JP2811798B2 - Semiconductor substrate manufacturing method - Google Patents

Semiconductor substrate manufacturing method

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JP2811798B2 JP23204189A JP23204189A JP2811798B2 JP 2811798 B2 JP2811798 B2 JP 2811798B2 JP 23204189 A JP23204189 A JP 23204189A JP 23204189 A JP23204189 A JP 23204189A JP 2811798 B2 JP2811798 B2 JP 2811798B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体基板の製造方法、特にウエハを貼り
合せてSOI(silicon on insulator)基板を製造する方
法に関する。
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor substrate, and more particularly to a method for manufacturing an SOI (silicon on insulator) substrate by bonding wafers.

〔発明の概要〕[Summary of the Invention]

本発明は、半導体基板の製造方法において、半導体ウ
エハ上に絶縁膜を介して低成長温度で多結晶半導体層を
形成し、この半導体ウエハを貼り合せ温度までアニール
した後、多結晶半導体層上に別のウエハを貼り合せて半
導体ウエハを研磨することにより、貼り合せ時のグレン
成長を抑え、また多結晶半導体層へのピンホールの発生
を防止して半導体基板の高信頼性化を図ると共に、該基
板上に形成されるデバイスの歩留りをも向上させるよう
にしたものである。
The present invention provides a method for manufacturing a semiconductor substrate, comprising: forming a polycrystalline semiconductor layer at a low growth temperature on a semiconductor wafer via an insulating film; annealing the semiconductor wafer to a bonding temperature; By bonding another wafer and polishing the semiconductor wafer, the growth of Glen during bonding is suppressed, and the occurrence of pinholes in the polycrystalline semiconductor layer is prevented, and the reliability of the semiconductor substrate is improved. This is also intended to improve the yield of devices formed on the substrate.

また本発明は、半導体基板の製造方法において、半導
体ウエハ上に絶縁膜を介して結晶成長核発生率の高い薄
膜を形成した後、該薄膜上に多結晶半導体層を形成し、
多結晶半導体層上に別のウエハを貼り合せて半導体ウエ
ハを研磨することにより、多結晶半導体層へのピンホー
ルの発生を防止して半導体基板の高信頼性化を図り、且
つ製造時間の短縮及び製造工程の簡略化を図り、さらに
該基板上に形成されるデバイスの歩留りをも向上させる
ようにしたものである。
The present invention also provides a method for manufacturing a semiconductor substrate, comprising: forming a thin film having a high crystal growth nucleation rate on a semiconductor wafer via an insulating film; and forming a polycrystalline semiconductor layer on the thin film.
By bonding another wafer on the polycrystalline semiconductor layer and polishing the semiconductor wafer, pinholes are prevented from being generated in the polycrystalline semiconductor layer, the reliability of the semiconductor substrate is improved, and the manufacturing time is reduced. In addition, the manufacturing process is simplified, and the yield of devices formed on the substrate is also improved.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

近時、絶縁体上に薄膜単結晶シリコン層を形成してな
る所謂SOI基板を用いて超LSIを作製する開発が進められ
ている。各種のSOI基板の作製方法の中でも最も結晶性
が良く、特性面でも優れていると考えられるものに貼り
合せ方式がある。
In recent years, development of fabricating a VLSI using a so-called SOI substrate having a thin film single crystal silicon layer formed on an insulator has been advanced. Among various SOI substrate manufacturing methods, a bonding method that is considered to have the best crystallinity and excellent characteristics is the bonding method.

第6図は、貼り合せ方式によるSOI基板の一例を示
す。第6図Aに示すように鏡面シリコンウエハ(1)の
主面にフォトリソグラフィー技術を用いて複数の素子形
成領域(2)が凸部となるような段差が残るようにパタ
ーニングする。そして、その主面上に絶縁膜例えばSiO2
膜(3)を形成し、さらに段差を埋めるために全面に平
坦化用の層例えば多結晶シリコン層(4)を形成し、こ
の多結晶シリコン層(4)の表面を平坦研磨する。次
に、第6図Bに示すように平坦化された多結晶シリコン
層(4)に別の鏡面シリコンウエハ(5)を貼り合せた
後、第6図Cに示すようにSiO2膜(3)を研磨ストッパ
ーにして、シリコンウエハ(1)の裏面より研磨し、Si
O2膜(3)で分離された膜厚1000Å程度の複数の島状シ
リコン薄膜即ち素子形成領域(2)を有したSOI基板
(6)を得ている。
FIG. 6 shows an example of an SOI substrate by a bonding method. As shown in FIG. 6A, patterning is performed on the main surface of the mirror-finished silicon wafer (1) using a photolithography technique so as to leave a step where a plurality of element formation regions (2) become convex portions. Then, an insulating film such as SiO 2 is formed on the main surface.
A film (3) is formed, and a flattening layer, for example, a polycrystalline silicon layer (4) is formed on the entire surface to fill the steps. The surface of the polycrystalline silicon layer (4) is polished flat. Next, after bonding the separate mirror silicon wafer (5) in the polycrystalline silicon layer is flattened as shown in FIG. 6 B (4), as shown in FIG. 6 C SiO 2 film (3 ) Is used as a polishing stopper and polished from the back surface of the silicon wafer (1).
An SOI substrate (6) having a plurality of island-shaped silicon thin films having a thickness of about 1000 ° separated by an O 2 film (3), that is, an element formation region (2) is obtained.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

