JP2754295B2 - 半導体基板 - Google Patents

半導体基板

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JP2754295B2 JP3163466A JP16346691A JP2754295B2 JP 2754295 B2 JP2754295 B2 JP 2754295B2 JP 3163466 A JP3163466 A JP 3163466A JP 16346691 A JP16346691 A JP 16346691A JP 2754295 B2 JP2754295 B2 JP 2754295B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体基板に係り、特
に、支持体が単結晶シリコン(Si)で構成された接合
構造の半導体基板に関するものである。
【0002】
【従来の技術】素子間の絶縁耐圧が数10V〜数100
Vといった高耐圧のLSIでは、それぞれの素子を完全
に絶縁分離する必要があり、このような技術分野では、
いわゆる誘電体分離基板が広く用いられている。誘電体
分離基板では、Si酸化膜(SiO2 )のような誘電体
膜を絶縁層として利用するため、素子領域間の高耐圧化
や相互緩衝の防止が容易に達成される。
【0003】これまでの誘電体分離基板は、良く知られ
るように、多結晶Siから成る支持体の表面に、誘電体
膜を介して複数の単結晶Si島を形成した複合構造のも
のが多かったが、このような複合構造の誘電体分離基板
では、単結晶Siと多結晶Siとの熱膨脹率の違い等か
ら、基板に反りや歪みが発生してしまうという問題があ
る。
【0004】そこで、近年ではこれらの問題点を解決す
る誘電体分離基板として、支持体を単結晶Siで構成
し、該支持体と単結晶島となる単結晶ウエハとを誘電体
膜を介して接合する構造(以下、接合構造という)のも
のが用いられるようになっている。
【0005】以下、接合構造の誘電体分離基板の製造方
法を図を用いて説明する。
【0006】初めに、単結晶Siウエハ101の主表面
を酸化して、その全面にSiO2 膜15を形成した後、
該SiO2 膜15の予定の箇所を開口し、該SiO2
15をマスクとして、例えば水酸化カリウムとイソプロ
ピルアルコール混合液を用いる異方性エッチングによっ
て深さ約60μmの分離溝6を形成する [同図(a)]。
【0007】次いで、前記マスクとして利用したSiO
2 膜15を除去し、再び単結晶Siウエハ101の主表
面を酸化して、その全面に厚さ1.2μmの絶縁用Si
2 膜2を形成した後 [同図(b)]、その表面に気相成長
(CVD;形成温度:〜1200℃、形成速度:〜5μ
m/min )によって、少なくとも前記分離溝6が完全に
埋まるまで多結晶Si201を約100μm堆積させる
[同図(c)]。
【0008】次いで、不要部分の多結晶Si201を機
械的な切削およびメカノケミカル研磨法によるエッチン
グによって除去し、その表面を平滑化する [同図(d)]。
【0009】次いで、支持体となる単結晶Siウエハ5
を用意し、その表面および前記研磨面を適宜の方法で張
り合わせ、さらに高温の熱処理を加えて2枚のウエハを
接合する[同図(e) ]。
【0010】最後に、単結晶Siウエハ101の不要部
分を研磨によって除去して単結晶Si分離島3を形成
し、誘電体分離基板を完成する[同図(f)]。その後、該
分離島3の表面に所望の半導体素子を形成した後に各素
子間を配線して半導体集積回路装置を完成する[図示せ
ず]。
【0011】ところで、このような構造の誘電体分離基
板では、多結晶Si201の研磨面が十分に平滑化され
ず、ウエハ5を接合する場合に要求される約100オン
グストローム以下の平滑度が得られないために、接合不
良が発生し易いという問題があった。
【0012】以下に、平滑な研磨面が得られない主な原
因を、従来技術による多結晶Si201の研磨方法を示
しながら詳細に説明する。
【0013】多結晶Si201を研磨する場合、初め
に、多結晶Si201が不均一に成膜されることによる
凹凸や分離溝6部分に発生する約10μmの凹凸をなく
すために、機械的研磨方法(物理的な研磨)によって多
結晶Si201を分離島3の底直上約5μmまで切削
し、この後、機械的な研磨のために残る数100オング
ストローム〜数1000オングストロームの微小な凹凸
をメカノケミカル研磨法で研磨して、完全なウエハ接合
に必要な約100オングストローム以下の鏡面を作る。
【0014】ところが、結晶の成長は面に垂直な方向に
生じることから、分離溝6内の多結晶Si201には、
に示したように、2つの方向から成長した多結晶S
i201が衝突する界面16が形成される。
【0015】界面16が形成された部分では、メカノケ
ミカル研磨速度が非常に大きいため、分離溝6領域で
は、分離島3の底部に比べて研磨が速く進行する。この
結果、図に示したように、分離溝6領域は分離島3底
部に比べて数100オングストローム低い凹形状となっ
て、完全なウエハ接合に要求される、凹凸が100オン
グストローム以下の平滑な面を得ることができない。
【0016】メカノケミカル研磨などのように、化学的
な研磨作用のある研磨方法の研磨速度は、通常、結晶の
