JPH11163124A - Partial soi substrate and its manufacture - Google Patents

Partial soi substrate and its manufacture

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JPH11163124A
JPH11163124A JP32503897A JP32503897A JPH11163124A JP H11163124 A JPH11163124 A JP H11163124A JP 32503897 A JP32503897 A JP 32503897A JP 32503897 A JP32503897 A JP 32503897A JP H11163124 A JPH11163124 A JP H11163124A
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bonding
semiconductor substrate
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method by which a partial SOI substrate having a sufficiently strong jointing strength can be manufactured through a sticking process and a succeeding device manufacturing process, without generating unjointed region at the sticking interface between semiconductor substrates. SOLUTION: At partial formation of an oxidized film on the main surface of one silicon substrate 200 of a pair of semiconductor substrate constituting a partial SOI substrate, heat treatment is performed on the semiconductor substrate 200 including the partially formed oxide film 10b. When this heat treatment is performed, very small recessing and projecting sections 15 left in the end sections of the oxidized film 10a disappear, and the surface of the oxidized film 10a is planarized to the end sections. Therefore, an oxidized film pattern can be completely jointed to the surface of the semiconductor substrate without any area left unjointed after jointing.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、貼り合わせ法に
より製造されるSOI基板に係り、特に、インテリジェ
ントパワーデバイスの製造に用いられる部分SOI基板
およびその製造方法に関する。
The present invention relates to an SOI substrate manufactured by a bonding method, and more particularly to a partial SOI substrate used for manufacturing an intelligent power device and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、SOI(Silicon−On−
Insulator)基板に代表される多層薄膜構造基
板は、高速動作および高耐圧のパワーデバイスへの応用
が盛んになってきている。特にインテリジェントパワー
デバイス(IPD:Intelligent Powe
r Devices)に代表されるパワーICの分野で
は、デバイス活性層となるSOI層として厚さが数μm
以上のものを必要とするため、貼り合わせ法によるSO
I基板の製造が主流となっている。
2. Description of the Related Art In recent years, SOI (Silicon-On-
2. Description of the Related Art Multilayer thin film substrates represented by an Insulator substrate have been increasingly applied to high-speed operation and high breakdown voltage power devices. In particular, intelligent power devices (IPD: Intelligent Power)
In the field of power ICs typified by r Devices, the thickness of the SOI layer serving as a device active layer is several μm.
Since the above is required, SO
The manufacture of I-substrates has become mainstream.

【0003】このようなSOI基板に関して、半導体基
板裏面にドレイン電極を設置した縦型パワーMOSFE
Tと低電力CMOS回路を混載するために、貼り合わせ
前の一方の半導体基板の主表面上に部分的に酸化膜を形
成し、支持側の半導体基板と接合する必要性を生じた。
この貼り合わせ基板は、部分的にSOI構造を有するた
め、部分SOI基板と呼ばれている。
[0003] With respect to such an SOI substrate, a vertical power MOSFET having a drain electrode provided on the back surface of the semiconductor substrate is used.
In order to mix the T and the low-power CMOS circuit, it is necessary to partially form an oxide film on the main surface of one of the semiconductor substrates before bonding, and to join the oxide film to the supporting semiconductor substrate.
Since this bonded substrate partially has an SOI structure, it is called a partial SOI substrate.

【0004】このような部分SOI基板は、絶縁層の形
成されていない領域の貼り合わせ界面が縦型パワーMO
SFETのドレィン電流の通過経路にあたるため、ボイ
ドのない完全な接合が要求される。しかし、半導体基板
の主表面上に部分的に形成される絶縁層が当該絶縁層の
形成されていない基板表面よりも盛り上がるような形状
である場合に貼り合わせを行うと、半導体基板表面の接
合が困難となり、ボイドを生じる。従って、このような
ボイドを発生させないためには、絶縁層の表面が少なく
とも半導体基板の表面より高く形成されないようにする
必要があるのである。
In such a partial SOI substrate, a bonding interface in a region where an insulating layer is not formed has a vertical power MO.
A perfect junction without voids is required because it corresponds to the drain current passage path of the SFET. However, when the bonding is performed in a case where the insulating layer formed partially on the main surface of the semiconductor substrate is higher than the substrate surface on which the insulating layer is not formed, bonding of the semiconductor substrate surface is performed. Difficult and voids occur. Therefore, in order not to generate such voids, it is necessary to prevent the surface of the insulating layer from being formed at least higher than the surface of the semiconductor substrate.