しかしながら、従来の半導体基板の製造方法において
は、第6図Aで示すように多結晶シリコン層(4)に対
する平坦研磨の際、層(4)内にピンホール(7)が多
数発生し、その後の貼り合せ工程後、上記ピンホール
(7)が気泡(8)となって残存し、その後に行われる
デバイス作成時の高温、低圧プロセス中で上記気泡
(8)が破裂して炉の汚染や、歩留りの低下を招いた。
However, in the conventional method of manufacturing a semiconductor substrate, as shown in FIG. 6A, when the polycrystalline silicon layer (4) is polished flat, a large number of pinholes (7) are generated in the layer (4). After the bonding step, the pinhole (7) remains as an air bubble (8), and the air bubble (8) ruptures during a high-temperature, low-pressure process at the time of device fabrication that is performed thereafter, thereby causing contamination of the furnace or the like. , Lowering the yield.

その原因としては、SiO2膜(3)上にCVD法によって
多結晶シリコン層(4)を形成する際、高い成長温度
(1000℃〜1150℃)で行っているため、SiO2膜(3)上
に局部的に核が生じると、その核から単結晶の成長が急
速に行われ、所望する厚みの多結晶シリコン層(4)を
SiO2膜(3)上に形成した段階において、単結晶成長し
た部分が所望の厚みよりも十数倍高い針状結晶いわゆる
ホイスカ(10)として異常成長し(第7図参照)、第6
図Aに示すように、後工程の多結晶シリコン層(4)に
対する平坦化研磨加工において、ホイスカ(10)が根元
から抜き取られ、その抜き取られた部分がピンホール
(7)になると考えられる。なお、上記現象は、SiO2
(3)上にごみ、異物等が付着した場合にも発生し、ご
み、異物を核として単結晶成長として上述の如くホイス
カ(10)となり、ピンホール(7)発生の要因となる。
As the reason, when forming a polycrystalline silicon layer by CVD on the SiO 2 film (3) (4), since performed at high growth temperatures (1000 ° C. to 1150 ° C.), SiO 2 film (3) When a nucleus is locally formed on the nucleus, a single crystal is rapidly grown from the nucleus, and a polycrystalline silicon layer (4) having a desired thickness is formed.
At the stage of formation on the SiO 2 film (3), the portion where the single crystal was grown abnormally grows as a so-called whisker (10), which is a needle-shaped crystal ten and several times higher than the desired thickness (see FIG. 7).
As shown in FIG. A, it is considered that the whisker (10) is extracted from the root in the flattening and polishing processing for the polycrystalline silicon layer (4) in a later step, and the extracted portion becomes a pinhole (7). The above phenomenon also occurs when dirt, foreign matter, etc. adhere to the SiO 2 film (3), and the whisker (10) is formed as a single crystal with the dirt and foreign matter as nuclei as described above, and the pinhole (7) is formed. ) It is a factor of occurrence.

このようなホイスカ(10)の成長を制御する方法とし
て、先に、950℃以下の低い成長温度で多結晶シリコン
層(4)を成長させることにより、SiO2膜(3)上に核
を見かけ上均一に発生せしめ局部的な核の異常成長を生
じさせないようにしてピンホールの発生を減少せしめる
方法を提案した。
As a method of controlling the growth of such whiskers (10), nuclei are first found on the SiO 2 film (3) by growing the polycrystalline silicon layer (4) at a low growth temperature of 950 ° C. or lower. A method was proposed to reduce the number of pinholes by uniformly generating the nuclei without causing local abnormal growth of nuclei.

ところで、SOI基板の製造に際しては、多結晶シリコ
ンで段差を埋め込んだ後、表面を2〜3μm研磨して鏡
面化した後でなければ良好な貼り合せが行えないので多
結晶シリコン層(4)の厚さは5μm程度が必要であ
る。5μm厚の多結晶シリコンを短時間に形成するため
には、成長温度900℃程度でSiH4を分解し堆積を行って
きた。しかし、この方法ではなお、1ウエハにつき10点
程の気泡破裂が高温、低圧プロセス中に起こることが判
明した。
By the way, in manufacturing an SOI substrate, good bonding cannot be performed unless the surface is polished by polishing the surface to a height of 2 to 3 μm after embedding a step with polycrystalline silicon, so that the polycrystalline silicon layer (4) The thickness needs to be about 5 μm. In order to form polycrystalline silicon having a thickness of 5 μm in a short time, SiH 4 has been decomposed and deposited at a growth temperature of about 900 ° C. However, this method still found that about 10 bubble bursts per wafer occurred during the high temperature, low pressure process.

