JPH02177435A - 半導体基板の製法 - Google Patents

半導体基板の製法

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JPH02177435A
JPH02177435A JP33134588A JP33134588A JPH02177435A JP H02177435 A JPH02177435 A JP H02177435A JP 33134588 A JP33134588 A JP 33134588A JP 33134588 A JP33134588 A JP 33134588A JP H02177435 A JPH02177435 A JP H02177435A
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JP
Japan
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layer
polishing
film
insulating layer
steps
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JP33134588A
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Makoto Hashimoto
誠 橋本
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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    • 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
    • H01L2224/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/81Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
    • H01L2224/818Bonding techniques
    • H01L2224/81894Direct bonding, i.e. joining surfaces by means of intermolecular attracting interactions at their interfaces, e.g. covalent bonds, van der Waals forces

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  • Element Separation (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

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】 〔産業上の利用分野] 本発明は、基板上に絶縁層を介して半導体層が形成され
てなる半導体基板、すなわち所謂5ol(silico
n on jnsulator)基板の製法に関する。
特に本発明は、段差を有する半導体基板を別の基板に貼
り合せて後、半導体基板を裏面より研削研磨して複数の
半導体島領域(素子形成部)を形成するようにしたSo
l基板の製法に関する。
〔発明の)既要] 本発明は、貼り合せによるSol基板の製法にゼいて、
半導体基板の段差を有する主面上に絶縁層を形成し、そ
の絶縁層の段差凹部に段差凸部の面と同じ高さの研磨ス
トッパ層を形成し、平坦化用の層を形成したのち、この
平坦化用の層を絶縁層及び研摩ストッパー層まで平坦研
磨することによって、貼り合せ工程前の平坦化用の層の
平坦研磨を容易にし、Sol基板の製造を容易ならしめ
るようにしたものである。
〔従来の技術〕
近時、所謂Sol基板を用いてVLSI (超大規模集
積回路を作成する開発が進められている。このSOI基
板には絶縁層で互に分離された多数の半導体島領域(即
ち素子形成部)を有するSOI基板がある。この様なS
ol基板の製法の一つとして、一方の鏡面の半導体ウェ
ハの素子形成部分に段差を設けて、酸化し、更に例えば
多結晶シリコン層などで段差を埋め込んで、その多結晶
シリコン層を平坦化し、別の鏡面の半導体ウェハと貼り
合せたのち、一方の半導体ウェハを裏面より薄膜になる
まで研磨するという方法が取られている。
具体的に第3図を用いて説明すると、先ず同図へに示す
ように鏡面シリコンウェハ(1)の−主面をフォトリソ
グラフィー技術を用いて素子形成部(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。そして段差
が形成された面の全体に熱酸化を施してSiO□膜(3
)を形成し、さらに段差を埋めるために全面に例えば多
結晶シリコン層(4)を形成する。
次に同図B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。
次に同図Cに示すように多結晶シリコン層(4)の表面
に別の鏡面シリコンウェハの裏面より研削研摩を行い、