粒径、面方位、成長方向などの影響を受け易く、研磨面
の全面が単結晶である場合や非晶質である場合、あるい
は結晶粒径が非常に小さく結晶の面方位や成長方向など
が無視でき、非晶質層と等価な多結晶層である場合など
を除き、研磨によって100オングストローム以下の平
滑度を得ることは非常に困難であることは良く知られて
いる。
【0017】また、上記したような接合不良のために完
全なウエハ接合が達成されないと、その接合力が弱くな
るために、各分離島3に半導体素子を形成して半導体集
積回路装置を構成しようとすると、半導体素子を形成す
る際の熱処理や、形成された半導体素子の作動中に発生
する熱による歪で分離島3が支持体5から剥離したり移
動したりしてしまう。
【0018】この結果、各素子間を接続する配線に断線
が生じ、半導体集積回路装置としての信頼性が低くなっ
てしまうという問題もあった。なお、このような接合構
造の半導体基板は誘電体分離基板に限らず、他の一般的
は半導体集積回路基板にも採用されており、ここでも前
記と同様の問題があった。
【0019】そこで、このような問題点を解決するため
に、例えば特願昭2−63845号では、多結晶Si2
01を研磨して略平滑化した後、研磨によって生じた凹
凸を吸収するための緩衝層を形成し、この緩衝層を研磨
して平滑化した後に単結晶支持体を接合する方法が提案
されている。
【0020】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来技術で
は、緩衝膜として多結晶Si層やSiO2 層が形成され
るが、これらを緩衝膜として用いると、それぞれ次のよ
うな問題点があった。 (1) 多結晶Si201には界面があるために、その表面
に緩衝膜として多結晶Si層を積層すると、その成長方
向が定まらず、結晶方向がばらついてしまう。したがっ
て、その表面をメカノケミカル研磨法で研磨すると、そ
の結晶方向のばらつきのために僅かではあるが凹凸が生
じてしまい、完全な接合が困難であった。 (2) SiO2 層は、熱酸化法あるいは気相成長法にかか
わらず、厚く形成することができないために、多結晶S
i201表面に生じた窪みを完全に覆い、さらには研磨
分の膜厚を確保することは困難であった。
【0021】本発明の目的は、上記した問題点を解決
し、完全なウエハ接合を可能にした半導体基板を提供す
ることである。
【0022】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明では、単結晶支持体と、前記単結晶支持
体の主表面に接合された第1の多結晶シリコン層と、第
1の多結晶シリコン層の上に形成された非晶質層と、前
記非晶質層の上に積層された第2の多結晶シリコン層
と、第2の多結晶シリコン層の表面に、誘電体膜によっ
て相互にかつ前記第2の多結晶シリコンと絶縁されて形
成された複数個の単結晶半導体島とを設け、第1の多結
晶シリコン層は単結晶支持体との接合面を極めて平滑に
し、前記非晶質層は、Ptシリサイド、Moシリサイ
ド、Crシリサイド、およびWシリサイドのいずれかで
構成するようにした。
【0023】
【作用】上記した構成によれば、第2の多結晶シリコン
は、平滑化された非晶質層の上に形成されるので、該第
2の多結晶シリコンには分離溝による界面が発生しな
い。したがって、第2の多結晶シリコンを研磨すれば、
極めて平滑な接合面が得られ、完全なウエハ接合が可能
になる。
【0024】さらに、完全なウエハ接合が可能になると
その接合力が十分に強くなるので、各分離島に半導体素
子を形成するための熱処理を加えても、分離島が支持体
から剥離したり移動したりしてしまうといったことがな
くなる。
【0025】
【実施例】以下に、図面を参照して本発明を詳細に説明
する。
【0026】図1は本発明の一実施例である誘電体分離
基板の製造方法を説明するための断面図であり、前記と
同一の符号は同一または同等部分を表している。
【0027】初めに、単結晶Siウエハ101の主表面
に、前記した従来技術と同様の方法で深さ50μmのV
字型分離溝6、膜厚2μmの誘電体膜2を形成した後、
三塩化Siの熱分解による気相成長法(基板温度100
0〜1200℃)により、多結晶Si201を100〜
150μmの膜厚で形成する [同図(a)]。
【0028】次いで、前記と同様にして多結晶Si20
1の表面を機械的に切削し、分離溝6による約数10μ
mの大きな凹凸を無くした後、さらにメカノケミカル研
磨を行って多結晶Si201の表面を平滑化する [同図
(b)]。
【0029】なお、後に単結晶分離島3に半導体素子を
形成する際の熱処理によって多結晶Si201が収縮あ
るいは膨脹するので、これによるウエハの湾曲をできる
だけ少なくするため、多結晶Si201は分離島3の直
前(10〜50μm)まで研磨することが望ましい。
【0030】また、本実施例では、後に多結晶Si20
1の表面に非晶質層を形成するので、多結晶Si201
の表面には数100オングストローム程度の凹凸があっ
ても差し支えない。したがって、製造工程を簡略化して
所要時間を短縮するのであれば、機械的な切削だけで、
その後のメカノケミカル研磨は省略しても良い。
【0031】次いで、多結晶Si201の表面に残る微
小な凹凸を吸収すると共に、結晶方向を整えるための非
