JPH01302740A - 誘電体分離半導体基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、２枚の基板を接着して得られる誘電体分離半
導体基板に関する。

（従来の技術） 従来より、半導体装置の素子分離法として。

ｐｎ接合接合分離や誘電体分離が知られている。

誘電体分離法は、ｐｎ接合分離法に比べて以下のような
優れた特徴を有する。

■高温動作時においても漏れ電流が少ない。

■寄生サイリスタによるラッチアップがない。

■高耐圧素子を分離する場合にも分離に要する面積が少
ない。

■電圧印加の極性を考慮する必要がない。

■寄生容量が少ない。

誘電体分離構造を実現するためにはいくつかの方法が知
られている。例えば、シリコン基板を間に絶縁膜を挟ん
で直接接着する方法、ＳＯＳと呼ばれるサファイア基板
上にシリコンを気相成長させる方法、絶縁膜上に非晶質
シリコン膜を堆積してこれを再結晶化させる方法、シリ
コン基板の一部をエツチングし酸化膜を形成した後多結
晶シリコン膜を堆積し裏面から研磨して多結晶シリコン
膜で保持された島状シリコン層を得る方法１等である。

これらの中で、直接接着技術は、簡便に良質の誘電体分
離半導体基板を得ることができるものとして最近注目さ
れている。

第５図は、従来の直接接着技術による誘電体分離基板の
製造工程を示す。（ａ）に示すように。

接着すべき面を鏡面研磨した２枚のシリコン・ウェハ１
．２を用意する。一方のウェハ１には１図示のように表
面に酸化膜３，４を形成する。このような２枚のウェハ
１，２を直接接着して（ｂ）に示すように一体化する。

続いて素子形成を行なう活性層側、この例ではウェハ１
側を研磨して。

（ｃ）に示すように所定厚みに設定する。次に活性層側
のウェハ１を異方性エツチングにより選択エツチングし
て、（ｄ）に示すように酸化膜４に達する深さの断面Ｖ
字状の分離溝５を形成する。

これにより、各素子形成領域が島状に分離される。

その後更に各島状のシリコン層を電気的に分離するため
、（ｅ）に示すように酸化膜６を形成する。

そして各分離溝５に多結晶シリコン膜７を埋込み。

必要に応じて表面の平坦化処理を行なって、（ｆ）に示
すような誘電体分離基板を得る。

この直接接着技術を利用した方法では、厚くて良質の誘
電体分離されたシリコン層を得ることができ、多結晶シ
リコン膜を厚く堆積する必要がないため、基板の反りも
少ない。しかし、この基板に全く反りがない訳ではない
。接着したウェハは。

熱処理により一体化されるが、熱処理後室温に戻る際に
、シリコンとシリコン酸化膜との熱膨張率の差により応
力が発生する。即ち、シリコンの方が酸化膜より熱収縮
が大きいので、室温においてシリコンは引張り応力が働
いた状態で縮もうとし。

酸化膜は圧縮応力が働いた状態で伸びようとしている。

第６図は、その応力の様子を活性層側の研磨か済んだ第
５図（Ｃ）の状態について示している。

研磨の結果、基板の厚み方向の中心は図の破線で示す位
置にある。そして酸化膜４は伸びようとしているから、
この基板は研磨した活性層側が凸になるように反りが生
じる。この反りは、−枚のウェハの片面に熱酸化膜を形
成した時と同じく熱収縮差による弾性変形である。そし
てこの様な反りがあると、特にウェハの大口径化や素子
の微細化に連れてＰＥＰ工程に支障を来たし、所望の素
子パターン形成が難しくなる。

（発明が解決しようとする課題） 以上のように接着技術により得られる誘電体分離基板は
１反りが生じて精度の高いパターン形成ができない２　
という問題があった。

本発明は５　この様な問題を解決した誘電体分離半導体
基板を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明にかかる誘電体分離半導体基板は１間に第１の絶
縁膜を挟んで接着により一体化された第１の半導体層と
これより厚い第２の半導体層を有する構造において、第
２の半導体層の裏面に第２の絶縁膜とこれを覆う保護膜
を設けたことを特徴とする。

