JPH09500493A - ダイヤモンド絶縁体を組み込んだボンデッドウエハプロセス - Google Patents

ダイヤモンド絶縁体を組み込んだボンデッドウエハプロセス

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JPH09500493A
JPH09500493A JP6520293A JP52029394A JPH09500493A JP H09500493 A JPH09500493 A JP H09500493A JP 6520293 A JP6520293 A JP 6520293A JP 52029394 A JP52029394 A JP 52029394A JP H09500493 A JPH09500493 A JP H09500493A
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JP
Japan
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layer
diamond
silicon
wafer
silicon nitride
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Pending
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JP6520293A
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English (en)
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グレゴリー， エー． シュランツ，
ジャック， エイチ． リン，
リチャード， ダブリュ． ベルチャー，
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.)
Harris Corp
Original Assignee
Harris Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 ダイヤモンド材料層を組み込んだ、絶縁体上半導体担持構造体及びその製造方法。前記構造体は、ダイヤモンド材料を含み且つ第一表面を有する層を含んでなる。窒化シリコン層を前記第一表面に形成し、半導体材料層を窒化シリコン層上に位置させる。本発明の方法の一実施態様によれば、除去可能な堆積表面を準備する。結晶性ダイヤモンド材料層を、前記堆積表面に形成する。前記ダイヤモンド材料の第一表面を、前記堆積表面から分離する。この構造体は、その上に集積回路を形成するのに有用である。

Description

【発明の詳細な説明】 ダイヤモンド絶縁体を組み込んだボンデッドウエハプロセス 発明の分野 本発明は、絶縁体上半導担持構造体に加工した集積電子回路に関し、より詳細 には、向上したダイヤモンド上シリコン担持回路及びそのような構造体の加工方 法に関する。 発明の背景及び概要 ダイヤモンド材料が、集積回路に適用するのに所望の機械的、電気的及び熱的 性質を有することは公知である。このことについては、米国特許出願第０７／７ ８９，２１９号、「Ｓｉｌｏｃｏｎ Ｏｎ Ｄｉａｍｏｎｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ」、１９９１年１１月７日出願（本願の譲受人に譲渡）に、 ダイヤモンド層上に結晶性シリコンを形成してなる層を有する集積回路構造の形 成方法が開示されている。用途の中でも、とりわけこのような構造体は、熱伝導 性が高まった熱放散経路を提供するのに有用である。得られる利点には、電力ハ ンドリング能の増加及びデバイス集積の高レベル化が含まれる。 より一般的には、絶縁体上半導体担持（ＳＯＩ）構造体上に集積回路を加工し たものは、ＣＭＯＳ回路についてラッチアップがないこと、寄生キャパシタンス が低いこと、電力消費量が低いこと、放射線硬度、高温操作、高電圧操作及び多 層デバイス集積ができることを含む性能上の利点がある。一般的に、ＳＯＩ構造 では、デバイスアイランドを、分離トレンチをデバイス半導体層を介して下方に 絶縁レベルまで延ばすことにより形成する。このようなトレンチの側壁は、二酸 化シリコン等の絶縁体を用いて形成する。 ダイヤモンド上にシリコンを担持した構造体の加工は、上に多結晶性ダイヤモ ンド膜を受容するためのウエハ成長基板の作製から開始する。ダイヤモンド材料 を、例えば、プラズマエンハンスト化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）により堆積した後、 薄多結晶性又は無定形シリコン膜をおそらく１ミクロン未満の厚さにダイヤモン ド層上に形成する。次に、シリコン膜について、第二ウエハを受容するための平 滑なボンディング表面を設けるための準備をする。第二ウエハは、集積回路デバ イスを上に形成するのに適当な品質の半導体層を含む。さらに詳細には、米国特 許出願第７８９，２１９号（引用することにより本明細書の開示の一部とされる ）に開示されている。一般的に、上にダイヤモンド膜を成長させるウエハ基板は 、ＳＯＩ構造体と一体になる。 上記記載のプロセスでは、堆積条件を慎重に選択して、ダイヤモンド膜がウエ ハ基板に確実に付着するとともに、一旦ダイヤモンドの堆積が完了した後の基板 のそりを最小限に抑えるようにしなければならない。以後のＳＯＩ構造体上に集 積回路デバイスを形成する処理のために、選択される成長基板材料は、処理環境 に適合するものに限定されていた。 ＳＯＩ構造体に埋め込んだ絶縁体としてダイヤモンドを適用するのに望ましい 最適な膜特性は、そこにボンディングされる成長基板により付与される特性とは 必ずしも一致しないことが、現在では認識されている。例えば、材料特性の差、 例えば、熱膨張特性の差異のために、熱サイクルにより、ダイヤモンド層の形成 と適合する種々のウエハ基板の種類が制限されることがある。 向上した特性を得るために、今般、除去可能な堆積表面の準備とその上にダイ ヤモンド材料を形成することから開始する絶縁体上に半導体を担持した構造体の 製造方法が提供される。得られたダイヤモンド層は、第一及び第二対向表面であ って、第一表面が最初は前記堆積表面と接触している第一及び第二対向表面を含 む。前記ダイヤモンド層の第一表面を、堆積表面から分離する。ダイヤモンド表 面の一方と、半導体材料層を含んでなるウエハ構造体との間にボンドを形成する 。 また、半導体処理中のダイヤモンド材料の一体性を保護するための構造体及び 方法、並びに炭素がダイヤモンド材料から半導体構造体の別の層に拡散するのを 防止するための構造体及び方法も提供される。一般的に、集積回路構造体は、ダ イヤモンド層と、前記ダイヤモンド上に形成した窒化シリコン層と、前記窒化物 層上の半導体材料層とを含んでなる。本発明の一実施態様によれば、前記構造体 を加工するには、まずダイヤモンド材料層を堆積し、この層の上に窒化シリコン を形成することができる。半導体材料の層又はウエハを、界面に前記窒化物層を 位置させて前記ダイヤモンド層にボンディングする。代替法として、ダイヤモン ド含有層を堆積し、半導体層を前記ダイヤモンド層にボンディングした後、トレ ンチを、前記半導体材料を介して前記ダイヤモンド層まで形成し、窒化シリコン を前記トレンチに堆積させる。 図面の簡単な説明 第ＩＡ−１Ｉ図は、本発明によるダイヤモンド上にシリコンを担持した回路構 造体の加工を示す。 第２図は、多結晶性ダイヤモンド材料を受けるための成長基板を示す。 第３図は、ダイヤモンド材料上に形成した窒化シリコン層を示す。 第４Ａ〜４Ｆ図は、順に、デバイスアイランド形成中のダイヤモンド上にシリ コンを担持した構造体の一部分を示したものである。 第５Ａ〜５Ｇ図は、デバイスアイランドを形成する時に、窒化シリコンをダイ ヤモンド材料上に組み込む方法を部分的に示したものである。 第６Ａ〜６Ｄ図は、デバイスアイランドを加工するさらに別のシーケンスを部 分的に示したものである。 発明の詳細な説明 第１（Ａ−Ｆ）図は、本発明の概念の一実施態様である。最初に、炭化シリコ ン（ＳｉＣ）からなる犠牲的基板１０を、ダイヤモンド膜を上に成長させる媒体 として選択する。この好ましい実施態様では、成長基板１０に、ＳｉＣを選択す る。この理由は、ＳｉＣの熱膨張特性は、上に成長させるダイヤモンド膜の熱膨 張特性に比較的近く、従って温度サイクル中の有害作用の発生を減少できるから である。熱サイクル並びに核形成と表面成長の両方に影響する所望の特性を有す る基板を選択し、前記基板１０上に、多結晶性ダイヤモンド膜を堆積する。この 膜は、自立形ダイヤモンドウエハに必要な一体性を付与するとともにそりの問題 を回避するに十分な厚さに成長させる。 第ＩＡ図に示すように、ダイヤモンド層１２を、基板１０の成長表面１４上に 堆積する。堆積は、ホットフィラメント化学蒸着（ＨＦＣＶＤ）により基板温度 ７００〜１０００℃の範囲で行うことができる。これにより、かなり均一な多結 晶性ダイヤモンド組成が得られる。これについて、基板表面１４を所望の仕様に 研磨すると、基板に形成して得られたダイヤモンド表面１６（第１Ｂ図も参照） は、実質的に同程度の平面度又は平坦度である。従って表面１６は、前記ダイヤ モンド材料を研削又は研磨することなく、対向ダイヤモンド表面１８よりも高い 均一性又平面性を提供できる。 この複合構造体を、次に適当な化学的環境に付して基板１０を除去する。例え ば、ＳｉＣ基板の場合、第１Ｂ図の自立形ダイヤモンドウエハは、前記構造体を ６０℃に加熱したＫＯＨ浴に浸漬してＳｉＣを完全に除去することにより形成さ れる。 前は基板表面１４に設けられていた新たに露出したダイヤモンド表面１６は、 以後のウエハボンディングに優れた品質を示す。代替法として、既に公知なよう に、まず平面化した後、表面１８をボンディングしてダイヤモンド層１２をデバ イス品質層に接合できる。