晶質層として、例えばSiO2 膜7を、熱酸化あるいは
気相成長法によって約5μmの膜厚で多結晶Si201
の表面に密着するように形成する[同図(c) ]。このと
き、SiO2 膜7は非晶質なので、界面16上に形成し
ても、該SiO2 膜7には界面が生じない。
【0032】次いで、SiO2 膜7の表面に、多結晶S
i層202を通常のCVDによって、50〜100μm
の膜厚で形成する。この多結晶Si層202は、非晶質
であるSiO2 膜7の表面に成長するので、その成長方
向は一定となる。したがって、多結晶Si層202には
界面が発生しない[同図(d) ]。
【0033】次いで、多結晶Si層202の表面を、メ
カノケミカル法によって、厚みが10〜30μmとなる
ように研磨する。このとき、多結晶Si層202には界
面が無いので、凹凸が100オングストローム以下の平
滑な研磨面を容易に得ることができる。
【0034】次いで、支持体となる単結晶Siウエハ5
を、1100℃、30分程度の熱処理によって貼り合わ
せ[同図(e) ]、その後、単結晶Siウエハ101の不
要部分を研磨除去して単結晶Si分離島3を形成し、誘
電体分離基板を完成する[同図(f) ]。
【0035】最後に、通常のLSIプロセスによって各
単結晶島3に半導体素子を形成すると共に各素子間に配
線を施して半導体集積回路装置を完成する[図示せ
ず]。
【0036】本実施例によれば、多結晶Si層202が
SiO2 膜7の表面に形成されるので界面が発生しな
い。したがって、多結晶Si層202を研磨すれば凹凸
が100オングストローム以下の研磨面が得られるの
で、単結晶ウエハ5との完全な接合が可能になり、信頼
性の高い誘電体分離基板が得られる。
【0037】
【0038】
【0039】
【0040】
【0041】
【0042】
【0043】
【0044】
【0045】
【0046】
【0047】
【0048】
【0049】
【0050】
【0051】
【0052】
【0053】
【0054】
【0055】
【0056】
【0057】
【0058】
【0059】なお、上記した各実施例では、非晶質層
7、11としてSiO2 膜を形成するものとして説明し
たが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、S
i3 N4 膜、Al2 O3 膜、BN膜、ZrO2 膜や、P
t、Mo、Cr、およびWのいずれかをスパッタリング
して形成したPtシリサイド、Moシリサイド、Crシ
リサイド、あるいはWシリサイドであっても良い。
【0060】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、支持体との接合面を極めて平滑に研磨するこ
とができるようになるので完全なウエハ接合が可能とな
り、信頼性の高い半導体基板が得られる。
【0061】そして、このような構成の半導体基板の単
結晶島に半導体素子を形成すれば、信頼性の高い半導体
集積回路装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施例である誘電体分離基板の
製造方法を説明するための断面図である。
【図2】 従来の接合構造の誘電体分離基板の製造方法
を説明するための断面図である。
【図3】 界面が形成された分離溝の断面図である。
【図4】 界面が形成された分離溝の断面図である。
【符号の説明】
2…誘電体膜、3…単結晶Si分離島、5…単結晶Si
ウエハ、6…分離溝、7…非晶質層、16…界面、10
1…単結晶Siウエハ、201、202…多結晶Si
フロントページの続き (72)発明者 木梨 正樹 茨城県日立市弁天町3丁目10番2号 日 立原町電子工業株式会社内 (72)発明者 宇留野 利夫 茨城県日立市弁天町3丁目10番2号 日 立原町電子工業株式会社内 (72)発明者 志村 辰男 茨城県日立市幸町3丁目1番1号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (56)参考文献 特開 平3−105944(JP,A) 特開 平4−207052(JP,A) 特開 昭61−125145(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/76 - 21/765 H01L 27/12 H01L 21/02

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 単結晶支持体と、 前記単結晶支持体の主表面に接合された第1の多結晶シ
    リコン層と、 第1の多結晶シリコン層の上に形成された非晶質層と、 前記非晶質層の上に積層された第2の多結晶シリコン層
    と、 第2の多結晶シリコン層の表面に、誘電体膜によって相
    互にかつ前記第2の多結晶シリコンと絶縁されて形成さ
    れた複数個の単結晶半導体島とを具備し、 第1の多結晶シリコン層は、前記単結晶支持体との接合
    面が極めて平滑であり、前記非晶質層は、Ptシリサイ
    ド、Moシリサイド、Crシリサイド、およびWシリサ
    イドのいずれかであることを特徴とする半導体基板。
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