【0005】そこで、発明者らは、選択酸化膜(LOC
OS)を2回形成することにより比較的平坦な表面をも
つ絶縁膜パターンを形成する方法で、SOI基板の作製
を行った。図4は、このSOI基板の製造方法を説明す
るための製造工程順断面図である。
Therefore, the present inventors have developed a selective oxide film (LOC).
An SOI substrate was manufactured by a method of forming an insulating film pattern having a relatively flat surface by forming OS) twice. FIG. 4 is a cross-sectional view in the order of the manufacturing process for explaining the method for manufacturing the SOI substrate.

【0006】まず、単結晶シリコン基板200の一主面
上に酸化膜40を形成し、続いてこの酸化膜40の上に
窒化膜30を形成する。そして、従来のフォトリソグラ
フィ法により、所定の箇所を開口する(以上、図4
(a)参照)。
First, oxide film 40 is formed on one main surface of single crystal silicon substrate 200, and then nitride film 30 is formed on oxide film 40. Then, a predetermined portion is opened by a conventional photolithography method (see FIG. 4).
(A)).

【0007】次に、開口部300aに約1μmの厚さの
酸化膜10aを形成する(図4(b)参照)。次に窒化
膜30を保護膜として弗酸系エッチング液で酸化膜10
aを完全に除去する。この結果、酸化膜10aの除去さ
れた部分に、約0.5μmの浅い陥没部300bが形成
される(図4(c)参照)。
Next, an oxide film 10a having a thickness of about 1 μm is formed in the opening 300a (see FIG. 4B). Next, the oxide film 10 is etched with a hydrofluoric acid-based etchant using the nitride film 30 as a protective film.
a is completely removed. As a result, a shallow depression 300b of about 0.5 μm is formed in the portion where the oxide film 10a has been removed (see FIG. 4C).

【0008】次に、除去した酸化膜10aと同様の酸化
条件で再び酸化を行い、開口300bに酸化膜10bを
形成する。この酸化膜10bの表面は、単結晶シリコン
基板の表面25とほぼ同じ高さである(図4(d)参
照)。
Next, oxidation is performed again under the same oxidation conditions as the removed oxide film 10a to form an oxide film 10b in the opening 300b. The surface of the oxide film 10b is almost the same height as the surface 25 of the single crystal silicon substrate (see FIG. 4D).

【0009】次に、シリコン基板200の酸化膜10b
の形成された表面を接合面として、シリコン基板100
の主表面とを対向させて接合を行う(図4(e)参
照)。次に1000〜1200℃、約2時間の熱処理を
行い、接合強度を向上させる。
Next, the oxide film 10b of the silicon substrate 200
The silicon substrate 100 is formed by using the surface on which
(FIG. 4 (e)). Next, heat treatment is performed at 1000 to 1200 ° C. for about 2 hours to improve the bonding strength.

【0010】以上が従来のSOI基板の製造方法の概要
であるが、この製造方法には基板全面にボイドが多発す
るという問題があった。そこで、発明者らは酸化膜10
bの平面をシリコン基板200の表面25より意図的に
低く形成してから接合する方法を考案し、接合実験を行
った。この結果については、たとえば電気情報通信学会
1996年総合大会講演論文集280頁に記されてい
る。
The above is the outline of the conventional method for manufacturing an SOI substrate. However, this manufacturing method has a problem that voids frequently occur on the entire surface of the substrate. Therefore, the inventors have proposed that the oxide film 10
A bonding method was devised after forming the plane b intentionally lower than the surface 25 of the silicon substrate 200, and a bonding experiment was performed. This result is described in, for example, 280 pages of Proceedings of the 1996 IEICE General Conference.