ここで、高品質表面１６を提供することに加えて、今 の段階で自立形のダイヤモンド層１２の対向表面１８を研磨して、厚さ及び平坦 度において所望の総均一性を提供してもよい。無論、この研磨は、基板１０の除 去の前に行うことができる。このような精度は、極めて薄い半導体膜を表面１６ 及び１８の各々の上に設けて絶縁ダイヤモンド層１２の両面にサブミクロンの集 積回路デバイスを構成する時に望ましい。 次に、ダイヤモンド表面１６上に、中間ボンディング層を形成する。例えば、 約５００オングストロームのポリシリコン又は無定形シリコンを、新たに露出さ せた平滑なダイヤモンド表面１６上に、低圧化学蒸着（ＬＰＣＶＤ）により、６ ００℃の温度範囲で堆積させる。第１Ｃ図は、上に上記堆積シリコン層２０を形 成した第１Ｂ図のダイヤモンド層を逆にしたものである。続いて、シリコン膜の 第二層２２を、ダイヤモンド表面１８上に堆積させる。必須ではないが、第二層 ２２の形成は、とりわけ後の処理中のダイのアタッチメントを容易に行うのに望 ましい。第１Ｄ図は、ここでも６００℃の温度範囲でＬＰＣＶＤにより厚さ２ミ クロンのポリシリコン膜を堆積させて、このダイアタッチメント層２２を設けた ものである。得られる積層構造体２４を、次に、デバイス品質半導体材料からな る層又はデバイス品質半導体材料を含んでなるウエハにボンディングすることが できる。 構造体２４は、デバイス品質半導体層にボンディングした従来の材料及び複合 体よりも汎用性があり且つ機能的である。以前は、デバイスウエハを「ハンドル 」ウェハと称されるものにボンディングして、続いての熱処理及びウエハハンド リング中の機械的一体性を確保していた。これに対して、積層構造体２４は、隣 接するデバイス層の一体性を保護することに加えて、続いて形成される電子デバ イスとの関連において高熱伝導性と誘電体絶縁を付与するダイヤモンド層を含ん でなる。さらに、構造体２４は、ダイヤモンドと、ダイヤモンドとデバイス層と の界面領域の両方の電気的特性に影響する方法で形成してもよい。 第１Ｅ図は、中間シリコン層２０を介してダイヤモンド層１２に結合させた単 結晶性シリコンデバイス品質ウエハ３０を含んでなるボンデッドウエハ２８であ る。ここで使用されている用語「単結晶」は、欠陥又は不純物を有するか有さな い格子構造を意味する。ウエハ３０と層２０との間のボンディングの前に、例え ば、Ｈ2ＳＯ4／Ｈ2Ｏ2清浄化後に、ＮＨ4ＯＨでの第二清浄化及び回転すすぎ／ 乾燥を行うことからなるプレボンド表面処理を行わなければならない。シリコン 層２０とウエハ３０のボンディング表面との間のボンディングは、界面３２で酸 化物を形成することにより高めることができる。例えば、水等の液状酸化体を、 高温アニール、例えば９００℃を超える温度で、中性雰囲気又は蒸気環境中に、 数時間混入させると、格子シリコンと多結晶性シリコンとの間に酸素結合が生じ る。さらに詳細については、１９９０年１０月９日発行の米国特許第４，９６２ ，０６２号（引用することにより本明細書の開示の一部とされる）を参照の事。 また、本発明の譲受人に譲渡された、ボンデッドウエハの歩留まりを高めるのに 好ましい液状酸化体を開示している米国特許出願第０７／８３４，４３９号も参 照されたい。 一般的に、ボンディング表面の一方に、水＋過酸化水素等の液状酸化体を１滴 配置する。次に、デバイスウエハを、ウエハ構造体２８に配置する。酸化体１滴 は、ウエハ表面１平方インチ当たり０．８〜８ミクロリットルの範囲の容積を有 しなければならない。ウエハ３０をウエハ構造体２８に位置させたら、接触材料 を２４〜４８時間乾燥させる。次に、接触ウエハを９００℃で２時間反応させて 、ウエハを互いに融着させるシリコン−酸素結合を形成する。ボンディングが完 了したら、デバイスウエハ３０の露出表面３４を清浄にし処理してさらなる処理 に付することができる。ボンディング後にウエハ３０を薄くするのが望ましいこ とがある。また、最初にウエハ３０にコンプリメンタリドーパントを注入して続 いてのＣＭＯＳ回路の形成を行うのが望ましいこともある。ウエハ３０には、さ らに、表面３４上にエピタキシャル成長により所望の純度のより高品質の結晶を 組み込んでもよい。続いて、周知のプロセスに準じて、デバイスウエハ層中又は デバイスウエハ層上に、個別のデバイス又は一体の回路を加工できる。デバイス 品質層に誘電的に分離したデバイスアイランドを形成するのが一般的である。 処理を完了した時、ポリシリコン層２２に、熱成長酸化物をコーティングして もよい。これは、緩衝酸化物エッチング剤を用いた湿式化学エッチングか、ＣＦ4 又はＳＦ6を用いた乾式プラズマエッチングにより除去することができる。ボン デッドウエハ上に形成した一体回路又は個別のデバイスを、次にレーザーアブレ ーション又はソーイングにより分離してダイとする。次に、露出したポリシリコ ン層２２を、第１Ｆ図に示すように銅熱シンクにはんだ付けするか、第１Ｇ図に 示すように、金メッキしたパッケージキャビティーに共融的に結合する。また、 ポリシリコン層２２は、熱シンク又はパッケージ材料に、高熱伝導性を有する銀 −ガラス接着剤で結合することもできる。 第１Ｆ図に示したはんだ付けの場合、アルミニウム層４０を、ポリシリコン層 ２２にボンディングにする。チタニウム層４２を、アルミニウムとニッケル層４ ４との間に拡散バリアとして形成する。ニッケルに金層４６をコーティングして 、さもなければ露出することになるボンディング表面が酸化しないように保護す る。Ｎｉとはんだ層４８との間にボンディング、例えばＰｂ／Ｓｎするために、 金が隣接材料に拡散する。はんだにより、ダイが銅熱シンク５０に結合する。第 １Ｇ図の共融結合は、金プレフォーム５２をポリシリコン層２２及びパッケージ キャビティーの金メッキ５６に接触させて配置することにより行う。系を、４２ ５℃に加熱してＡｕ／Ａｕボンドを形成する。 通常のダイアタッチメント法を用いて第１Ｅ図のポリシリコン層２２をパッケ ージにボンディングできるが、他の手法を用いてダイヤモンド層１２を結合でき る。第１Ｅ図のボンデッドウエハ２８は、ポリシリコン層２２を用いて形成する 必要がない。むしろ、１５０℃、１６時間で硬化するＤｕｐｏｎｔ５５０４等の 銀エポキシ接着剤を用いて、ダイヤモンド層１２とニッケルメッキパッケージキ ャビティとの間に形成できる。また。ポリシリコン以外の材料は、ダイヤモンド とダイアタッチメントメディアとの間に中間層を形成することができる。 本発明の利点は、ＳＯＩボンデッドウエハにおけるダイヤモンド層が、ボンデ ッドウエハにおける材料による影響又は制限から完全に独立した成長条件下で形 成できることである。例えば、結晶欠陥（例えば、積層欠陥、ミクロ双晶及び転 位）並びに粒界、表面粗さ、不純物等の他の欠陥が、全てＣＶＤダイヤモンド膜 において得られる特性に影響することは、公知である。非ダイヤモンド基板への ダイヤモンド材料の核形成及び表面成長プロセスは、堆積膜の結晶配向、固有応 力及びモルフォロジーに影響する。従って、導電率及び熱膨張係数を含む機械的 、電気的及び熱的特性は、部分的には、成長基板の選択によって決まる。具体的 には、例えば、電離放射線、引加電圧又は不純物拡散によるダイヤモンド膜にお ける電子の輸送挙動は、成長基板と上に設けたダイヤモンド膜との間の界面層の 組成及び構造により顕著に影響される。 ケイ化物によるボンディング 第１Ｈ〜１Ｉ図は、自立形ダイヤモンド上にシリコンを担持したボンデッドウ エハを形成するための好ましいケイ化物ボンディング法を示した断面図である。 プロセスは、厚さ５００ミクロンのシリコンデバイスウエハと、両面に堆積ポリ シリコンを有する匹敵する直径の自立形ダイヤモンド層１２（第１Ｅ図に示した ような）とから開始する。次に、白金又は他の耐熱金属からなる厚さ５００オン グストロームの層２４を、ポリシリコン層２０の平滑表面上に堆積する。これに ついては、第１Ｈ図を参照の事。 次に、デバイスシリコンウエハ３０と自立形ダイヤモンド層１２を、ボンディ ング界面にポリシリコン及び金属層を用いて接合する。ダイヤモンド上にシリコ ンを担持した構造体を、２〜６時間炉サイクルにおいて窒素等の不活性雰囲気中 で５００℃に加熱する。これにより、金属がデバイス及び層２２のポリシリコン からのシリコンと反応して、ケイ化物層２６を形成する。この低温ボンディング は、熱酸化よりは、むしろケイ化物反応から生じる。これについては、第１Ｉ図 を参照の事。白金の場合、シリコン−白金ボンドは、デバイスシリコンウエハ３ ０とポリシリコン層２２の両方からのシリコン原子により形成される。ボンデッ ドゾーンは、厚さ約６００〜１０００オングストロームとなる。ボンディング後 、シリコンデバイスウエハのバルクは、研削、ラッピング及び研磨により除去し て、所望のデバイスシリコン厚さとすることができる。もしタングステン及びコ バルト等の他の耐熱金属を白金の代わりの金属層２４に使用するならば、ケイ化 物反応には、より高温でのアニーリングが必要なことがある。 デバイスシリコンウエハは、自立形ダイヤモンド膜と一致させるためにひ化ガ リウムウエハと置き換えてもよい。自立形ダイヤモンド膜のポリシリコン及び白 金層を、ひ化ガリウムウエハ表面上に堆積させたポリシリコンからなる、例えば ５００オングストロームの層に押しつける。５００℃で２〜６時間の熱サイクル により、白金が、ＧａＡｓ上のポリシリコン層及び自立形ダイヤモンド膜上のポ リシリコン層に拡散する。ここでも、ボンディングは、ケイ化反応に依存し且つ 酸化ではない。ＧａＡｓを用いた自立形ダイヤモンド膜へのケイ化ボンディング の利点は、ダイヤモンドやＧａＡｓの望ましくない分解を生じない低温ボンディ ングプロセスである点にある。両方の材料は、５００℃を十分超えても安定であ る。 ＳｉＣの代わりに、種々の材料を、成長基板１０に選択してよい。一般的に、 ダイヤモンド膜を形成したら、この成長基板を除去できる。例えば、タングステ ン基板は、３０重量％過酸化物（Ｈ2Ｏ2）水溶液で除去できる。モリブデン又は 銅基板は、水に７０％質量濃度のＨＮＯ3を添加して得た５０％水溶液で除去で きる。Ｎｉ／Ｆｅ合金４２は、ＨＣｌ（３７質量％）とＨＮＯ3（７０質量％） の１：１溶液により除去できる。