（作用） 本発明によれば、ウェハの中心からずれた位置に第１の
絶縁膜が存在することによるウェハ表裏の応力の差が、
第２の絶縁膜を厚い方の半導体層にも設けることによっ
て緩和され、ウェハの反りが防止ないし低減される。

一方、半導体ウェハに素子を形成するに当たっては、弗
酸等を用いた絶縁膜エツチング工程が入る。従って単に
ウェハ裏面に絶縁膜を設けておくだけでは、エツチング
工程でこれが除去されてしまう。本発明ではこの第２の
絶縁膜を保護膜で覆っておくことにより、これが防止さ
れ、素子製造工程を通じてウェハの反りが効果的に防止
される。

（実施例） 以下１本発明の詳細な説明する。

ｎ型、比抵抗２０〜３０Ω・α２面方位（１００）、厚
み５００μｍのシリコン・ウェハを用いて、直接接着に
より誘電体分離基板を作製した。直接接着の具体的な工
程は次の通りである。

まず接着するウェハをＨ２ＳＯ４−Ｈ２ｏ２混合液、Ｈ
ＣＮ　−Ｈ２０□混合液、王水等で洗浄した後、１０分
程度水洗し、スピンナーで脱水乾燥する。これらの処理
を経たウェハを１例えばクラス１００以下の清浄な雰囲
気中に設置して実質的に異物が介在しない状態でその鏡
面研磨面同志を密着させる。これにより、２枚のウェハ
はある程度の強度をもって接着する。こうして接着した
基板を拡散炉等で熱処理することにより、接着強度が上
がり、２枚のウェハは完全に一体化される。接着強度の
向上は約２００℃以上の熱処理で観４ｐ１される。熱処
理の雰囲気は特に選ばず、酸素、窒素。

水素、不活性ガス、水蒸気、或いはこれらの混合雰囲気
中で行なうことができる。本実施例では７洗浄をＨ２Ｓ
Ｏ４−Ｈ２０２混合液とＨＣΩ−Ｈ２０２２０２℃行な
い、熱処理は少量の酸素を含む窒素中で１１００’Ｃ，
２時間行なった。

実施例１ 第１図に一実施例の誘電体分離シリコン・ウェハを示す
。１１が活性層となる第１のシリコン層であり、一体化
後の研磨により５０μｍに厚みが調整されている。１２
は第１のシリコン層１１より厚い台ウェハとなる第２の
シリコン層であり。

これらの接着界面に第１のシリコン酸化膜１３が形成さ
れている。この第１のシリコン酸化膜１３は、２μｍの
熱酸化膜である。シリコン層１２の裏面には、１μｍの
第２のシリコン酸化膜１４が形成され、更にその表面を
保護層としての５μｍの多結晶シリコン膜１５で覆って
いる。

第２図（ａ）（ｂ）は、その製造工程を示す。

前述のように５００　ｔｔ　ｍの２枚のシリコン・ウェ
ハ２ｉ、、２２をそれぞれにＩ　Ａｔ　７′１１のシリ
コン酸化膜２３１，２４，２３２．２５を形成した状態
で接着して一体化する（ａ）。そし゛Ｃシリコン・″１
エバ２１側を研磨して厚みを５０μｍとし、シリコン・
ウェハ２２側には多結晶シリコン膜２６を堆積すること
により、第１図に示した所望の誘電体分離基板構造が得
られる（ｂ）。

比較のため、多結晶シリコン膜１５および第２のシリコ
ン酸化膜１４がない他、実施例と同じ条件の基板を作っ
た。側基板の反りを比較した結果。

実施例の方は反りがほとんどなく１本発明の効果が確認
された。

実施例２ 保護層として多結晶シリコン膜の代わりに０．３μｍの
ＣＶＤシリコン窒化膜を用いた他。

実施例１と同じ条件で誘電体分離基板を形成した。

この実施例でも、実施例１と同様反りのない基板が得ら
れた。

実施例３ 第３図（ａ）（ｂ）は、他の実施例の接着工程後の基板
構造である。この実施例では、第１のシリコン・ウェハ
３１側に１μｍのシリコン酸化膜３３．３４を形成し、
第２のシリコン・ウェハ３２には酸化膜を設けない状態
で両者を接石し。

