JPH05175325A - Dielectric isolation board and manufacturing method - Google Patents

Dielectric isolation board and manufacturing method

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JPH05175325A
JPH05175325A JP34086591A JP34086591A JPH05175325A JP H05175325 A JPH05175325 A JP H05175325A JP 34086591 A JP34086591 A JP 34086591A JP 34086591 A JP34086591 A JP 34086591A JP H05175325 A JPH05175325 A JP H05175325A
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JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor
dielectric isolation
polycrystalline silicon
substrate
oxide film
Prior art date
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Pending
Application number
JP34086591A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kiyoshi Fukuda
潔 福田
Kazuyoshi Furukawa
和由 古川
Kazuhiro Tanaka
一宏 田中
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.)
Toshiba Corp
Toshiba Electronic Device Solutions Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Microelectronics Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Toshiba Microelectronics Corp filed Critical Toshiba Corp
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Abstract

PURPOSE:To balance the stress and prevent a warp in a board, by depositing polycrystal silicon also on the rear side of a dielectric isolation board that is made up of a bonded substrate with an insulating film in between by bonding technique. CONSTITUTION:In a dielectric isolation board, a monocrystal silicon active layer 16 is formed on a face of an oxide film 15 while a base substrate 17 is formed on the rear side of the oxide film 15. Then, a polycrystal silicon layer 18 is deposited on the rear side of the base substrate 17.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、誘電体分離基板に関
し、特に2枚の半導体シリコンウェハを接着して得られ
る誘電体分離基板及びその製造方法に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dielectric isolation substrate, and more particularly to a dielectric isolation substrate obtained by adhering two semiconductor silicon wafers and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、半導体装置の素子分離技術の1つ
として、絶縁体を用いた誘電体分離技術が知られてい
る。この誘電体分離技術は、pn接合分離技術に比べ
て、(i) 高温動作時においても漏れ電流が少ない、
(ii) 寄生サイリスタによるラッチアップがない、
(iii) 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、(iv) 電圧印加の極性を考慮する必要が
ない、(v) 寄生容量が少ない、等の特徴を有してい
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, a dielectric isolation technique using an insulator has been known as one of element isolation techniques for semiconductor devices. Compared to the pn junction isolation technology, this dielectric isolation technology has (i) less leakage current during high temperature operation,
(Ii) No latch-up due to parasitic thyristor,
(Iii) It has features that the area required for the separation is small even when the high breakdown voltage element is separated, (iv) there is no need to consider the polarity of voltage application, and (v) the parasitic capacitance is small.

【0003】誘電体分離を現実する技術としては、SO
Sと称さ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、絶縁膜上に堆積した非晶質シリコンを再結晶
させる方法、シリコンウェハの直接接着を利用した方法
等が知られている。また、シリコンウェハの一部をエッ
チングして酸化膜を形成した後、多結晶シリコンを厚く
堆積し、裏側から研磨することで厚い多結晶シリコンで
保持されて島状に分離された単結晶シリコンを得る方法
も知られている。
SO is a practical technique for dielectric isolation.
Known methods include a method of vapor-depositing silicon on a sapphire substrate called S, a method of recrystallizing amorphous silicon deposited on an insulating film, and a method of directly bonding a silicon wafer. Also, after etching a part of the silicon wafer to form an oxide film, polycrystalline silicon is deposited thickly and polished from the back side to remove the single crystal silicon held by the thick polycrystalline silicon and separated into islands. Methods of obtaining it are also known.

【0004】これらの方法のうち、直接接着を利用した
方法は、厚くて良質の単結晶シリコン層を、誘電体で分
離された素子を形成する部分として得ることができる利
点を有する優れた方法である。
Among these methods, the method utilizing direct adhesion is an excellent method having an advantage that a thick and good quality single crystal silicon layer can be obtained as a portion for forming an element separated by a dielectric. is there.

【0005】この直接接着を応用した誘電体分離型基板
の製造は、従来、図6に示されるようにして行われてい
た。先ず、同図(a)に示される如く、片面が鏡面研磨
された、面方位(100)単結晶シリコンウェハ1の両
側表面に、熱酸化膜2及び3を形成する。そして、この
熱酸化膜3と、支持基板となるもので片面が鏡面研磨さ
れたシリコンウェハ4を、洗浄の後に鏡面同士を接触さ
せ、200℃以上、好ましくは1000℃以上の熱処理
により強固に一体化する。ここで、熱酸化膜2は誘電体
分離用絶縁膜となる。
Conventionally, the production of the dielectric isolation type substrate to which this direct adhesion is applied has been performed as shown in FIG. First, as shown in FIG. 3A, thermal oxide films 2 and 3 are formed on both side surfaces of a plane-oriented (100) single crystal silicon wafer 1 whose one surface is mirror-polished. Then, the thermal oxide film 3 and the silicon wafer 4 which is to be a support substrate and one surface of which is mirror-polished are brought into contact with each other after the cleaning, and the mirror surfaces are brought into contact with each other to firmly integrate them by heat treatment at 200 ° C. or higher, preferably 1000 ° C. or higher. Turn into. Here, the thermal oxide film 2 becomes an insulating film for dielectric isolation.