Ｋｏｖａｒは、合金４２と同様の方法か、純度 ９７％の熱Ｈ2ＳＯ4により除去できる。 また、成長基板１０は、比較的厚いベース基板６０（例えば５００ミクロン） を含んでなりその上に薄膜６２を形成して有することにより非常に優れた成長基 板１４を提供する、第２図に概略示した複合構造体５８として形成することもで きる。熱膨張係数（ＣＴＥ）の差異による基板６０のそりを防止するために、膜 ６２（例えば、０．０５〜１．０ミクロン）と類似の組成及び厚さの薄膜６４を 、ベース基板６０の反対面に形成してよい。表Ｉに、ベース基板６０及び薄膜６ ２についての一連の選択できるものを示す。また、表Ｉに、ベース基板材料につ いてのＣＴＥも示す。多結晶性ダイヤモンドについてのＣＴＥは、２．０〜２． ３ｘＥ−６／Ｃの範囲である。今述べた理由により、窒化シリコンは、有利な成 長基板材料である。 ＳＯＩウエハの製造及び処理中、半導体デバイスを、一般的に高温周囲条件を 用いたプロセスに準じて形成する。ダイヤモンドは、不活性環境において１４０ ０℃付近の温度で安定のままである。これについては、Ｊ．Ｅ．Ｆｉｅｌｄ、Ｔ ｈｅ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｄｉａｍｏｎｄｓ、Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ Ａ ｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ１９７９を参照の事。ボンデッドウエハ２８等のダ イヤモンドを含む構造体を形成したら、処理工程を進行させて、デバイスアイラ ンドを含む集積回路構造体を形成するのが望ましい。処理に、ダイヤモンド層が 露出されるようなウエハ材料の除去が含まれている時には、プロセスに、ダイヤ モンド表面に関して不活性である環境を用いて、高温条件を用いることができる ようにしなければならない。これは、多結晶性ダイヤモンドが、温度７００℃付 近の酸素雰囲中で熱的に不安定となるからである。これについては、Ｒａｍｅｓ ｈａｍ等、Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、第１３７巻、第１０号、１ ９９０年１０月、第３２０３〜３２０５頁参照の事。 不活性雰囲気は、７００℃でダイヤモンドの一体性を維持することができるが 、このようなことは、大量製造環境、即ち、高度の信頼性、精度及び反復性を要 する環境には適当ではない。一般的に、ダイヤモンドの一体性の反応環境に対す る感受性により、標準的な高温環境プロセスが不適当となると思われる。例えば 、シリコンをベースとした処理では、一般的に、多種多様な酸化物、例えば、フ ィールド酸化物、トレンチ酸化物、イオン注入マスク酸化物、ゲート酸化物及び キャパシター酸化物を生成するために、７００℃を超える温度でシリコンを熱酸 化する。このような反応は、ダイヤモンド材料に影響を及ぼす。酸化物堆積等の 代替は、大量製造には望ましくない。 さらに、ダイヤモンド材料がシリコン等の半導体材料と直接接触している時、 炭素が半導体中に拡散する可能性がある。１ｃｍ3当たり１Ｅ１８のオーダーで 炭素濃縮が生じる拡散では、微小欠陥と転位が形成され、少数キャリア寿命が短 くなりやすい。このことについては、Ｋ．Ｖ．Ｒａｖｉ、Ｉｍｐｅｒｆｅｃｔｉ ｏｎｓ ａｎｄ Ｉｍｐｕｒｉｔｉｅｓ ｉｎ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｓｉｌｉｃｏｎ、Ｗｉｌｅｙ：ニューヨーク、１９８１を参照の事。 以下、酸化物形成及び堆積を含む標準的なシリコン処理中のダイヤモンド材料 の一体性を保護するための方法と構造について説明する。上記方法及び構造につ いての重要な特徴は、炭素がＳｉ3Ｎ4等の介在緻密材料により半導体材料に移動 するのがするのが減少する。 第３図の構造は、複合構造の薄膜６２として窒化シリコンを選択することによ り得られる。例えば、第２図に示したような積層構成の場合、ダイヤモンド層１ ２は、Ｍｏベース基板６０の対向面上に形成した２つの薄膜６２及び６４を含ん でなる基板１０上に形成することができる。例えば、ポリシリコン層２０のよう な中間ボンディング層の形成前に、Ｍｏベース基板を、前記したようにしてＨＮ Ｏ3溶液で除去して、第３図に層６２として示した窒化シリコンからなる薄膜を 残す。窒化シリコン層６２は、酸化及び拡散バリアの両方を兼ねて、デバイス形 成中にダイヤモンド表面１６を保護する。第二窒化シリコン層６３をダイヤモン ド表面１８に形成して、酸化バリアも設けてもよい。 層６２に窒化シリコンを選択するのが、典型的である。デバイスウエハ３０の 材料の選択だけでなく特定のプロセス条件に応じて適当な他の材料が適当なこと がある。一般的に、層６２は、酸化及び／又は酸素のダイヤモンドへの拡散に有 効なバリアを提供する一種以上の材料を含んでなる。ここで、二酸化シリコンと は異なり、窒化シリコンは、バリア層自体からダイヤモンド材料に移行すること ができる酸素を含有しない。 第二の望ましい特徴は、層６２が活性ドーパントがデバイスウエハ３０の半導 体材料に拡散するのを防止することである。炭素は、シリコン中でドーパントと して作用する。窒化シリコンとは異なり、窒化ホウ素及び窒化アルミニウム等の 材料は、シリコン中でドーパントとして作用する元素、例えば、ホウ素及びアル ミニウムを含有する。従って、層６２の材料の選択は、部分的には、デバイスウ エハ３０の半導体材料の選択に依存する。 また、窒化シリコンバリア膜も、ダイヤモンド成長プロセスとは無関係に形成 できる。第１Ｂ図に関して前記したような自立形ダイヤモンド膜１２から開始し て、窒化シリコンからなる３００〜５００オングストローム層６２を平滑ダイヤ モンド表面１６（前は成長基板にボンデッドしていた）に、ジクロロシランをア ンモニアと８００℃で反応させることにより堆積させる。さらに、第１Ｄ図に示 したようなポリシリコン層２２の代わりに、第二窒化シリコン層６３を、ダイヤ モンド層表面１８に沿って堆積してもよい。ポリシリコン層２２（第１Ｄ図）と 窒化物層６３は、両方酸化バリアを形成して熱処理中にダイヤモンド層１２の一 体性を保護する。次に、窒化シリコン層６２の上に、例えば、約５００オングス トロームのポリシリコン又無定形シリコンを含んでなる中間ボンディング層２０ を堆積する。層２０は、温度６００℃の範囲での低圧化学蒸着により形成できる 。これについては、第３図を参照のこと。窒化シリコン層６２は、デバイス形成 中、上の設けたポリシリコン層２０及び続いてボンディングされるデバイスウエ ハ３０に関して酸化及び拡散バリアを提供する。もし窒化物が表面１８に堆積さ れなかったならば、厚さ２ミクロンのポリシリコン層を堆積する。 デバイスウエハ３０でのボンディングは、第１Ｅ図を参照して上記したように 進行して、ボンデッドウエハ構造体６５を形成する。例えば、ドーパントを有す るが有しない酸化液体の必要滴数を、平滑５００オングストロームポリシリコン 層２０上に配置する。デバイスウエハを酸化液体を含有するポリシリコン表面に 押しつけ、この構造体を、９００℃で熱アニーリングして、酸化ボンディングを 生じさせる。ウエハ処理は、従来記載されているようにして進行し集積回路を完 成できる。米国特許出願第０７／９２１，１９７号を参照の事。処理を完了した 時、ダイヤモンド膜の背面から成長酸化物を除去する。次に、ウエハのレーザー アブレーション又ソーイングを行い、個別のダイとする。 窒化シリコン層６２を含む（但し、層６３は必須ではない）ダイヤモンド上半 導体担持ウエハ構造体の場合、デバイスアイランドの形成は、第４Ａ〜４Ｆ図に 示したように進行してよい。典型的なボンデッドウエハ構造９０（第４Ａ図）の 場合、横方向分離を、デバイスシリコン層９４ウエハに熱酸化物９２を形成する ことから開始する。シリコン層９４を、介在窒化シリコン層９８（第３図の層６ ２に相当）及びポリシリコン層１００（第３図の層２０に対応）を介して、ダイ ヤモンド基板９６にボンディングする。ボンディング反応によっては、極薄（例 えば、１０〜３０オングストロームのケイ化物又は酸化物）ボンド界面層１０２ が、デバイスシリコン層９４とダイヤモンド基板９６との間に存在するであろう 。これについては、米国特許出願第０７／９３９，７８６号を参照の事。 ＳｉＯ2層９２を、酸化物エッチング、好ましくは反応イオンエッチング（Ｒ ＩＥ）でパターン化して、垂直酸化物側壁を形成する。次に、乾式エッチングを ポリシリコン層１００に延びているデバイス層で行う。デバイス及びポリシリコ ン層において材料を除去してトレンチ１０４を形成することは、２工程エッチン グで行うのが好ましい。ブレークスルー等方性プラズマエッチングにより、ネー ティブ酸化物及び炭素物質が除去される。次に、主エッチング、ＲＩＥは、本来 異方性である。エッチング条件を、表２にまとめて示す。 もしケイ化物ボンド層よりもむしろ酸化物ボンド層がデバイスシリコン層９４ と窒化物層９８との間に存在するならば、エッチングが、ボンド層１０２を介し て窒化シリコン層９８に進行する。また、もし層１０２がケイ化物であるならば 、エッチングが、ケイ化物上で停止してよい。ケイ化物の除去は、ＨＣｌ：ＨＮ Ｏ3の１：１エッチング溶液により行うことができる。層１００（ポリシリコン ）の残り（ポリシリコン）が存在するならば、乾式エッチング（表２、工程ＩＩ ）により除去する。ＨＦ浸漬により、マスキング酸化物が除去されるであろう。 トレンチ１０４の形成後、酸化物マスク層９２を、ＨＦ浸漬してさらに残留酸 化物を除去することにより除去する。次に、二酸化シリコン層１０６を、トレン チ壁に沿って、例えば、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）のプラズマ エンハンストＣＶＤにより４００℃で形成する。堆積したＳｉＯ2を、Ｎ2中約１ ０００℃で緻密化する。 ＴＥＯＳによりＳｉＯ2を堆積した後、厚い、例えば２ミクロンのポリシリコ ン層１０８を、ＬＰＣＶＤにより堆積する。