研磨作業にSin、膜(3)の表面まで行なった時点で
止め、素子形成部(3)を露出させることにより5iO
zD莫(3)で互に絶縁分離された複数の素子形成部(
2)を有したSol基板(6)を得ている。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述の製法は、多結晶シリコン層(4)の研磨を途中で
止めて平坦化する方法をとっているので、極めて困難で
ある。そこで、第4図Aに示すように素子形成部(2)
に対応する段差凸部のSiO2膜(3)をストッパー素
子としてこのSiO□膜(3)のところ(鎖線(7))
で研磨を止める方法が考えられる。しかし、この方法は
以下の理由で実現困難であった。即ち、研磨面がSi0
g膜(3)の面まで達すると、5i02膜(3)と多結
晶シリコン層(4)の研磨レートが全(異なり、多結晶
シリコン層の方が研られ易いので、例えば従来のバルク
Si基板において選択酸化(LOGOS)で素子間分離
するときの所謂LOGOSパターンの如く、段差凸部即
ち素子形成部(2)の方法21が段差凹部即ち素子形成
部(2)間の寸法f!、2に比較して十分に小さい場合
、第4図Bに示すように本来残るべき段差凹部内の多結
晶シリコン層(4)が研られてしまい平坦化されない。
本発明は、上述の点に鑑み、多結晶シリコン層等、いわ
ゆる平坦化用の層の平坦研磨を容易、確実に行って信頼
性の高いSOI基板を得るごとができる半導体基板の製
法を提供するものである。
〔課題を解決するための手段] 本発明は、半導体基板(1)の段差を有する主面上に研
磨ストッパー層を兼ねる絶縁層(3)を形成する工程、
絶縁層(3)の段差凹部(10)に絶縁層(3)の段差
凸部の面(3a)と同じ高さの研磨ストッパー層(12
A)を形成する工程、全面に段差を埋め込む平坦化用の
層(4)を形成して後、平坦化用の層(4)を絶縁層(
3)及び研磨ストッパー層(12A)まで平坦研磨する
工程を有する。これ以後は、平坦化された面に別の基板
(5)を貼り合せ、次いで半導体基板(1)の他主面よ
り段差凹部に対応する絶縁層(3)まで研磨して絶縁膜
(3)にて分離された複数の半導体島領域(素子形成部
)(2)を有する半導体基板即ちSol基板を形成する
〔作用〕
絶縁層(3)の段差凹部(10)に絶縁層(3)の段差
凸部の面(3a)と同じ高さの研磨ストッパー層(12
A)が形成されるので、段差凹部(10)内の大半はス
トッパー層(12A)で被覆される。従って、平坦化用
の層(4)の研磨に際して従来例のような段差凹部内の
層(4)を研りすぎることはなく、絶縁層(3)及び研
磨ストッパー層(12A)の位置まで平坦に研磨できる
従って、その後の別の基板(5)との貼り合せは良好に
行える。
〔実施例〕
以下、図面を参照して本発明によるSol基板の製法の
一例を説明する。
本例においては、先ず、第1図Aに示すように鏡面シリ
コンウェハ(])の−面にフォトリソグラフィー技術を
用いて素子形成部(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。このパタニングは例えば従来
のLOGOS分離パターンのように段差凸部(2)の寸
法j21が段差凹部(10)の寸法I12より十分に小
さ(なるように行われる。次いで段差が形成された面の
全体に熱酸化を施してSiO□膜(3)を形成し、その
上に全面に5izNn膜(11)を形成し、さらに5i
J4膜(11)上にCVDによる5iOz膜(以下CV
D−5iOJQという) (12)を被着形成する。次
いで、段差凹部(10)に対応するCVD−5iO□膜
(12)上に選択的にフォトレジスト層(13)を形成
する。
次に、第1図Bに示すようにフォトレジスト層(13)
をマスクにCVD−5iOz膜(12)を選択的にエツ
チング除去し、段差凹部(2)内の所要領域にCCVD
−5in膜(12)による研磨ストッパー層(12A)
を形成する。
この場合ストッパー層(12^)と段差凸部間の寸法l
、は1μm程度であれば、後の平坦化工程で十分平坦化
できる。次に、第1図Cに示すようにストッパー層(1
2A)以外の表面に臨むSi3N4膜(11)をエツチ
ング除去する。次いで例えばアニール処理してストッパ
ーJ!! (12A)のCVD−5iO□膜をデンシフ
ァイ(緻密化)する。
ココテcVD−SiO2膜(12)の膜厚dはストッパ
ー層(12A)としたときに段差凸部(2)に対応する
SiO□膜(3)の上面(3a)と同一高さとなるよう
な厚さとする。
この膜厚dは段差X 、 5iJnlり(11)の膜厚
yとで決定される。
d=(x−y)  ・1.1 因子1.1はデンシファイに伴う膜厚の減少を補充する
ものである。次に、第1図りに示すように段差を埋める
ように全面に平坦化用の層、例えば多結晶シリコン層(
4)を被着形成する。
次に、この多結晶シリコン層(4)を、その上面より研
磨し、その研磨作業をストッパー層を兼ねる5iOz膜
(3)及びストッパー層(12A)の位置(力で止める
。ここでは平坦面(14)が得られる。
このままでは多結晶シリコン層(4)と5iOzllf
f(12A)(3)との両面が露出しているので爾後の