【0006】その後、同図(b)に示されるように、単
結晶シリコンウェハ1を規定の厚さまで研磨する。次い
で、同図(c)に示されるように、接着基板の表面に熱
酸化膜5及び6をそれぞれ形成し、この酸化膜5をマス
クにアルカリ系エッチング液で、単結晶シリコンウェハ
1を誘電体分離絶縁膜2に到達する深さまでエッチング
(異方性エッチング)し、V字型の素子分離用溝7を形
成する。
Thereafter, as shown in FIG. 1B, the single crystal silicon wafer 1 is polished to a prescribed thickness. Next, as shown in FIG. 1C, thermal oxide films 5 and 6 are formed on the surface of the adhesive substrate, and the oxide film 5 is used as a mask to etch the single crystal silicon wafer 1 into a dielectric material with an alkaline etching solution. Etching (anisotropic etching) is performed to a depth reaching the isolation insulating film 2 to form a V-shaped element isolation groove 7.

【0007】そして、同図(d)に示される如く、素子
分離用溝7の側面に素子分離用酸化膜8を形成する。更
に、同図(e)に示されるように、素子分離用溝7が埋
まるまで多結晶シリコン層9を堆積する。次いで、同図
(f)に示されるように、単結晶シリコンウェハ1が露
出するまで研磨を行って、誘電体分離型基板を得る。
Then, as shown in FIG. 3D, an element isolation oxide film 8 is formed on the side surface of the element isolation trench 7. Further, as shown in FIG. 7E, a polycrystalline silicon layer 9 is deposited until the element isolation trench 7 is filled. Then, as shown in FIG. 6F, polishing is performed until the single crystal silicon wafer 1 is exposed to obtain a dielectric isolation type substrate.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】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、多結晶シリコン層を厚く堆積す
る必要がないため、基板の反りも少ない。しかしなが
ら、このように構成された基板に於いても、全く反りが
ない状態ではない。接着基板の反りは、主に2つの原因
で発生する。
According to the method utilizing the direct bonding technique, a thick and good-quality dielectric-isolated silicon layer can be obtained, and it is not necessary to deposit a thick polycrystalline silicon layer. There is little warpage. However, even the substrate having such a structure is not in a warp-free state at all. The warp of the adhesive substrate occurs mainly for two reasons.

【0009】1つは、シリコンと酸化膜の熱膨張差によ
るものである。接着されたウェハは熱処理により一体化
されるが、熱処理後、シリコンと酸化膜との熱膨張率の
差により応力(図7及び図8に矢印で表される)が発生
する。すなわち、シリコンの方が酸化膜より熱収縮が大
きいので、室温に於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。
One is due to the difference in thermal expansion between silicon and the oxide film. The bonded wafers are integrated by heat treatment, but after the heat treatment, stress (represented by an arrow in FIGS. 7 and 8) is generated due to the difference in coefficient of thermal expansion between silicon and the oxide film. That is, since the thermal contraction of silicon is larger than that of the oxide film, at room temperature, the silicon tries to contract under the tensile stress and the oxide film tries to expand under the compressive stress.

【0010】図7(a)に示されるように、同じ厚さの
2枚のウェハ同士(活性層となる半導体層10と台基板
となるシリコンウェハ11)を、絶縁膜12を介して接
着しても、基板の厚み方向の中心は、中間に位置する絶
縁膜12の位置となる。このため、応力がつり合うので
反りが生じる要因はない。このことは図7(b)に示さ
れるような、活性層10及び台基板11の表面に酸化膜
13及び14が形成された誘電体基板についても同様で
ある。
As shown in FIG. 7A, two wafers having the same thickness (the semiconductor layer 10 serving as an active layer and the silicon wafer 11 serving as a base substrate) are bonded to each other with an insulating film 12 interposed therebetween. However, the center of the substrate in the thickness direction is the position of the insulating film 12 located in the middle. For this reason, the stress is balanced and there is no factor causing warpage. This also applies to the dielectric substrate in which the oxide films 13 and 14 are formed on the surfaces of the active layer 10 and the base substrate 11, as shown in FIG. 7B.

【0011】しかしながら、図8(a)に示されるよう
に、活性層10側が規定の厚さまで研磨されると、基板
の厚み方向の中心Oは台基板11側に移るため、上述し
たシリコンの引張り応力と絶縁膜の圧縮応力の働きで、
活性層10側が凸状になる反りが生じる。そこで、図8
(b)に示されるように、台基板11側の裏面に酸化膜
14を形成して応力のつり合いをはかり、反りを減少さ
せることを見出した。
However, as shown in FIG. 8 (a), when the active layer 10 side is polished to a prescribed thickness, the center O in the thickness direction of the substrate moves to the base substrate 11 side, so that the above-mentioned silicon pulling is performed. By the action of stress and compressive stress of insulating film,
A warp occurs in which the active layer 10 side is convex. Therefore, FIG.
As shown in (b), it has been found that the oxide film 14 is formed on the back surface of the base substrate 11 side to balance the stress and reduce the warpage.

【0012】しかしながら、ウェハに素子を形成するに
あたっては、弗酸、弗化アンモン等を用いた酸化膜エッ
チングが必須の工程であり、裏面に設けた酸化膜もこの
エッチングによって除去され、酸化膜形成前の反りに戻
り、抜本的な反り対策には至らない。そのため、ウェハ
の大口径化や、素子の微細化につれてPEP工程に支障
をきたし、所望の素子パターン形成が困難になる。
However, in forming an element on a wafer, etching of an oxide film using hydrofluoric acid, ammonium fluoride or the like is an essential step, and the oxide film provided on the back surface is also removed by this etching to form an oxide film. Returning to the previous warp, it does not lead to drastic warpage countermeasures. Therefore, as the diameter of the wafer becomes larger and the element becomes finer, it interferes with the PEP process, and it becomes difficult to form a desired element pattern.