本発明は、上述の点に鑑み、多結晶シリコン層へのピ
ンホールの発生(従って気泡の発生)をさらに防止して
半導体基板の高信頼性化を図ると共に、デバイスの歩留
りを向上させることができる半導体基板の製造方法を提
供するものである。
In view of the above, the present invention is intended to further prevent the occurrence of pinholes (accordingly, the generation of bubbles) in a polycrystalline silicon layer, to increase the reliability of a semiconductor substrate, and to improve the yield of devices. It is intended to provide a method of manufacturing a semiconductor substrate which can be performed.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明の半導体基板の製造方法は、半導体ウエハ
(1)上に絶縁膜(3)を介して低成長温度で多結晶半
導体層(4)を形成し、半導体ウエハ(1)を貼り合せ
温度までアニールした後、多結晶半導体層(4)上に別
のウエハ(5)を貼り合せて、半導体ウエハ(1)を研
磨する。上記低成長温度としては、900℃よりも低温で
あり、低温であればるあほどホイスカを抑制することが
できる。但し、600℃より低温化すると非晶質に近い状
態から非晶質に移行していくので、好ましくは650℃程
度の低成長温度がよい。
According to the method of manufacturing a semiconductor substrate of the present invention, a polycrystalline semiconductor layer (4) is formed at a low growth temperature on a semiconductor wafer (1) via an insulating film (3), and the semiconductor wafer (1) is bonded to a bonding temperature. After annealing, another wafer (5) is bonded onto the polycrystalline semiconductor layer (4), and the semiconductor wafer (1) is polished. The low growth temperature is lower than 900 ° C., and the lower the temperature, the more whiskers can be suppressed. However, when the temperature is lowered below 600 ° C., the state changes from an almost amorphous state to an amorphous state. Therefore, a low growth temperature of about 650 ° C. is preferable.

本発明の他の半導体基板の製造方法は、半導体ウエハ
(1)上に絶縁膜(3)を介して結晶成長核発生率の高
い薄膜(15)を形成し、この薄膜(15)上に多結晶半導
体層(4)を形成し、多結晶半導体層(4)上に別のウ
エハ(5)を貼り合せた後、半導体ウエハ(1)を研磨
する。
According to another method of manufacturing a semiconductor substrate of the present invention, a thin film (15) having a high crystal growth nucleation rate is formed on a semiconductor wafer (1) via an insulating film (3), and a plurality of thin films (15) are formed on the thin film (15). After forming a crystalline semiconductor layer (4) and bonding another wafer (5) on the polycrystalline semiconductor layer (4), the semiconductor wafer (1) is polished.

結晶成長核発生率の高い薄膜(15)としては、例えば
成長温度650℃程度の多結晶半導体膜、或は半導体窒化
膜(Si3N4)等を用い得る。また、結晶成長核発生率の
高い薄膜(15)を形成する工程と、薄膜(15)上に多結
晶半導体層(4)を形成する工程とは、同一反応炉内で
連続的に行うを可とする。
As the thin film (15) having a high crystal growth nucleus generation rate, for example, a polycrystalline semiconductor film having a growth temperature of about 650 ° C. or a semiconductor nitride film (Si 3 N 4 ) can be used. The step of forming the thin film (15) having a high crystal growth nucleation rate and the step of forming the polycrystalline semiconductor layer (4) on the thin film (15) can be performed continuously in the same reactor. And

〔作用〕[Action]

上述の第1の発生の製造方法によれば、絶縁膜(3)
上に多結晶半導体層(4)を形成する際に、低成長温度
(900℃より低温、好ましくは650℃程度)で行うことに
より、絶縁膜(3)上に核が見かけ上均一に発生し、そ
の結果、ホイスカの発生が大幅に抑制される。なお、低
成長温度で堆積した多結晶半導体層(4)はグレンサイ
ズが相当小さく、その後別のウエハ(5)との貼り合せ
時の1100℃程度の高温で容易にグレン成長が起こり、悪
影響をもたらす。しかし、本発明では、低成長温度で多
結晶半導体層(4)を堆積した後、一旦、この半導体ウ
エハ(1)を貼り合せ温度までアニールして多結晶半導
体層(4)を充分にグレン成長させるので、その後の貼
り合せ工程でのグレン成長はほとんどない。従って、多
結晶半導体層(4)へのピンホールの発生量が大幅に減
少し、貼り合せ後もその貼り合せ界面に気泡として残存
しなくなるため、以後のデバイス作成プロセスでの熱処
理で気泡による破裂も無くなり、炉に対する汚染も防止
できる。また貼り合せ時に多結晶半導体層(4)のグレ
ン成長もないので、貼り合せウエハに悪影響をもたらさ
ない。その結果、信頼性の高い半導体基板(13)の製造
が可能となり、高い歩留りでのデバイス作成が可能とな
る。
According to the first generation method described above, the insulating film (3)
By forming the polycrystalline semiconductor layer (4) thereon at a low growth temperature (lower than 900 ° C., preferably about 650 ° C.), nuclei are apparently generated uniformly on the insulating film (3). As a result, the generation of whiskers is greatly suppressed. Incidentally, the polycrystalline semiconductor layer (4) deposited at a low growth temperature has a considerably small grain size. Thereafter, at the high temperature of about 1100 ° C. at the time of bonding with another wafer (5), the grain growth easily occurs, and an adverse effect is caused. Bring. However, according to the present invention, after the polycrystalline semiconductor layer (4) is deposited at a low growth temperature, the semiconductor wafer (1) is once annealed to a bonding temperature to sufficiently grow the polycrystalline semiconductor layer (4). Therefore, there is almost no grain growth in the subsequent bonding step. Accordingly, the amount of pinholes generated in the polycrystalline semiconductor layer (4) is greatly reduced, and no bubbles remain at the bonding interface after bonding. Therefore, the bubbles are ruptured by the heat treatment in the subsequent device forming process. And contamination of the furnace can be prevented. Also, since there is no grain growth of the polycrystalline semiconductor layer (4) at the time of bonding, there is no adverse effect on the bonded wafer. As a result, a highly reliable semiconductor substrate (13) can be manufactured, and devices can be manufactured with a high yield.