堆積厚さを調整して、トレンチを第 ４Ｃ図に示すように、トレンチを完全に充填しなければならない。ＬＰＣＶＤポ リシリコンを、化学的／機械的研磨によりウエハ表面から除去する。研磨は、緻 密化ＳｉＯ2層１０６上で停止する。これについては、第４Ｄ図を参照の事。次 に、ポリシリコンを、トレンチ１０４から、下にデバイスシリコン層９４の上表 面１０３まで、時限反応イオンエッチング（例えば、表２の工程ＩＩ）又は湿式 エッチング剤（ＨＮＯ3＋ＨＦ）により除去する。これについては、第４Ｅ図参 照の事。最後に、デバイス層９４上に残存しているＴＥＯＳ堆積ＳｉＯ2層１０ ６を、プラズマエッチング（例えば、表２の工程Ｉ参照）で除去して、第４Ｆ図 の構造体を得る。 第４Ｆ図に示すように、上記プロセスは、トレンチと、分離デバイスアイラン ドとなるデバイスシリコン層の部分の両方の下に位置する連続窒化シリコン層を 提供することができる。代替法として、ダイヤモンド基板を介在窒化物層なしで （例えば、中間ポリシリコン層と、ボンディング酸化物又はボンディングケイ化 物を有する）デバイスシリコン層にボンディングする時には、トレンチ形成中に 酸化雰囲気に暴露することのあるダイヤモンド材料を保護することが望ましい。 第５Ａ図は、例えば、酸化物又はケイ化物を含んでなる介在ボンディング層１２ ６によりダイヤモンド層１２４にボンデッドしたデバイスシリコン層１２２を含 んでなるこのようなボンデッドウエハ１２０を示す。トレンチ形成は、シリコン 層１２２への酸化物の熱成長から開始後、パターン及びマスク工程を行って、マ スキング酸化物層１２８（第５Ｂ図）を得る。次に、表２に記載等のようにエッ チングを行う。ボンディング層１２６が酸化物である時には、エッチングはそこ を通過してダイヤモンド層１２４の上で停止する。第４図を参照して説明したよ うに、層１２６がケイ化物である時には、ＲＩＥはその上で停止し（第５Ｃ図参 照）、ケイ化物を湿式化学エッチングで除去して、ダイヤモンドを露出する。Ｈ Ｆ浸漬では、マスキング酸化物も除去されるであろう。第５Ｄ図は、層１２６及 び酸化物マスク１２８の両方を除去後に得られるトレンチ１２９を示す。 次に、窒化シリコンからなる５００オングストローム層１３０を、得られたト レンチ１２９中及びデバイスシリコン層１２２上に堆積する。窒化物層１３０を ８００℃でアニーリングして、シリコン欠陥を除去するとともに、窒化物表面に 沿って薄酸化物層１３４、例えば２０オングストローム未満を形成する。薄層１ ３４は、続いてのトレンチリフィル工程中に堆積した二酸化シリコン又はポリシ リコンを受容するための良好なボンディング表面を提供する。即ち、ＴＥＯＳＳ ｉＯ2及びＬＰＣＶＤポリシリコンを、第４Ｃ図を参照して前記で説明したよう に堆積して、トレンチをリフィルする。これについては、ＴＥＯＳ酸化物層１３ ８とポリシリコン充填層１４０をさらに示す第５Ｆ図を参照の事。化学的／機械 的研磨の場合、第５Ｇ図に示した構造体が得られる。 第５図の加工シーケンスの別態様として、乾式エッチングで達成される第５Ｃ 図のトレンチ形成を、ＫＯＨ−ｎ−プロパノール溶液（８５℃）中で湿式異方性 エッチングで行うことができる。これについては、層１２２の上表面が１、０、 ０格子面に沿っているデバイスシリコン層１２２に形成されたトレンチ１５０を 示す第６Ａ図を参照の事。湿式エッチングにより、トレンチ壁１５２が、１、０ 、０面に対して５４．７度の傾斜で１、１、１面に沿って露出される。数多くの バイポーラデバイス用途の場合、デバイス層の残存アイランド部に適当な厚さは 、１０〜２０ミクロンの範囲である。ＫＯＨエッチングは、ボンディング層１２ ６の上で停止するであろう。下に位置するダイヤモンド層１２４を露出させるた めに、酸化物ボンディング層の除去をＨＦ湿式エッチングで達成するとともに、 ケイ化物ボンドの除去を王水を用いて行うことができる。これについては、第６ Ｂ図を参照の事。このプロセスは、第５Ｅ〜５Ｇ図を参照して上記したようにし て継続する。即ち、窒化シリコン層１３０を、堆積し（第６Ｃ図）、アニーリン グして、ＳｉＯ2及び／又はポリシリコン用の受容表面を提供する。得られた構 造体（第５Ｇ図に示したものと類似）を、第６Ｄ図に示す。 上記詳細な説明に基づいて、本発明は、種々の具体的態様で実施でき、前記で 開示した実施態様は、従って全ての面で、実例を示したものであり、発明を制限 するものするものではないと考えるべきであることは明らかである。本発明の範 囲は、ここに添付の特許請求の範囲に対応し、他に限定されるべきではない。特 許請求の範囲の同等の意味及び範囲内にある全ての変更は、本発明の範囲内であ ることが意図される。
【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９５年４月１８日 【補正内容】 明細書 ダイヤモンド絶縁体を組み込んだボンデッドウエハプロセス 発明の分野 本発明は、絶縁体上半導担持構造体に加工した集積電子回路に関し、より詳細 には、向上したダイヤモンド上シリコン担持回路及びそのような構造体の加工方 法に関する。 発明の背景及び概要 ダイヤモンド材料が、集積回路に適用するのに所望の機械的、電気的及び熱的 性質を有することは公知である。このことについては、１９９４年７月７日公開 のＷＯ９４／１５３５９「Ｓｉｌｏｃｏｎ Ｏｎ Ｄｉａｍｏｎｄ Ｃｉｒｃｕ ｉｔ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ」（本願の譲受人に譲渡）に、ダイヤモンド層上に結 晶性シリコンを形成してなる層を有する集積回路構造の形成方法が開示されてい る。用途の中でも、とりわけこのような構造体は、熱伝導性が高まった熱放散経 路を提供するのに有用である。得られる利点には、電力ハンドリング能の増加及 びデバイス集積の高レベル化が含まれる。 より一般的には、絶縁体上半導体担持（ＳＯＩ）構造体上に集積回路を加工し たものは、ＣＭＯＳ回路についてラッチアップがないこと、寄生キャパシタンス が低いこと、電力消費量が低いこと、放射線硬度、高温操作、高電圧操作及び多 層デバイス集積ができることを含む性能上の利点がある。一般的に、ＳＯＩ構造 では、デバイスアイランドを、分離トレンチをデバイス半導体層を介して下方に 絶縁レベルまで延ばすことにより形成する。このようなトレンチの側壁は、二酸 化シリコン等の絶縁体を用いて形成する。 ダイヤモンド上にシリコンを担持した構造体の加工は、上に多結晶性ダイヤモ ンド膜を受容するためのウエハ成長基板の作製から開始する。ダイヤモンド材料 を、例えば、プラズマエンハンスト化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）により堆積した後、 薄多結晶性又は無定形シリコン膜をおそらく１ミクロン未満の厚さにダイヤモン ド層上に形成する。次に、シリコン膜について、第二ウエハを受容するための平 滑なボンディング表面を設けるための準備をする。第二ウエハは、集積回路デ バイスを上に形成するのに適当な品質の半導体層を含む。さらに詳細には、ＷＯ ９４／１５３５９号（引用することにより本明細書の開示の一部とされる）に開 示されている。一般的に、上にダイヤモンド膜を成長させるウエハ基板は、ＳＯ Ｉ構造体と一体になる。 ダイヤモンド層及び二酸化シリコン又は窒化シリコン層をダイヤモンド層上に 有するボンデッドウエハを用いた絶縁体上シリコン担持デバイスを加工するため の他の方法が、Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｄｉｓｃｌｏｓｕｒｅ Ｎｏ．３４５、１９ ９３年１月、第７６頁、アブストラクトＮｏ．３４５１１４及びＷＯ９１／１１ ８２２に示されている。酸化物ボンディング及びケイ化物ボンディングの方法は 、それぞれＪａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙ ｓｉｃｓ、第３０巻、第１０Ａ号、第２部、１９９１年１０月１０日、Ｌ１６９ ３〜Ｌ１６９５頁及びＩＥＤＭ１９８６、第２１０〜２１３頁に記載されている 。ＥＰ−Ａ−０３１７１２４に示されている別の方法では、２つのウエハを一緒 にボンディングすることなく従来の堆積及び除去工程を用いてダイヤモンド上シ リコン担持デバイスを形成している。 上記記載のプロセスでは、堆積条件を慎重に選択して、ダイヤモンド膜がウエ ハ基板に確実に付着するとともに、一旦ダイヤモンドの堆積が完了した後の基板 のそりを最小限に抑えるようにしなければならない。以後のＳＯＩ構造体上に集 積回路デバイスを形成する処理のために、選択される成長基板材料は、処理環境 に適合するものに限定されていた。 ＳＯＩ構造体に埋め込んだ絶縁体としてダイヤモンドを適用するのに望ましい 最適な膜特性は、そこにボンディングされる成長基板により付与される特性とは 必ずしも一致しないことが、現在では認識されている。例えば、材料特性の差、 例えば、熱膨張特性の差異のために、熱サイクルにより、ダイヤモンド層の形成 と適合する種々のウエハ基板の種類が制限されることがある。 向上した特性を得るために、今般、除去可能な堆積表面の準備とその上にダイ ヤモンド材料を形成することから開始する絶縁体上に半導体を担持した構造体の 製造方法が提供される。得られたダイヤモンド層は、第一及び第二対向表面であ って、第一表面が最初は前記堆積表面と接触している第一及び第二対向表面を含 む。前記ダイヤモンド層の第一表面を、堆積表面から分離する。ダイヤモンド表 面の一方と、半導体材料層を含んでなるウエハ構造休との間にボンドを形成する 。 また、半導体処理中のダイヤモンド材料の一体性を保護するための構造体及び 方法、並びに炭素がダイヤモンド材料から半導体構造体の別の層に拡散するのを 防止するための構造体及び方法も提供される。一般的に、集積回路構造体は、ダ イヤモンド層と、前記ダイヤモンド上に形成した窒化シリコン層と、前記窒化物 層上の半導体材料層とを含んでなる。