JPH0758675B2 - 半導体装置における基板の製造方法 - Google Patents

半導体装置における基板の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、単結晶シリコン基板上
に化合物半導体基板を設けた半導体装置における基板の
製造方法に関し、特に、単結晶シリコン基板と化合物半
導体基板間に応力吸収層を設けて、両基板の熱膨張係数
の差によって接着熱処理時に発生する界面応力を減少さ
せ、両基板が分離することを防止すると共に、均一な厚
さの化合物半導体基板を設けることができる基板の製造
方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】単結晶シリコン基板に、ガリウム砒素
(GaAs)またはインジウムリン(InP)のような
化合物半導体基板を直接接着して半導体装置の基板を製
造する方法が、1989年11月12日付けで日本応用
物理学会誌に発表された。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
製造方法では、単結晶シリコン基板を形成する単結晶シ
リコンの熱膨張係数が、化合物半導体基板を形成するガ
リウム砒素またはインジウムリンの熱膨張係数と異なる
ため、単結晶シリコン基板と化合物半導体基板との接着
熱処理工程において、上記基板同士が分離する現象が起
きるという問題点が有る。この基板同士の分離現象は、
熱膨張係数の差によって上記基板間に発生する界面応力
に起因しており、特に160℃以上の温度で顕著とな
る。
【0004】本発明は、上記の問題点に鑑みてなされた
ものであり、単結晶シリコン基板上に化合物半導体基板
を設ける基板の製造方法において、熱処理時に、熱膨張
係数の差によって上記基板間に発生する界面応力を減少
させることができる基板の製造方法を提供することを目
的としている。
【0005】本発明は、さらに、上記基板同士の接着後
の薄膜化工程で、単結晶シリコン基板上の化合物半導体
基板の厚さを均一にすることができる基板の製造方法を
提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体装置
における基板の製造方法は、上記の課題を解決するため
に、単結晶シリコン基板上に化合物半導体基板を設ける
半導体装置における基板の製造方法において、例えばフ
ォトエッチングにより、化合物半導体基板上に所定深さ
の溝を、例えば半導体チップに分割するためのスクライ
ブ線として利用できるように、縦横に形成し、この化合
物半導体基板における上記溝が形成された第1面に、低
温シリコン酸化膜を形成する工程と、上記低温シリコン
酸化膜上に多結晶シリコン膜を形成した後、この多結晶
シリコン膜に対し単結晶シリコン基板を、例えば100
〜1100℃の温度範囲で接着熱処理する工程と、上記
化合物半導体基板における上記第1面とは反対側の第2
面に、例えば研磨またはエッチングによる薄膜化処理を
施す工程とから成ることを特徴としている。
【0007】
【作用】上記の構成により、低温シリコン酸化膜は、応
力吸収層として作用し、化合物半導体基板と単結晶シリ
コン基板との熱膨張係数の差に起因して、接着熱処理時
に、化合物半導体基板に発生する応力や、化合物半導体
基板と単結晶シリコン基板間に発生する界面応力を吸収
ないし減少させることができる。なぜなら、低温シリコ
ン酸化膜は、高温条件下で形成された場合の熱シリコン
酸化膜に比べて、膜の形成密度が小さくなっているから
である。この結果、溝内を埋めている低温シリコン酸化
膜および化合物半導体基板の第1面を被覆している低温
シリコン酸化膜は、熱や膨張による圧力が加わると、緻
密化して体積を減じるため、応力を吸収することができ
る。
【0008】これにより、接着熱処理工程において、化
合物半導体基板と単結晶シリコン基板とが、熱膨張係数
差によって分離することが防止される。
【0009】また、縦横に形成され、低温シリコン酸化
膜によって埋められた溝は、化合物半導体基板の熱膨張
によって発生する応力を吸収する役割を担うほか、半導
体チップに分割する際のスクライブ線として、さらに、
化合物半導体基板の薄膜化処理を行う際には、薄膜化処
理を停止するためのインジケータとして利用することが
できる。例えば、薄膜化処理をケミカルエッチング技術
によって行う場合には、低温シリコン酸化膜を通常の不
動態化層( passivation layer )として利用でき、低温
シリコン酸化膜が化合物半導体基板の薄膜化に伴って均
等に露出したときに、エッチングを停止すればよい。
【0010】これにより、低温シリコン酸化膜を利用し
