その表面をCMPで平坦に研磨して、活性領域のシリコンを露出させる。工程後の表面を図8(A)に模式的に示す。そのX5X5断面を模式的に図8(B)に示す。図に示すように、STI408がシリコン島2(407)の中に作製された。ただし、STI405の深さは誇張して深く描いてある。   Thereafter, silicon oxidation is performed at 50 nm, and a resist pattern of STI 408 is transferred thereto in an exposure process, and the oxide film is etched. Subsequently, the silicon substrate is etched to a depth of 0.4 μm and resist ashing is performed. After cleaning, a silicon oxide film is embedded by high-density plasma CVD, and the surface is polished flat by CMP to expose silicon in the active region. The surface after the process is schematically shown in FIG. The X5X5 cross section is schematically shown in FIG. As shown, STI 408 was fabricated in silicon island 2 (407). However, the depth of the STI 405 is exaggerated and drawn.

<実施例4>
図9から図11を用いて、STIを作製してから、DTIを作成する工程手順について説明する。
図9に、STI508を作製した基板の表面を模式的に示す。図9(B)は、X5X5の断面を模式的に示す。ここでは、シリコン基板表面酸化を50nm行い、それにSTI508のレジストパターンを露光工程で転写し、酸化膜をエッチングする。続いて、シリコン基板のエッチングを0.4umの深さまで行い、レジストアッシングを行う。洗浄のあと、高密度プラズマCVDでシリコン酸化膜を埋め込み、その表面をCMPで平坦に研磨して、活性領域のシリコンを露出させる。図に示すように、STI508がシリコン表面500に作製された。ただし、STI508の深さは誇張して深く描いてある。
<Example 4>
A process procedure for creating a DTI after producing an STI will be described with reference to FIGS.
FIG. 9 schematically shows the surface of the substrate on which the STI 508 is manufactured. FIG. 9B schematically shows a cross section of X5X5. Here, the surface of the silicon substrate is oxidized by 50 nm, and the resist pattern of STI 508 is transferred thereto in the exposure process, and the oxide film is etched. Subsequently, the silicon substrate is etched to a depth of 0.4 μm and resist ashing is performed. After cleaning, a silicon oxide film is embedded by high-density plasma CVD, and the surface is polished flat by CMP to expose silicon in the active region. As shown, STI 508 was fabricated on silicon surface 500. However, the depth of the STI 508 is exaggerated and drawn.

この後、表面を再び酸化して50nmの厚みの酸化膜502を形成して、その上に減圧の化学気相成長法で、シリコン窒化膜503を100nmに成長させる。それに、DTI506のパターンのレジストパターン504を露光工程で転写し、シリコン窒化膜503と酸化膜502をエッチングする。続いて、シリコン基板501のエッチングを50umの深さまで行う。この実施例では、RIEのエッチッグ条件を選んで、開口部が底面より広くなるようにエッチングした例を示す。ここまで様子を図10(A)に模式的に示す。レジストアッシングと洗浄のあと、再び溝内面を100nmの厚みに酸化して、酸化膜507を形成する。LOCOSのときと同じ理由で、シリコン窒化膜はエッジで持ち上げられて小さなバーズビークができるが、ここでは、図示しない。ここまでの様子を図10(B)に模式的に示す。   Thereafter, the surface is oxidized again to form an oxide film 502 having a thickness of 50 nm, and a silicon nitride film 503 is grown to 100 nm thereon by a chemical vapor deposition method under reduced pressure. Further, a resist pattern 504 having a pattern of DTI 506 is transferred in an exposure process, and the silicon nitride film 503 and the oxide film 502 are etched. Subsequently, the silicon substrate 501 is etched to a depth of 50 μm. In this embodiment, an example is shown in which RIE etching conditions are selected and etching is performed so that the opening is wider than the bottom surface. The state up to here is schematically shown in FIG. After resist ashing and cleaning, the inner surface of the groove is again oxidized to a thickness of 100 nm to form an oxide film 507. For the same reason as in LOCOS, the silicon nitride film is lifted at the edge to form a small bird's beak, which is not shown here. The state up to here is schematically shown in FIG.

溝の中に、TEOSとオゾンから成長させた酸化シリコン酸化509を埋め込む。この断面を模式的に図11(C)に示す。酸化膜502を残して、その表面をCMPで平坦に研磨し、洗浄でシリコン酸化膜502を除去して、活性領域のシリコン表面500を露出させる。この断面を模式的に図11(D)に示す。   In the trench, silicon oxide 509 grown from TEOS and ozone is buried. This cross section is schematically shown in FIG. The surface of the oxide film 502 is left flat by CMP, and the silicon oxide film 502 is removed by cleaning to expose the silicon surface 500 in the active region. This cross section is schematically shown in FIG.

<実施例5>
図12および図13を用いて、ダイシング位置にDTIを配置してチップ分離する工程例について説明する。
チップのダイシング予定位置にDTI606を配置して、そのDTIの内部領域にSTIのアイソレイションを作製した配置の実施例を模式的に図12に示す。
<Example 5>
With reference to FIGS. 12 and 13, a description will be given of a process example in which a DTI is arranged at a dicing position and chip separation is performed.
FIG. 12 schematically shows an example of the arrangement in which the DTI 606 is arranged at the dicing planned position of the chip and the STI isolation is produced in the internal region of the DTI.

図12(A)は平面配置図であり、図12(B)はX6X6の断面の模式図である。図に示すように、縦分離位置609と横分離位置610とにDTI606は配置される。そして、STI608がDTIで囲まれたシリコン島607に作られている。   FIG. 12A is a plan view, and FIG. 12B is a schematic diagram of a cross section of X6 × 6. As shown in the figure, the DTI 606 is arranged at the vertical separation position 609 and the horizontal separation position 610. An STI 608 is formed on a silicon island 607 surrounded by DTI.

図13(C)にシリコン島607の上にデバイスの製造された層611を示す。DTIは、デバイスチップの分離位置609にあり、デバイスチップ1(612)とデバイスチップ2(613)とは、アイソレイションされている。デバイスの層611は、分離位置でレジストをマスクにして基板に到達するまでエッチングし、その溝の底は、DTIの上に来る。ただ一般には、この位置に膜が残らないように工程が設計できるので、レジストマスクの工程は不要に出来る。   FIG. 13C shows a fabricated layer 611 of the device on the silicon island 607. The DTI is at the device chip separation position 609, and the device chip 1 (612) and the device chip 2 (613) are isolated. The device layer 611 is etched until it reaches the substrate using the resist as a mask at the isolation location, and the bottom of the trench is on top of the DTI. However, in general, since the process can be designed so that no film remains at this position, the resist mask process can be made unnecessary.

チップの信頼性を高めるために、保護膜614でチップ表面を覆う。保護膜614としては、プラズマCVDのシリコン窒化膜を500nmの厚みで用いた。   In order to improve the reliability of the chip, the surface of the chip is covered with a protective film 614. As the protective film 614, a silicon nitride film of plasma CVD was used with a thickness of 500 nm.