また、第2の発明の製造方法によれば、絶縁膜(3)
上に結晶成長核発生率の高い薄膜(15)を形成した後、
この薄膜(15)上に多結晶半導体層(4)を形成するの
で、薄膜(15)上に核が多数均一に発生し、その結果、
多結晶半導体層においてホイスカの発生が大幅に抑制さ
れる。また結晶成長核発生率の高い薄膜(15)上に多結
晶半導体層(4)を形成するので、多結晶半導体層
(4)の成長温度は短時間で行える例えば900℃以上の
温度とすることができる。さらに結晶成長核発生率の高
い薄膜(15)の形成と、多結晶半導体層(4)の形成を
同一反応炉内で連続的に行うときには多結晶半導体層表
面への汚染が回避される。従って、第1の発明と同様に
多結晶半導体層(4)へのピンホールの発生が大幅に減
少し、貼り合せ界面に気泡が残存しなくなるため、その
後のデバイス作成プロセス中での気泡の破裂もなくなり
炉に対する汚染も防止される。さらに、多結晶半導体層
の堆積時間が短縮され、且つ第1の発明のような堆積後
のアニールも省略される。その結果、信頼性の高い半導
体基板(16)の製造及びその製造時間の短縮、製造工程
の簡略化が可能となると共に、高い歩留りでデバイス作
成が可能となる。
Further, according to the manufacturing method of the second invention, the insulating film (3)
After forming a thin film (15) with a high crystal growth nucleation rate on it,
Since the polycrystalline semiconductor layer (4) is formed on the thin film (15), a large number of nuclei are uniformly generated on the thin film (15).
Whisker generation is greatly suppressed in the polycrystalline semiconductor layer. In addition, since the polycrystalline semiconductor layer (4) is formed on the thin film (15) having a high crystal growth nucleation rate, the growth temperature of the polycrystalline semiconductor layer (4) should be, for example, 900 ° C. or higher, which can be performed in a short time. Can be. Further, when the formation of the thin film (15) having a high crystal growth nucleus generation rate and the formation of the polycrystalline semiconductor layer (4) are continuously performed in the same reactor, contamination on the surface of the polycrystalline semiconductor layer is avoided. Accordingly, as in the first invention, the occurrence of pinholes in the polycrystalline semiconductor layer (4) is greatly reduced, and no air bubbles remain at the bonding interface, so that the air bubbles burst during the subsequent device fabrication process. The contamination of the furnace is also prevented. Further, the deposition time of the polycrystalline semiconductor layer is shortened, and post-deposition annealing as in the first invention is also omitted. As a result, a highly reliable semiconductor substrate (16) can be manufactured, the manufacturing time can be reduced, the manufacturing process can be simplified, and devices can be manufactured with a high yield.

〔実施例〕〔Example〕

以下、図面を参照して本発明によるSOI基板の製法の
例を説明する。
Hereinafter, an example of a method for manufacturing an SOI substrate according to the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は本発明の一実施例である。本例においては、
先ず、第1図Aに示すように鏡面シリコンウエハ(1)
の一面にフォトリソグラフィー技術を用いて素子形成領
域(2)が凸部となるような段差で残るようにパターニ
ングする。次に、段差を有するシリコンウエハ(1)の
主面上に例えば厚さ1μm程度の熱酸化及びCVD(化学
気相成長)によるSiO2膜(3)を形成する。
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. In this example,
First, as shown in FIG. 1A, a mirror-finished silicon wafer (1)
Is patterned using photolithography technology so that the element formation region (2) remains at a step so as to be a projection. Next, an SiO 2 film (3) is formed on the main surface of the stepped silicon wafer (1) by thermal oxidation and CVD (chemical vapor deposition) to a thickness of about 1 μm, for example.

次に、第1図Bに示すように、段差を埋めるためにSi
O2膜(3)上にCVDによる多結晶シリコン層(4)を例
えば厚さ5μm程度堆積する。このときの多結晶シリコ
ン層(4)の堆積は、成長温度650℃、気圧0.6Torrの低
温、低圧下で行う。
Next, as shown in FIG.
A polycrystalline silicon layer (4) is deposited on the O 2 film (3) by CVD, for example, to a thickness of about 5 μm. The polycrystalline silicon layer (4) is deposited at a growth temperature of 650 ° C. and a low pressure of 0.6 Torr under a low pressure.

次に、第1図Cに示すように多結晶シリコン層(4)
を形成したシリコンウエハ(1)に対して後工程の貼り
合せ時の温度例えば1100℃までアニールを施し、多結晶
シリコン層(4)のグレン成長を十分に行う。
Next, as shown in FIG. 1C, a polycrystalline silicon layer (4)
The silicon wafer (1) on which is formed is annealed to a temperature at the time of laminating in a later step, for example, 1100 ° C., so that the polycrystalline silicon layer (4) is sufficiently grown.

次に、第1図Dに示すように多結晶シリコン層(4)
の表面を平坦研磨する。
Next, as shown in FIG. 1D, a polycrystalline silicon layer (4)
Is polished flat.

