JPH08501900A - 結合ウェーハの製法 - Google Patents

結合ウェーハの製法

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Abstract

(57)【要約】 結合ウェーハ内の歪みが、デバイス製造の間結合ウェーハの裏面上の応力補償層の維持により制限される。１の実施例は結合シリコンウェーハのための二酸化珪素応力補償層上にポリシリコン犠牲層を適用する。この製造法は二酸化珪素応力補償層ではなくポリシリコン犠牲層を消費する。

Description

【発明の詳細な説明】 結合ウェーハの製法 発明の背景および概要 本発明は電子的集積回路（ＩＣ）および製造方法に関し、特に絶縁層分離半導 体集積回路（ＩＣ）および関連した製造方法に関する。 （シリコンオン絶縁体基板） シリコンオン絶縁体（silicon-on-insulator）基板内に組み立てた集積回路は 、ＣＭＯＳ構造用のラッチアップが不用、高い記録密度、低い寄生容量、低い電 力消費、放射硬度、高電圧操作、および３次元積分の可能性を含む性能利点を提 供する。正に、シリコン層を通じて絶縁部に広がる隔離トレンチ（isolationtre nches）はＩＣデバイスの絶縁層分離への単純なアプローチを提供する。このよ うなトレンチの側壁は絶縁体（通常、二酸化珪素（酸化物））でコートされ、ト レンチ開口の残りの部分は通常多結晶シリコンである充填剤で充填される。拡散 ＰＮ接合は横方向の隔離にも使用できる。 さらに、非常に薄いフィルムを用いるシリコンオン絶縁体技術はサブミクロン のデバイスに対して特別の利点を提供する。パンチスルー、しきい値電圧シフト およびサブしきい値傾斜低下のような小幾何学的効果（small-geometry effects ）のため、バルクデバイスの殻を取ることはその特性を低下させる傾向がある。 シリコンオン絶縁体デバイスの使用はこれらの小幾何学的効果を抑制する。ゆえ に、サブミクロンのＶＬＳＩの時代においてさえ、シリコンオン絶縁体技術は、 シリコンオン絶縁体の固有の利点とともに、バルク技術よりもさらに高いデバイ ス性能を提供することができる。 シリコンオン絶縁体基板は種々の方法で製造されうる。結晶シリコン層は、酸 化物上に堆積したポリシリコンのレーザもしくは帯状ヒータ再結晶化、または酸 化物上での選択的なエピタキシャルシリコン成長により、存在する酸化物層の上 に形成されうる。しかしながら、このようなシリコン層の品質は一般にバルクシ リコンと正規に連関した品質よりも劣る。他のアプローチは、埋蔵された多孔質 シリコン層を酸化するかまたは酸素イオン注入により、存在する高品質のシリコ ン層の下に酸化物層を形成するものである。しかしながら、このような酸化物は 品質が低く、シリコン上部層は酸化物層形成の間に損傷を受ける可能性がある。 シリコンオン絶縁体への別のアプローチは、Ｊ．Ｌａｓｋｙ等の「結合および エッチングバックによるシリコンオン絶縁体（ＳＯＩ）」１９８５年 ＩＥＤＭ Ｔｅｃｈ．Ｄｅｇ．６８４、により記載されたようなウェーハ結合である。こ のウェーハエミッタ結合工程は以下のように進行する：軽くドープされたシリコ ンのエピタキシャル層を強くドープされたシリコン基板上に成長させ、酸化物を 外層上に熱的に成長させ、第２の軽くドープされたシリコン基板を熱的に酸化し 、この２つの酸化表面を一緒に加圧する。図１ａを参照。一緒に加圧されたウェ ーハを１１００℃の酸化雰囲気中に挿入し、図１ｂに示されるようにそれらを結 合させる。最後に、優先的なエッチングを使用して強くドープされた基板を除去 し、今や図１ｃに示されるような第２の基板上にある結合し熱的に成長した酸化 物の上に、薄い軽くドープされたエピタキシャル層を残す。熱的に成長した酸化 物の上に得られた薄いシリコン層は高品質を有し、この酸化物はその品質を保持 し、ＣＭＯＳもしくは高電圧デバイス、または共用要素適用に望まれるように、 厚くなりうる。図１ｄは自己発見的に、ポリ充填されたトレンチ隔離（trenchis olation）ＭＯＳＦＥＴおよびバイポーラデバイスを有するトレンチ隔離を示す 。 