【0011】図5はこの論文に示された断面形状模式図
である。この図に示すように、シリコン基板200の一
主面上には部分的に酸化膜10が形成されており、酸化
膜10は、酸化膜の形成されていない半導体基板表面よ
り低くなるように形成されている。そして、この酸化膜
10を含む主表面を貼り合わせ面としてシリコン基板1
00と接合している。シリコン基板200の接合されて
いない側の主表面は、研削・研磨加工を行ってシリコン
薄膜200aを形成している。 シリコン薄膜200a
を形成した段階で、酸化膜10の端部にはシリコン基板
100と酸化膜10が接合しない領域20(以下、未接
合領域という)を残している。未接合領域20の大きさ
は、貼り合わせ時の熱処理、および後に行われるデバイ
ス形成プロセス中の熱処理に依存する。実験では、想定
されたデバイス形成プロセス中の熱処理を模擬的に単純
化した条件(1200℃、15時間)で熱処理を行った結
果、未接合領域が減少することがわかった。
FIG. 5 is a schematic sectional view shown in this paper. As shown in this figure, oxide film 10 is partially formed on one main surface of silicon substrate 200, and oxide film 10 is formed so as to be lower than the surface of the semiconductor substrate on which no oxide film is formed. Have been. Then, the main surface including the oxide film 10 is used as a bonding surface and the silicon substrate 1
00. The main surface of the silicon substrate 200 that is not bonded is ground and polished to form a silicon thin film 200a. Silicon thin film 200a
At the stage where the oxide film 10 is formed, a region 20 where the silicon substrate 100 and the oxide film 10 are not bonded (hereinafter, referred to as an unbonded region) is left at the end of the oxide film 10. The size of the unbonded region 20 depends on the heat treatment at the time of bonding and the heat treatment during a device formation process performed later. In the experiment, as a result of performing the heat treatment under a condition (1200 ° C., 15 hours) that simulated the assumed heat treatment during the device forming process, it was found that the unbonded region was reduced.

【0012】図6(a)は絶縁膜10のパターンの一例
を示す平面図である。 酸化膜10は一辺約2mmの正
方形で、口の字形に形成している。図6(b)は、図6
(a)で示した絶縁膜10の接合状況を超音波探傷顕微
鏡で観察したものを模式的に示したものである。これよ
り、数十μmの幅の未接合領域20が接合領域70を取
り囲むように残存していることがわかる。
FIG. 6A is a plan view showing an example of a pattern of the insulating film 10. The oxide film 10 has a square shape with a side of about 2 mm and is formed in a square shape. FIG.
FIG. 3 schematically shows the state of bonding of the insulating film 10 shown in FIG. This indicates that the unbonded region 20 having a width of several tens of μm remains so as to surround the bonded region 70.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】さて、上述した通り、
上記従来技術で説明した方法により酸化膜端邪の未接合
領域をある程度減少させることはできる。しかし、この
未接合領域を完全になくすることは困難である。また、
高温かつ十分な熱処理時間を経ないプロセスの場合、未
接合領城の接合領域に対する面積率が大きくなる。その
結果、薄膜化されたSOI層がデバイス形成プロセス中
に加わる機械的衝撃に耐えられず、SOI層の部分的な
剥がれや割れを引き起こす恐れが出てくる。何故なら
ば、未接合領域の接合領域に対する面積率が増大するほ
ど、SOI層と支持側半導体基板の接合強度が低下する
からである。
Now, as described above,
The unjoined region of the oxide film edge can be reduced to some extent by the method described in the above prior art. However, it is difficult to completely eliminate this unbonded region. Also,
In the case of a process at a high temperature and without a sufficient heat treatment time, the area ratio of the unjoined region to the joined region increases. As a result, the thinned SOI layer cannot withstand the mechanical shock applied during the device formation process, and may cause partial peeling or cracking of the SOI layer. This is because, as the area ratio of the unbonded region to the bonded region increases, the bonding strength between the SOI layer and the supporting semiconductor substrate decreases.

【0014】そこで、発明者らは未接合領域の残存する
原因について考察した。図7は、前記の未接合領域を断
面方向から観察したものである。この図から、酸化膜1
0の端部には貼り合わせ界面に空洞20が見られ、酸化
膜10の表面が浮き上がっているのがわかる。また、酸
化膜10の表面には小さな凹凸が観察できる。この凹凸
は、AFM(原子間力顕微鏡)による解析から、貼り合
わせ前における酸化膜パターンのごく端の部分にも存在
することがわかった。酸化膜パターンの主たる表面は、
貼り合わせ時の熱処理や前記したデバイス形成プロセス
時の高温熱処理を通過することにより、軟化・流動し、
シリコン基板100に接合すると考えられる。しかし、
貼り合わせ後の酸化膜端部のある幅の領域はこのような
変形が起こりにくく、未接合領域が生じてしまうものと
推測できる。
[0014] The inventors have considered the cause of the remaining unjoined region. FIG. 7 is a view in which the unjoined region is observed from a cross-sectional direction. From this figure, the oxide film 1
At the end of 0, a cavity 20 is seen at the bonding interface, and it can be seen that the surface of the oxide film 10 is raised. Further, small irregularities can be observed on the surface of the oxide film 10. The analysis by AFM (atomic force microscope) showed that the unevenness was present at the very end of the oxide film pattern before bonding. The main surface of the oxide film pattern is
By passing through the heat treatment at the time of bonding and the high-temperature heat treatment at the time of the device formation process described above, it softens and flows,
It is considered to be bonded to the silicon substrate 100. But,
It is presumed that such deformation is unlikely to occur in a region having a certain width at the end of the oxide film after bonding, and an unbonded region is generated.