次に、第1図Eに示すように、平坦化された多結晶シ
リコン層(4)に別の鏡面シリコンウエハ(5)を直接
接合して貼り合せウエハ(11)となす。このとき、両ウ
エハ(1)及び(5)はOH基を基本とした水素結合によ
り自己吸着し、その後、酸素雰囲気又は窒素雰囲気中で
1100℃、2時間の熱処理を行って貼り合せる。
Next, as shown in FIG. 1E, another mirror surface silicon wafer (5) is directly bonded to the planarized polycrystalline silicon layer (4) to form a bonded wafer (11). At this time, both wafers (1) and (5) self-adsorb by hydrogen bond based on OH group, and then in an oxygen atmosphere or a nitrogen atmosphere.
Heat treatment at 1100 ° C for 2 hours to bond.

次に、第1図Fに示すように、一方のシリコンウエハ
(1)の裏面より研削、研磨を行い、研磨ストッパーを
兼ねるSiO2膜(3)の表面を基準面として、この面で研
磨を止め、SiO2膜(3)で互いに絶縁分離されたシリコ
ン薄膜からなる複数の島状の素子形成領域(2)を形成
した目的のSOI基板(13)を得る。
Next, as shown in FIG. 1F, grinding and polishing are performed from the back surface of one silicon wafer (1), and polishing is performed on this surface with the surface of the SiO 2 film (3) also serving as a polishing stopper as a reference surface. Then, a target SOI substrate (13) having a plurality of island-shaped element forming regions (2) formed of silicon thin films which are insulated and separated from each other by the SiO 2 film (3) is obtained.

かかるSOI基板(13)の製法によれば、第1図Bで示
す工程において、SiO2膜(3)上に多結晶シリコン層
(4)を形成する際、650℃程度の低成長温度で行うよ
うにしたので、多結晶シリコン層(4)の形成時SiO2
(3)上に核が見かけ上均一に発生し、その核も比較的
遅く成長するため、核の発生量は多くなる。その結果、
多結晶シリコン層(4)は均一に成長し、従来のように
局部的に発生した核が異常成長して多結晶シリコン層の
層厚(約5μm)よりも数倍から十数倍高いホイスカの
発生を抑制することができる。例えホイスカが成長した
としても、その大きさは非常に小さいものであるために
(多結晶シリコン層(4)に埋設する程度)、後の平坦
研磨において抜き取られるということがない。この多結
晶シリコン層(4)は低成長温度で形成されるため、グ
レンサイズが小さいが、次に第1図Cの工程で貼り合せ
温度(1100℃)のアニール処理により多結晶シリコン層
(4)のグレン成長を行った後に、第1図Eの工程で別
のシリコンウエハ(5)と貼り合せるので、この貼り合
せ時には多結晶シリコン層(4)のグレン成長は起こら
ず、貼り合せウエハ(12)に悪影響を与えることがな
い。従って、ホイスカによるピンホールの発生が大幅に
減少し、貼り合せ後も気泡として残存しなくなるため、
SOI基板(13)を用いたデバイス作成のプロセス中で気
泡破裂も無くなり、炉に対する汚染も防止できる。その
結果、高信頼性のあるSOI基板(13)を製造することが
可能となると共に、デバイスを高歩留りで作成すること
が可能となる。
According to the method for manufacturing the SOI substrate (13), when forming the polycrystalline silicon layer (4) on the SiO 2 film (3) in the step shown in FIG. 1B, it is performed at a low growth temperature of about 650 ° C. Thus, nuclei are apparently generated uniformly on the SiO 2 film (3) when the polycrystalline silicon layer (4) is formed, and the nuclei grow relatively slowly, so that the amount of generated nuclei increases. as a result,
The polycrystalline silicon layer (4) grows uniformly, and a locally generated nucleus grows abnormally as in the prior art, resulting in a whisker having a thickness several to tens of times higher than the layer thickness (about 5 μm) of the polycrystalline silicon layer. Generation can be suppressed. Even if the whisker grows, its size is very small (about buried in the polycrystalline silicon layer (4)), so that it will not be extracted in the subsequent flat polishing. Since the polycrystalline silicon layer (4) is formed at a low growth temperature, the grain size is small. Next, in the step of FIG. 1C, the polycrystalline silicon layer (4) is annealed at a bonding temperature (1100 ° C.). 1), after the grain growth, the wafer is bonded to another silicon wafer (5) in the step shown in FIG. 1E. At this bonding, the grain growth of the polycrystalline silicon layer (4) does not occur, and the bonded wafer ( 12) will not be adversely affected. Therefore, the occurrence of pinholes due to whiskers is greatly reduced, and no bubbles remain after bonding,
During the process of device fabrication using the SOI substrate (13), bubble rupture is eliminated and contamination of the furnace can be prevented. As a result, a highly reliable SOI substrate (13) can be manufactured, and devices can be manufactured with a high yield.

第2図は本発明の他の実施例である。本例において
は、第2図Aに示すように、鏡面シリコンウエハ(1)
の一主に素子形成領域(2)が凸部となるような段差で
残るようにパターニングし、その主面上に例えば厚さ1
μmの程度の熱酸化及びCVDによるSiO2膜(3)を形成
する。
FIG. 2 shows another embodiment of the present invention. In this example, as shown in FIG. 2A, a mirror-finished silicon wafer (1)
Is patterned so that the element formation region (2) is left with a step so as to be a convex portion, and a thickness of, for example, 1
An SiO 2 film (3) is formed by thermal oxidation and CVD of about μm.