て、単結晶シリコン基板上の化合物半導体基板を均一な
厚さで設けることが可能になる。
【0011】
【実施例】本発明の一実施例について図1ないし図5に
基づいて詳細に説明すれば、以下のとおりである。
【0012】本発明は、以下の2つの特徴を柱とする半
導体装置における基板の製造方法に関するものである。
すなわち、 (1) 単結晶シリコン基板より熱膨張係数が大きい化合物
半導体基板上にメサ(mesa) 構造をなす溝を形成し、溝
内部に低温シリコン酸化膜を埋め込むことにより、熱処
理工程時に生ずる化合物半導体基板の応力を吸収する。
これにより、単結晶シリコン基板と化合物半導体基板間
の熱膨張係数差による界面応力を減少させることができ
るので、熱処理工程時に、両基板が分離するのを防止す
ることができる。
【0013】(2) 薄膜化工程で、応力吸収層である低温
シリコン酸化膜を不動態化層(pass-ivation layer )と
して利用することで、単結晶シリコン基板上に均一な厚
さを有する化合物半導体基板を形成することができる。
【0014】図1ないし図4は、本発明の実施例に従う
応力吸収層を利用し、単結晶シリコン基板と化合物半導
体基板とを接着して、所望の基板を製造する工程を順次
示している。
【0015】まず、図1は、化合物半導体基板上に溝を
形成する工程を示している。すなわち、化合物半導体基
板1をフォトエッチングして、化合物半導体基板1上に
メサ(mesa)構造をなす複数の溝2を碁盤格子状に縦横
に形成する。このとき、溝2のエッチング深さは、後述
する単結晶シリコン基板5上に最終的に形成される化合
物半導体層1aの厚さによって決定される。また、上記
溝2は、以後、半導体チップに分割する際のスクライブ
線に利用される。
【0016】図5は、図1の化合物半導体基板1状に溝
2を形成した後の平面図を示している。碁盤格子状の実
線が溝2を表しており、溝2によって区画された4角形
が、半導体チップの基板となる。
【0017】次に、図2は、溝2が形成された化合物半
導体基板1上に低温シリコン酸化膜3と多結晶シリコン
膜4とを形成する工程を示す。すなわち、まず、化合物
半導体基板1の溝2が形成された面に対し、低温シリコ
ン酸化膜3を蒸着させる。これにより、溝2内部は、低
温シリコン酸化膜3によって埋められると共に、化合物
半導体基板1上にも低温シリコン酸化膜3が形成され
る。この低温シリコン酸化膜3は、後述するように、応
力吸収層として作用する。さらに、上記低温シリコン酸
化膜3上に多結晶シリコン膜4を所定の厚さで蒸着させ
た後、多結晶シリコン膜4の表面に平滑処理を施す。
【0018】続いて、図3は、上記化合物半導体基板1
と単結晶シリコン基板5とを接着する工程を示してい
る。すなわち、表面が平滑化された多結晶シリコン膜4
が形成された化合物半導体基板1を裏返し、多結晶シリ
コン膜4の表面と単結晶シリコン基板5の上面6とを接
触させて接着熱処理を施す。このとき、上記接着熱処理
工程を100〜1100℃の温度範囲で遂行する。
【0019】最後に、図4は、単結晶シリコン基板5上
に化合物半導体層1aを設ける工程を示している。すな
わち、薄膜化処理の停止を知らせるインジケータとし
て、溝2の内部を埋める低温シリコン酸化膜3を利用
し、溝2の底面が位置する高さまで、化合物半導体基板
1を機械的に研磨すれば、単結晶シリコン基板5上に応
力吸収層を介して均一に薄膜化された化合物半導体層1
aを設けた基板を製造することができる。なお、化合物
半導体基板1の薄膜化のためには、機械的研磨以外に、
エッチング法を用いることができる。このとき、溝2に
埋め込まれた低温シリコン酸化膜3は、不動態化層とし
て利用される。
【0020】上記の構成において、メサ構造をなして縦
横に形成された溝2を埋めるように低温シリコン酸化膜
3を形成した工程が、本発明の最も重要な柱である。化
合物半導体基板1の熱膨張係数は、単結晶シリコン基板
5の熱膨張係数より大きいので、上記接着熱処理工程に
おいて、化合物半導体基板1に応力が発生すると共に、
化合物半導体基板1と単結晶シリコン基板5間に界面応
力が発生する。そこで、低温シリコン酸化膜3は発生す
る応力を吸収する前記応力吸収層として設けられてい
る。
【0021】すなわち、低温シリコン酸化膜3は、高温
条件下で形成された場合の熱シリコン酸化膜に比べて、
膜の形成密度が小さくなっている。したがって、接着熱
処理工程において化合物半導体基板1に発生する応力
や、化合物半導体基板1と単結晶シリコン基板5間に発
生する界面応力は、溝2内を埋めている低温シリコン酸
化膜3および化合物半導体基板1上を被覆している低温
シリコン酸化膜3が、熱または圧力によって緻密化する
ことにより吸収される。