本発明の一実施態様によれば、前記構造体 を加工するには、まずダイヤモンド材料層を堆積し、この層の上に窒化シリコン を形成することができる。半導体材料の層又はウエハを、界面に前記窒化物層を 位置させて前記ダイヤモンド層にボンディングする。代替法として、ダイヤモン ド含有層を堆積し、半導体層を前記ダイヤモンド層にボンディングした後、トレ ンチを、前記半導体材料を介して前記ダイヤモンド層まで形成し、窒化シリコン を前記トレンチに堆積させる。 図面の簡単な説明 第１Ａ〜１Ｉ図は、本発明によるダイヤモンド上にシリコンを担持した回路構 造体の加工を示す。 第２図は、多結晶性ダイヤモンド材料を受けるための成長基板を示す。 第３図は、ダイヤモンド材料上に形成した窒化シリコン層を示す。 第４Ａ〜４Ｆ図は、順に、デバイスアイランド形成中のダイヤモンド上にシリ コンを担持した構造体の一部分を示したものである。 第５Ａ〜５Ｇ図は、デバイスアイランドを形成する時に、窒化シリコンをダイ ヤモンド材料上に組み込む方法を部分的に示したものである。 第６Ａ〜６Ｄ図は、デバイスアイランドを加工するさらに別のシーケンスを部 分的に示したものである。 発明の詳細な説明 第１（Ａ−Ｆ）図は、本発明の概念の一実施態様である。最初に、炭化シリコ ン（ＳｉＣ）からなる犠牲的基板１０を、ダイヤモンド膜を上に成長させる媒体 として選択する。この好ましい実施態様では、成長基板１０に、ＳｉＣを選択す る。この理由は、ＳｉＣの熱膨張特性は、上に成長させるダイヤモンド膜の熱膨 張特性に比較的近く、従って温度サイクル中の有害作用の発生を減少できるから である。熱サイクル並びに核形成と表面成長の両方に影響する所望の特性を有す る基板を選択し、前記基板１０上に、多結晶性ダイヤモンド膜を堆積する。この 膜は、自立形ダイヤモンドウエハに必要な一体性を付与するとともにそりの問題 を回避するに十分な厚さに成長させる。 第１Ａ図に示すように、ダイヤモンド層１２を、基板１０の成長表面１４上に 堆積する。堆積は、ホットフィラメント化学蒸着（ＨＦＣＶＤ）により基板温度 ７００〜１０００℃の範囲で行うことができる。これにより、かなり均一な多結 晶性ダイヤモンド組成が得られる。これについて、基板表面１４を所望の仕様に 研磨すると、基板に形成して得られたダイヤモンド表面１６（第１Ｂ図も参照） は、実質的に同程度の平面度又は平坦度である。従って表面１６は、前記ダイヤ モンド材料を研削又は研磨することなく、対向ダイヤモンド表面１８よりも高い 均一性又平面性を提供できる。 この複合構造体を、次に適当な化学的環境に付して基板１０を除去する。例え ば、ＳｉＣ基板の場合、第１Ｂ図の自立形ダイヤモンドウエハは、前記構造体を ６０℃に加熱したＫＯＨ浴に浸漬してＳｉＣを完全に除去することにより形成さ れる。 前は基板表面１４に設けられていた新たに露出したダイヤモンド表面１６は、 以後のウエハボンディングに優れた品質を示す。代替法として、既に公知なよう に、まず平面化した後、表面１８をボンディングしてダイヤモンド層１２をデバ イス品質層に接合できる。ここで、高品質表面１６を提供することに加えて、今 の段階で自立形のダイヤモンド層１２の対向表面１８を研磨して、厚さ及び平坦 度において所望の総均一性を提供してもよい。無論、この研磨は、基板１０の除 去の前に行うことができる。このような精度は、極めて薄い半導体膜を表面１６ 及び１８の各々の上に設けて絶縁ダイヤモンド層１２の両面にサブミクロンの集 積回路デバイスを構成する時に望ましい。 次に、ダイヤモンド表面１６上に、中間ボンディング層を形成する。例えば、 約５００オングストロームのポリシリコン又は無定形シリコンを、新たに露出さ せた平滑なダイヤモンド表面１６上に、低圧化学蒸着（ＬＰＣＶＤ）により、６ ００℃の温度範囲で堆積させる。第１Ｃ図は、上に上記堆積シリコン層２０を形 成した第１Ｂ図のダイヤモンド層を逆にしたものである。続いて、シリコン膜の 第二層２２を、ダイヤモンド表面１８上に堆積させる。必須ではないが、第二層 ２２の形成は、とりわけ後の処理中のダイのアタッチメントを容易に行うのに望 ましい。第１Ｄ図は、ここでも６００℃の温度範囲でＬＰＣＶＤにより厚さ２ミ クロンのポリシリコン膜を堆積させて、このダイアタッチメント層２２を設けた ものである。得られる積層構造体２４を、次に、デバイス品質半導体材料からな る層又はデバイス品質半導体材料を含んでなるウエハにボンディングすることが できる。 構造体２４は、デバイス品質半導体層にボンディングした従来の材料及び複合 体よりも汎用性があり且つ機能的である。以前は、デバイスウエハを「ハンドル 」ウエハと称されるものにボンディングして、続いての熱処理及びウエハハンド リング中の機械的一体性を確保していた。これに対して、積層構造体２４は、隣 接するデバイス層の一体性を保護することに加えて、続いて形成される電子デバ イスとの関連において高熱伝導性と誘電体絶縁を付与するダイヤモンド層を含ん でなる。さらに、構造体２４は、ダイヤモンドと、ダイヤモンドとデバイス層と の界面領域の両方の電気的特性に影響する方法で形成してもよい。 第１Ｅ図は、中間シリコン層２０を介してダイヤモンド層１２に結合させた単 結晶性シリコンデバイス品質ウエハ３０を含んでなるボンデッドウエハ２８であ る。ここで使用されている用語「単結晶」は、欠陥又は不純物を有するか有さな い格子構造を意味する。ウエハ３０と層２０との間のボンディングの前に、例え ば、Ｈ2ＳＯ4／Ｈ2Ｏ2清浄化後に、ＮＨ4 ＯＨでの第二清浄化及び回転すすぎ／ 乾燥を行うことからなるプレボンド表面処理を行わなければならない。シリコン 層２０とウエハ３０のボンディング表面との間のボンディングは、界面３２で酸 化物を形成することにより高めることができる。例えば、水等の液状酸化体を、 高温アニール、例えば９００℃を超える温度で、中性雰囲気又は蒸気環境中に、 数時間混入させると、格子シリコンと多結晶性シリコンとの間に酸素結合が生じ る。さらに詳細については、１９９０年１０月９日発行の米国特許第４，９ ６２，０６２号（引用することにより本明細書の開示の一部とされる）を参照の 事。また、本発明の譲受人に譲渡された、ボンデッドウエハの歩留まりを高める のに好ましい液状酸化体を開示している米国特許第５，３３４，２７３号も参照 されたい。 一般的に、ボンディング表面の一方に、水＋過酸化水素等の液状酸化体を１滴 配置する。次に、デバイスウエハを、ウエハ構造体２８に配置する。酸化体１滴 は、ウエハ表面１平方インチ当たり０．８〜８ミクロリットルの範囲の容積を有 しなければならない。ウエハ３０をウエハ構造体２８に位置させたら、接触材料 を２４〜４８時間乾燥させる。次に、接触ウエハを９００℃で２時間反応させて 、ウエハを互いに融着させるシリコン−酸素結合を形成する。ボンディングが完 了したら、デバイスウエハ３０の露出表面３４を清浄にし処理してさらなる処理 に付することができる。ボンディング後にウエハ３０を薄くするのが望ましいこ とがある。また、最初にウエハ３０にコンプリメンタリドーパントを注入して続 いてのＣＭＯＳ回路の形成を行うのが望ましいこともある。ウエハ３０には、さ らに、表面３４上にエピタキシャル成長により所望の純度のより高品質の結晶を 組み込んでもよい。続いて、周知のプロセスに準じて、デバイスウエハ層中又は デバイスウエハ層上に、個別のデバイス又は一体の回路を加工できる。デバイス 品質層に誘電的に分離したデバイスアイランドを形成するのが一般的である。 処理を完了した時、ポリシリコン層２２に、熱成長酸化物をコーティングして もよい。これは、緩衝酸化物エッチング剤を用いた湿式化学エッチングか、ＣＦ4 又はＳＦ6を用いた乾式プラズマエッチングにより除去することができる。ボン デッドウエハ上に形成した一体回路又は個別のデバイスを、次にレーザーアブレ ーション又はソーイングにより分離してダイとする。次に、露出したポリシリコ ン層２２を、第１Ｆ図に示すように銅熱シンクにはんだ付けするか、第１Ｇ図に 示すように、金メッキしたパッケージキャビティーに共融的に結合する。また、 ポリシリコン層２２は、熱シンク又はパッケージ材料に、高熱伝導性を有する銀 −ガラス接着剤で結合することもできる。 第１Ｆ図に示したはんだ付けの場合、アルミニウム層４０を、ポリシリコン層 ２２にボンディングにする。チタニウム層４２を、アルミニウムとニッケル層４ ４との間に拡散バリアとして形成する。ニッケルに金層４６をコーティングして 、さもなければ露出することになるボンディング表面が酸化しないように保護す る。Ｎｉとはんだ層４８との間にボンディング、例えばＰｂ／Ｓｎするために、 金が隣接材料に拡散する。はんだにより、ダイが銅熱シンク５０に結合する。第 １Ｇ図の共融結合は、金プレフォーム５２をポリシリコン層２２及びパッケージ キャビティーの金メッキ５６に接触させて配置することにより行う。系を、４２ ５℃に加熱してＡｕ／Ａｕボンドを形成する。 通常のダイアタッチメント法を用いて第１Ｅ図のポリシリコン層２２をパッケ ージにボンディングできるが、他の手法を用いてダイヤモンド層１２を結合でき る。第１Ｅ図のボンデッドウエハ２８は、ポリシリコン層２２を用いて形成する 必要がない。むしろ、１５０℃、１６時間で硬化するＤｕｐｏｎｔ５５０４等の 銀エポキシ接着剤を用いて、ダイヤモンド層１２とニッケルメッキパッケージキ ャビティとの間に形成できる。また。ポリシリコン以外の材料は、ダイヤモンド とダイアタッチメントメディアとの間に中間層を形成することができる。 本発明の利点は、ＳＯＩボンデッドウエハにおけるダイヤモンド層が、ボンデ ッドウエハにおける材料による影響又は制限から完全に独立した成長条件下で形 成できることである。例えば、結晶欠陥（例えば、積層欠陥、ミクロ双晶及び転 位）並びに粒界、表面粗さ、不純物等の他の欠陥が、全てＣＶＤダイヤモンド膜 において得られる特性に影響することは、公知である。非ダイヤモンド基板への ダイヤモンド材料の核形成及び表面成長プロセスは、堆積膜の結晶配向、固有応 力及びモルフォロジーに影響する。従って、導電率及び熱膨張係数を含む機械的 、電気的及び熱的特性は、部分的には、成長基板の選択によって決まる。