シリコン基板601の表面をサポート板に貼り付けて、裏面からDTIの底の酸化膜が露出するまで、シリコン基板615を研磨する。DTI内部の酸化膜をHFの洗浄液で除去すると、チップ612と613は分離される。酸化膜は完全に除去できなくても、薄いので割れて分離できる。   The surface of the silicon substrate 601 is attached to the support plate, and the silicon substrate 615 is polished until the oxide film at the bottom of the DTI is exposed from the back surface. When the oxide film inside the DTI is removed with the HF cleaning solution, the chips 612 and 613 are separated. Even if the oxide film cannot be completely removed, it can be broken and separated.

<実施例6>
図14および図15を用いて、DTIの内と外のデバイスが配線で接続されたデバイスについて説明する。
DTIの内と外のデバイスが配線で接続されたデバイスチップ700の実施例を模式的に図14に示す。図14(A)は、DTIをまたぐ予定の配線をDTIが作製された基板の上に模式的に描いた斜視図である。表面は、DTI(706)作られたエピタキシャル層701が見えている。STI708がこの後の工程で作られ、CMOSの工程が進められデバイスが作製される。また、図に示すように、DTI(706)に囲まれてシリコン島709がある。配線工程が進められと、DTIをまたいだ配線1と配線2(714)とが作られる。
<Example 6>
A device in which devices inside and outside the DTI are connected by wiring will be described with reference to FIGS. 14 and 15.
FIG. 14 schematically shows an embodiment of a device chip 700 in which devices inside and outside the DTI are connected by wiring. FIG. 14A is a perspective view schematically illustrating wirings that straddle a DTI on a substrate on which the DTI is manufactured. On the surface, an epitaxial layer 701 made of DTI (706) is visible. The STI 708 is formed in the subsequent process, and the CMOS process is advanced to manufacture a device. Also, as shown in the figure, there is a silicon island 709 surrounded by DTI (706). As the wiring process proceeds, wiring 1 and wiring 2 (714) straddling the DTI are created.

次に、デバイス作製工程が進んだ断面の例を図14(B)に示す。厚み3umのエピタキシャル層701が高濃度p型(P++)シリコン基板702の上に作られる。DTI706を前述と同様に、深さ50umで作製する。深さD=50umであるのでDTIは3umのエピタキシャル層を横切り、p++基板に深く入る。なお、図では、全体を見えるように描いているために、図の相対寸法は実際とは異なる。 Next, FIG. 14B illustrates an example of a cross section through which the device manufacturing process has proceeded. An epitaxial layer 701 having a thickness of 3 μm is formed on a high concentration p-type (P ++ ) silicon substrate 702. The DTI 706 is manufactured at a depth of 50 μm as described above. Since the depth D = 50 μm, the DTI crosses the 3 μm epitaxial layer and goes deep into the p ++ substrate. In addition, in the figure, since it has drawn so that the whole may be seen, the relative dimension of a figure differs from actual.

このあと、前述の方法によりSTI708を作製する。一般のCMOS工程に従い、2回マスクの方法で、nウエル704とpウエル705とを作製する。シリコン島709のトランジスタ718とDTIの外側のチップのトランジスタ717とは、異なる電源電圧で動作する設計があるため、異なる深さのウエルを作る必要がある。   Thereafter, the STI 708 is manufactured by the method described above. In accordance with a general CMOS process, an n-well 704 and a p-well 705 are formed by a masking method twice. Since the transistor 718 on the silicon island 709 and the transistor 717 on the chip outside the DTI are designed to operate with different power supply voltages, it is necessary to create wells with different depths.

このために、CMOSウエル形成の工程は、この場合、シリコン島709の深いウエル(704、705)とDTIの外の領域の浅いウエル(719、720)形成を全体で、2回行う。続いて、ゲート酸化膜の工程を行い、トランジスタゲート711を作製する。ゲート材料は、ドープポリシリコンとタングステンとの2層の積層構造である。   For this reason, in this case, the CMOS well formation step is performed twice in total for forming the deep wells (704, 705) of the silicon island 709 and the shallow wells (719, 720) in the region outside the DTI. Subsequently, a gate oxide film process is performed to manufacture a transistor gate 711. The gate material has a two-layer structure of doped polysilicon and tungsten.

ゲート電極パターンをマスクに、ソースドレインの拡散層をセルフアラインで形成する。なお、シリサイド形成工程を設計によっては間に入れることは自由である。   A source / drain diffusion layer is formed by self-alignment using the gate electrode pattern as a mask. It should be noted that the silicide formation process can be freely inserted depending on the design.

層間膜710を形成し、CMPで平坦化を行い、コンタクト孔712を作製する。TiNバリアー膜スパッタリング後、CVDタングステンで孔を埋めて、表面をCMPで平坦にする。   An interlayer film 710 is formed and planarized by CMP to form a contact hole 712. After sputtering the TiN barrier film, the hole is filled with CVD tungsten and the surface is flattened by CMP.

再び、その上に、層間膜716を形成し、配線パターンの溝を作製する。TiNバリアー膜とCuシードとをスパッタリング法で成長させた後、めっきCuで溝を埋める。CMPで平坦に仕上げて、配線が作製される。   Again, an interlayer film 716 is formed thereon, and a wiring pattern groove is formed. After the TiN barrier film and Cu seed are grown by the sputtering method, the groove is filled with plating Cu. A wiring is produced by flattening by CMP.

以上の工程により、DTIをまたいだ配線714と、シリコン島内配線713とが同時にできる。それぞれの配線ができることを示すために、これらが同一の層にあるように例示したが、デバイス設計に依存して配置は決められる。   Through the above steps, the wiring 714 straddling the DTI and the wiring 713 within the silicon island can be simultaneously performed. In order to show that the respective wirings can be formed, they are illustrated as being in the same layer, but the arrangement is determined depending on the device design.

図15(C)に、基板裏面を研磨して、DTI706によりシリコン島の基板709とチップを絶縁させた構造例を示す。なお、図では、研磨除去された基板715を破線で示した。シリコン島709の基板の電位は、デバイスの配線層からの接続で与えられる。従って、横方向に絶縁分離された同一層内の絶縁分離基板が提供できる。   FIG. 15C shows a structural example in which the back surface of the substrate is polished and the silicon island substrate 709 is insulated from the chip by the DTI 706. In the figure, the substrate 715 that has been polished and removed is indicated by a broken line. The potential of the substrate of the silicon island 709 is given by connection from the wiring layer of the device. Accordingly, it is possible to provide an insulating separation substrate in the same layer that is insulated and separated in the lateral direction.

<実施例7>
図16から図21を用いて、DTIによる貫通ビアについて説明する。
図16に、STI808とDTI806とを共存させて、STIで、素子分離されたトランジスタ811とDTI806とで囲まれた拡散層809があり、それらの上に、配線構造が形成されて、DTI806の上層には、フロントバンプ827を形成した構造を示す。DTI806のパターンは、幅Wが10umで、島の一辺Iは、50umであり、図に示すように、上に開いた構造を採用した。拡散層809と接続するコンタクト電極813はTiN膜をバリアーとしてタングステンをCVDで成長させて表面をCMPで研磨して平坦にした。
<Example 7>
A through via by DTI will be described with reference to FIGS.
In FIG. 16, there is a diffusion layer 809 surrounded by a transistor 811 and a DTI 806 separated by STI by coexisting an STI 808 and a DTI 806, and a wiring structure is formed on them to form an upper layer of the DTI 806. Shows a structure in which a front bump 827 is formed. The pattern of DTI 806 has a width W of 10 μm and an island side I of 50 μm. As shown in FIG. The contact electrode 813 connected to the diffusion layer 809 is made flat by growing tungsten by CVD using the TiN film as a barrier and polishing the surface by CMP.