概念的には、この工程は究極的なシリコンオン絶縁体材料（結晶転位のない鏡 のような仕上げをされた結晶質シリコン層、およびシリコン上に熱的に成長した ２酸化珪素の界面に等しい品質を有する背面の界面；結晶質シリコン層および可 変厚さの絶縁体）に対する全ての所望される目的を満足させる。 図２ａ−ｃに 示され、 に出願された共に係属中の米国特許出願第 号明細書に記載され た別のウェーハ結合方法は以下のように進行する。強くドープされた基板上に軽 くドープされた外層と、厚い（４０００オングストローム）酸化物層とを有する デバイスウェーハで開始する。酸または過酸化物の洗浄によりこのデバイスウェ ーハの表面を活性化して水酸基の形成を助長する。酸化物上に水＋過酸化水素の ような酸化剤を滴下し、ウェーハを一緒に圧搾する。図２ａを参照。酸化剤の滴 はウェーハ表面の０．８〜８．０μ１／平方インチの範囲の堆積を有する。１日 間室温で圧搾されたウェーハを乾燥し、１１５０℃まで２時間圧搾されたウェー ハを加熱する。加熱はデバイスウェーハの酸化を促進し、形成されたシリコン− 酸素結合は２つのウェーハを融解させる。図２ｂを参照。最後に、デバイス外層 が露出するまでデバイスウェーハを研削しエッチバックする。これは図２ｃに示 されるようなシリコンオン絶縁体基板を完成させる。 しかしながら、結合され たウェーハは歪みを含む問題を有する。特に、２つのウェーハを一緒に結合させ るのに用いられる酸化物（または他の誘電体）は通常応力付加の状態で形成され る。例えば、ウェーハがシリコンであり酸化物が熱酸化により形成される場合、 この酸化物は圧縮性応力下にあり、結合したウェーハに歪みを生じさせる。正に 、デバイス外層はかなり薄く（１μｍ）、ハンドルウェーハーは般的なウェーハ 厚さ（５００μｍ）であり、そのため、外層−酸化物応力は外層の弾性変形によ り調節されうるが、ハンドル−酸化物応力は歪みを起こさせる。応力が大きいほ ど、歪みが大きくなる。この結合方法は、熱酸化におけるようなデバイスウェー ハ上の圧縮性酸化物を製造する。しかしながら、より厚い外層（例えば、高電圧 の応用に対して１５−５０μｍ厚さ）に対してさえも、ハンドル−酸化物応力が 支配し、歪みが生じる。 ウェーハは、歪みが大きすぎる場合には、整合チャッ クのような製造装置によって取り扱いできない。これは製造歩留まりの損失を生 じさせ、使用できる酸化物の最大厚さを制限する。したがって、結合ウェーハの 誘電膜内の応力により引き起こされる歪みを減少させる必要がある。 図面の簡単な説明 本発明は以下の添付図面を参照しつつ説明される。 図１ａ−ｄおよび２ａ−ｃは既知のウェーハ結合法および集積回路を立面断面 図である。 図３ａ−ｆは結合ウェーハ製造における歪み抑制の第１の好ましい 実施例の立面断面図である。 図４ａ−ｃはさらに第１の好ましい実施例の方法 を説明する。 図５ａ−ｉは第４の好ましい実施例の立面断面図である。 図６および７ａ−ｅは別の好ましい実施例の方法を説明する。 好ましい実施例の説明 （第１の歪み抑制方法） 図３ａ−ｅは、断面の立面図において、結合したウェーハの製法における歪み 制御方法の好ましい第１の実施例を示している。結合したウェーハの製法は次の ように行なわれる。 （ａ）結果的なデバイス製造に望まれるドーピングタイプおよび抵抗率（例 えば、Ｎタイプで、２０オーム−ｃｍ）で、図３ａに示されたような約５００μ ｍの標準ウェーハ厚さを有する４インチの直径のシリコンウェーハ３０２により 開始する。ウェーハを熱的に酸化して酸化物層３０４および３０６を形成する。 酸化物層３０６は底部酸化物となり、それでこの酸化物は所望の底部酸化物厚さ 、例えば、４μｍまで成長する。もし最終デバイス構造物中の埋め込み層が望ま れるならば、ウェーハ３０２の熱酸化の前に、底部酸化物３０６まで酸化される 表面上にウェーハ３０２をドープすることにより結果的な埋め込み層が形成され るであろう （ｂ）酸化物３０６の表面に酸化剤を滴下するとともに、ハンドルウェーハ ３１２およびデバイスウェーハ３０２を加圧し、ハンドルウェーハ３１２上に約 ２μｍの裏面酸化物３１６を成長させる酸化雰囲気を有する炉サイクルにおいて 結合する。図３ｂを参照。 （ｃ）結合の後、研削し、ラップ盤で磨き且つ研磨することによりデバイス ウェーハ３０２の大部分を除去して、所望のデバイス島厚さ、例えば、３５〜４ ０μｍを残す。