【0013】もう1つの反りの原因は、多結晶シリコン
の堆積である。図6(a)〜(f)に示されたように、
溝を埋めるために多結晶シリコンを堆積するが、この際
に反りが発生する。そして、この反りは研磨工程の支障
となる。反りが発生するのは、熱膨張係数等の物性が多
結晶シリコンと基板の結晶シリコンとで異なることや、
多結晶シリコンが堆積中に収縮するためである。この反
り具合は堆積の条件で大きく変わる。したがって、裏面
に酸化膜等の膜をつけて応力のつり合いをはかる方法で
の反り低減は困難なものである。
Another cause of warpage is the deposition of polycrystalline silicon. As shown in FIGS. 6A to 6F,
Polycrystalline silicon is deposited to fill the groove, but warping occurs at this time. Then, this warp hinders the polishing process. The warpage occurs because the physical properties such as the thermal expansion coefficient are different between the polycrystalline silicon and the crystalline silicon of the substrate,
This is because polycrystalline silicon contracts during deposition. The degree of warpage varies greatly depending on the deposition conditions. Therefore, it is difficult to reduce the warp by a method in which a film such as an oxide film is attached to the back surface to balance the stress.

【0014】以上のように、接着技術を応用し、絶縁膜
を介して接着された基板より得られる誘電体分離基板
は、上述したように、裏面に酸化膜を施した反り対策は
有効的な手段ではあるが、後工程で除去されるという不
都合が生じ、反りが再発し、また多結晶シリコンの堆積
時に反りが発生し、正確な研磨や高精度のパターニング
ができないという課題があった。
As described above, in the dielectric isolation substrate obtained by applying the adhesion technique to the substrate adhered via the insulating film, as described above, it is effective to prevent the warpage by applying the oxide film to the back surface. Although it is a means, there is a problem that it is removed in a later step, the warp recurs, and the warp occurs at the time of depositing the polycrystalline silicon, so that accurate polishing and highly accurate patterning cannot be performed.

【0015】この発明は上記課題に鑑みてなされたもの
で、反りの再発や、多結晶シリコンの堆積時に反りが発
生し、正確な研磨や高精度のパターニングができないと
いうことを解決した誘電体分離基板及びその製造方法を
提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and has solved the problem that the recurrence of the warp or the warp occurring at the time of depositing the polycrystalline silicon, which makes it impossible to perform accurate polishing or highly accurate patterning. It is an object to provide a substrate and a method for manufacturing the substrate.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】すなわちこの発明は、所
定の厚さを有する第1の半導体と、この第1の半導体よ
りも厚い第2の半導体が絶縁膜を介して一体的に構成さ
れる誘電体分離基板に於いて、上記第2の半導体の表面
上に多結晶シリコンを設けたことを特徴とする。
That is, according to the present invention, a first semiconductor having a predetermined thickness and a second semiconductor thicker than the first semiconductor are integrally formed via an insulating film. In the dielectric isolation substrate, polycrystalline silicon is provided on the surface of the second semiconductor.

【0017】またこの発明は、所定の厚さを有する第1
の半導体と、この第1の半導体よりも厚い第2の半導体
が絶縁膜を介して一体的に構成され、上記第1の半導体
の表面から絶縁膜に到達される溝が形成されて上記第1
の半導体が複数に分離される誘電体分離基板に於いて、
上記溝の中及び上記第2の半導体の表面上に多結晶シリ
コンを設けたことを特徴とする。
The present invention is also directed to a first device having a predetermined thickness.
And a second semiconductor thicker than the first semiconductor are integrally formed via an insulating film, and a groove reaching from the surface of the first semiconductor to the insulating film is formed to form the first semiconductor.
In the dielectric isolation substrate in which the semiconductor of
Polycrystalline silicon is provided in the groove and on the surface of the second semiconductor.

【0018】更にこの発明は、所定の厚さを有する第1
の半導体と、この第1の半導体よりも厚い第2の半導体
とを、絶縁膜を介して一体的に構成する工程とから成る
誘電体分離基板の製造方法に於いて、上記第2の半導体
の表面上に多結晶シリコンを堆積する工程を具備するこ
とを特徴とする。
Furthermore, the present invention provides a first device having a predetermined thickness.
And a second semiconductor thicker than the first semiconductor are integrally formed with an insulating film interposed therebetween. And a step of depositing polycrystalline silicon on the surface.