その上に、層間膜815を成長させて、配線M1(818)の溝を形成し、バリアーメタル821をつけて、めっきCuで溝を埋めて、CMPで研磨して、配線M1(818)を形成する。   An interlayer film 815 is grown thereon to form a groove for the wiring M1 (818), a barrier metal 821 is attached, the groove is filled with plating Cu, and polishing is performed by CMP to form the wiring M1 (818). Form.

そして、再度、層間膜816を成長させ、接続孔819を形成して、バリアーメタル822とめっきCuで孔を埋める。   Then, an interlayer film 816 is grown again, a connection hole 819 is formed, and the hole is filled with a barrier metal 822 and plating Cu.

また、再度、層間膜817を成長させて、配線M2の溝を形成し、バリアーメタル823とめっきCuとで溝を埋めて、CMPで研磨して、配線M2(820)を形成する。次に、酸化膜の保護膜824をつけて、バンプ孔を開けて、Ni/Alの積層グルーメタル1(826)を成長させて、これをバンプパターンにエッチングして、この上に通常の鉛錫のハンダバンプをつける。これをリフローして、丸いフロントバンプ827を形成する。この工程によりDTIをもったシリコン基板の上に、配線とバンプを形成したデバイスが製造される。以上は簡単な工程を示した。信頼性など製造の安定を求めるときは、絶縁膜と孔明け工程を追加することもある。   Further, the interlayer film 817 is grown again to form a groove of the wiring M2, and the groove is filled with the barrier metal 823 and the plating Cu and polished by CMP to form the wiring M2 (820). Next, a protective film 824 of an oxide film is attached, a bump hole is opened, a Ni / Al laminated glue metal 1 (826) is grown, this is etched into a bump pattern, and a normal lead is formed thereon. Apply tin solder bumps. This is reflowed to form a round front bump 827. By this process, a device in which wiring and bumps are formed on a silicon substrate having DTI is manufactured. The above shows a simple process. When manufacturing stability such as reliability is required, an insulating film and a drilling process may be added.

なお、配線の層の数は2層の例を示したが、任意に設計できる。これにDTIを用いた貫通ビアを裏面電極として作製する工程を図17に示す。図17(A)は、サポート板929への接着剤928によるシリコン基板901の表面接着と、裏面研磨および化学機械研磨(以下CMPと呼ぶ)で平坦にしたところまでを示す。図中、研磨除去されたシリコン基板902が点線で示されている。また、残された基板の厚みはDTIの深さ50umである。   In addition, although the number of wiring layers has shown the example of two layers, it can design arbitrarily. FIG. 17 shows a process of manufacturing a through via using DTI as a back electrode. FIG. 17A shows the surface adhesion of the silicon substrate 901 with the adhesive 928 to the support plate 929 and the state where the surface is flattened by back surface polishing and chemical mechanical polishing (hereinafter referred to as CMP). In the figure, the polished silicon substrate 902 is indicated by a dotted line. Further, the remaining substrate has a DTI depth of 50 μm.

図18(B)は、貫通ビアパターンの転写露光とシリコン基板901のエッチングまでの工程を示す。裏面貫通電極パターンは、DTI906の上にパターン端をもつ孔パターンであり、SF6のガスで、裏面のシリコンをエッチ除去する。そして、既に、形成されたコンタクト電極913の底まで到達させる。   FIG. 18B shows a process from the transfer exposure of the through via pattern to the etching of the silicon substrate 901. The back surface through electrode pattern is a hole pattern having a pattern end on the DTI 906, and silicon on the back surface is removed by etching with SF6 gas. Then, it reaches the bottom of the contact electrode 913 already formed.

図19(C)は、レジストの剥離が終了したところまでを示す。図20(D)はTiNのバリアーメタル931をつけて、20umの厚みのめっきCu932と、ニッケルのグルーメタル2(933)とをつけたところまでを示す。   FIG. 19C shows up to the point where the resist has been removed. FIG. 20D shows a state where a TiN barrier metal 931 is attached, and a plating Cu 932 having a thickness of 20 μm and a nickel glue metal 2 (933) are attached.

図21(E)は、CMPによる裏面のCuの平坦化除去までを示す。DTI906で囲まれたDTI貫通ビア裏面電極935が出来上がる。裏面電極は、めっきCuの厚みに依存して凹状の形状を呈する。裏面からプローブの針を当てると、電極は、DTIに囲まれているため、基板に対して500V以上の絶縁特性を示した。   FIG. 21E shows the process up to planarization removal of Cu on the back surface by CMP. A DTI through-via back surface electrode 935 surrounded by DTI 906 is completed. The back electrode has a concave shape depending on the thickness of the plated Cu. When the probe needle was applied from the back side, the electrode was surrounded by DTI, and thus showed an insulation characteristic of 500 V or more with respect to the substrate.

<実施例8>
図22を用いて、集合DTI貫通ビアについて説明する。
図22は、DTI貫通ビアを集合させた構造の断面模式図を示す。一つのDTI1006の幅Wは5um、島の辺の長さIは10um、DTI同士のスペースは、5umとした。実施例7と同様の工程で、DTI貫通ビアを作製し、集合DTI貫通ビア1035を作製した。
<Example 8>
The collective DTI through via will be described with reference to FIG.
FIG. 22 is a schematic cross-sectional view of a structure in which DTI through vias are assembled. One DTI 1006 has a width W of 5 μm, an island side length I of 10 μm, and a space between the DTIs of 5 μm. In the same process as in Example 7, a DTI through via was manufactured, and an aggregate DTI through via 1035 was manufactured.

<実施例9>
図23を用いて、DTIで絶縁分離された島チップとDTI貫通ビアをもつデバイスチップについて説明する。
チップをDTIの底がでるまで、CMPで研磨した例を図23に示す。ここで、図23(A)はチップの裏面からみた平面図である。また、同図(B)はそのX11X11の断面図である。図に示すように、幅W5umのDTI(1106)に囲まれたシリコン島チップ2(1102)が、チップ1(1101)の中に作られており、チップ2は、チップ1からDTI1106で絶縁分離されている。絶縁耐圧は500V以上である。
<Example 9>
A device chip having an island chip isolated by DTI and a DTI through via will be described with reference to FIG.
FIG. 23 shows an example in which the chip is polished by CMP until the bottom of the DTI comes out. Here, FIG. 23A is a plan view seen from the back surface of the chip. FIG. 5B is a cross-sectional view of X11X11. As shown in the figure, a silicon island chip 2 (1102) surrounded by a DTI (1106) having a width of W5um is formed in the chip 1 (1101), and the chip 2 is isolated from the chip 1 by the DTI 1106. Has been. The withstand voltage is 500V or more.