デバイスウェーハ３０２のこの薄層化はエッチング止め無し（et chstop）で進行されるので、デバイスウェーハ３０２の最終厚さはプロセス制御 に依存する。図３ｃを参照。 （ｄ）約４μｍの厚さまでデバイスウェーハ３０２上のマスク酸化物３２６ を熱的に成長させる。これは約４．５μｍまでハンドルウェーハ３１２上の裏面 酸化物３１６を増加させる。マスク酸化物３２６はトレンチエッチングマスク（ trench etch mask）として用いられる。図３ｄを参照。 （ｅ）マスク酸化物３２６上に撒かれたホトレジスト中にトレンチパターン を印刷する。底部酸化物３０６（４μｍ）、マスク酸化物３２６および裏面酸化 物３１６（４．５μｍ）が、ホトレジストパターニングの間、厚さにおいてかな り接近して調和するように注意する。エッチングマスクとしてホトレジストを使 用し酸化物３２６中のトレンチパターンをウェットエッチングする（ＨＦ）。こ のウェットエッチングは裏面酸化物３１６から４μｍ除去して０．５μｍだけ残 す。次いで、ホトレジストを剥がし、デバイスウェーハ３０２をプラズマ反応エ ッチング（ＲＩＥ）するようにパターン化された酸化物３２６を使用して、底部 酸化物３０６上にシリコン島３２２、３２３、．．．．を形成させる。図３ｅ参 照。 （ｆ）ウェットエッチングによりパターン化された酸化物３２６を剥がす。 このエッチングはハンドルウェーハ３１２の裏面の残存する裏面酸化物３１６を も除去する。次いで、４μｍの厚さまで酸化物を熱的に成長させて、島３２２、 ３２３．．．の側面の隔離酸化物３３６を形成させる。また、これは島表面に４ μｍの酸化物３３８と、ハンドルウェーハ３１２上に４μｍの酸化物３４６を形 成させる。また、これはトレンチ底において露出した底部酸化物３０６の部分を 厚くする。次に、ポリシリコン３４８を堆積させてトレンチを埋める。最後に、 トレンチを除いてポリシリコンを除去して平面化する。図３ｆを参照。ここで、 島表面酸化物３３８、底部酸化物３０６および裏面酸化物３４６は全て同一の厚 さ（４μｍ）を有するように注意する。 （ｇ）次のような繰り返しサイクルにより、島３２２、３２３、．．．内の デバイスを製造する。（１）熱的に酸化物層を成長させる。（２）スピナー（sp inner）真空チャックを用いてホトレジストを撒く。（３）整合真空チャックを 用いてホトレジストをパターン化する。（４）エッチングマスクとしてパターン 化されたホトレジストを用いて酸化物をウェットエッチングする。（５）そして 、拡散／注入／エッチングマスクとしてパターン化された酸化物を用いてシリコ ンを拡散、注入、エッチングする。このパターン化された酸化物は各サイクルの 度に残りうる。もし線幅が問題でないならばウェットエッチングはより良いスル ープットを提供する。したがって、高電圧工程はしばしばウェットエッチングを 使用する。しかしながら、ウェットエッチングは裏面酸化物３４６を攻撃し、酸 化物の熱的成長は、熱的な酸化物の放物線的な成長により除去されるほど速くは 裏面酸化物３４６を回復させない。すなわち、工程（１）がＴμｍ厚さの酸化物 を成長させるとき、裏面酸化物３４６はＴμｍより小さい厚さで増加する。しか し、成長した酸化物をエッチングするウェットエッチングは裏面酸化物３４６の 少なくともＴμｍを除去するであろう。したがって、裏面酸化物３４６は、底部 酸化物３０６が侵されない間は、正味の除去を被るであろう。これは、厚さの差 の増加および歪みと処理の失敗に導く。しかしながら、引き続く製造工程の間部 分的もしくは全面的に消費されている犠牲層で裏面をコーティングすることは、 応力補償の裏面酸化物３４６を保護することができる。多結晶性または無定型の シリコンフィルムは犠牲層として使用することができる。その厚さは、基礎をな す酸化物が、単独で製造工程の歪みに敏感な部分の残りを通じて充分な応力補償 を維持することができるまで、ウェーハの裏面が被る酸化およびエッチングが保 護層全体を除去しないように選ばれなければならない。酸化物およびポリシリコ ンの正味応力が底部酸化物３０６のものと釣り合うように、裏面酸化物３４６の 厚さを調整することが望ましいのかもしれない。 この方法の具体例は、高電圧ＩＣのための結合ウェーハの絶縁層分離（ＤＩ） 工程である。底部酸化物は従来の炉熱酸化により４μｍ厚さに成長する。