【0019】またこの発明は、所定の厚さを有する第1
の半導体と、この第1の半導体よりも厚い第2の半導体
とを、絶縁膜を介して一体的に構成する工程と、上記第
1の半導体を複数に分離するために上記第1の半導体の
表面から絶縁膜に到達する溝を形成する工程とから成る
誘電体分離基板の製造方法に於いて、上記溝の中及び上
記第2の半導体の表面上に多結晶シリコンを堆積する工
程を具備することを特徴とする。
The present invention also relates to the first aspect having a predetermined thickness.
And the second semiconductor which is thicker than the first semiconductor are integrally formed with an insulating film interposed therebetween. In order to divide the first semiconductor into a plurality of semiconductors, A method of manufacturing a dielectric isolation substrate, which comprises the step of forming a groove reaching from the surface to the insulating film, the method including the step of depositing polycrystalline silicon in the groove and on the surface of the second semiconductor. It is characterized by

【0020】[0020]

【作用】この発明の誘電体分離基板及びその製造方法に
あっては、所定の厚さを有する第1の半導体と、この第
1の半導体よりも厚い第2の半導体が絶縁膜を介して一
体的に構成されている誘電体分離基板に於いて、誘電体
分離基板の裏面に、多結晶シリンコンを設けている。ま
た、この多結晶シリコンと上記第2の半導体との間には
酸化膜を設けてもよい。
In the dielectric isolation substrate and the method of manufacturing the same according to the present invention, the first semiconductor having a predetermined thickness and the second semiconductor thicker than the first semiconductor are integrated via the insulating film. In a dielectric isolation substrate having a specific structure, polycrystalline silincon is provided on the back surface of the dielectric isolation substrate. Further, an oxide film may be provided between the polycrystalline silicon and the second semiconductor.

【0021】また、この発明にあっては、活性層が溝で
複数に分離されている誘電体分離基板に於いて、上記溝
の中及び基板の裏面に多結晶シリコンを設けている。そ
して、これらの多結晶シリコンを同時に堆積するように
している。更に、この発明にあっては、基板の裏面に設
けた多結晶シリコンの表面を酸化し、必要であればこの
酸化膜を除去するようになっている。
Further, in the present invention, in the dielectric isolation substrate in which the active layer is divided into a plurality of grooves, polycrystalline silicon is provided in the grooves and on the back surface of the substrate. Then, these polycrystalline silicons are simultaneously deposited. Further, according to the present invention, the surface of the polycrystalline silicon provided on the back surface of the substrate is oxidized, and the oxide film is removed if necessary.

【0022】[0022]

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の誘電体分離
基板及びその製造方法に係る実施例を説明する。
Embodiments of the dielectric isolation substrate and the method of manufacturing the same according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0023】図1は、この発明による誘電体分離基板の
構成を示す断面図である。同図に於いて、酸化膜15の
表面に活性層(シリコン)16が、裏面に台基板(シリ
コン)17が設けられている。そして、この誘電体分離
基板は、台基板17の裏面に、多結晶シリコン層18が
堆積された構成となっている。
FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a dielectric isolation substrate according to the present invention. In the figure, an active layer (silicon) 16 is provided on the front surface of the oxide film 15, and a base substrate (silicon) 17 is provided on the back surface. The dielectric isolation substrate has a structure in which the polycrystalline silicon layer 18 is deposited on the back surface of the base substrate 17.

【0024】このように誘電体分離基板を構成すると、
酸化膜とシリコンの熱膨張差により、基板の表面に当た
る薄いほうのシリコン16の表面が凸状に反る。一方、
多結晶シリコン層18の堆積による反りの具合は、その
堆積条件で変わる。すなわち、多結晶シリコン層18側
が凸状に反るような条件で、図示されるように、台基板
17の裏面に堆積させれば、反りは打消し合って減少さ
せることができる。
When the dielectric isolation substrate is constructed in this way,
Due to the difference in thermal expansion between the oxide film and the silicon, the surface of the thinner silicon 16 that contacts the surface of the substrate warps in a convex shape. on the other hand,
The degree of warpage due to the deposition of the polycrystalline silicon layer 18 changes depending on the deposition conditions. That is, if the polycrystalline silicon layer 18 is deposited on the back surface of the base substrate 17 as shown in the figure under the condition that the side of the polycrystalline silicon layer 18 is convexly warped, the warps can be canceled and reduced.

【0025】尚、図示されないが、多結晶シリコン層1
8と台基板17の間に酸化膜を設けて、更に反りを調整
することも可能である。この場合、酸化膜は多結晶シリ
コンで覆われているので、後のプロセス中に無くなるこ
とはない。
Although not shown, the polycrystalline silicon layer 1
It is also possible to further adjust the warp by providing an oxide film between the substrate 8 and the base substrate 17. In this case, since the oxide film is covered with polycrystalline silicon, it will not disappear during the subsequent process.

【0026】また、台基板17の裏面に多結晶シリコン
18を設けて反りを減らす方法は、詳細を後述する図2
のように、溝27を埋めるために、基板の表面側にも多
結晶シリコン層28を設ける誘電体分離基板とその製造
工程に於いて、特に有効である。何故なら、多結晶シリ
コン堆積後に研磨による表面平坦化工程があり、反りは
この工程の精度を下げるためである。多結晶シリコン層
による反りは堆積条件で変わるが、図2(e)のように
両面にほぼ同じ厚さに堆積すれば、堆積条件にかかわら
ず反りは打消し合って小さくなる。
The method of providing the polycrystalline silicon 18 on the back surface of the base substrate 17 to reduce the warp will be described later in detail with reference to FIG.
As described above, it is particularly effective in the dielectric isolation substrate in which the polycrystalline silicon layer 28 is also provided on the surface side of the substrate to fill the groove 27 and the manufacturing process thereof. This is because there is a surface flattening step by polishing after the deposition of polycrystalline silicon, and the warp reduces the accuracy of this step. The warp due to the polycrystalline silicon layer changes depending on the deposition conditions. However, if the polycrystal silicon layers are deposited to have substantially the same thickness on both sides as shown in FIG.