次に、第2図Bに示すように650℃程度の低成長温度
による多結晶シリコン膜、或はシリコン窒化(Si3N4
膜などの所謂シリコンの成長核発生率の高い薄膜(膜厚
例えば1000Å程度)(15)を形成する。低成長温度の多
結晶シリコンの場合は前述で明らかなようにホイスカの
発生は抑えられる。その後、反応炉から取り出さずに、
同一反応炉内で連続的に例えば厚さ5μm程度の多結晶
シリコン層(4)を堆積する。このときの多結晶シリコ
ン層(4)は温度を上げ、即ち従来の生産条件、例えば
成長温度900℃程度、気圧100Torr程度で形成する。
Next, as shown in FIG. 2B, a polycrystalline silicon film or silicon nitride (Si 3 N 4 ) at a low growth temperature of about 650 ° C.
A thin film (thickness of, for example, about 1000 °) (15) having a high so-called silicon growth nucleation rate, such as a film, is formed. In the case of polycrystalline silicon at a low growth temperature, the generation of whiskers can be suppressed as apparent from the above. Then, without taking out from the reactor,
A polycrystalline silicon layer (4) having a thickness of, for example, about 5 μm is continuously deposited in the same reaction furnace. At this time, the polycrystalline silicon layer (4) is formed by raising the temperature, that is, under conventional production conditions, for example, at a growth temperature of about 900 ° C. and a pressure of about 100 Torr.

次に、第2図Cに示すように多結晶シリコン層(4)
の表面を平坦研磨する。
Next, as shown in FIG. 2C, a polycrystalline silicon layer (4)
Is polished flat.

次に、第2図Dに示すように、平坦化された多結晶シ
リコン層(4)に別の鏡面シリコンウエハ(5)を直接
接合して貼り合せウエハ(12)となす。
Next, as shown in FIG. 2D, another mirror surface silicon wafer (5) is directly bonded to the planarized polycrystalline silicon layer (4) to form a bonded wafer (12).

次に、第1図Eに示すように、一方のシリコンウエハ
(1)の裏面より研削、研磨を行い、SiO2膜(3)の面
で研磨を止め、シリコン薄膜からなる複数の島状の素子
形成領域(2)を形成した目的のSOI基板(16)を得
る。
Next, as shown in FIG. 1E, grinding and polishing are performed from the back surface of one silicon wafer (1), polishing is stopped on the surface of the SiO 2 film (3), and a plurality of island-like silicon thin films are formed. An intended SOI substrate (16) on which the element formation region (2) is formed is obtained.

かかるSOI基板(16)の製法によれば、第2図Bの工
程において、SiO2膜(3)上に多結晶シリコン層(4)
を形成する際、低成長温度による多結晶シリコン膜或は
シリコン窒化膜等によるシリコン成長核発生率の高い薄
膜(15)を介して多結晶シリコン層(4)を形成するよ
うにしたので、薄膜(15)によって核が均一に発生して
多結晶シリコン層(4)は均一に成長し、従来のホイス
カの発生を抑制することができる。従って、第1実施例
と同様にホイスカによるピンホールの発生が大幅に減少
し、貼り合せ後も気泡が残存しないので、その後のデバ
イス作成のプロセス中での気泡破裂、それに基づく炉内
の汚染も防止できる。多結晶シリコン層(4)は下地に
成長核発生率の高い薄膜(15)を有して均一に成長され
るので、900℃程度の高い温度で堆積することができ、
第1実施例に比して多結晶シリコン層(4)の堆積時間
を短縮することができる。また第1実施例のような多結
晶シリコン層(4)の堆積後のアニール処理を省略する
ことができる。そして、薄膜(15)の形成と、多結晶シ
リコン層(4)の形成は同一反応炉内で温度或は原料ガ
スと温度を切換えて連続的に行うので、多結晶シリコン
表面への汚染を避けることができる。従って、高信頼性
のあるSOI基板を製造することが可能であると共に、そ
の製造時間の短縮及び工程の簡略化を可能にするもので
ある。同時にデバイスを高歩留りで作成することが可能
となる。
According to the method of manufacturing the SOI substrate (16), in the step of FIG. 2B, a polycrystalline silicon layer (4) is formed on the SiO 2 film (3).
Is formed, the polycrystalline silicon layer (4) is formed through a thin film (15) having a high silicon growth nucleation rate by a polycrystalline silicon film or a silicon nitride film at a low growth temperature. According to (15), nuclei are generated uniformly, and the polycrystalline silicon layer (4) grows uniformly, so that generation of conventional whiskers can be suppressed. Therefore, as in the first embodiment, the generation of pinholes by the whiskers is greatly reduced, and no bubbles remain even after bonding, so that the subsequent bubble rupture during the device fabrication process and contamination in the furnace based on the bursting of bubbles. Can be prevented. Since the polycrystalline silicon layer (4) has a thin film (15) with a high growth nucleation rate as an underlayer and is grown uniformly, it can be deposited at a high temperature of about 900 ° C.
The deposition time of the polycrystalline silicon layer (4) can be reduced as compared with the first embodiment. Further, the annealing treatment after the deposition of the polycrystalline silicon layer (4) as in the first embodiment can be omitted. Since the formation of the thin film (15) and the formation of the polycrystalline silicon layer (4) are continuously performed in the same reactor by changing the temperature or the temperature with the raw material gas, contamination on the surface of the polycrystalline silicon is avoided. be able to. Therefore, a highly reliable SOI substrate can be manufactured, and the manufacturing time and the process can be shortened. At the same time, devices can be created with high yield.