チップ2には、大電力をスイッチングできる400V耐圧のMOSトランジスタ1111が備えら、共通のドレイン1112に接続されている。ドレインに集められた電流は、マルチコンタクト孔1113を通して、DTI(1107)でチップ2から絶縁された貫通ビア裏面電極1135に接続され、ここから電力が供給される。チップ1には、制御のための24V動作のトランジスタが、配置されていて、大電力MOSトランジスタのゲートと接続されている。DTI貫通ビアはヒートシンクとつながり、冷却の役目も担う。   The chip 2 includes a MOS transistor 1111 having a withstand voltage of 400 V capable of switching a large power, and is connected to a common drain 1112. The current collected in the drain is connected to the through via back electrode 1135 insulated from the chip 2 by the DTI (1107) through the multi-contact hole 1113, and power is supplied from this. In the chip 1, a 24V operation transistor for control is arranged and connected to the gate of the high power MOS transistor. The DTI through via is connected to the heat sink and also plays a role of cooling.

<実施例10>
図24を用いて、DTIで囲まれた集合DTI貫通ビアの構造を持つデバイスチップについて説明する。
図24に、DTIで作製した集合貫通ビア電極の外に、さらに、それらを囲むDTIを持つデバイスチップの断面模式図を示す。一つのDTI(1206)の幅Wは5um、島の辺Iは10um、DTI同士のスペースは5umとした。実施例7と同様の工程で、DTI貫通ビアを作製し、集合DTI貫通ビア1235を作製した。それらを囲むDTI1207の幅Wは10umで、島の一辺Iは集合貫通ビアから5umのスペースを空けた。集合DTI貫通ビアは同数のコンタクト孔と配線ビアで接続されて、一個の鉛錫ハンダで形成したフロントバンプ1227に接続されている。
<Example 10>
A device chip having a structure of a set DTI through via surrounded by DTI will be described with reference to FIG.
FIG. 24 is a schematic cross-sectional view of a device chip having a DTI that surrounds them in addition to the collective through via electrodes fabricated by DTI. The width W of one DTI (1206) was 5 μm, the side I of the island was 10 μm, and the space between the DTIs was 5 μm. In the same process as in Example 7, a DTI through via was manufactured, and an aggregate DTI through via 1235 was manufactured. The width W of the DTI 1207 surrounding them was 10 μm, and one side I of the island was spaced 5 μm from the collective through via. The collective DTI through vias are connected by the same number of contact holes and wiring vias, and are connected to a front bump 1227 formed of one lead tin solder.

<実施例11>
図25を用いて、DTI貫通ビアをもつ二つのチップをバンプで接合した例について説明する。
図25には図17から図21に示したDTI貫通ビア電極とその上の鉛錫フロントバンプ同士を接合させ、チップ1(1301)とチップ2(1302)を積層したデバイスの例を示す。チップ2のフロントバンプ1328は、チップ1(1301)のDTI貫通ビア裏面電極1(1335)とレジン1330とを挟んで接続する。DTI貫通電極は、接続されて、かつ、チップ1とチップ2とに対して500V以上の絶縁耐圧を維持する。表面には、フロントバンプ1(1327)が、裏面には、DTI貫通ビア裏面電極2(1336)が現れる。これを繰り返すとさらに積層されたデバイスチップができる。
<Example 11>
An example in which two chips each having a DTI through via are joined by a bump will be described with reference to FIG.
FIG. 25 shows an example of a device in which chip 1 (1301) and chip 2 (1302) are laminated by bonding the DTI through via electrode shown in FIGS. The front bump 1328 of the chip 2 is connected with the DTI through via back electrode 1 (1335) of the chip 1 (1301) and the resin 1330 interposed therebetween. The DTI through electrode is connected and maintains a dielectric breakdown voltage of 500 V or higher with respect to the chip 1 and the chip 2. A front bump 1 (1327) appears on the front surface, and a DTI through via back electrode 2 (1336) appears on the rear surface. By repeating this, a further stacked device chip is formed.

<実施例12>
図26を用いて、集合貫通ビアを持つ2チップをバンプで接合させた例について説明する。
図26に、図22に示したDTI貫通ビア電極と、その上の鉛錫フロントバンプ同士とを接合させ、チップ1(1401)とチップ2(1402)とを積層したデバイスの例を示す。チップ2の集合フロントバンプ1428は、チップ1(1401)の集合DTI貫通ビア裏面電極1(1435)と、レジン1430とを挟んで接続する。DTI貫通電極は、接続されて、かつ、チップ1とチップ2とに対して500V以上の絶縁耐圧を維持する。表面には、集合フロントバンプ1(1427)が、裏面には、集合DTI貫通ビア裏面電極2(1437)が現れる。これを繰り返すとさらに積層されたデバイスチップができる。
<Example 12>
An example in which two chips having collective through vias are joined by bumps will be described with reference to FIG.
FIG. 26 shows an example of a device in which the DTI through via electrode shown in FIG. 22 and the lead tin front bumps on the DTI through via electrode are bonded to each other and chip 1 (1401) and chip 2 (1402) are stacked. The collective front bump 1428 of the chip 2 is connected with the collective DTI through via back electrode 1 (1435) of the chip 1 (1401) and the resin 1430 interposed therebetween. The DTI through electrode is connected and maintains a dielectric breakdown voltage of 500 V or higher with respect to the chip 1 and the chip 2. The collective front bump 1 (1427) appears on the front surface, and the collective DTI through via back electrode 2 (1437) appears on the back surface. By repeating this, a further stacked device chip is formed.

<実施例13>
図27を用いて、フロントバンプの数より貫通ビアの数が多い2チップを接合させた例について説明する。
図27に、図24に示したDTI貫通ビア電極と、その上の鉛錫フロントバンプ同士とを接合させ、チップ1(1501)と、チップ2(1502)とを積層したデバイスの例を示す。チップ2の集合フロントバンプ1528は、チップ1(1501)の集合DTI貫通ビア裏面電極1(1535)とレジン1530とを挟んで接続する。DTI貫通電極は、接続されて、かつ、チップ1とチップ2とに対して500V以上の絶縁耐圧を維持する。表面には、集合フロントバンプ1(1527)が、裏面には、集合DTI貫通ビア裏面電極2(1537)が現れる。これを繰り返すとさらに積層されたデバイスチップができる。
<Example 13>
An example in which two chips having more through vias than front bumps are joined will be described with reference to FIG.
FIG. 27 shows an example of a device in which the DTI through via electrode shown in FIG. 24 and the lead tin front bumps on the DTI through via electrode are bonded to each other and chip 1 (1501) and chip 2 (1502) are stacked. The collective front bump 1528 of the chip 2 is connected with the collective DTI through via back electrode 1 (1535) of the chip 1 (1501) and the resin 1530 interposed therebetween. The DTI through electrode is connected and maintains a dielectric breakdown voltage of 500 V or higher with respect to the chip 1 and the chip 2. The collective front bump 1 (1527) appears on the front surface, and the collective DTI through via back electrode 2 (1537) appears on the back surface. By repeating this, a further stacked device chip is formed.

なお、積層することを基板チップで行う開示を行ったが、工程を効率よくするために基板ウエハ同士を積層して、その後にダイシングすることは、工程の設計として自由にできる。   In addition, although the disclosure that the stacking is performed with the substrate chip has been performed, it is possible to freely stack the substrate wafers and then perform dicing in order to improve the process efficiency.