【0015】この発明は、以上の事情を背景としてなさ
れたものであり、上記のような半導体薄膜と半導体基板
の貼り合わせ界面に未接合領域を発生させず、貼り合わ
せ工程およびその後のデバイス製造工程を通して十分な
接合強度を持つ部分SOI基板およびその製造方法を提
供することを目的としている。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and does not generate an unbonded region at a bonding interface between a semiconductor thin film and a semiconductor substrate as described above, and a bonding step and a subsequent device manufacturing step. To provide a partial SOI substrate having a sufficient bonding strength and a method of manufacturing the same.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】この発明は、部分SOI
基板を構成する1対の半導体基板のうち一方の半導体基
板の主表面に部分的に酸化膜を形成する際、部分的に形
成された酸化膜を含む半導体基板に熱処理を施すことを
主要な特徴とするものである。かかる熱処理により、酸
化膜端部残る微小な凹凸が消失し、酸化膜の表面が端部
に至るまで平坦に形成される。このため、接合後未接合
領域を残さず、酸化膜パターンおよび半導体基板表面の
完全な接合を達成できるのである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a partial SOI
When an oxide film is partially formed on a main surface of one of a pair of semiconductor substrates constituting a substrate, heat treatment is performed on the semiconductor substrate including the partially formed oxide film. It is assumed that. By this heat treatment, minute unevenness remaining at the end of the oxide film is eliminated, and the surface of the oxide film is formed flat to the end. Therefore, complete bonding between the oxide film pattern and the semiconductor substrate surface can be achieved without leaving unbonded regions after bonding.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照し、本発明の実
施の形態について説明する。 A.第1の実施形態 図1および図2はこの発明の第1の実施形態である部分
SOI基板の製造工程を示す工程順断面図である。本実
施形態に係る部分SOI基板は、基本的構成として、少
なくとも対をなす2枚の半導体基板100、200のお
のおのの鏡面研磨面を接合面として密着接合してなるも
のであって、対をなす一方の半導体基板200が、前記
接合面となる主表面上の一部に絶縁層10aを有するも
のである。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. A. First Embodiment FIGS. 1 and 2 are sectional views in the order of steps showing a manufacturing process of a partial SOI substrate according to a first embodiment of the present invention. As a basic configuration, the partial SOI substrate according to the present embodiment is formed by closely bonding at least two semiconductor substrates 100 and 200 forming a pair with a mirror-polished surface as a bonding surface. One semiconductor substrate 200 has an insulating layer 10a on a part of the main surface serving as the bonding surface.

【0018】また、図1および図2に示す本実施形態に
係る部分SOI基板の製造方法は、基本的構成として、
第1絶縁膜の形成工程と、第1絶縁膜の除去工程と、第
2絶緑腹形成工程と、第1の熱処理工程と、基板接合工
程と、第2の熱処理工程と、基板外周面取り工程および
研削・研磨工程を有している。
The method for manufacturing a partial SOI substrate according to the present embodiment shown in FIGS.
A step of forming a first insulating film, a step of removing the first insulating film, a step of forming a second anti-glare layer, a first heat treatment step, a substrate bonding step, a second heat treatment step, and a chamfering step on the outer periphery of the substrate And a grinding / polishing process.

【0019】次に、半導体基板200としてn-型単結
晶シリコン基板、半導体基板100としてn-型単結晶
シリコン基板をそれぞれ用い、縦型パワー素子と制御回
路素子とをモノリシックに集積化するのに最適な部分S
OI基板を例にとって、本実施形態に係る製造方法を工
程順に説明する。
Next, an n − -type single-crystal silicon substrate is used as the semiconductor substrate 200, and an n − -type single-crystal silicon substrate is used as the semiconductor substrate 100, so that the vertical power element and the control circuit element can be monolithically integrated. Optimal part S
The manufacturing method according to the present embodiment will be described in the order of steps, taking an OI substrate as an example.