具体的 には、例えば、電離放射線、引加電圧又は不純物拡散によるダイヤモンド膜にお ける電子の輸送挙動は、成長基板と上に設けたダイヤモンド膜との間の界面層の 組成及び構造により顕著に影響される。 ケイ化物によるボンディング 第１Ｈ〜１Ｉ図は、自立形ダイヤモンド上にシリコンを担持したボンデッドウ エハを形成するための好ましいケイ化物ボンディング法を示した断面図である。 プロセスは、厚さ５００ミクロンのシリコンデバイスウエハと、両面に堆積ポリ シリコンを有する匹敵する直径の自立形ダイヤモンド層１２（第１Ｅ図に示した ような）とから開始する。次に、白金又は他の耐熱金属からなる厚さ５００オン グストロームの層２４を、ポリシリコン層２０の平滑表面上に堆積する。これに ついては、第１Ｈ図を参照の事。 次に、デバイスシリコンウエハ３０と自立形ダイヤモンド層１２を、ボンディ ング界面にポリシリコン及び金属層を用いて接合する。ダイヤモンド上にシリコ ンを担持した構造体を、２〜６時間炉サイクルにおいて窒素等の不活性雰囲気中 で５００℃に加熱する。これにより、金属がデバイス及び層２２のポリシリコン からのシリコンと反応して、ケイ化物層２６を形成する。この低温ボンディング は、熱酸化よりは、むしろケイ化物反応から生じる。これについては、第１Ｉ図 を参照の事。白金の場合、シリコン−白金ボンドは、デバイスシリコンウエハ３ ０とポリシリコン層２２の両方からのシリコン原子により形成される。ボンデッ ドゾーンは、厚さ約６００〜１０００オングストロームとなる。ボンディング後 、シリコンデバイスウエハのバルクは、研削、ラッピング及び研磨により除去し て、所望のデバイスシリコン厚さとすることができる。もしタングステン及びコ バルト等の他の耐熱金属を白金の代わりの金属層２４に使用するならば、ケイ化 物反応には、より高温でのアニーリングが必要なことがある。 デバイスシリコンウエハは、自立形ダイヤモンド膜と一致させるためにひ化ガ リウムウエハと置き換えてもよい。自立形ダイヤモンド膜のポリシリコン及び白 金層を、ひ化ガリウムウエハ表面上に堆積させたポリシリコンからなる、例えば ５００オングストロームの層に押しつける。５００℃で２〜６時間の熱サイクル により、白金が、ＧａＡｓ上のポリシリコン層及び自立形ダイヤモンド膜上のポ リシリコン層に拡散する。ここでも、ボンディングは、ケイ化反応に依存し且つ 酸化ではない。ＧａＡｓを用いた自立形ダイヤモンド膜へのケイ化ボンディング の利点は、ダイヤモンドやＧａＡｓの望ましくない分解を生じない低温ボンディ ングプロセスである点にある。両方の材料は、５００℃を十分超えても安定であ る。 ＳｉＣの代わりに、種々の材料を、成長基板１０に選択してよい。一般的に、 ダイヤモンド膜を形成したら、この成長基板を除去できる。例えば、タングステ ン基板は、３０重量％過酸化物（Ｈ2Ｏ2）水溶液で除去できる。モリブデン又は 銅基板は、水に７０％質量濃度のＨＮＯ3を添加して得た５０％水溶液で除去で きる。Ｎｉ／Ｆｅ合金４２は、ＨＣｌ（３７質量％）とＨＮＯ3（７０質量％） の１：１溶液により除去できる。Ｋｏｖａｒは、合金４２と同様の方法か、純度 ９７％の熱Ｈ2ＳＯ4により除去できる。 また、成長基板１０は、比較的厚いベース基板６０（例えば５００ミクロン） を含んでなりその上に薄膜６２を形成して有することにより非常に優れた成長基 板１４を提供する、第２図に概略示した複合構造体５８として形成することもで きる。熱膨張係数（ＣＴＥ）の差異による基板６０のそりを防止するために、膜 ６２（例えば、０．０５〜１．０ミクロン）と類似の組成及び厚さの薄膜６４を 、ベース基板６０の反対面に形成してよい。表Ｉに、ベース基板６０及び薄膜６ ２についての一連の選択できるものを示す。また、表Ｉに、ベース基板材料につ いてのＣＴＥも示す。多結晶性ダイヤモンドについてのＣＴＥは、２．０〜２． ３ｘＥ−６／Ｃの範囲である。今述べた理由により、窒化シリコンは、有利な成 長基板材料である。 ＳＯＩウエハの製造及び処理中、半導体デバイスを、一般的に高温周囲条件を 用いたプロセスに準じて形成する。ダイヤモンドは、不活性環境において１４０ ０℃付近の温度で安定のままである。これについては、Ｊ．Ｅ．Ｆｉｅｌｄ、Ｔ ｈｅ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｄｉａｍｏｎｄｓ、Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ Ａ ｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ１９７９を参照の事。ボンデッドウエハ２８等のダ イヤモンドを含む構造体を形成したら、処理工程を進行させて、デバイスアイラ ンドを含む集積回路構造体を形成するのが望ましい。処理に、ダイヤモンド層が 露出されるようなウエハ材料の除去が含まれている時には、プロセスに、ダイヤ モンド表面に関して不活性である環境を用いて、高温条件を用いることができる ようにしなければならない。これは、多結晶性ダイヤモンドが、温度７００℃付 近の酸素雰囲中で熱的に不安定となるからである。これについては、Ｒａｍｅｓ ｈａｍ等、Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、第１３７巻、第１０号、１ ９９０年１０月、第３２０３〜３２０５頁参照の事。 不活性雰囲気は、７００℃でダイヤモンドの一体性を維持することができるが 、このようなことは、大量製造環境、即ち、高度の信頼性、精度及び反復性を要 する環境には適当ではない。一般的に、ダイヤモンドの一体性の反応環境に対す る感受性により、標準的な高温環境プロセスが不適当となると思われる。例えば 、シリコンをベースとした処理では、一般的に、多種多様な酸化物、例えば、フ ィールド酸化物、トレンチ酸化物、イオン注入マスク酸化物、ゲート酸化物及び キャパシター酸化物を生成するために、７００℃を超える温度でシリコンを熱酸 化する。このような反応は、ダイヤモンド材料に影響を及ぼす。酸化物堆積等の 代替は、大量製造には望ましくない。 さらに、ダイヤモンド材料がシリコン等の半導体材料と直接接触している時、 炭素が半導体中に拡散する可能性がある。１ｃｍ3当たり１Ｅ１８のオーダーで 炭素濃縮が生じる拡散では、微小欠陥と転位が形成され、少数キャリア寿命が短 くなりやすい。このことについては、Ｋ．Ｖ．Ｒａｖｉ、Ｉｍｐｅｒｆｅｃｔｉ ｏｎｓ ａｎｄ Ｉｍｐｕｒｉｔｉｅｓ ｉｎ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｓｉｌｉｃｏｎ、Ｗｉｌｅｙ：ニューヨーク、１９８１を参照の事。 以下、酸化物形成及び堆積を含む標準的なシリコン処理中のダイヤモンド材料 の一体性を保護するための方法と構造について説明する。上記方法及び構造につ いての重要な特徴は、炭素がＳｉ3Ｎ4等の介在緻密材料により半導体材料に移動 するのがするのが減少する。 第３図の構造は、複合構造の薄膜６２として窒化シリコンを選択することによ り得られる。例えば、第２図に示したような積層構成の場合、ダイヤモンド層１ ２は、Ｍｏベース基板６０の対向面上に形成した２つの薄膜６２及び６４を含ん でなる基板１０上に形成することができる。例えば、ポリシリコン層２０のよう な中間ボンディング層の形成前に、Ｍｏベース基板を、前記したようにしてＨＮ Ｏ3溶液で除去して、第３図に層６２として示した窒化シリコンからなる薄膜を 残す。窒化シリコン層６２は、酸化及び拡散バリアの両方を兼ねて、デバイス形 成中にダイヤモンド表面１６を保護する。第二窒化シリコン層６３をダイヤモン ド表面１８に形成して、酸化バリアも設けてもよい。 層６２に窒化シリコンを選択するのが、典型的である。デバイスウエハ３０の 材料の選択だけでなく特定のプロセス条件に応じて適当な他の材料が適当なこと がある。一般的に、層６２は、酸化及び／又は酸素のダイヤモンドへの拡散に有 効なバリアを提供する一種以上の材料を含んでなる。ここで、二酸化シリコンと は異なり、窒化シリコンは、バリア層自体からダイヤモンド材料に移行すること ができる酸素を含有しない。 第二の望ましい特徴は、層６２が活性ドーパントがデバイスウエハ３０の半導 体材料に拡散するのを防止することである。炭素は、シリコン中でドーパントと して作用する。窒化シリコンとは異なり、窒化ホウ素及び窒化アルミニウム等の 材料は、シリコン中でドーパントとして作用する元素、例えば、ホウ素及びアル ミニウムを含有する。従って、層６２の材料の選択は、部分的には、デバイスウ エハ３０の半導体材料の選択に依存する。 また、窒化シリコンバリア膜も、ダイヤモンド成長プロセスとは無関係に形成 できる。第１Ｂ図に関して前記したような自立形ダイヤモンド膜１２から開始し て、窒化シリコンからなる３００〜５００オングストローム層６２を平滑ダイヤ モンド表面１６（前は成長基板にボンデッドしていた）に、ジクロロシランをア ンモニアと８００℃で反応させることにより堆積させる。さらに、第１Ｄ図に示 したようなポリシリコン層２２の代わりに、第二窒化シリコン層６３を、ダイヤ モンド層表面１８に沿って堆積してもよい。ポリシリコン層２２（第１Ｄ図）と 窒化物層６３は、両方酸化バリアを形成して熱処理中にダイヤモンド層１２の一 体性を保護する。次に、窒化シリコン層６２の上に、例えば、約５００オングス トロームのポリシリコン又無定形シリコンを含んでなる中間ボンディング層２０ を堆積する。層２０は、温度６００℃の範囲での低圧化学蒸着により形成できる 。これについては、第３図を参照のこと。窒化シリコン層６２は、デバイス形成 中、上の設けたポリシリコン層２０及び続いてボンディングされるデバイスウエ ハ３０に関して酸化及び拡散バリアを提供する。もし窒化物が表面１８に堆積さ れなかったならば、厚さ２ミクロンのポリシリコン層を堆積する。 デバイスウエハ３０でのボンディングは、第１Ｅ図を参照して上記したように 進行して、ボンデッドウエハ構造体６５を形成する。