JPH0613456A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH0613456A
JPH0613456A JP28113492A JP28113492A JPH0613456A JP H0613456 A JPH0613456 A JP H0613456A JP 28113492 A JP28113492 A JP 28113492A JP 28113492 A JP28113492 A JP 28113492A JP H0613456 A JPH0613456 A JP H0613456A
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優 新保
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潔 福田
Yoshio Yamamoto
善生 山本
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 表面が鏡面研磨され、少なくとも一方の接合
すべき面が絶縁膜で覆われた二枚の半導体単結晶基板を
洗浄な雰囲気下で密着させ、実質的に外力による圧力を
加えることなく200℃以上であって前記絶縁膜が溶融
しない範囲の温度で熱処理して接合する工程と、接合さ
れた半導体単結晶基板の少なくとも一方に能動素子を形
成する工程と、形成された素子の分離領域の半導体単結
晶を接合部に介在する前記絶縁膜に達する深さまで除去
する工程と、この工程で露出した半導体単結晶表面に絶
縁膜を形成する工程とを備えたことを特徴とする半導体
装置の製造方法である。 【効果】 簡便な工程で、素子分離を行なった半導体装
置を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法に
係り、特に誘電体を用いた素子分離法に関する。
【0002】
【従来の技術】ICやLSIなどで、各素子間の分離を
絶縁体で行なう、いわゆる誘電体分離法は、pn接合分
離に比べて、(1)もれ電流を極めて小さくすることが
できる、(2)耐圧を大きくすることができる、(3)
電圧印加の方向に気を配る必要がない、等の利点を有す
る。
【0003】理想的な誘電体分離は、各素子を電極接続
部を除いて絶縁体で完全に包み込むことで達成される。
このような素子は例えば、サファイア上にシリコンをエ
ピタキシャル成長させたSOS基板を用いて形成するこ
とができる。しかしながら、サファイアは高価であり、
またシリコンとの結晶整合性も完全ではなく良質の単結
晶膜が得られない、膜厚を充分厚くすることができな
い、などの理由で、作製できる素子の種類に制限があ
る。
【0004】サファイアのような絶縁体基板を用いない
誘電体分離法も、これまで数多く提案されている。その
一例を図4で説明する。まず図4(a)に示すように、
シリコン単結晶基板41の上にエピタキシャル法により
形成したシリコン単結晶層42(421 ,422 )に所
望の拡散層43(431 ,432 )を形成した素子を作
製し、更にメサエッチングにより各素子間を分離して全
面をSiO2 等の絶縁膜44で覆う。この後図4(b)
に示すように、これら素子の上部に多結晶シリコン支持
体層45を堆積し、次いで図4(c)に示すようにシリ
コン基板41を研磨やエッチング等により各素子が完全
に分離されるまで削り落してその表面を絶縁膜46で覆
う。この後図4(d)に示すように、絶縁膜46側に再
度多結晶シリコン支持体層47を堆積する。そして図4
(e)に示すように、支持体層45をエッチング除去し
て誘電体分離された素子を得る。
【0005】この様な従来の方法での最大の問題は、支
持体層の形成が必須である点にある。支持体層の堆積や
除去等の余分な工程が必要なだけでなく、例えば良く使
われる多結晶シリコンの場合でも、堆積速度が遅いため
に、研磨等の工程に耐え得る充分な厚さを得るために非
常に長い時間を要する。支持体層の堆積工程を省略する
目的で、例えば図4(c)の工程で素子分離を終了し、
素子の裏面から配線を取り出すことも提案されている。
しかしこの方法は、配線構造が複雑になり種々の制約条
件が新たに加わる。また支持体としてシリコン基板等を
酸化物やガラスなどの接着層を介して張付ける方法も提
案されてるが(特開昭53−30283号公報,特開昭
48−100081号公報,特開昭51−21793号
公報,特開昭53−128285号公報,特開昭53−
30284号公報など)、この方法では、1300℃を