【0027】本発明者は、堆積した多結晶シリコンを酸
化すると、多結晶シリコン側の面が凸状に反ることを見
出した。反る理由は、一つには多結晶シリコンの体積が
酸化により増えるためである。しかし、多結晶シリコン
表面にできた酸化膜をエッチング等で除去しても、反り
は元に戻らない。これは、酸化時に発生したインタース
ティシャルシリコンが多結晶シリコン中に多数存在する
シリコンベイカンシーを埋め、その結果、多結晶シリコ
ンの体積が増えるためと考えられている。
The present inventor has found that when the deposited polycrystalline silicon is oxidized, the surface on the polycrystalline silicon side is warped in a convex shape. One reason for the warpage is that the volume of polycrystalline silicon increases due to oxidation. However, even if the oxide film formed on the surface of the polycrystalline silicon is removed by etching or the like, the warpage cannot be restored. It is considered that this is because interstitial silicon generated during oxidation fills a large number of silicon vacancy contained in the polycrystalline silicon, and as a result, the volume of the polycrystalline silicon increases.

【0028】何れにせよ、多結晶シリコンを酸化するこ
とで、多結晶シリコンを堆積した側が凸状に反る。そし
て、誘電体分離基板の裏面に設けた多結晶シリコンを酸
化すれば裏面側が凸に反り、酸化膜とシリコンの熱膨張
差による反りを打消して基板の反りを減らすことができ
る。以下、同実施例を具体的に説明する。
In any case, by oxidizing the polycrystalline silicon, the side on which the polycrystalline silicon is deposited warps in a convex shape. Then, if the polycrystalline silicon provided on the back surface of the dielectric isolation substrate is oxidized, the back surface side warps convexly, and the warpage due to the difference in thermal expansion between the oxide film and silicon can be canceled to reduce the warpage of the substrate. Hereinafter, the same embodiment will be specifically described.

【0029】n型、比抵抗20〜30Ω・cm、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。先ず、接着するウ
ェハを、H2 SO4 −H2 2混合液、HCl−H2
2 混合液、コリンとH2 2 の混合液、アンモニアとH
2 2 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、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
面同士を密着させる。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。
Using a silicon wafer of n type, specific resistance of 20 to 30 Ω · cm, plane orientation (100) and thickness of 500 μm, a dielectric isolation substrate was produced by direct bonding. The specific steps of direct bonding are as follows. First, the wafer to be bonded is treated with H 2 SO 4 -H 2 O 2 mixed solution, HCl-H 2 O.
2 mixture, choline and H 2 O 2 mixture, ammonia and H
After washing with a mixture of 2 O 2 and aqua regia, it is washed with water for about 10 minutes and dehydrated and dried with a spinner. The wafer that has been subjected to these treatments is placed in a clean atmosphere of, for example, class 100 or less, and its mirror-polished surfaces are brought into close contact with each other with substantially no foreign matter present. As a result, the two wafers are bonded together with some strength.

【0030】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
熱処理で観測される。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
混合雰囲気中で行うことができる。この実施例では、洗
浄をH2 SO4 −H2 2 混合液とHCl−H2 2
合液で行い、熱処理は小量の酸素を含む窒素中で110
0℃、2時間行った。次に、図2(a)〜(f)を参照
して、この発明の誘電体分離基板の製造方法について説
明する。
By heat-treating the substrates thus bonded in a diffusion furnace or the like, the bonding strength is increased and the two wafers are completely integrated. The improvement in adhesive strength is observed by heat treatment at about 200 ° C or higher. The heat treatment atmosphere is not particularly limited, and it can be performed in oxygen, nitrogen, hydrogen, an inert gas, water vapor, or a mixed atmosphere thereof. In this example, cleaning is performed with a H 2 SO 4 —H 2 O 2 mixture solution and a HCl—H 2 O 2 mixture solution, and the heat treatment is performed in nitrogen containing a small amount of oxygen.
It was carried out at 0 ° C. for 2 hours. Next, a method for manufacturing the dielectric isolation substrate of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0031】先ず、図2(a)に示されるように、ウェ
ハの活性層19となる第1の単結晶シリコン及び台基板
20となる第2のシリコンの各表面及び裏面に、酸化膜
21、22及び23、24を1μm形成する。そして、
上述した洗浄を行った後に清浄な雰囲気中で乾燥を行
い、鏡面同士を接触させた後に、小量の酸素を含む窒素
中で1100℃、2時間の熱処理を行い、強固に一体化
した基板を得る。ここで、酸化膜21及び23は、誘電
体分離用絶縁膜となる。次に、同図(b)に示されるよ
うに、半導体層となる活性層19を研磨して、その厚み
を50μmとする。
First, as shown in FIG. 2A, an oxide film 21 is formed on each of the front and back surfaces of the first single crystal silicon which becomes the active layer 19 of the wafer and the second silicon which becomes the base substrate 20. 22 and 23 and 24 are formed to 1 μm. And
After performing the above-described cleaning, drying is performed in a clean atmosphere, the mirror surfaces are brought into contact with each other, and then heat treatment is performed at 1100 ° C. for 2 hours in nitrogen containing a small amount of oxygen to form a strongly integrated substrate. obtain. Here, the oxide films 21 and 23 serve as dielectric isolation insulating films. Next, as shown in FIG. 3B, the active layer 19 to be a semiconductor layer is polished to have a thickness of 50 μm.