島は、 ポリトレンチ充填物を島から分離する酸化物を有するポリシリコンを充填した横 方向トレンチ絶縁により絶縁されている。応力補償層は４μｍの熱成長酸化物で ある。保護層は２〜３μｍのポリシリコン層である。ポリシリコンの厚さは、熱 酸化の連続およびウェーハ製造の間に行われる引き続く湿式（緩衝されたＨＦ） 酸化物エッチングがポリシリコン保護層全体を除去しないように選ばれる。一般 的には、この製法はパターン化されたホトレジストマスクを有する前面酸化物に おけるウェットエッチング開口の５または６サイクルの繰り返し、酸化物開口を 通じるドーパントの導入、および酸化物成長の間のドーパントの熱的ドライブイ ン（drive-in）を含む。また、このようなサイクルはドライブインの間ポリシリ コンから酸化物を成長させ、ウェットエッチングの間この酸化物を除去する。結 果として、ポリシリコンの除去速度は容易に計算されうる。 保護層に加えて応力補償付きおよび応力補償無しのウェーハはそれぞれ概略的 に図４ａおよび４ｂに図示されている。 実験的に、底部酸化物３０６と応力補償裏面酸化物３４６との間の厚さの差が 厚さ約５００μｍの４インチ開始ウェーハに対して約２μｍ未満であるとき、歪 みは使用される大抵の真空チャックに耐えうる。これは、厚さの差の大きさが約 ２μｍ未満であり続けることを保証するのに保護が用いられる限り、裏面酸化物 ３４６が酸化物エッチングの発生毎に保護される必要がないことを意味している 。正に、図４ｃは、厚さの差の作用として、約２０μｍのデバイス層厚さと４μ ｍの底部酸化物厚さとを有する約４インチの結合ウェーハの（ミルにおける）歪 みを図解している。図４ｃは、それぞれ底部酸化物が裏面酸化物よりも厚いおよ び薄い場合に相当する、正および負の厚さの差を含むことを注意されたい。正の 厚さの差に対しては結合ウェーハは図４ａに示されるように凸状の歪みを有して いた。 これまで用いられたものより敏感な真空チャックでは、最大差はより小さくな る必要があるであろう。（第２の歪み抑制方法） 第１の方法の応力補償裏面酸化物３４６の保護もまた、全ての歪みに敏感な製 造工程が完了するまで、裏面が露出される工程によって除去されない窒化シリコ ンのような材料の層を有する酸化物を塗布することにより達成されうる。この場 合、酸化物３４６の厚さは、酸化物とその永久的な保護層（例えば、窒化物のよ うな）との結合した応力が底部酸化物３０６の応力に釣り合うように、調整され る。例えば、３μｍの酸化物の上の３０００オングストロームの窒化物が裏面酸 化物３４６の代わりに用いられうる。さらに、これは酸化物と窒化物との構造は 少なくともほぼ釣り合う応力が加えられた層を作るように制御可能であることを 要求するが、裏面酸化物３４６は窒化物により完全に置換されうる。底部酸化物 および裏面窒化物の厚さは製造中殆ど不変でありうる。 （第３の歪み抑制方法） 第１の方法の応力補償酸化物層３４６を保護する別法は、ウェットエッチング の前にホトレジストで裏面酸化物３４６を保護し、ウェットエッチングの後それ を除去することである。これは裏面酸化物３４６を保護し、その厚さを底部酸化 物３０６の厚さと比較可能に維持して歪みを防止する。一旦、デバイスと相互連 絡とが島３２２、３２３、．．．内に形成され、他の歪みに敏感な工程が完了す ると、裏面酸化物３４６が除去されうる。 （第４の歪み抑制方法） 図５ａ−ｉは断面の立面図において、結合したウェーハ製造における第４の好 適な歪み抑制方法の実施例を示す。結合したウェーハの製法は下記のように行わ れる。 （ａ）図５ａに示されるような約５００μｍ厚さの４インチ直径のシリコン ウエーハから開始する。ウェーハ５０２はデバイスウェーハであり、ウェーハ５ ０４はハンドルウェーハである。デバイスウェーハ５０２は、約３５μｍの厚さ の軽くドープしたデバイス外層５１０と、強くドープしたエッチストップ（etch stop）層５１２とを有する。デバイス外層５１０はその表面に天然の酸化物のみ を有する。ハンドルウェーハ５０４はその表面に４μｍの厚さの酸化物５２０お よび５２２を有し、酸化物５２０は最終結合ウェーハにおける底部酸化物となり 、酸化物５２２は裏面酸化物となる。高電圧の製品にとって底部酸化物は厳密な μｍ厚さでなければならない。