以上、本実施形態および実施例によれば、シリコン酸化膜を1um以上の幅で1um以上に深い溝を作り、その溝の中にシリコン酸化膜を埋めることで結晶欠陥のある基板でも500V以上に耐圧のあるアイソレイションを実現した。これにより、シャロートレンチアイソレイションで高速で動作する既存デバイスと同一基板に電力デバイスを混載させることが可能となる。また、厚いアイソレイション材料で囲まれたシリコンを除去した空洞にメタルを埋めることで、金属汚染の拡散を防止した基板貫通電極を形成させ、これがこの基板の積層を可能にさせた。これが、電源からの配線を基板貫通で供給することを可能にさせて、ヒートシンクを兼ねた電力給電とそれで動作する大電力デバイスと高速高集積のデバイスを積層させたデバイスを実現させることができる。   As described above, according to the present embodiment and the example, a silicon oxide film having a width of 1 μm or more and a deep groove of 1 μm or more is formed, and the silicon oxide film is buried in the groove, so that even a substrate having crystal defects is 500 V or more. Achieved withstand voltage isolation. Thereby, it becomes possible to mount the power device on the same substrate as the existing device that operates at high speed by the shallow trench isolation. Further, by filling a cavity from which silicon surrounded by a thick isolation material was removed with metal, a through-substrate electrode that prevented diffusion of metal contamination was formed, which enabled the lamination of the substrate. This makes it possible to supply wiring from the power source through the substrate, and to realize a device in which power feeding that also serves as a heat sink, a high-power device that operates therewith, and a high-speed and highly-integrated device are stacked.

本発明により、絶縁材料が埋められた深い溝で囲まれて、100V形成以上に高い電圧でも周りの基板から絶縁分離されたシリコン島の基板を有する構造のシリコン基板が利用できるようになった。これにより、異なる電位、または、電圧領域で動作するデバイスを一つのチップ基板に搭載できるようになった。例えば、電圧領域が100V、1000Vで動作する電力制御デバイスと、高速で制御を行ったり、記憶、計算を実行するデバイスを混載したデバイスチップの製造がこの発明で可能になった。また、自動車の制御、発電と変電システム、1チップで100V電力を直接制御する家庭用の商品、太陽電池で作り出される直流0.6V電力を入力として交流100V電力に変換するインバーターなどのワンチップIC電力変換が可能となる。さらに、発熱の大きい大電力ICをシリコン島の中に作ることにより、DTIの絶縁体が断熱して周りの低電圧ICの動作を安定にする効果もあるので、特に大電力と信号処理の機能を混載させる1チップICの設計に好適である。   According to the present invention, a silicon substrate having a structure of a silicon island substrate surrounded by a deep groove filled with an insulating material and insulated and separated from the surrounding substrate even at a voltage higher than 100 V can be used. As a result, devices operating at different potentials or voltage regions can be mounted on one chip substrate. For example, the present invention makes it possible to manufacture a device chip in which a power control device that operates at a voltage range of 100 V or 1000 V and a device that performs high-speed control, storage, or calculation are mounted together. One-chip ICs such as automobile control, power generation and transformation systems, household products that directly control 100V power with one chip, and inverters that convert 0.6V DC power generated by solar cells into AC 100V power as input Power conversion is possible. In addition, by making a large power IC with large heat generation in the silicon island, the DTI insulator can insulate and stabilize the operation of the surrounding low voltage IC, so the function of high power and signal processing is especially good. Is suitable for the design of a one-chip IC in which is mounted together.

以上、この発明の実施形態につき、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。   The embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to the embodiments, and includes designs and the like that do not depart from the gist of the present invention.