貼り合せが困難になるので、さらに第111DFに示す
ように全面にCVD−5in2膜(15)を被着形成し
表面処理を施す。
次に、第1図Gに示すようにシリコンウェハ(1)のC
VD−5in、膜(15)の面と別の鏡面シリコンウェ
ハ(5)を貼り合せる。しかる後、シリコンウェハ(1
)の裏面より5iOz膜(3)の位置まで研磨し、5i
Oz膜(3)で分離された複数のシリコン島領域即ち素
子形成部(2)が形成された目的のSol基+N(16
)を得る。
かかる製法によれば、鏡面シリコンウェハ(1)の段差
を有する主面にSiO□膜(3)を形成した後、段差凹
部(10)内に段差凸部のSiO2膜の上面と同じ高さ
のCVD−5in、膜によるストッパー層(12A)を
形成することにより、段差を埋めた後の多結晶シリコン
層(4)の平坦研磨を容易にすることができる。即ち実
質的な段差凹部の多結晶シリコン層(4)の寸法13は
狭くなるので、ここでの多結晶シリコン層(4)は研磨
しすぎることはなく、ウェハ全面に均一な平坦面が得ら
れる。従って、平坦な面が得られるので、次の別の鏡面
シリコンウェハ(5)の貼り合せを容易にすることがで
きる。
また、多結晶シリコン層(4)の面とSin、膜(3)
(12^)の面が露出する平坦化された面に一様にCV
D−5i(h[9(15)を形成した後、別の鏡面シリ
コンウェハ(5)を貼り合せるので、貼り合せが容易、
確実になる。
従って、信輔性の高いこの種のSol基板が得られる。
尚、上側では平坦化用の層として、多結晶シリコンを用
いたが、これに代えてS OG (spin−ongl
ass)膜を用いることもできる。この場合SOG膜を
塗布し、アニールする。
上述においては平坦化するための層として多結晶シリコ
ン層を用いたが、この多結晶シリコン層(4)には次の
ような問題点がある。
(i)多結晶シリコンにはいろいろな方位をもったグレ
インが存在しており、面方位によってエツチングレート
が異なるため、仕上げ研磨で表面を鏡面化する事が難し
い。
(ii )多結晶シリコンは完全な絶縁体ではないので
、この部分が異常な電位を持って表面のデバイス特性に
影響を与える心配がある。
第2図はこの点を改善した例である。本例においては、
鏡面シリコンウェハ(1)の段差を有する主面にSin
、膜(3)を形成して後、多結晶シリコンに代えて段差
を埋めるための5i02を含んだ多結晶シリコン(Si
xty)即ち所謂5IPO5(Semi−insula
tingpolycryslalline 5ilic
on)層(21)を被着形成する(同図A)。
次いで5rpos層(21)を研ビ↑し平坦化した後、
別の鏡面シリコンウェハ(5)と貼り合せる(同図B)
しかる後、シリコンウェハ()の裏面からSiO2膜(
3)の位置(鎖線(22) )まで研磨して、同図Cに
示す目的のSo I5仮(23)を得る。ここで、酸素
が40a tom%以下であれば5IPO5層(2I)
やSin、に比較して研磨がし易くなる。また酸素が2
0a tom%以上あれば絶縁体となるので前述の(1
1)の欠点は解消される。酸素が20〜4Qa tom
%の範囲であれば(i)の問題も起きない。
かかる5IPOS層(21)は第1図の実施例の多結晶
シリコンN(4)に代えて用いることも可能である。
[発明の効果] 本発明によれば、段差を有する半導体ウェハを貼り合せ
てSol基板を作製する際に、その段差ををする面に研
磨ストンパーを兼ねる絶縁層を形成した後、その絶縁層
の段差凹部に絶縁層の段差凸部の面と同じ高さの研磨ス
トッパー層を形成するようにしたことにより、その後に
段差を埋込んだ平坦化用の層の平坦研磨において、段差
凹部に埋め込まれた平坦化用の層が研磨されすぎること
なく、きれいな平坦面が得られる。従って、特に素子形
成部の寸法11が分離領域の寸法2□より十分小さいS
ol基板の作製に適用して好適ならしめるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図A−Hは本発明の半導体基板の製法の一例を示す
工程図、第2図A−Cは本発明の他の例を示す工程図、
第3図は従来の半導体基板の製法例を示す工程図、第4
図A及びBは従来の説明に供する工程図である。 (1)はシリコンウェハ、(2)は素子形成部、(3)
は5iOz膜、(4)は多結晶シリコン層、(5)は他
のシリコンウェハ、(12A)は研磨ストッパー層であ
る。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 半導体基板の段差を有する主面上に研磨ストッパー層を
    兼ねる絶縁層を形成する工程、 上記絶縁層の段差凹部に該絶縁層の段差凸部の面と同じ
    高さの研磨ストッパー層を形成する工程、全面に平坦化
    用の層を形成して後、該平坦化用の層を上記絶縁層及び
    ストッパー層まで平坦研磨する工程を有する半導体基板
    の製法。
JP33134588A 1988-12-28 1988-12-28 半導体基板の製法 Pending JPH02177435A (ja)

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