超える温度が必要であったり10kg/cm2 以上の高い圧
力が必要であった。この様な条件では、クリープなどに
より基板に変形を生じたり、素子領域に形成された拡散
層の不純物分布が変化する等の不都合が生じる。また特
公昭39−17869号公報,特公昭50−13155
号公報に記載されている様に接合面間に酸化膜を成長さ
せながら接着を行う方法もあるが、基板全体の均一的な
接合を考えると、大面積にわたって均一良好な接合が得
にくいものである。更に外力による圧力を印加して熱圧
着する方法もあるが(特開昭51−150282号公
報,特公昭49−45195号公報,特公昭48−40
372号公報など)、圧力印加は前述のごとく好ましく
ない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記した点
に鑑みなされたもので、簡便な工程で信頼性の高い誘電
体分離を可能とした半導体装置の製造方法を提供するこ
とを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、二枚
の半導体単結晶基板の表面が充分平滑に鏡面研磨されて
いる時、その研磨面同士を充分に清浄な雰囲気下で直接
密着させることにより強固な基板接合体が得られるとい
う知見に基き、この技術を誘電体分離に適用する。即ち
本発明の骨子は、少なくとも一方の接合すべき面が酸化
膜などの絶縁膜で覆われた二枚の半導体単結晶基板を清
浄な雰囲気下で密着させ200℃以上であって絶縁膜が
溶融しない範囲の温度で実質的に酸化膜などを接合面に
成長せしめることなく熱処理して接合し、接合された半
導体単結晶基板の少なくとも一方に能動素子を形成し、
形成された素子の分離領域の半導体単結晶を接合部の絶
縁膜に達する深さまで除去し、更にこの除去により露出
した半導体単結晶に酸化膜などの絶縁膜を形成すること
で素子分離を行なう。
【0008】本発明によれば、多結晶シリコンなどの支
持体層を堆積したり除去したりする工程用いることな
く、極めて簡便に素子分離を行なった半導体装置を得る
ことができる。しかも基板の接合の高温,高圧を必要と
せず、素子の信頼性を損うこともない。
【0009】また接合する基板の厚みに制限はないか
ら、素子の耐圧や電力等に応じて基板厚みを選択するこ
とができ、自由度の高い素子設計が可能となる。
【0010】また本発明は、鏡面研磨された二枚の基板
の表面を清浄な雰囲気下で密着させるだけで自力的に接
着が行われることを基本としており、外縁部でわずかに
酸化膜が成長し得るが、接合面全体では実質的に酸化膜
が成長することはない。
【0011】本発明の接合メカニズムは鏡面研磨された
洗浄処理等が施された基板表面にはOH基が存在してお
り、これらの基板を接触させるとOH基同士が結合し基
板がまず自力的に密着され、そして、熱処理により脱水
縮合反応が起こり、水素結合したOH基からH2 Oが抜
けSi−O−Si結合となり、接着がより強固なものと
なると考えられる。
【0012】この様に酸化膜を成長させて接着を行うと
いう技術とは基本的に異なっており、結果として基板全
体にわたって良好かつ均一な接着が実現できる。従って
素子分離を行っても島ごとでの接着状態が異なることに
より特性のバラツキなどがなく、信頼性の高い半導体装
置を得ることができる。
【0013】
【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。
【0014】図1(a)に示すように、第1のシリコン
単結晶基板11と第2のシリコン単結晶基板12を用意
する。この例では、第2のシリコン基板12の表面に、
例えば熱酸化による酸化膜等の絶縁膜13が形成されて
いる。これらの基板の相対向する面は鏡面研磨されてい
る。これらの基板11,12を図1(b)に示すように
密着させ200℃以上の温度で熱処理して接合させる。
室温で密着させるだけでもかなりの接合強度が得られる
が、200℃以上で熱処理することにより、接合強度が
著しく改善される。但し熱処理温度の上限は、クリープ
などを生じないように1300℃とすることが必要であ
る。
【0015】このように形成された基板接合体のうち、
本実施例では基板12に素子を形成する。そのために図
1(c)に示すように、基板12を必要な厚さになるま
で研磨,エッチング等により削り取る。素子によっては
この工程は不要である。この後図1(d)に示すよう
に、必要な拡散層14(141 ,142 )を形成し、素