【0022】このように、低温シリコン酸化膜3が、界
面応力を吸収ないし減少させるので、接着熱処理工程に
おいて、化合物半導体基板1と単結晶シリコン基板5と
が熱膨張係数差によって分離することが防止される。
【0023】また、化合物半導体基板1の薄膜化工程に
おいて、溝2に埋め込まれた低温シリコン酸化膜3が均
等に露出するようにすれば、化合物半導体基板1を均等
に薄膜化し、均一な厚さを有する化合物半導体層1aを
形成することができる。
【0024】なお、本実施例では、化合物半導体基板1
と単結晶シリコン基板5との間に多結晶シリコン膜4を
設ける場合を示したが、これに代えて、例えば、無定形
シリコン膜を設けてもよい。
【0025】また、化合物半導体基板1が単層の場合を
示したが、2層以上に積層された化合物半導体エピタキ
シャル層を化合物半導体基板1として使用することがで
きる。このような化合物半導体基板1は、光素子の製造
のために用いられる。
【0026】さらに、上記接着熱処理工程を100〜1
100℃の温度範囲で遂行する場合を示したが、300
℃程度の低温で第1次の接着熱処理を行った後、化合物
半導体基板1の薄膜化処理を行い、その後、100〜1
100℃の温度範囲で第2次の接着熱処理を行ってもよ
い。
【0027】
【発明の効果】本発明に係る半導体装置における基板の
製造方法は、以上のように、エッチングにより、化合物
半導体基板上に所定深さの溝を縦横に形成し、この化合
物半導体基板における上記溝が形成された第1面に、低
温シリコン酸化膜を形成する工程と、上記低温シリコン
酸化膜上に多結晶シリコン膜を形成した後、この多結晶
シリコン膜に対し単結晶シリコン基板を接着熱処理する
工程と、上記化合物半導体基板における上記第1面とは
反対側の第2面に薄膜化処理を施す工程とから成る構成
である。
【0028】それゆえ、化合物半導体基板と単結晶シリ
コン基板との間に設けられた低温シリコン酸化膜が、熱
や圧力によって自らの密度を緻密化することにより、化
合物半導体基板と単結晶シリコン基板間の熱膨張係数差
に起因して発生する応力を吸収するので、化合物半導体
基板と単結晶シリコン基板とが熱処理時に分離すること
を防止できる。
【0029】また、化合物半導体基板と単結晶シリコン
基板との間に位置する溝内部を埋める低温シリコン酸化
膜は、化合物半導体基板の薄膜化を均等に行うための指
標として利用することができるので、単結晶シリコン基
板上に設ける化合物半導体基板の厚さを均一にすること
ができるという効果を併せて奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る基板の製造方法において、化合物
半導体基板に複数の溝を形成する工程を模式的に示す縦
断面図である。
【図2】図1の化合物半導体基板上に低温シリコン酸化
膜および多結晶シリコン膜を形成する工程を模式的に示
す縦断面図である。
【図3】図2の化合物半導体基板を裏返して、単結晶シ
リコン基板に対して接着熱処理する工程を模式的に示す
縦断面図である。
【図4】図3の化合物半導体基板に薄膜化処理を施す工
程を模式的に示す縦断面図である。
【図5】図1に示す化合物半導体基板の平面図である。
【符号の説明】
1 化合物半導体基板 2 溝 3 低温シリコン酸化膜 4 多結晶シリコン膜 5 単結晶シリコン基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 キョン ソー リー 大韓民国 デジョン−シ ソ−グ カシュ ーウォン−ドン 643 キェリョン・アパ ート 4−603

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】単結晶シリコン基板上に化合物半導体基板
    を設ける半導体装置における基板の製造方法において、 エッチングにより、化合物半導体基板上に所定深さの溝
    を縦横に形成し、この化合物半導体基板における上記溝
    が形成された第1面に、低温シリコン酸化膜を形成する
    工程と、 上記低温シリコン酸化膜上に多結晶シリコン膜を形成し
    た後、この多結晶シリコン膜に対し単結晶シリコン基板
    を接着熱処理する工程と、 上記化合物半導体基板における上記第1面とは反対側の
    第2面に薄膜化処理を施す工程とから成ることを特徴と
    する半導体装置における基板の製造方法。
JP4123455A 1991-05-16 1992-05-15 半導体装置における基板の製造方法 Expired - Lifetime JPH0758675B2 (ja)

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