これらの酸化物は例えば、蒸気中での熱酸化によ り同時に形成されうる。酸化物５２０および５２２は同一の圧縮／張力を有し、 ゆえにハンドルウェーハ５０４上に釣り合った応力を与え、結合ウェーハの歪み を妨げるであろう。正に、裏面酸化物５２２の目的は、底部酸化物５２０の応力 とほぼ釣り合う応力を提供することによる歪み防止にある。図５ａはシリコン酸 化剤である（水＋Ｈ2 Ｏ2）の滴５３０をも示している。 （ｂ）ウェーハ５０２と５０４とを一緒に加圧する。滴５３０は底部酸化物 ５２０の表面を濡らし、一緒に加圧されるウェーハ５０２−５０４の接触界面中 に移動する。このような液体層の理論平均厚さは０．０５ミリリッター体積の滴 に対して約６μｍである（約４μ１／平方インチ）。１日乾燥した後、一緒に加 圧したウェーハは２時間約１１５０℃まで加熱される。これはデバイス外層５１ ０の表面域の酸化を促進する。この酸化はシリコン−酸素結合を形成させ、この 結合は底部酸化物５２０からデバイス外層５１０へ効果的に広がり、それにより ウェーハ５０２−５０４を溶融させて結合ウェーハ５００を形成させる。加熱は 酸化雰囲気において行われ、したがって、酸化物５０６を成長させ、酸化物５２ ２を厚くさせる。しかしながら、底部酸化物５２０は滴５３０中の酸化剤の量に 基づいて厚膜化し一般的には約４μｍに仕上がる。理想的には、底部酸化物５２ ０および裏面酸化物５２２の厚さはほぼ等しく維持される。図５ｂを参照。また 、底部酸化物５２０の成長はデバイス外層５１０の一部分を消費する。一般的に は、デバイス外層５１０は約３５μｍの最終厚さを有する。 （ｃ）酸化物５０６および前のデバイスウェーハ５０２の塊（バルク）を、 研削し、次いでＫＯＨおよびプロパノールを用いてエッチングストップ５１２ま でエッチングすることにより除去する。次いで、エッチングストップ５１２を、 強くドープしたエッチングストップ層５１２を優先的にエッチングし、軽くドー プしたデバイス外層５１０でストップするＨＦ、ＨＮＯ3および酢酸で除去する 。これは図５ｃに示されたように結合ウェーハ５００を残す。 （ｄ）酸化物エッチングマスクを備えるプラズマエッチングにより、デバイ ス外層５１０内に隔離トレンチを形成する。これは、まずデバイス外層５１０上 に酸化物塗膜を形成し、酸化物塗膜上にホトレジストをパターン化し、エッチン グマスクのようなパターン化したホトレジストを用いて酸化物をエッチングし、 次いでエッチングマスクのようなエッチングした酸化物を用いてデバイス外層５ １０をエッチングすることにより行なわれる。したがって、最初に熱的にデバイ ス外層５１０を酸化して４μｍ厚さの酸化物５１４を形成する。成長は放物線状 であり、酸化物５２２の存在する厚さのために酸化物５１４の成長ほど速くはな いが、この酸化は酸化物５２２の厚さを約４．５μｍまで増加させる。図５ｄは この酸化の後の結合ウェーハ５００を示している。 （ｅ−ｆ）結合ウェーハ５００を真空チャック上に置き、ホトレジストを撒 き、ホトレジストを硬化させる。次いで、ホトレジストで被覆したウェーハを突 出整合器内の整合真空チャックに置いて、トレンチ隔離パターンにホトレジスト を露出させる。もし結合ウェーハ５００が中心における平面から５ミルの偏差の 強度で歪まされた場合、真空チャックはウェーハを下に保持することができない 可能性があり、ホトレジストの適用およびパターン化は達成が不可能であるかも しれない。しかしながら、結合ウェーハ５００に対して、底部酸化物５２０の厚 さは約０．５μｍだけ底面酸化物５２２の厚さと異なり、これは結合ウェーハ５ ００の歪みを許容可能な限界内に保持する。酸化物５２０および５２２は、共に 圧縮性で同様な応力下にあり、次いで裏面酸化物５２２よりも厚い底部酸化物５ ２０は図５ｅに（誇張して）示された歪みを包含する。また、図５ｅは真空チャ ック５５０および真空吸引の方向を自己発見的に示している。逆に、もし底部酸 化物５２０が裏面酸化物５２２よりも薄ければ、歪みは図５ｆに示されたように なるだろう。真空チャックがウェーハの中心で吸引するので、図５ｅのような歪 みは図５ｆに示された歪みよりも容易に許容されうる。 （ｇ）ホトレジスト露出の後、ホトレジストを現像し焼く。次いでパターン 化されたホトレジストを使用して酸化物層５１４をウェットエッチングする。