子分離領域を絶縁膜13に達する深さまでメサエッチン
グして、各素子領域を島状に分離する。そして素子形成
された基板全面にSiO2 やSi3 4 等の絶縁膜15
を形成して、各素子が完全に誘電体で包まれて分離され
た状態を得る。この後は図示しないが必要な配線を施し
て所望の半導体装置が完成する。
【0016】以上のようにして本実施例によれば、信頼
性の高い誘電体分離構造の半導体装置を簡単に作ること
ができる。
【0017】本発明の最大の特徴は、半導体単結晶基板
を直接接合する点にある。この接合の機構は未だ明らか
でないが、200℃程度の熱処理で接合強度が極めて大
きくなっていることから、基板表面に形成される薄い親
水性の自然酸化膜が接合に関与していると考えられる。
例えば石英ガラスなどの表面にこの様な層が形成されて
いることは良く知られているし、またシリコン基板も空
気中で速やかに自然酸化膜で覆われることは知られてい
る。
【0018】本発明に於ける基板接合状態を知るため、
図2に示すような評価素子を形成して実験を行なった。
図2において、21,22はいずれも厚み2mm,直径1
0mmのシリコン単結晶基板であり、基板21は中央部に
貫通孔が形成され、基板22は中央部に残りの厚みが2
00μm程度となるように凹部が形成されている。こ様
な基板の一方に1μmの酸化膜23が形成された状態
で、実施例と同様にして基板同士を直接接合して評価素
子とした。そして図の矢印で示す方向に油圧Pを加えて
素子を破壊させ、素子の接合時の熱処理温度と破壊強度
の関係を調べた。図4はその結果である。200℃以下
では破壊圧は5kg/cm2 未満で接合部が剥がれるのに対
し、200℃以上では強度が急激に増大し、しかもその
破壊は結晶自体の破壊であった。
【0019】本発明は上記実施例に限られず、種々の変
形が可能である。例えば、能動素子の拡散層の一部また
は全部を基板接合の前に形成してもよい。特に基板接合
の際の熱処理温度を1000℃程度以下に抑えれば、予
め拡散層を形成しておいてもその後の特性変動の小さい
ものとすることができる。また配線工程を容易にするた
め、図1(e)の後、素子間の溝を絶縁体で埋めたり、
異方性エッチングを用いてメサ溝の形状を最適化するこ
とも可能である。更に二枚の基板の接合すべき面に両方
に絶縁膜を形成しておいてもよいし、接合した基板の両
方に素子を形成してもよい。例えば、2枚の単結晶シリ
コン基板を用意し、これらの基板の接合すべき表面に熱
酸化膜等の絶縁膜をそれぞれ形成した後に密着させ、2
00℃以上の温度で熱処理して接合させる。このように
しても、十分に高い接合強度が得られる。
【0020】
【発明の効果】本発明によれば、多結晶シリコンなどの
支持体層を堆積したり除去したりする工程用いることな
く、極めて簡便に素子分離を行なった半導体装置を得る
ことができる。しかも基板の接合の高温,高圧を必要と
せず、素子の信頼性を損うこともない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の工程図
【図2】 本発明を評価するための評価素子の概略図
【図3】 図2の素子を用いた結果を示す特性図
【図4】 従来の工程図
【符号の説明】
11…第1のシリコン単結晶基板 12…第2のシリコン単結晶基板 13…絶縁膜 141 2 …拡散層 15…絶縁膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大和田 義明 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝総合研究所内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】表面が鏡面研磨され、少なくとも一方の接
    合すべき面が絶縁膜で覆われた二枚の半導体単結晶基板
    を清浄な雰囲気下で密着させ、実質的に外力による圧力
    を加えることなく200℃以上であって前記絶縁膜が溶
    融しない範囲の温度で熱処理して接合する工程と、接合
    された半導体単結晶基板の少なくとも一方に能動素子を
    形成する工程と、形成された素子の分離領域の半導体単
    結晶を接合部に介在する前記絶縁膜に達する深さまで除
    去する工程と、この工程で露出した半導体単結晶表面に
    絶縁膜を形成する工程とを備えたことを特徴とする半導
    体装置の製造方法。
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