【0032】そして、同図(c)に示されるように、規
定の厚みに調整された半導体層19上に、酸化膜25を
形成する。次いで、この酸化膜25をマスクにして分離
溝形成のために、アルカリ系エッチング液で接着界面に
介在された誘電体絶縁膜に達するまでエッチング(異方
性エッチング)を行い、V字型の素子分離用溝26を形
成する。次いで、同図(d)に示されるように、V字型
の素子分離用溝26の側面に素子分離用絶縁膜27を形
成する。
Then, as shown in FIG. 3C, an oxide film 25 is formed on the semiconductor layer 19 adjusted to have a specified thickness. Next, using the oxide film 25 as a mask, etching (anisotropic etching) is performed with an alkaline etching solution until the dielectric insulating film interposed at the adhesive interface is reached to form a separation groove, and a V-shaped element is formed. The separation groove 26 is formed. Next, as shown in FIG. 3D, an element isolation insulating film 27 is formed on the side surface of the V-shaped element isolation groove 26.

【0033】更に、同図(e)に示されるように、素子
分離用溝26が埋め込まれるまで多結晶シリコン28層
を、また台基板20の裏面にも多結晶シリコン層29
を、同時に堆積させる。この工程によって、接着された
基板は、多結晶シリコン層によって完全に包み込まれる
こととなる。
Further, as shown in FIG. 3E, a polycrystalline silicon layer 28 is formed until the element isolation trench 26 is filled, and a polycrystalline silicon layer 29 is formed on the back surface of the base substrate 20.
Are simultaneously deposited. This step results in the bonded substrate being completely encapsulated by the polycrystalline silicon layer.

【0034】そして、同図(f)に示される如く、最後
の工程である半導体層(単結晶シリコン)19が露出す
るまで研磨を行う。これにより、誘電体絶縁膜に包み込
まれた単結晶島領域が形成された誘電体分離基板を得る
ことができる。
Then, as shown in FIG. 3F, polishing is performed in the final step until the semiconductor layer (single crystal silicon) 19 is exposed. This makes it possible to obtain a dielectric isolation substrate in which a single crystal island region surrounded by a dielectric insulating film is formed.

【0035】尚、この発明との比較のために、同じシリ
コンウェハを使用して図6の従来の方法で接着基板を作
り、両基板の反りを比較した結果、本発明の実施例の基
板には反りは殆んど無く、本発明の効果が実証された。
更に、半導体を作る工程の影響を調べるために、同実施
例によって製作した基板を10%の弗酸に1時間浸した
が、反りに影響はなかった。
For comparison with the present invention, the same silicon wafer was used to form an adhesive substrate by the conventional method of FIG. 6, and the warpage of both substrates was compared. As a result, the substrate of the embodiment of the present invention was obtained. There was almost no warp, demonstrating the effect of the present invention.
Further, in order to examine the influence of the process for producing a semiconductor, the substrate manufactured by the same example was immersed in 10% hydrofluoric acid for 1 hour, but there was no influence on the warpage.

【0036】このように、直接接着による誘電体分離基
板を説明したが、この発明は他の接着法、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
板に同様に適用することが可能である。
Although the dielectric isolation substrate by direct adhesion has been described above, the present invention is similarly applied to a dielectric isolation substrate using another adhesion method such as an electrostatic adhesion method or a spin-on-glass adhesion method. It is possible.

【0037】例えば、図3は、その表面側に酸化膜30
及び活性層31を設けた台基板32の、裏面に多結晶シ
リコン層33を設けている。そして、更にこの多結晶シ
リコン層33の裏面を酸化して酸化膜34を堆積する。
このように、多結晶シリコン層33を酸化すれば、裏面
側が凸に反り、酸化膜とシリコンの熱膨張差による反り
を打消して基板の反りを減らすことができる。
For example, in FIG. 3, the oxide film 30 is provided on the surface side.
The polycrystalline silicon layer 33 is provided on the back surface of the base substrate 32 provided with the active layer 31. Then, the back surface of the polycrystalline silicon layer 33 is further oxidized to deposit an oxide film 34.
As described above, if the polycrystalline silicon layer 33 is oxidized, the back surface warps in a convex shape, and the warp due to the difference in thermal expansion between the oxide film and silicon can be canceled to reduce the warp of the substrate.

【0038】図4(a)〜(d)は、裏面の多結晶シリ
コンを酸化した誘電体分離基板の製造方法の一例であ
る。図4(a)は図2(e)と同じで、ここまでの工程
は図2(a)〜(f)の通りである。この時点で、この
誘電体分離基板は、酸化膜21、23の影響で表面側
(同図に於いて上側)が凸状に反っている。多結晶シリ
コン層28及び29は、表裏ほぼ同じ厚さなので打消し
合って影響しない。図4(b)は、この誘電体分離基板
に熱酸化膜35及び36を設けた状態である。この場合
の反りは、同図(a)と同じで上側に凸状になる。
FIGS. 4A to 4D show an example of a method of manufacturing a dielectric isolation substrate in which polycrystalline silicon on the back surface is oxidized. FIG. 4A is the same as FIG. 2E, and the steps up to this point are as shown in FIGS. At this point, the surface of the dielectric isolation substrate (upper side in the figure) is convexly warped due to the influence of the oxide films 21 and 23. Since the polycrystalline silicon layers 28 and 29 have almost the same thickness on the front and back sides, they cancel each other out and have no effect. FIG. 4B shows a state in which thermal oxide films 35 and 36 are provided on this dielectric isolation substrate. The warp in this case is the same as in FIG.