こ のウェットエッチングは裏面酸化物５２２をも攻撃しそれを薄層化する。酸化物 ５１４（厚さ４μｍ）のオーバーエッチングは少なくとも４μｍの裏面酸化物５ ２２を除去する。しかしながら、裏面酸化物５２２のこの除去はウェットエッチ ングの直前に裏面酸化物５２２上にホトレジストを撒くことにより妨げられる。 この超過ホトレジストはウェットエッチングの間裏面酸化物を保護する。ウェッ トエッチングの後、酸化物５１４上のパターン化されたホトレジストに沿って裏 面ホトレジストを除去する。図５ｇ参照。 （ｈ）エッチングマスクのようにパターン化された酸化物５１４を使ってデ バイス外層５１０のトレンチをプラズマエッチングする。このトレンチは底部酸 化物５２０中に広がり、底部酸化物５２０上にシリコン島５１１の形態でデバイ ス外層５１０を残す。次に、焼く４μｍの厚さまでの熱的酸化物成長によりトレ ンチの側壁に酸化物を形成する。これは横方向隔離酸化物形成である。この酸化 は島５１１の上部に既にある酸化物５１４の厚さをも増加させ、裏面酸化物５２ ２を厚くする。次いでポリシリコンの堆積によりトレンチを充填する。ＬＰＣＶ Ｄあるいはエピタキシャル堆積のいずれかを用いることができる。ＬＰＣＶＤは 結合ウェーハ５００の前および後の両方を被覆する。次いで、酸化物上に止まる 化学的および機械的研磨バックで平らにする。図５ｈ参照。 （ｉ）下記のような繰り返しサイクルにより島５１１内にデバイスを作る。 （１）酸化物層を熱的に成長させる。（２）スピナー真空チャックを用いてホト レジストを撒く。（３）整合真空チャックを用いてホトレジストをパターン化す る。（４）エッチングマスクとしてパターン化されたホトレジストを用いて酸化 物をウェットエッチングする。そして、（５）溶融／注入／エッチングマスクと してパターン化された酸化物を用いてシリコンを溶融、注入またはエッチングす る。前に注記したように、ウェットエッチングは裏面酸化物５２２を攻撃し、酸 化物の熱的成長は、熱的酸化物の放物線状の成長速度のため除去されるほど速く は裏面酸化物５２２を回復させない。したがって、裏面酸化物５２２は、底部酸 化物５２０が影響されない間正味の除去を被る。これは厚さの差と、歪みおよび 製造の失敗を導く。しかしながら、ウェットエッチングの前にホトレジスト５２ ２で裏面酸化物５２２を塗布すること、および、ウェットエッチングの後の除去 は、裏面酸化物５２２を保護することができ、その厚さを底部酸化物５２０のも のと比較可能に保って歪みを防止する。図５ｉ参照。一旦、デバイスおよび相互 連絡が島５１１内に形成され、他の歪みに敏感な工程が完了すると、裏面酸化物 ５２２は除去されうる。 （差動応力） 常に同一方向にある小さな歪みを正味残留応力が引き起こすように、底部酸化 物および裏面酸化物の応力をそれほど等しくしないことが望ましいかもしれない 。例として、ウェーハ背面の周囲が最初にウェーハチャックと接触し、それによ り真空が適用されたときに良好なシール作用を提供するように、ある者は底部の 中心を円周の上にあることを欲するかもしれない。図５ｅはこの状況を示してい る。（保護されない応力補償層） ある場合には、応力補償層は保護なしに使用されうる。これは引き続く製造工 程において除去される厚さが充分小さい場合に生じ、応力補償の残る部分は全て の歪みに敏感な製造工程の間許容可能な限界内で歪みを保持する。したがって、 この方法のいずれかではあるカットオフ工程に続く全ての工程において、保護が 先んじられるであろう。 （底部酸化物の崩壊） 結合ウェーハの歪みは、ハンドルウェーハの全表面に広がる底部酸化物のシー トを崩壊させることにより減少されうる。小さな領域で崩壊する場合、応力を受 ける酸化物がより少なく、存在する酸化物が非酸化物領域端に広がることにより 緩和されるので、応力は減少する。 底部酸化物は、図６に示されるように横方向のトレンチ隔離により占められる 領域の底部からそれを除去することにより崩壊されうる。 その代わりに、または底部酸化物除去の付加的領域として、ウェーハ製造が完 了したとき互いに回路を分離するよう切断され（画線され、または鋸引きされ） る領域として提供されている各回路を取り巻く領域から、底部酸化物が除去され うる。 