次に、SOI基板を用いてデバイスを作成する方法の例
を示す。貼り合せ方式のSOI基板に用いられる下地のシ
リコンウエハは、平坦性、結晶性共に極めて良好であ
り、且つSOI部(所謂素子形成領域)とは結晶学的にも
独立であるから、基板濃度についても全く自由に設定で
きる。従って、本例ではIC(集積回路)のレイアウト設
計に際し、第3図に示すように貼り合せ方式のSOI基板
(18)の一部に平坦化膜を含む絶縁層(23)を選択除去
して下地シリコン基板(21)が露出する部分(21A)を
形成し、高速性が要求されるロジック部をSOI部(22A)
上にレイアウトし、ゲッタリング等のバルクシリコン特
有の技術が必要なバイポーラ回路やCCDセンサーを下地
シリコン基板部(21A)上にレイアウトする。かくすれ
ばSOI基板(18)の特性を生かした混載デバイスが早期
に実現可能となる。例えば、高精細度用の2/3〜1/2イン
チ光学系撮像素子では、第4図の平面図で示すように下
地シリコン基板部(21A)にCCDセンサー(25)を形成
し、SOI部(22A)にシフトレジスタ(26)を形成して構
成することにより、超高速駆動が可能な高精細度用の撮
像素子が得られる。
Next, an example of a method for manufacturing a device using an SOI substrate will be described. The underlying silicon wafer used for the bonding type SOI substrate has extremely good flatness and crystallinity, and is crystallographically independent of the SOI portion (so-called element formation region). Can be set completely freely. Therefore, in this example, in the layout design of an IC (integrated circuit), as shown in FIG. 3, an insulating layer (23) including a planarization film is selectively removed from a part of a bonding type SOI substrate (18). Form a part (21A) where the underlying silicon substrate (21) is exposed, and replace the logic part requiring high speed with the SOI part (22A)
Bipolar circuits and CCD sensors that require bulk silicon-specific techniques such as gettering are laid out on the underlying silicon substrate (21A). In this way, an embedded device utilizing the characteristics of the SOI substrate (18) can be realized at an early stage. For example, in a 2/3 to 1/2 inch optical imaging device for high definition, a CCD sensor (25) is formed on a base silicon substrate (21A) as shown in the plan view of FIG. By forming the shift register (26) on (22A), an image sensor for high definition capable of driving at an ultra-high speed can be obtained.

また、従来のNTSC方式の1/2インチ等のCCD撮像素子に
おいても、クロックジェネレータやシフトレジスタ回路
等の周辺回路を内蔵させて1チップ化即ち撮像素子のイ
ンテリジェント化が要求されているが、この場合にも第
3図のSOI基板(18)を用いて、その下地シリコン基板
部(21A)上にCCDセンサを形成し、SOI部(22A)上に周
辺回路を形成することにより、この種撮像素子のインテ
リジェント化を達成することができる。さらに、この技
術はBi−CMOSにも適用できる。即ち、例えば第5図に示
すようにSOI部(22A)の第1の素子形成領域(221)に
pチャンネルMOSトランジスタ(27)を形成し、第2の
素子形成領域(222)にnチャンネルMOSトランジスタ
(28)を形成し、Al配線(30)を施してCMOS(29)を形
成し、下地シリコン基板部(21A)にコレクタ(31)、
ベース(32)及びエミッタ(33)及びAl配線(30)から
なるバイポーラnpnトランジスタ(34)を形成すること
により、Bi−CMOSが構成される。
Also, in the conventional NTSC type CCD image sensor of 1/2 inch or the like, it is required to incorporate a peripheral circuit such as a clock generator and a shift register circuit into one chip, that is, to make the image sensor intelligent. Also in this case, using the SOI substrate (18) shown in FIG. 3, a CCD sensor is formed on the underlying silicon substrate portion (21A), and a peripheral circuit is formed on the SOI portion (22A). It is possible to achieve intelligent elements. Further, this technique can be applied to Bi-CMOS. Thus, for example the fifth first element formation region of the SOI portion (22A) as shown in FIG. (22 1) to form a p-channel MOS transistor (27), n in the second element forming region (22 2) A channel MOS transistor (28) is formed, an Al wiring (30) is formed, a CMOS (29) is formed, and a collector (31),
By forming a bipolar npn transistor (34) including a base (32), an emitter (33), and an Al wiring (30), a Bi-CMOS is formed.

この様に本例のデバイス作成方法は、貼り合せ方式の
SOI基板(18)のSOI部(22A)と下地シリコン基板部(2
1A)を利用することにより、ハイブリットLSIが得られ
るものであり、例えばクロックジェネレータとシフトレ
ジスタを内蔵したインテリジェントセンサー、アナログ
アンプ内蔵の超高速AD/DAコンバータ等の作成に適用で
きるものである。
As described above, the device creation method of this example is based on the bonding method.
The SOI part (22A) of the SOI substrate (18) and the underlying silicon substrate part (2
By using 1A), a hybrid LSI can be obtained, which can be applied, for example, to the creation of intelligent sensors with a built-in clock generator and shift register, ultra-high-speed AD / DA converters with a built-in analog amplifier, and the like.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