COPによる酸化膜の欠陥の試験試料におけるシリコン基板の断面、熱酸化膜が薄いときのMOS構造および熱酸化膜が十分厚いときのMOS構造を示す図である。It is a figure which shows the MOS structure when the cross section of the silicon substrate in the test sample of the oxide film defect by COP, the thermal oxide film is thin, and the thermal oxide film is sufficiently thick. 深い充填酸化膜で金属汚染をブロックしたモデルの模式図である。It is a schematic diagram of the model which blocked metal contamination with the deep filling oxide film. 絶縁物を埋めた深いトレンチアイソレイション(DTI)をもつシリコン基板の平面図および平面図のX1X1の断面図である。FIG. 6 is a plan view of a silicon substrate having deep trench isolation (DTI) embedded with an insulator and a cross-sectional view taken along X1X1 of the plan view. 開口部が底面よりひろいDTIをもつ基板の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the board | substrate with DTI whose opening part is wider than a bottom face. DTIの1を内包する第2のDTIの2を持つシリコン基板の平面図および平面図のX2X2の断面図である。FIG. 6 is a plan view of a silicon substrate having a second DTI 2 that encloses a DTI 1 and a cross-sectional view taken along X2X2 of the plan view. 二つ以上密集させてDTIを配置したシリコン基板の平面図および平面図のX3X3の断面図である。FIG. 6 is a plan view of a silicon substrate on which two or more DTIs are arranged and a cross-sectional view of X3X3 in the plan view. STI作製の前にDTIを作製したシリコン基板の平面図および平面図のX4X4の断面図である。It is the top view of the silicon substrate which produced DTI before STI production, and sectional drawing of X4X4 of a top view. DTIを作製したあとにSTIを作製したシリコン基板の平面図および平面図のX5X5断面図である。It is the X5X5 sectional view of the top view of a silicon substrate which produced STI after producing DTI, and a top view. DTIの作製工程前にSTIを作製したシリコン基板の平面図および平面図のX5X5の断面図である。FIG. 5A is a plan view of a silicon substrate on which an STI is manufactured before a DTI manufacturing process and a cross-sectional view taken along X5X5 in the plan view. STIを作製した後のDTIの作製工程1のDTIの溝エッチの断面図およびDTIの溝の酸化の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a DTI trench etch and a cross-sectional view of oxidation of a DTI trench in DTI fabrication step 1 after fabrication of an STI. STIを作製した後のDTIの作製工程1のDTIのTEOS−O3酸化シリコンのCVD終了時の断面およびTEOS−O3酸化シリコンをCMPで除去して平坦活性層を作製した断面を示した図である。FIG. 2 is a diagram showing a cross section of a DTI TEOS-O3 silicon oxide at the end of CVD in a DTI manufacturing step 1 after manufacturing an STI and a cross section in which a TEOS-O3 silicon oxide is removed by CMP to form a flat active layer. . チップのダイシング位置にDTIを配置した基板のダイシング位置にDTIを配置したシリコン基板の平面図および平面図のX6X6断面図である。It is the X6X6 sectional view of the top view of a silicon substrate which has arranged DTI in the dicing position of the substrate which arranged DTI in the dicing position of a chip, and a top view. チップのダイシング位置にDTIを配置した基板において裏面研磨された基板のX6X6の断面図およびDTIで分離されたチップを示す図である。It is a figure which shows the chip | tip separated by X6X6 sectional drawing of the board | substrate by which the back surface grinding | polishing was carried out in the board | substrate which has arrange | positioned DTI in the chip | tip dicing position, and DTI. DTIの内側と外側のデバイスが配線で結合されたデバイスチップのDTIをまたぐ予定の配線およびDTI分離のシリコン島を持つデバイスの断面の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the cross section of the device which has the wiring and the DTI isolation | separation silicon island which are going to straddle the DTI of the device chip | tip with which the device inside and outside of DTI was couple | bonded by wiring. DTIの内側と外側のデバイスが配線で結合されたデバイスチップにおいて、DTIの底までシリコン基板裏面を研磨除去したデバイスチップの断面の例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an example of a cross section of a device chip in which a back surface of a silicon substrate is polished and removed to the bottom of the DTI in a device chip in which devices inside and outside the DTI are coupled by wiring. DTIを持つ基板の上にトランジスタと配線を構築しバンプを作製したモデルデバイスの断面模式図である。It is the cross-sectional schematic diagram of the model device which built the transistor and wiring on the board | substrate with DTI, and produced bump. DTIによる貫通ビアの作製工程において、サポート板への表面接着と裏面研磨およびCMPまでの工程を示した図である。It is the figure which showed the process to front plate adhesion | attachment to a support plate, back surface grinding | polishing, and CMP in the production process of the penetration via by DTI. DTIによる貫通ビアの作製工程において、貫通ビアパターンの転写露光とシリコン基板エッチまでの工程を示した図である。It is the figure which showed the process to transcription | transfer exposure of a penetration via pattern, and a silicon substrate etch in the formation process of the penetration via by DTI. DTIによる貫通ビアの作製工程において、レジスト剥離の工程を示した図である。It is the figure which showed the process of resist peeling in the manufacturing process of the penetration via by DTI. DTIによる貫通ビアの作製工程において、Cuめっきとグルーメタル2にまでの工程を示した図である。It is the figure which showed the process to Cu metal plating and glue metal 2 in the formation process of the penetration via by DTI. DTIによる貫通ビアの作製工程において、裏面のCuのCMPまでの工程を示した図である。It is the figure which showed the process to CMP of Cu of a back surface in the manufacturing process of the penetration via by DTI. 集合DTI貫通ビアの構造の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the structure of the aggregate DTI through via. DTIの底まで裏面研磨することで絶縁分離されたチップをもつデバイスチップのチップ裏面およびX11X11の断面模式図を示した図である。It is the figure which showed the cross-sectional schematic diagram of the chip | tip back surface and X11X11 of a device chip which has a chip | tip which was insulated and separated by carrying out back surface grinding | polishing to the bottom of DTI. DTIで囲まれた集合DTI貫通ビアの構造の断面模式図を示した図である。It is the figure which showed the cross-sectional schematic diagram of the structure of the assembly | attachment DTI through-via enclosed by DTI. シングルDTI貫通ビアの2チップをバンプで積層した構造の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the structure which laminated | stacked two chips | tips of the single DTI penetration via by the bump. 集合DTI貫通ビアの2チップをバンプで積層した構造の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the structure which laminated | stacked 2 chip | tips of the assembly | stacking DTI penetration via by the bump. フロントバンプの数より貫通ビアの数が多い2チップを積層した構造の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of a structure in which two chips having more through vias than the number of front bumps are stacked. デバイスのアイソレイション技術の従来例であるV溝アイソレイション、誘電体分離アイソレイション、LOCOS、U溝アイソレイション、STI(Shallow Trench Isolation)を示した図である。It is the figure which showed the V groove isolation, the dielectric material isolation, LOCOS, U groove isolation, and STI (Shallow Trench Isolation) which are the prior art examples of the device isolation technique. STIで分離されたCMOSデバイスの従来例の模式的断面を示した図である。It is the figure which showed the typical cross section of the prior art example of the CMOS device isolate | separated by STI. ガスダイシングで切り溝を作る従来技術の工程を示す図である。It is a figure which shows the process of the prior art which makes a groove by gas dicing. シリコン基板を汚染する金属の移動のモデル図である。It is a model figure of the movement of the metal which contaminates a silicon substrate. 貫通電極に関する従来技術を示す図である。It is a figure which shows the prior art regarding a penetration electrode.

符号の説明Explanation of symbols

100,201,401,501,601,801,901,1001,1101、1
201・・・シリコン基板
101、307・・・DTIの外側表面
103、803、903・・・絶縁膜(シリコン窒化膜/シリコン酸化膜)
104・・・酸化シリコン
105・・・シリコン島の表面
106、301、302、303、304、506、606、706、806、906
、1006、1106、1107、1206、1207、1306、1307、143
6、1506、1507・・・DTI
107、208、602、607・・・シリコン島
108・・・DTIのn型拡散層2
109、809・・・シリコン島のn型拡散層2
110・・・開口部が底より広いDTI
204、404・・・DTIの1
205、305、405・・・シリコン島1
206、406・・・DTIの2
207、407・・・シリコン島2
408、508、608、708、808、908、1008、1108、1108、
1208・・・STI
500・・・シリコン表面
502・・・シリコン酸化膜
503・・・シリコン窒化膜
504・・・ホトレジスト
507・・・熱酸化膜
509・・・TEOSとオゾンから成長させた酸化シリコン
609・・・チップの縦ダイシング位置
610・・・チップの横ダイシング位置
611・・・デバイスの製造された層
612・・・デバイスチップ1
613・・・デバイスチップ2
614・・・保護膜
615・・・研磨されたシリコン基板
700・・・デバイスチップ
701・・・エピタキシャル層
702・・・P++シリコン基板
704・・・nウエル
705・・・pウエル
709・・・DTI内のシリコン島
710、716、814、815、816、817・・・層間膜
711、811、911、1011、1211・・・トランジスタ
712、813、913・・・コンタクト電極
713・・・シリコン島内配線
714・・・DTIをまたいだ配線
715・・・研磨除去された基板
717・・・チップのトランジスタ
718・・・シリコン島のトランジスタ
719・・・浅いnウエル
720・・・浅いpウエル
810・・・ゲート酸化膜
812・・・シリコン窒化膜
818、918・・・配線M1
819、919、1019・・・接続孔
820、920、1020・・・配線M2
821、822、823、921、922、923、1023・・・バリアーメタル
824・・・保護膜
825、925、1025、1225・・・デバイス領域
826、926、1026・・・グルーメタル1
827、927、1027、1227・・・フロントバンプ
902・・・研磨除去されたシリコン基板
928・・・接着剤
929・・・サポート板
930・・・貫通裏面電極のパターンのレジスト
931・・・バリアーメタル
932・・・めっきCu
933・・・グルーメタル2
935、1135・・・DTI貫通ビア裏面電極
1101、1301、1401、1501・・・チップ1
1102、1302、1402、1502・・・チップ2
1035、1235・・・・集合DTI貫通ビアの裏面電極
1112・・・ドレイン
1111・・・大電力トランジスタ
1113・・・マルチコンタクト電極
1327、1527・・・フロントバンプ1
1328、1528・・・フロントバンプ2
1330、1430、1530・・・レジン
1335・・・DTI貫通ビア裏面電極1
1336・・・DTI貫通ビア裏面電極2
1435、1535・・・集合DTI貫通ビアの裏面電極1
1437、1537・・・集合DTI貫通ビアの裏面電極2
1427・・・集合フロントバンプ1
1428・・・集合フロントバンプ2