【0039】同図(c)は、表面側の溝以外の多結晶シ
リコン層を研磨で取り除いた後の状態を示したものであ
る。この基板では、酸化膜21、23による反りと、裏
面の多結晶シリコン層29による反りが打消し合って基
板の反りは小さい。多結晶シリコンによる反りは堆積条
件で変化するが、酸化することで一定の反り量にするこ
とができる。その結果、基板の反りの制御が容易にな
り、また多結晶シリコン堆積条件の自由度が大きくな
る。
FIG. 6C shows a state after the polycrystalline silicon layer other than the grooves on the surface side is removed by polishing. In this substrate, the warpage due to the oxide films 21 and 23 and the warpage due to the polycrystalline silicon layer 29 on the back surface cancel each other, so that the warpage of the substrate is small. The warp due to polycrystalline silicon changes depending on the deposition conditions, but it can be made a constant warp amount by oxidation. As a result, it becomes easier to control the warp of the substrate, and the degree of freedom in the polycrystalline silicon deposition conditions increases.

【0040】同図(d)は、裏面の多結晶シリコン層上
の酸化膜36を除去した誘電体分離基板を示したもので
ある。酸化膜36を除去しても、多結晶シリコン層によ
る反りは保持されるので、基板の反りは小さいままであ
る。
FIG. 6D shows a dielectric isolation substrate from which the oxide film 36 on the polycrystalline silicon layer on the back surface is removed. Even if the oxide film 36 is removed, the warp of the polycrystalline silicon layer is maintained, so that the warp of the substrate remains small.

【0041】一般に、誘電体分離基板の裏面に堆積した
酸化膜は、基板に半導体素子を製造する工程中にエッチ
ングされ、無くなる。この発明のように、予め酸化膜を
除去しておけば、素子製造工程中の基板の反りの変化が
小さくなる。
Generally, the oxide film deposited on the back surface of the dielectric isolation substrate is etched and disappears during the process of manufacturing a semiconductor element on the substrate. By removing the oxide film in advance as in the present invention, the change in the warp of the substrate during the element manufacturing process becomes small.

【0042】尚、表面の多結晶シリコン層28、この多
結晶シリコン層28上の酸化膜35、及び裏面の酸化膜
36の除去の順序は、最終的な基板の反りに影響を与え
ないので、基板製造工程の都合により変えることができ
る。
The order of removing the polycrystalline silicon layer 28 on the front surface, the oxide film 35 on the polycrystalline silicon layer 28, and the oxide film 36 on the rear surface does not affect the final warp of the substrate. It can be changed according to the convenience of the substrate manufacturing process.

【0043】更に、図5(a)及び(b)は、半導体層
19を分離する素子分離用溝37をトレンチ状の狭い溝
にした例を示したものである。多結晶シリコン層28と
29は、減圧CVDにより堆積する。尚、38は素子分
離用絶縁膜である。この様な構成の誘電体分離基板で
も、同様の効果が得られる。
Further, FIGS. 5A and 5B show an example in which the element isolation trench 37 for isolating the semiconductor layer 19 is a trench-like narrow trench. Polycrystalline silicon layers 28 and 29 are deposited by low pressure CVD. Reference numeral 38 is an element isolation insulating film. The same effect can be obtained with the dielectric isolation substrate having such a configuration.

【0044】[0044]

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、反りの
再発や、多結晶シリコンの堆積時に反りが発生し、正確
な研磨や高精度のパターニングができないということを
解決した誘電体分離基板及びその製造方法を提供するこ
とができ、従来反りのために不可能であった誘電体分離
基板の大口径化、パターニングの高精度化、誘電体分離
素子の微細高性能化を図ることができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to solve the problems that the recurrence of the warp or the warp occurs at the time of depositing the polycrystalline silicon, and the accurate polishing and the highly accurate patterning cannot be performed. It is also possible to provide a method for manufacturing the same, and to increase the diameter of the dielectric isolation substrate, increase the accuracy of patterning, and improve the fine performance of the dielectric isolation element, which have been impossible due to warpage in the related art. ..

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

【図1】この発明の一実施例で、誘電体分離基板の構成
を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a structure of a dielectric isolation substrate according to an embodiment of the present invention.

【図2】この発明による誘電体分離基板の製造方法の工
程を示した断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing steps of a method for manufacturing a dielectric isolation substrate according to the present invention.

【図3】この発明の他の実施例で、誘電体分離基板の構
成を示す断面図である。
FIG. 3 is a sectional view showing a structure of a dielectric isolation substrate according to another embodiment of the present invention.

【図4】この発明による誘電体分離基板の製造方法の他
の例の工程を示した断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing steps of another example of the method for manufacturing a dielectric isolation substrate according to the present invention.

【図5】この発明の更に他の実施例で、誘電体分離基板
の構成を示す断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a structure of a dielectric isolation substrate according to still another embodiment of the present invention.

【図6】従来の誘電体分離基板の製造方法の工程を示し
た断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing steps of a conventional method for manufacturing a dielectric isolation substrate.

【図7】応力による基板の反りを説明するための断面図
である。
FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining warpage of the substrate due to stress.