上述したように、本発明の半導体基板の製造方法によ
れば、半導体ウエハ上に絶縁膜を介して低成長温度で多
結晶半導体層を形成し、この半導体ウエハを貼り合せ温
度までアニールした後、多結晶半導体層上に別のウエハ
を貼り合せて、半導体ウエハを研磨するようにしたこと
により、貼り合せ時のグレン成長を抑え、また多結晶半
導体層へのピンホールの発生を防止することが可能とな
り、信頼性の高い半導体基板を製造することができると
共に、この基板に形成されるデバイスの歩留りを向上さ
せることができる。
As described above, according to the method for manufacturing a semiconductor substrate of the present invention, a polycrystalline semiconductor layer is formed on a semiconductor wafer at a low growth temperature via an insulating film, and after annealing the semiconductor wafer to a bonding temperature, By bonding another wafer on the polycrystalline semiconductor layer and polishing the semiconductor wafer, it is possible to suppress the growth of Glen during the bonding and to prevent the occurrence of pinholes in the polycrystalline semiconductor layer. As a result, a highly reliable semiconductor substrate can be manufactured, and the yield of devices formed on this substrate can be improved.

また、本発明の他の半導体基板の製造方法によれば、
半導体ウエハ上に絶縁膜を介して結晶成長核発生率の高
い薄膜を形成した後、この薄膜上に多結晶半導体層を形
成し、多結晶半導体層上に別のウエハを貼り合せて半導
体ウエハを研磨するようにしたことにより、多結晶半導
体層へのピンホールの発生を防止することが可能とな
り、信頼性の高い半導体基板を製造することができ、且
つその製造時間の短縮、製造工程の簡略化を図ることが
できる。同時にこの半導体基板に形成されるデバイスの
歩留りをも向上させることができる。
According to another method for manufacturing a semiconductor substrate of the present invention,
After forming a thin film having a high crystal growth nucleation rate on a semiconductor wafer via an insulating film, a polycrystalline semiconductor layer is formed on the thin film, and another wafer is bonded on the polycrystalline semiconductor layer to form a semiconductor wafer. By polishing, it is possible to prevent the occurrence of pinholes in the polycrystalline semiconductor layer, to manufacture a highly reliable semiconductor substrate, to shorten the manufacturing time, and to simplify the manufacturing process. Can be achieved. At the same time, the yield of devices formed on the semiconductor substrate can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図A〜Fは本発明の半導体基板の製法の一例の工程
図、第2図A〜Eは本発明の半導体基板の製法の他の例
の工程図、第3図は混載デバイスの作成に適用される貼
り合せ方式のSOI基板の要部の断面図、第4図はそのSOI
基板を用いて作成した撮像素子の概略的平面図、第5図
はそのSOI基板を用いて作成したBi−CMOSの要部の断面
図、第6図A〜Cは従来のSOI基板の製法例を示す工程
図、第7図は従来の説明に供する断面図である。 (1),(5)は鏡面シリコンウエハ、(2)は素子形
成領域、(3)はSiO2膜、(4)は多結晶シリコン層、
(15)はシリコン成長核発生率の高い薄膜、(13),
(16)はSOI基板である。
1A to 1F are process diagrams of an example of a method of manufacturing a semiconductor substrate of the present invention, FIGS. 2A to 2E are process diagrams of another example of a method of manufacturing a semiconductor substrate of the present invention, and FIG. Sectional view of the main part of a bonding type SOI substrate applied to
FIG. 5 is a schematic plan view of an image sensor manufactured using a substrate, FIG. 5 is a cross-sectional view of a main part of a Bi-CMOS manufactured using the SOI substrate, and FIGS. 6A to 6C are examples of a conventional SOI substrate manufacturing method. FIG. 7 is a cross-sectional view used for explanation of the conventional art. (1) and (5) are mirror-surface silicon wafers, (2) is an element formation region, (3) is an SiO 2 film, (4) is a polycrystalline silicon layer,
(15) is a thin film with high silicon growth nucleation rate, (13),
(16) is an SOI substrate.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 島ノ江 宗治 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソ ニー株式会社内 (72)発明者 根岸 三千雄 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソ ニー株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/02 H01L 27/12────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Soharu Shimanoe 6-7-35 Kita Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Inside Sony Corporation (72) Inventor Michio Negishi 6-7-1 Kita Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo No. 35 Inside Sony Corporation (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) H01L 21/02 H01L 27/12

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】半導体ウエハ上に絶縁膜を介して低成長温
度で多結晶半導体層を形成する工程、 該半導体ウエハを貼り合せ温度までアニールする工程、 上記多結晶半導体層上に別のウエハを貼り合せる工程、 上記半導体ウエハを研磨する工程を有することを特徴と
する半導体基板の製造方法。
A step of forming a polycrystalline semiconductor layer on a semiconductor wafer at a low growth temperature via an insulating film; a step of annealing the semiconductor wafer to a bonding temperature; and a step of placing another wafer on the polycrystalline semiconductor layer. A method of manufacturing a semiconductor substrate, comprising a step of bonding and a step of polishing the semiconductor wafer.
【請求項2】半導体ウエハ上に絶縁膜を介して結晶成長
核発生率の高い薄膜を形成する工程、 該薄膜上に多結晶半導体層を形成する工程、 上記多結晶半導体層上に別のウエハを貼り合せる工程、 上記半導体ウエハを研磨する工程を有することを特徴と
する半導体基板の製造方法。
2. A step of forming a thin film having a high crystal growth nucleation rate on a semiconductor wafer via an insulating film, a step of forming a polycrystalline semiconductor layer on the thin film, and another wafer on the polycrystalline semiconductor layer. Bonding a semiconductor wafer, and polishing the semiconductor wafer.
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