100, 201, 401, 501, 601, 801, 901, 1001, 1101, 1
201 ... Silicon substrate 101,307 ... DTI outer surface
103, 803, 903 ... Insulating film (silicon nitride film / silicon oxide film)
104 ... Silicon oxide 105 ... Silicon island surface 106, 301, 302, 303, 304, 506, 606, 706, 806, 906
, 1006, 1106, 1107, 1206, 1207, 1306, 1307, 143
6, 1506, 1507 ... DTI
107, 208, 602, 607 ... Silicon island 108 ... DTI n-type diffusion layer 2
109, 809 ... n-type diffusion layer 2 of silicon island
110 ... DTI with opening wider than bottom
204, 404 ... 1 of DTI
205, 305, 405 ... Silicon Island 1
206, 406 ... 2 of DTI
207, 407 ... Silicon Island 2
408, 508, 608, 708, 808, 908, 1008, 1108, 1108,
1208 ... STI
DESCRIPTION OF SYMBOLS 500 ... Silicon surface 502 ... Silicon oxide film 503 ... Silicon nitride film 504 ... Photoresist 507 ... Thermal oxide film 509 ... Silicon oxide grown from TEOS and ozone 609 ... Chip Vertical dicing position 610: Horizontal dicing position of chip 611: Device manufactured layer 612: Device chip 1
613 ... Device chip 2
614: protective film 615 ... polished silicon substrate 700 ... device chip 701 ... epitaxial layer 702 ... P ++ silicon substrate 704 ... n well 705 ... p well 709 ... Silicon island in DTI 710, 716, 814, 815, 816, 817 ... interlayer film 711, 811, 911, 1011, 1211 ... transistor 712, 813, 913 ... contact electrode 713 ... in silicon island Wiring 714 ... Wiring across DTI 715 ... Polished substrate 717 ... Chip transistor 718 ... Silicon island transistor 719 ... Shallow n-well 720 ... Shallow p-well 810 ..Gate oxide film 812 ... Silicon nitride film 818, 918 ... wiring M1
819, 919, 1019 ... connection hole 820, 920, 1020 ... wiring M2
821, 822, 823, 921, 922, 923, 1023 ... barrier metal 824 ... protective film 825, 925, 1025, 1225 ... device region 826, 926, 1026 ... glue metal 1
827, 927, 1027, 1227 ... Front bump 902 ... Polished and removed silicon substrate 928 ... Adhesive 929 ... Support plate 930 ... Pattern resist of penetrating back electrode 931 ... Barrier Metal 932 ... Plating Cu
933 ... Glue metal 2
935, 1135... DTI through via back surface electrode 1101, 1301, 1401, 1501... Chip 1
1102, 1302, 1402, 1502... Chip 2
1035, 1235... Back electrode of aggregate DTI through via 1112... Drain 1111... High power transistor 1113 .. Multi-contact electrode 1327, 1527.
1328, 1528 ... Front bump 2
1330, 1430, 1530 ... Resin 1335 ... DTI through via back electrode 1
1336... DTI through via back electrode 2
1435, 1535... Back electrode 1 of collective DTI through via
1437, 1537 ... Back electrode 2 of collective DTI through via
1427 ... Collective front bump 1
1428 ... Collective front bump 2





Claims (19)

シリコン基板表面にトランジスタデバイスを製造する前に、電気絶縁物を埋め込んだ1um以上の深さで1um以上の幅の溝を作製し、この溝で囲まれた島部が該溝で絶縁分離されているシリコン基板。   Before manufacturing a transistor device on the surface of a silicon substrate, a groove having a depth of 1 μm or more in which an electrical insulator is embedded is formed, and an island surrounded by the groove is insulated and separated by the groove. A silicon substrate. シリコン基板表面にトランジスタデバイスを製造する前に、電気絶縁物を埋め込んだ1um以上の深さで1um以上の幅の溝があり、該溝の深さが0.5um以下のシャロートレンチアイソレイションを囲むことを特徴とする請求項1に記載のシリコン基板。   Before manufacturing the transistor device on the surface of the silicon substrate, there is a groove having a depth of 1 μm or more and a width of 1 μm or more embedded with an electrical insulator, and the groove depth surrounds a shallow trench isolation of 0.5 μm or less. The silicon substrate according to claim 1. 第1のチップと、第2チップとを分離するスクライブラインの平面位置にDTIがあることを特徴とする請求項1に記載のシリコン基板。   2. The silicon substrate according to claim 1, wherein a DTI is provided at a planar position of a scribe line that separates the first chip and the second chip. 前記溝がその内側にさらに、溝を形成していることを特徴とする請求項1に記載のシリコン基板。   The silicon substrate according to claim 1, wherein the groove further forms a groove inside thereof. 深さの違う前記溝を複数もつことを特徴とする請求項1に記載のシリコン基板。   The silicon substrate according to claim 1, wherein a plurality of the grooves having different depths are provided. 前記複数の溝をその1個の外形寸法以下の距離で集合させたことを特徴とする請求項5に記載のシリコン基板。   6. The silicon substrate according to claim 5, wherein the plurality of grooves are gathered at a distance equal to or less than one outer dimension thereof. 基板の口径が300mmであることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載のシリコン基板。   7. The silicon substrate according to claim 1, wherein the diameter of the substrate is 300 mm. 前記溝を作製してからSTIを作製することを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の基板を用いるデバイスの製造方法。   The method for manufacturing a device using a substrate according to claim 1, wherein the STI is manufactured after the groove is formed. 前記請求項1から7のいずれかに記載の基板を用い、前記請求項8に記載の方法で製造したデバイス。   A device manufactured by the method according to claim 8 using the substrate according to any one of claims 1 to 7. 前記請求項1から7いずれかに記載の基板を用いて製造したデバイスにおいて、前記溝をまたぐ配線があることを特徴とするデバイス。   A device manufactured using the substrate according to claim 1, wherein there is a wiring that straddles the groove. 基板裏面を研磨して溝で囲まれる基板内側部と溝の外部基板が電気的に絶縁分離されたことを特徴とするデバイス。   A device characterized in that a substrate inner surface surrounded by a groove and an outer substrate in the groove are electrically insulated and separated by polishing the back surface of the substrate. 前記溝で絶縁分離された内側部のシリコン基板を裏面からエッチ除去してできる空洞にメタル材料を埋め込むことにより基板表面に作製された配線と導通する貫通裏面電極を作製したことを特徴とする請求項11に記載のデバイス。   A through-back electrode that is electrically connected to a wiring formed on the surface of the substrate is manufactured by embedding a metal material in a cavity formed by etching and removing the inner side silicon substrate insulated and isolated by the groove. Item 12. The device according to Item 11. 一個の前記溝の外形より短い距離で集合させた複数の貫通裏面電極を有することを特徴とする請求項12に記載のデバイス。   13. The device according to claim 12, further comprising a plurality of through-back electrodes that are gathered at a distance shorter than the outer shape of the single groove. 請求項13に記載の集合させた複数の貫通裏面電極を囲む溝を有することを特徴とする請求項12または請求項13に記載のデバイス。   14. The device according to claim 12, further comprising a groove surrounding the plurality of assembled through-back electrodes according to claim 13. 基板表面に前記貫通裏面電極と導通するフロントバンプを持つことを特徴とする請求項12から請求項14のいずれかに記載のデバイス。   The device according to any one of claims 12 to 14, further comprising a front bump that is electrically connected to the through-back electrode on the surface of the substrate. 基板表面に前記貫通裏面電極と導通するフロントバンプを持つ請求項12から請求項14のいずれかに記載のデバイスを搭載した基板を積層したデバイス。   The device which laminated | stacked the board | substrate carrying the device in any one of Claim 12-14 which has a front bump electrically connected with the said penetration back electrode on the substrate surface. 基板表面に前記貫通裏面電極と導通するフロントバンプを持つ請求項12から請求項14のいずれかに記載のデバイスにおいて、バンプの数が前記貫通裏面電極の数より少ないことを特徴とするデバイス。   The device according to any one of claims 12 to 14, wherein the device has a front bump on the surface of the substrate that is electrically connected to the through back electrode, and the number of bumps is smaller than the number of the through back electrodes. 前記溝の内側部と外側部とが電気絶縁された同一基板上に第1および第2の基板チップを形成した請求項11に記載のデバイスにおいて、それぞれが前記請求項12および13に記載の前記貫通裏面電極を有することを特徴とするデバイス。   The device according to claim 11, wherein the first and second substrate chips are formed on the same substrate in which the inner portion and the outer portion of the groove are electrically insulated. A device having a through back electrode. 基板裏面に形成した電極で基板表面のデバイスの電気テストを行うことを特徴とするテスト方法。
A test method comprising conducting an electrical test of a device on a substrate surface with an electrode formed on the back surface of the substrate.
JP2008144728A 2008-06-02 2008-06-02 Silicon substrate, method for manufacturing device, device and testing method Pending JP2009295616A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008144728A JP2009295616A (en) 2008-06-02 2008-06-02 Silicon substrate, method for manufacturing device, device and testing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008144728A JP2009295616A (en) 2008-06-02 2008-06-02 Silicon substrate, method for manufacturing device, device and testing method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2009295616A true JP2009295616A (en) 2009-12-17