底部酸化物は下記の連続工程を用いてパターン化されうる。酸化物はウェーハ 上に形成されて、薄層化され、さもなければ最終形態に処理された後で横方向に 隔離される。この酸化物はパターン化されシリコントレンチエッチングマスクと して用いられる。シリコンは好ましくは反応性イオンエッチングによりエッチン グされ、ほぼ垂直な側壁を有するトレンチを形成する。シリコンエッチングは、 酸化物マスクがトレンチの側面をオーバーハングするように、好ましくは酸化物 の下を切り取る。酸化物および／または他の絶縁体は、熱酸化および／または化 学的蒸着による等角の酸化物堆積によりトレンチの側面（場合によっては底部） に形成される。 最後に、側面の酸化物が上部の酸化物のオーバーハング（もし存在するならば ）により、および側壁がほぼ垂直であり反応性イオンエッチング工程がイオン運 動の方向のため水平方面だけを攻撃するという事実により保護されて、底部酸化 物は反応性イオンエッチングにより除去される。これはポリシリコンゲートの側 面に酸化物スペーサを形成することに幾分類似している。この連続工程は図７ａ −ｅに示されている。勿論、マスク酸化物は効果的なマスクである底部酸化物よ りも厚いはずである。 （ウェーハの大きさ） シリコン上の酸化物（または他の材料）層内の応力は層の厚さに比例する、し たがって、より厚い層はより大きい歪みを招く。逆に、より薄いウェーハは曲げ に対してより大きな強度を有し、同一の層応力に対しより少ない歪みを招く。こ こで、ウェーハ直径の増加は、取り扱いの理由のためにウェーハ厚さの増加を招 く。また、吸引力は真空チャックの面積に比例するので、６インチウェーハ用の 真空チャックは４インチウェーハ用のチャックよりもウェーハの吸引力が大きい 。正に、この力は、チャックが大気圧の小さな分画までウェーハ下の圧力を減少 させることができると仮定して、チャック面積×大気圧に比例する。これはまた 、６インチウェーハを４インチウェーハよりも取り扱い易くしそうである。ウェ ーハ上の層の均一な応力は一定の曲げ歪みを招き、したがって、同一のウェーハ 強度と同一の層応力、つまり同一の歪み曲率では、より大きなウェーハがそのよ り大きなサイズのためにより大きな中心偏向を有することに留意する。この偏向 は小さな偏向に対してはウェーハ直径にほぼ二次式で依存する。 （修正および変形） これらの好ましい実施例方法は、製造の間応力補償裏面層によりまたは歪み制 御のための底部酸化物の崩壊により、結合ウェーハ製造の１以上の特徴を保持し ながら多くの方法で変形しうる。例えば、底部酸化物は厚さで２μｍから６μｍ へ変化させることができ、１０００ボルトまで操作するデバイスを収容すること ができる。同様に、代わりのアプローチは１μｍと同様の薄さの島に高い破壊電 圧を与えることができるが、１００〜１００ボルトの接続破壊電圧に対してシリ コン島の厚さは１０μｍから６０μｍへ変化させることができる。もし異なる結 合製法が用いられるならば、元来の底部酸化物は当初部分的にデバイスウェーハ とハンドルウェーハとの両方にあることができるだろう。応力補償用の裏面酸化 物は２つのウェーハの結合後に形成されうる。他の材料、例えば、シリコンに砒 化ガリウムを結合したものが使用できる
【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９４年８月１８日 【補正内容】 請求の範囲 １．（ａ）結合ウェーハに第１の厚さを有する結合層および第２の厚さを有する 応力補償層を設け、 （ｂ）前記結合層の前記第１の厚さと前記応力補償層の第２の厚さの間の制 御された厚さの差がウェーハに制御された歪みを分与するように、前記結合層お よび前記応力補償層の厚さを制御し、 （ｃ）結合ウェーハの制御された歪みを維持し且つ前記結合層の前記第１の 厚さと前記応力補償層の前記第２の厚さとの間の制御された厚さの差を維持する ように、前記応力補償層にある材料を適用することにより、１以上の引き続く製 造工程の間前記応力補償層を保護し、１以上の前記製造工程は前記応力補償層の 第２の厚さに影響を及ぼし、 （ｄ）前記ウェーハに適用される複数の製造工程を通じて前記応力補償層上 に少なくとも何らかの前記材料を保持する各工程から構成される、結合ウェーハ の製造方法。 ２．