【図8】応力による基板の反りを説明するための断面図
である。
FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining warpage of the substrate due to stress.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

15、21、22、23、24、25…酸化膜、16、
19…活性層、17、20…台基板、18、28、29
…多結晶シリコン層、26…素子分離用溝、27…素子
分離用絶縁膜。
15, 21, 22, 23, 24, 25 ... Oxide film, 16,
19 ... Active layer, 17, 20 ... Stand substrate, 18, 28, 29
... Polycrystalline silicon layer, 26 ... Element isolation trench, 27 ... Element isolation insulating film.

フロントページの続き (72)発明者 田中 一宏 神奈川県川崎市川崎区駅前本町25番地1 東芝マイクロエレクトロニクス株式会社内Front page continuation (72) Inventor Kazuhiro Tanaka 25-1 Ekimaehonmachi, Kawasaki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Toshiba Microelectronics Co., Ltd.

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 所定の厚さを有する第1の半導体と、こ
の第1の半導体よりも厚い第2の半導体が絶縁膜を介し
て一体的に構成される誘電体分離基板に於いて、 上記第2の半導体の表面上に多結晶シリコンを設けたこ
とを特徴とする誘電体分離基板。
1. A dielectric isolation substrate in which a first semiconductor having a predetermined thickness and a second semiconductor thicker than the first semiconductor are integrally formed with an insulating film interposed therebetween, A dielectric isolation substrate, characterized in that polycrystalline silicon is provided on the surface of a second semiconductor.
【請求項2】 所定の厚さを有する第1の半導体と、こ
の第1の半導体よりも厚い第2の半導体が絶縁膜を介し
て一体的に構成され、上記第1の半導体の表面から絶縁
膜に到達される溝が形成されて上記第1の半導体が複数
に分離される誘電体分離基板に於いて、 上記溝の中及び上記第2の半導体の表面上に多結晶シリ
コンを設けたことを特徴とする誘電体分離基板。
2. A first semiconductor having a predetermined thickness and a second semiconductor thicker than the first semiconductor are integrally formed through an insulating film, and are insulated from the surface of the first semiconductor. In a dielectric isolation substrate in which a groove reaching a film is formed and the first semiconductor is separated into a plurality of pieces, polycrystalline silicon is provided in the groove and on the surface of the second semiconductor. A dielectric isolation substrate characterized by.
【請求項3】 上記第2の半導体の表面上の多結晶シリ
コンの表面に設けられる酸化膜を備える請求項1及び2
に記載の誘電体分離基板。
3. An oxide film provided on the surface of polycrystalline silicon on the surface of the second semiconductor.
The dielectric isolation substrate according to.
【請求項4】 所定の厚さを有する第1の半導体と、こ
の第1の半導体よりも厚い第2の半導体とを、絶縁膜を
介して一体的に構成する工程とから成る誘電体分離基板
の製造方法に於いて、 上記第2の半導体の表面上に多結晶シリコンを堆積する
工程を具備することを特徴とする誘電体分離基板の製造
方法。
4. A dielectric isolation substrate comprising a step of integrally forming a first semiconductor having a predetermined thickness and a second semiconductor thicker than the first semiconductor via an insulating film. 2. The method for manufacturing a dielectric isolation substrate according to claim 1, further comprising the step of depositing polycrystalline silicon on the surface of the second semiconductor.
【請求項5】 所定の厚さを有する第1の半導体と、こ
の第1の半導体よりも厚い第2の半導体とを、絶縁膜を
介して一体的に構成する工程と、 上記第1の半導体を複数に分離するために上記第1の半
導体の表面から絶縁膜に到達する溝を形成する工程とか
ら成る誘電体分離基板の製造方法に於いて、 上記溝の中及び上記第2の半導体の表面上に多結晶シリ
コンを堆積する工程を具備することを特徴とする誘電体
分離基板の製造方法。
5. A step of integrally forming a first semiconductor having a predetermined thickness and a second semiconductor thicker than the first semiconductor via an insulating film, the first semiconductor A step of forming a groove reaching the insulating film from the surface of the first semiconductor in order to divide the first semiconductor into a plurality of layers. A method of manufacturing a dielectric isolation substrate, comprising a step of depositing polycrystalline silicon on a surface.
【請求項6】 上記多結晶シリコンを堆積する工程は上
記溝の中及び上記第2の半導体の表面上に同時に堆積す
る請求項5に記載の誘電体分離基板の製造方法。
6. The method of manufacturing a dielectric isolation substrate according to claim 5, wherein the step of depositing the polycrystalline silicon is simultaneously performed in the groove and on the surface of the second semiconductor.
【請求項7】 上記多結晶シリコンを堆積する工程の後
に上記第2の半導体の表面を熱酸化する工程を具備する
請求項4及び5に記載の誘電体分離基板の製造方法。
7. The method for manufacturing a dielectric isolation substrate according to claim 4, further comprising a step of thermally oxidizing the surface of the second semiconductor after the step of depositing the polycrystalline silicon.
【請求項8】 上記第2の半導体の表面を熱酸化する工
程の後に上記酸化膜を除去する工程を具備する請求項7
に記載の誘電体分離基板の製造方法。
8. The method according to claim 7, further comprising a step of removing the oxide film after the step of thermally oxidizing the surface of the second semiconductor.
A method for manufacturing a dielectric isolation substrate as described in.
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WO2024030386A1 (en) * 2022-08-01 2024-02-08 Lam Research Corporation Conductive backside layer for bow mitigation

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