Family

ID=41543583

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008144728A Pending JP2009295616A (en) 2008-06-02 2008-06-02 Silicon substrate, method for manufacturing device, device and testing method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2009295616A (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011104777A1 (en) * 2010-02-23 2011-09-01 パナソニック株式会社 Semiconductor device and production method thereof
WO2011115041A1 (en) * 2010-03-17 2011-09-22 東京エレクトロン株式会社 Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device
WO2012034034A1 (en) * 2010-09-09 2012-03-15 Advanced Micro Devices, Inc. Semiconductor chip with redundant thru-silicon-vias
JP2012186300A (en) * 2011-03-04 2012-09-27 Denso Corp Region divided substrate, semiconductor device using the same and manufacturing methods of those
JP2017507494A (en) * 2014-02-28 2017-03-16 エルファウンドリー エッセ エッレ エッレ Semiconductor device manufacturing method and semiconductor product
CN110676307A (en) * 2019-10-12 2020-01-10 中国电子科技集团公司第十三研究所 Preparation method of Schottky diode
JP2022534945A (en) * 2019-11-28 2022-08-04 長江存儲科技有限責任公司 Local wordline driver device, memory device, and method of manufacture

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011176003A (en) * 2010-02-23 2011-09-08 Panasonic Corp Semiconductor device, and production method thereof
WO2011104777A1 (en) * 2010-02-23 2011-09-01 パナソニック株式会社 Semiconductor device and production method thereof
US8729711B2 (en) 2010-02-23 2014-05-20 Panasonic Corporation Semiconductor device
WO2011115041A1 (en) * 2010-03-17 2011-09-22 東京エレクトロン株式会社 Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device
US11469212B2 (en) 2010-09-09 2022-10-11 Advanced Micro Devices, Inc. Semiconductor chip with redundant thru-silicon-vias
WO2012034034A1 (en) * 2010-09-09 2012-03-15 Advanced Micro Devices, Inc. Semiconductor chip with redundant thru-silicon-vias
JP2013538460A (en) * 2010-09-09 2013-10-10 アドバンスト・マイクロ・ディバイシズ・インコーポレイテッド Semiconductor chip with redundant through silicon vias
US9437561B2 (en) 2010-09-09 2016-09-06 Advanced Micro Devices, Inc. Semiconductor chip with redundant thru-silicon-vias
US12094853B2 (en) 2010-09-09 2024-09-17 Advanced Micro Devices, Inc. Semiconductor chip with redundant thru-silicon-vias
JP2012186300A (en) * 2011-03-04 2012-09-27 Denso Corp Region divided substrate, semiconductor device using the same and manufacturing methods of those
US10002836B2 (en) 2014-02-28 2018-06-19 Lfoundry S.R.L. Method of fabricating a semiconductor device and semiconductor product
JP2017507494A (en) * 2014-02-28 2017-03-16 エルファウンドリー エッセ エッレ エッレ Semiconductor device manufacturing method and semiconductor product
CN110676307A (en) * 2019-10-12 2020-01-10 中国电子科技集团公司第十三研究所 Preparation method of Schottky diode
CN110676307B (en) * 2019-10-12 2022-12-20 中国电子科技集团公司第十三研究所 Preparation method of Schottky diode
JP2022534945A (en) * 2019-11-28 2022-08-04 長江存儲科技有限責任公司 Local wordline driver device, memory device, and method of manufacture
JP7302024B2 (en) 2019-11-28 2023-07-03 長江存儲科技有限責任公司 Local wordline driver device, memory device, and method of manufacture

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20230106039A1 (en) 3DIC Seal Ring Structure and Methods of Forming Same
TWI707475B (en) Radio frequency switches with air gap structures
US10083910B2 (en) Backside contacts for integrated circuit devices
KR101974198B1 (en) Semiconductor device and method for fabricating the same
US20210249251A1 (en) Semiconductor device structure with resistive elements
US9214390B2 (en) Method for forming through-silicon via (TSV) with diffused isolation well
JP2009295616A (en) Silicon substrate, method for manufacturing device, device and testing method
CN102569228A (en) Integrated circuit device and method for preparing the same
US11798848B2 (en) Semiconductor device structure with resistive element
US8810010B2 (en) Semiconductor device and method for fabricating the same
US9412736B2 (en) Embedding semiconductor devices in silicon-on-insulator wafers connected using through silicon vias
US9437733B2 (en) Dynamic threshold MOS and methods of forming the same
CN104160498B (en) intermediary layer device
US20240355815A1 (en) Stacked semiconductor device and method
US20150262914A1 (en) Semiconductor device
KR20190117535A (en) Multilayer Semiconductor Integrated Circuit Devices
US6780756B1 (en) Etch back of interconnect dielectrics
CN107393915B (en) Transient voltage suppressor and method of manufacturing the same
CN108321155A (en) The antistatic pinboard of integrated circuit based on BJT
CN105470242A (en) Sealing ring and semiconductor structure with same