（ａ）前記結合層の厚さが液体酸化剤により制御され、かつ、 （ｂ）前記応力補償層が二酸化珪素を含んでなる、請求項１の方法。 ３．（ａ）前記保護工程が、ホトレジスト、窒化シリコンおよびポリシリコンか らなる群から選択される材料の犠牲層を応力補償層に適用することを含む、請求 項１の方法。 ４．（ａ）前記犠牲層が前記製造工程により部分的に除去されている、請求項２ の方法。 ５．（ａ）前記応力補償層および前記保護層が窒化シリコンを含んでなる、請求 項１の方法。 ６．（ａ）前記結合ウェーハ内に結合層の部分を受け入れ、前記結合層の前記受 け入れられた部分は隣接する回路の間に位置する画線領域に相当し、 （ｂ）前記結合層の前記受け入れられた部分の除去により前記受け入れられ た結合層内の応力を軽減する各工程から構成される、結合ウェーハ内の応力を制 御する方法。 ７．（ａ）前記結合ウェーハがシリコンにシリコンを結合させるシリコン酸化物 を含み、 （ｂ）前記結合層がシリコン酸化物を含む、請求項６の方法。 ８．（ａ）前記受け入れが前記結合ウェーハ内に隔離構造を形成する部分である 、請求項６の方法。 ９．（ａ）シリコン結合ウェーハにシリコン酸化物結合層およびシリコン酸化物 応力補償層を設け、前記結合層の厚さが少なくとも約４μｍであり、 （ｂ）前記応力補償層にある材料を適用することにより、１以上の引き続く 製造工程の間前記応力補償層を保護し、 （ｃ）前記ウェーハに適用される複数の製造工程の間前記結合層の厚さの２ μｍ以内に前記補償層の厚さを維持する各工程から構成される、結合ウェーハの 製造方法。 １０．（ａ）前記維持することが前記補償層上のポリシリコン層の形成を含む、 請求項９の方法。 １１．（ａ）前記ポリシリコン層が、前記複数の製造工程により除去されるシリ コンの厚さより大きい厚さを有する、請求項１０の方法。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １．（ａ）結合ウェーハに応力補償層を設け、かつ、 （ｂ）前記ウェーハに適用される製造工程の間前記層を保護し、ここで前記 製造工程が前記層の応力に影響を及ぼす各工程から構成される、結合ウェーハの 製造方法。 ２．（ａ）前記ウェーハがシリコン酸化物によりシリコンに結合したシリコンを 含み、かつ、 （ｂ）前記層がシリコン酸化物を含む、請求項１の方法。 ３．（ａ）前記保護する工程が前記層にホトレジストを適用することを含む、請 求項１の方法。 ４．（ａ）前記保護する工程が前記層に窒化シリコンを適用することを含む、請 求項１の方法。 ５．（ａ）前記保護する工程が前記層にポリシリコンを適用することを含む、請 求項１の方法。 ６．（ａ）前記保護する工程が前記層に１の材料を適用し、前記ウェーハに適用 される複数の製造工程を通じて前記層上に前記材料を保持することを含む、請求 項１の方法。 ７．（ａ）前記材料は前記製造工程により部分的に除去される、請求項６の方法 。 ８．（ａ）前記材料はポリシリコンである、請求項７の方法。 ９．（ａ）結合ウェーハを準備し、 （ｂ）前記結合ウェーハ内に結合層を受け入れ、 （ｃ）前記結合層の一部分の除去により前記受け入れられた結合層内の応力 を軽減し、次いで、 （ｄ）前記ウェーハに製造工程を適用する各工程から構成される、結合ウェ ーハの製造方法。 １０．（ａ）前記結合ウェーハがシリコンにシリコンを結合するシリコン酸化物 を含み、 （ｂ）前記結合層がシリコン酸化物を含む、請求項９の方法。 １１．（ａ）前記受け入れが前記結合ウェーハ内に隔離構造を形成する部分であ る、請求項９の方法。 １２．（ａ）シリコン結合ウェーハにシリコン酸化物結合層およびシリコン酸化 物応力補償層を設け、前記結合層の厚さが少なくとも約４μｍであり、 （ｂ）前記ウェーハに適用される複数の製造工程の間前記結合層の厚さの ２μｍ以内に前記補償層の厚さを維持する各工程から構成される、結合ウェーハ の製造方法。 １３．（ａ）前記維持することが前記補償層上のポリシリコン層の形成を含む、 請求項１２の方法。 １４．（ａ）前記ポリシリコン層が、前記複数の製造工程により除去されるシリ コンの厚さより大きい厚さを有する、請求項１３の方法。
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