例えば、ドーパントを有す るが有しない酸化液体の必要滴数を、平滑５００オングストロームポリシリコン 層２０上に配置する。デバイスウエハを酸化液体を含有するポリシリコン表面に 押しつけ、この構造体を、９００℃で熱アニーリングして、酸化ボンディングを 生じさせる。ウエハ処理は、従来記載されているようにして進行し集積回路を完 成できる。米国特許第５，３６２，６６７号を参照の事。処理を完了した時、ダ イヤモンド膜の背面から成長酸化物を除去する。次に、ウエハのレーザーアブレ ーション又ソーイングを行い、個別のダイとする。 窒化シリコン層６２を含む（但し、層６３は必須ではない）ダイヤモンド上半 導体担持ウエハ構造体の場合、デバイスアイランドの形成は、第４Ａ〜４Ｆ図に 示したように進行してよい。典型的なボンデッドウエハ構造９０（第４Ａ図）の 場合、横方向分離を、デバイスシリコン層９４ウエハに熱酸化物９２を形成する ことから開始する。シリコン層９４を、介在窒化シリコン層９８（第３図の層６ ２に相当）及びポリシリコン層１００（第３図の層２０に対応）を介して、ダイ ヤモンド基板９６にボンディングする。ボンディング反応によっては、極薄（例 えば、１０〜３０オングストロームのケイ化物又は酸化物）ボンド界面層１０２ が、デバイスシリコン層９４とダイヤモンド基板９６との間に存在するであろう 。これについては、米国特許出願第５，３８７，５５５号を参照の事。 ＳｉＯ2層９２を、酸化物エッチング、好ましくは反応イオンエッチング（Ｒ ＩＥ）でパターン化して、垂直酸化物側壁を形成する。次に、乾式エッチングを ポリシリコン層１００に延びているデバイス層で行う。デバイス及びポリシリコ ン層において材料を除去してトレンチ１０４を形成することは、２工程エッチン グで行うのが好ましい。ブレークスルー等方性プラズマエッチングにより、ネー ティプ酸化物及び炭素物質が除去される。次に、主エッチング、ＲＩＥは、本来 異方性である。エッチング条件を、表２にまとめて示す。 もしケイ化物ボンド層よりもむしろ酸化物ボンド層がデバイスシリコン層９４ と窒化物層９８との間に存在するならば、エッチングが、ボンド層１０２を介し て窒化シリコン層９８に進行する。また、もし層１０２がケイ化物であるならば 、エッチングが、ケイ化物上で停止してよい。ケイ化物の除去は、ＨＣｌ：ＨＮ Ｏ3の１：１エッチング溶液により行うことができる。層１００（ポリシリコン ）の残り（ポリシリコン）が存在するならば、乾式エッチング（表２、工程ＩＩ ）により除去する。ＨＦ浸漬により、マスキング酸化物が除去されるであろう。 トレンチ１０４の形成後、酸化物マスク層９２を、ＨＦ浸漬してさらに残留酸 化物を除去することにより除去する。次に、二酸化シリコン層１０６を、トレン チ壁に沿って、例えば、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）のプラズマ エンハンストＣＶＤにより４００℃で形成する。堆積したＳｉＯ2を、Ｎ2中約１ ０００℃で緻密化する。 ＴＥＯＳによりＳｉＯ2を堆積した後、厚い、例えば２ミクロンのポリシリコ ン層１０８を、ＬＰＣＶＤにより堆積する。堆積厚さを調整して、トレンチを第 ４Ｃ図に示すように、トレンチを完全に充填しなければならない。ＬＰＣＶＤポ リシリコンを、化学的／機械的研磨によりウエハ表面から除去する。研磨は、緻 密化ＳｉＯ2層１０６上で停止する。これについては、第４Ｄ図を参照の事。次 に、ポリシリコンを、トレンチ１０４から、下にデバイスシリコン層９４の上表 面１０３まで、時限反応イオンエッチング（例えば、表２の工程ＩＩ）又は湿式 エッチング剤（ＨＮＯ3＋ＨＦ）により除去する。これについては、第４Ｅ図参 照の事。最後に、デバイス層９４上に残存しているＴＥＯＳ堆積ＳｉＯ2層１０ ６を、プラズマエッチング（例えば、表２の工程Ｉ参照）で除去して、第４Ｆ図 の構造体を得る。 第４Ｆ図に示すように、上記プロセスは、トレンチと、分離デバイスアイラン ドとなるデバイスシリコン層の部分の両方の下に位置する連続窒化シリコン層を 提供することができる。代替法として、ダイヤモンド基板を介在窒化物層なしで （例えば、中間ポリシリコン層と、ボンディング酸化物又はボンディングケイ化 物を有する）デバイスシリコン層にボンディングする時には、トレンチ形成中に 酸化雰囲気に暴露することのあるダイヤモンド材料を保護することが望ましい。 第５Ａ図は、例えば、酸化物又はケイ化物を含んでなる介在ボンディング層１２ ６によりダイヤモンド層１２４にボンデッドしたデバイスシリコン層１２２を含 んでなるこのようなボンデッドウエハ１２０を示す。トレンチ形成は、シリコン 層１２２への酸化物の熱成長から開始後、パターン及びマスク工程を行って、マ スキング酸化物層１２８（第５Ｂ図）を得る。次に、表２に記載等のようにエッ チングを行う。ボンディング層１２６が酸化物である時には、エッチングはそこ を通過してダイヤモンド層１２４の上で停止する。第４図を参照して説明したよ うに、層１２６がケイ化物である時には、ＲＩＥはその上で停止し（第５Ｃ図参 照）、ケイ化物を湿式化学エッチングで除去して、ダイヤモンドを露出する。Ｈ Ｆ浸漬では、マスキング酸化物も除去されるであろう。第５Ｄ図は、層１２６及 び酸化物マスク１２８の両方を除去後に得られるトレンチ１２９を示す。 次に、窒化シリコンからなる５００オングストローム層１３０を、得られたト レンチ１２９中及びデバイスシリコン層１２２上に堆積する。窒化物層１３０を ８００℃でアニーリングして、シリコン欠陥を除去するとともに、窒化物表面に 沿って薄酸化物層１３４、例えば２０オングストローム未満を形成する。薄層１ ３４は、続いてのトレンチリフィル工程中に堆積した二酸化シリコン又はポリシ リコンを受容するための良好なボンディング表面を提供する。即ち、ＴＥＯＳＳ ｉＯ2及びＬＰＣＶＤポリシリコンを、第４Ｃ図を参照して前記で説明したよう に堆積して、トレンチをリフィルする。これについては、ＴＥＯＳ酸化物層１３ ８とポリシリコン充填層１４０をさらに示す第５Ｆ図を参照の事。化学的／機械 的研磨の場合、第５Ｇ図に示した構造体が得られる。 第５図の加工シーケンスの別態様として、乾式エッチングで達成される第５Ｃ 図のトレンチ形成を、ＫＯＨ−ｎ−プロパノール溶液（８５℃）中で湿式異方性 エッチングで行うことができる。これについては、層１２２の上表面が１、０、 ０格子面に沿っているデバイスシリコン層１２２に形成されたトレンチ１５０を 示す第６Ａ図を参照の事。湿式エッチングにより、トレンチ壁１５２が、１、０ 、０面に対して５４．７度の傾斜で１、１、１面に沿って露出される。数多くの バイポーラデバイス用途の場合、デバイス層の残存アイランド部に適当な厚さは 、１０〜２０ミクロンの範囲である。ＫＯＨエッチングは、ボンディング層１２ ６の上で停止するであろう。下に位置するダイヤモンド層１２４を露出させるた めに、酸化物ボンディング層の除去をＨＦ湿式エッチングで達成するとともに、 ケイ化物ボンドの除去を王水を用いて行うことができる。これについては、第６ Ｂ図を参照の事。このプロセスは、第５Ｅ〜５Ｇ図を参照して上記したようにし て継続する。即ち、窒化シリコン層１３０を、堆積し（第６Ｃ図）、アニーリン グして、ＳｉＯ2及び／又はポリシリコン用の受容表面を提供する。得られた構 造体（第５Ｇ図に示したものと類似）を、第６Ｄ図に示す。 上記詳細な説明に基づいて、本発明は、種々の具体的態様で実施でき、前記で 開示した実施態様は、従って全ての面で、実例を示したものであり、発明を制限 するものするものではないと考えるべきであることは明らかである。本発明の範 囲は、ここに添付の特許請求の範囲に対応し、他に限定されるべきではない。特 許請求の範囲の同等の意味及び範囲内にある全ての変更は、本発明の範囲内であ ることが意図される。 請求の範囲 １．除去可能な堆積表面（１４）を準備しその上に結晶性ダイヤモンド材料層 （１２）を形成する工程であって、前記層が第一及び第二対向表面（１６）（１ ８）を含み、前記第一表面（１６）が前記堆積表面と接している工程； ダイヤモンド層の第一表面を堆積表面から分離する工程； 第一及び第二対向表面を有するウエハ構造体（３０）であって、前記第一表面 に沿って半導体層を含むウエハ構造体を準備する工程； 前記ダイヤモンド層表面の一つと前記ウエハ構造体の第二表面との間にボンド （３２）を形成する工程、 とを含んでなる絶縁体上半導体担持構造体の製造方法。 ２．前記一ダイヤモンド層表面と前記ウエハ構造体との間にボンドを形成する 前に、ダイヤモンド層を前記堆積表面から分離する請求項１に記載の方法。 ３．前記半導体層がシリコンを含んでなり、且つボンド形成を： シリコン（２０）を前記第一ダイヤモンド表面上に堆積し；そして 前記ウエハ構造体の第二表面を堆積シリコンに配置することにより行う請求項 １に記載の方法。 ４．ボンド形成を： シリコン層（２０）を第一ダイヤモンド表面に堆積し； 前記シリコン層上に金属層（２４）を堆積し； 前記ウエハ構造体を前記金属に配置し；そして 反応させて、前記ダイヤモンド層と、前記ウエハ構造体の前記半導体層との間 に金属ケイ化物ボンド（２６）を形成することにより行う請求項１に記載の方法 。 ５．前記ボンド形成が： 前記第一ダイヤモンド表面に窒化シリコン層（６２）を形成する工程：そして 前記窒化シリコン層上にシリコン層（２０）を形成する工程、 とを含む請求項１に記載の方法。 ６．さらに、前記シリコン層上に金属層（２４）を形成する工程； 前記ウエハ構造体を前記金属層に位置させる工程；そして 加熱してケイ化物を形成する工程、 とを含む請求項５に記載の方法。 ７．前記ボンドを、前記第一ダイヤモンド表面と、前記ウエハ構造体の半導体 層との間に形成する請求項１に記載の方法。 ８．ダイヤモンド材料（９６）を含んでなり且つ第一表面を有する層； 前記第一表面上に形成した窒化シリコン層（９８）； 前記窒化シリコン層上に位置したデバイス形成に適当なデバイス品質半導体材 料層（９４）；そして 前記半導体材料と前記窒化シリコンとの間のボンディング層（１０２）、 とを含んでなる集積回路構造体。 ９．前記ボンディング層が二酸化シリコンを含んでなる層を少なくとも一層含 んでなる請求項８に記載の構造体。 １０．前記ボンディング層がケイ化物を含んでなる層を含む請求項８に記載の 構造体。 １１．前記ボンディング層がケイ化白金を含んでなる請求項１０に記載の構造 体。 １２．前記ボンディング層がシリコン層を含んでなる請求項１０に記載の構造 体。 １３．ダイヤモンド層に直接ボンデッドしたダイアタッチメント構造をさらに 含んでなる請求項８に記載の構造体。 １４．ダイヤモンド材料を含んでなり且つ第一及び第二表面を有する層； 前記第一及び第二表面上に形成した窒化シリコン層；そして 前記窒化シリコン層上に位置させたデバイス品質半導体材料層、 とを含んでなる集積回路構造体。 １５．ダイヤモンド材料を含んでなり且つ第一表面を有する層（９６）； 前記第一表面上に形成した窒化シリコン層（９８）； 前記窒化シリコン層上に位置させたデバイス品質半導体材料層（９４）；そし て 前記半導体材料と前記窒化シリコンとの間にボンディング層（１０２）、 とを含んでなる集積回路構造体であって、 前記デバイス品質半導体材料層は複数のトレンチ（１０４）を含み、各トレン チが半導体材料を含んでなる電気絶縁アイランドを形成している集積回路構造体 。 １６．前記トレンチ（１０４）が前記半導体材料層を介して前記ダイヤモンド 層に延び、そして前記窒化シリコン層を前記トレンチ内に形成する請求項１５に 記載の構造体。 １７．前記トレンチ（１０４）が前記デバイス品質半導体材料層を介して窒化 シリコン層に延び、そして前記窒化シリコン層が複数のトレンチの低部に沿って 連続的に延びている請求項１５に記載の構造体。 １８．前記デバイス品質半導体材料が、１、０、０格子面に沿って上表面を有 する単結晶シリコン格子構造を含んでなり；そして前記トレンチが１、１、１面 に沿って前記構造に延びている請求項１５に記載の構造体。 １９．第一及び第二表面を有するダイヤモンド層（１２）を準備する工程； 前記ダイヤモンド層表面の一方に窒化シリコン層（６２）を形成する工程；そ して 単結晶半導体材料を含んでなる層（３０）を、前記ダイヤモンド層と前記半導 体材料との間に位置させた窒化シリコン層にボンディングする工程、 とを含んでなる絶縁体上半導体担持構造体の製造方法。 ２０．前記ボンディング工程が： シリコン層（２０）を前記窒化シリコン層上に堆積すること；及び 堆積シリコンを反応させること、 を含む請求項１９に記載の方法。 ２１．前記ボンディング工程が、さらに、金属層を前記堆積シリコン上に堆積 すること；及び反応を行い、前記デバイス品質半導体材料を含んでなる層により ケイ化物ボンドを形成することを含む請求項２０に記載の方法。 ２２．二酸化シリコンボンドを、堆積シリコンと、デバイス品質半導体材料を 含んでなる層との間に形成させた請求項２０に記載の方法。 ２３．さらに、前記デバイス品質半導体材料の上表面から延びる複数のトレン チ（１０４）を形成して前記窒化シリコン層を露出させ、前記トレンチがデバイ ス形成に適当な電気絶縁半導体アイランドを形成していること含む請求項１９に 記載の方法。 ２４．前記単結晶デバイス品質半導体材料が主にシリコンである請求項１９に 記載の方法。 ２５．第一及び第二表面を有するダイヤモンド層（１２４）を準備する工程； 単結晶デバイス品質半導体材料を含んでなる第一層（１２２）をダイヤモンド 層表面の一つにボンディングする工程； 前記デバィス品質半導体材料の上表面から延びているトレンチ（１２９）を形 成して前記ダイヤモンド層を露出させる工程；そして 窒化シリコン（１３０）を、露出したダイヤモンド層上に堆積する工程、 とを含んでなる絶縁体上半導体担持構造体の製造方法。 ２６．シリコンを前記ダイヤモンド層上に堆積させ、そして前記第一層と前記 堆積シリコン層との間に二酸化シリコンボンド（１２６）を形成することにより 、デバイス品質半導体材料を含んでなる前記第一層を前記ダイヤモンド層にボン ディングする請求項２５に記載の方法。 ２７．前記ボンディングエ程が、前記第一層と前記ダイヤモンド層との間に金 属ケイ化物（１２６）を形成することを含む請求項２５に記載の方法。 ２８．前記第一層が、主に１、１、１面に沿って形成したトレンチを有するデ バイス品質単結晶シリコン格子構造を含んでなる請求項２５に記載の方法。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ベルチャー， リチャード， ダブリュ. アメリカ合衆国、フロリダ州 32904、メ ルバーン、ランチ ロード 2745

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １．ａ）除去可能な堆積表面を準備しその上に結晶性ダイヤモンド材料層を形 成する工程であって、前記層が第一及び第二対向表面を含み、前記第一表面が前 記堆積表面と接している工程； ｂ）ダイヤモンド層の第一表面を堆積表面から分離する工程； ｃ）第一及び第二対向表面を有するウエハ構造体であって、前記第一表面に沿 って半導体層を含むウエハ構造体を準備する工程； ｄ）前記ダイヤモンド層表面の一つと前記ウエハ構造体の第二表面との間にボ ンドを形成する工程、 とを含んでなる絶縁体上半導体担持構造体の製造方法。 ２．前記一ダイヤモンド層表面と前記ウエハ構造体との間にボンドを形成する 前に、ダイヤモンド層を前記堆積表面から分離する請求項２に記載の方法。 ３．前記半導体層がシリコンを含んでなり、且つボンド形成を： シリコンを前記第一ダイヤモンド表面上に堆積し；そして 前記ウエハ構造体の第二表面を堆積シリコンに配置することにより行う請求項 １に記載の方法。 ４．ボンド形成を： シリコン層を第一ダイヤモンド表面に堆積し； 前記シリコン層上に金属層を堆積し； 前記ウエハ構造体を前記金属に配置し；そして 反応させて、前記ダイヤモンド層と、前記ウエハ構造体の前記半導体層との間 に金属ケイ化物ボンドを形成することにより行う請求項１に記載の方法。 ５．前記ボンド形成が： 前記第一ダイヤモンド表面に窒化シリコン層を形成する工程：そして 前記窒化シリコン層上にシリコン層を形成する工程、 とを含む請求項１に記載の方法。 ６．さらに、前記シリコン層上に金属層を形成する工程； 前記ウエハ構造体を前記金属層に位置させる工程；そして 加熱してケイ化物を形成する工程、 とを含む請求項５に記載の方法。 ７．前記ボンドを、前記第一ダイヤモンド表面と、前記ウエハ構造体の半導体 層との間に形成する請求項１に記載の方法。 ８．ダイヤモンド材料を含んでなり且つ第一表面を有する層； 前記第一表面上に形成した窒化シリコン層；そして 前記窒化シリコン層上に位置させた半導体材料層、 とを含んでなる集積回路構造体。 ９．前記半導体材料層を、介在二酸化シリコン層により前記窒化シリコン層に ボンドする請求項８に記載の構造体。 １０．さらに、前記二酸化シリコン層と前記窒化シリコン層との間にシリコン 層を含む請求項９に記載の構造体。 １１．前記半導体材料層が複数のトレンチを含み、各トレンチが前記半導体材 料を含んでなる電気的に絶縁したアイランドを形成する請求項８に記載の構造体 。 １２．前記トレンチが前記半導体材料層を介して前記ダイヤモンド層に延び、 そして前記窒化シリコン層を前記トレンチ内に形成する請求項１１に記載の構造 体。 １３．前記トレンチが前記半導体材料層を介して窒化シリコン層に延び、そし て前記窒化シリコン層が複数のトレンチの低部に沿って連続的に延びている請求 項１１に記載の構造体。 １４．前記半導体材料が、１、０、０格子面に沿って上表面を有する単結晶シ リコン格子構造を含んでなり；そして前記トレンチが１、１、１格子面に沿って 前記構造に延びている請求項１１に記載の構造体。 １５．第一及び第二表面を有するダイヤモンド層を準備する工程； 前記ダイヤモンド層表面の一方に窒化シリコン層を形成する工程；そして 単結晶半導体材料を含んでなる層を、前記ダイヤモンド層に、前記ダイヤモン ド層と前記半導体材料との間に位置させた窒化シリコン層によりボンドする工程 、 とを含んでなる絶縁体上に半導体を担持した構造体の製造方法。 １６．前記ボンディング工程が： シリコン層を前記窒化シリコン層上に堆積すること；及び 堆積シリコンを反応させること、 を含む請求項１５に記載の方法。 １７．前記ボンディング工程が、さらに、金属層を前記堆積シリコン上に堆積 すること；及び反応を行い、前記半導体材料を含んでなる層によりケイ化物ボン ドを形成することを含む請求項１６に記載の方法。 １８．二酸化シリコンボンドを、堆積シリコンと、半導体材料を含んでなる層 との間に形成させた請求項１６に記載の方法。 １９．さらに、前記半導体材料の上表面から延びる複数のトレンチを形成して 前記窒化シリコン層を露出させ、前記トレンチがデバイス形成に適当な電気絶縁 半導体アイランドを形成していること含む請求項１５に記載の方法。 ２０．前記単結晶半導体材料が主にシリコンである請求項１５に記載の方法。 ２１．第一及び第二表面を有するダイヤモンド層を準備する工程； 単結晶半導体材料を含んでなる第一層をダイヤモンド層表面の一つにボンディ ングする工程； 前記半導体材料の上表面から延びているトレンチを形成して前記ダイヤモンド 層を露出させる工程；そして 窒化シリコンを、露出したダイヤモンド層上に堆積する工程、 とを含んでなる絶縁体上に半導体を担持した構造体の製造方法。 ２２．シリコンを前記ダイヤモンド層上に堆積させ、そして前記第一層と前記 堆積シリコン層との間に二酸化シリコンボンドを形成することにより、半導体材 料を含んでなる前記第一層を前記ダイヤモンド層にボンディングする請求項２１ に記載の方法。 ２３．前記ボンディング工程が、前記第一層と前記ダイヤモンド層との間に金 属ケイ化物を形成することを含む請求項２１に記載の方法。 ２４．前記第一層が、主に１、１、１面に沿って形成したトレンチを有する単 結晶シリコン格子構造を含んでなる請求項２１に記載の方法。
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