その後水蒸気雰囲気中で熱処理をして接着基板の外側に
１μｍのシリコン酸化膜３５を形成している（ａ）。そ
してこの基板に６００℃の減圧ＣＶＤて多結晶シリコン
膜３６を２μｍ堆積し。

１１００°Ｃで熱処理を行なった後、研磨して第１のシ
リコン・ウェハ３１側を５０μｍ厚に設定した（ｂ）。

この実施例によれば、研磨する方即ち薄い活性層となる
方のみに酸化膜を形成しており１両方に酸化膜を形成す
る方法、或いは逆側に酸化膜を形成する方法に比べてよ
り基板の反りが小さくなることが明らかになった。また
、減圧ＣＶＤて成長させた多結晶シリコン膜を１１００
℃で熱処理することにより、多結晶シリコン膜の化学的
耐久性が向上し、保護層として優れたものとなることが
分った。

実施例４ 第４図（ａ）（ｂ）に接着後の構造を示す。両面を研磨
して厚さ４７４μｍとしたシリコン・ウェハ４２に１両
面に熱酸化により１μｍの酸化膜４４．４５を形成した
シリコン・ウェハ４１と。

同様に両面に１μｍの酸化膜４６．４７を形成したシリ
コン・ウェハ４３を両側から接着して一体化した（ａ）
。この接着基板を両側から研磨してシリコン・ウェハ４
１，４３を厚み５０μｍに設定した（ｂ）。第１図と比
較して、一方のウェハ４１が活性層として第１のシリコ
ン層１１に対応し、他方のウェハ４７が保護層としての
多結晶シリコン膜１５に対応する。

この実施例の基板は上下対称であり２反りがなく１本発
明の効果が確認された。

なお２保護層の効果を確認するため、上記各実施例の基
板を１．０９６の弗酸に１０分間浸し、保護層とその下
にある第２の酸化膜の状態および基板の反りを調べた。

その結果、保護層とその丁の酸化膜に異常は認められず
、基板の反りも認められなかった。

以上では、直接接着による誘電体分離基板を説明したが
１本発明は他の接着法１例えば静電接着法やスピンオン
グラス接着法等を用いた誘電体分離基数に同様に適用す
ることが可能である。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、接萱技術による誘電
体分離基数に特有の応力歪みによる反りを防止ないし抑
制し、大口径化載板でのＰＥＰ工程の高精度化、素子の
微細化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本を明の一実施例の誘電体分離基板仝示す図
、第２図（ａ）（ｂ）はその具体的な製造工程例を説明
するための図、第３図（ａ）（ｂ）は他の製造工程例を
説明するための図、第４図（ａ）（ｂ）は更に他の製造
工程例を説明するための図、第５図（ａ）〜（ｆ）は従
来の誘電体基板の製造工程例を説明するための図、第６
図はその基板の反りを説明するための図である。 １１・・・第１のシリコン層、１２・・・第２のシリコ
ン層、１３・・第１のシリコン酸化膜、１４・・・第２
のシリコン酸化膜、１５・・・多結晶シリコン股（保護
層）、２１．３１・第１のシリコン・ウェハ（第１の半
導体層）、２２．３２・・・第２のシリコン・ウェハ（
第２の半導体層）。 ２３．３３・・・シリコン酸化膜（第１の絶縁膜）。 ２４．３４・・・シリコン酸化膜、２５．３５中シリコ
ン酸化膜（第２の絶縁膜）、２６．３６・・・多結晶シ
リコン膜（保護層）、４１・・・シリコン・ウェハ（第
１の半導体層）、４２・・・シリコン・ウェハ（第２の
半導体層）、４３・・・シリコン・ウェハ（保護層）、
４４．４７・シリコン酸化膜。 ４５・・・シリコン酸化膜（第１の絶縁膜）、４６・・
・シリコン酸化膜（第２の絶縁膜）。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図 第２図 第３図 第５０

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）素子分離誘電体膜となる第１の絶縁膜を介して接
   着されて一体化された、第１の半導体層とこれより厚い
   第２の半導体層とからなる誘電体分離半導体基板におい
   て、前記第２の半導体層の裏面に第２の絶縁膜とこれを
   覆う保護層が設けられていることを特徴とする誘電体分
   離半導体基板。