【0020】まず、5インチ径、 基板厚さが約600
μm、抵抗率が約1Ωcmのn-型単結晶のシリコン基
板200を用意する。そして、この単結晶シリコン基板
200の一方の主表面に酸化膜40、続いてシリコン窒
化膜30を成膜する。次に、従来用いられるフオトリソ
グラフィ法により所定の部分300aを開口する(以
上、図1(a)参照)。
First, a substrate having a diameter of 5 inches and a thickness of about 600
An n-type single crystal silicon substrate 200 having a thickness of about 1 μm and a resistivity of about 1 Ωcm is prepared. Then, oxide film 40 and subsequently silicon nitride film 30 are formed on one main surface of single crystal silicon substrate 200. Next, a predetermined portion 300a is opened by a conventional photolithography method (see FIG. 1A).

【0021】次に950℃、数気圧の水蒸気雰囲気でL
OCOS酸化を行い、開口部300aに厚さ約1μmの
酸化膜10aを形成する(図1(b)参照)。その後、
弗酸系溶液に浸潰し、図1(c)に示すように酸化膜1
0aを完全に除去して約0.5μmの深さをもつ溝30
0bとする。この後、酸化膜10aと同様の酸化条件で
溝300bに再びLOCOS酸化を行い、酸化膜10b
を形成する。
Next, L at 950.degree.
An OCOS oxidation is performed to form an oxide film 10a having a thickness of about 1 μm in the opening 300a (see FIG. 1B). afterwards,
It is immersed in a hydrofluoric acid-based solution, and as shown in FIG.
Groove 30 having a depth of about 0.5 μm by completely removing
0b. Thereafter, LOCOS oxidation is again performed on the trench 300b under the same oxidation conditions as the oxide film 10a, and the oxide film 10b
To form

【0022】絶縁膜10bの表面は、少なくとも絶縁膜
10bの形成されていない単結晶シリコン表面25より
低く形成されるようにする。望ましくは酸化膜10bと
単結晶シリコン表面25の相対的な段差が50ナノメー
トル以上100ナノメートル未満となるようにする。こ
の段差は、2回目のLOCOS酸化の時間を調整する
か、あるいは、適切な酸化膜厚さと段差が形成されるよ
うに酸化膜10bの表面を弗酸系溶液でウエットエッチ
ングしてもよい。
The surface of the insulating film 10b is formed to be at least lower than the single crystal silicon surface 25 where the insulating film 10b is not formed. Desirably, the relative step between the oxide film 10b and the single-crystal silicon surface 25 is set to 50 nm or more and less than 100 nm. This step may be adjusted by adjusting the time of the second LOCOS oxidation, or wet-etching the surface of the oxide film 10b with a hydrofluoric acid-based solution so that an appropriate oxide film thickness and step are formed.

【0023】このようにして絶縁膜を形成した場合、酸
化膜10bの端部には、図1(d)に示すように小さな
凹凸15が残存している。そこでシリコン基板200を
窒素、あるいはアルゴンなどの非酸化性雰囲気中で11
00〜1250℃、約2時間の熱処理を行い、酸化膜1
0bの端部を軟化させることにより凹凸15を消減さ
せ、酸化膜10bの大部分の表面と同等の平坦性となる
ように平坦化する。図1(e)は熱処理後に基板表面の
窒化膜30、および酸化膜40を除去した段階の基板断
面を示したものである。
When the insulating film is formed in this manner, small irregularities 15 remain at the end of the oxide film 10b as shown in FIG. Therefore, the silicon substrate 200 is placed in a non-oxidizing atmosphere such as nitrogen or argon.
A heat treatment is performed at 00 to 1250 ° C. for about 2 hours, and an oxide film 1 is formed.
The unevenness 15 is eliminated by softening the end of the oxide film 10b, and the oxide film 10b is flattened so as to have the same flatness as most of the surface. FIG. 1E shows a cross section of the substrate at a stage where the nitride film 30 and the oxide film 40 on the substrate surface are removed after the heat treatment.

【0024】次に、5インチ径、基板厚さ約600μ
m、抵抗率約0.01〜0.02Ωcmのn+型単結晶
のシリコン基板100を用意し、図2(a)のように、
n+型単結晶シリコン基板100の鏡面研磨面と、n+型
単結晶のシリコン基板200の絶縁膜10が形成されて
いる主表面とを大気中、室温の環境で対向させて保持
し、静かに接合させる。
Next, a diameter of 5 inches and a substrate thickness of about 600 μm
An n + -type single crystal silicon substrate 100 having a resistivity of about 0.01 to 0.02 Ωcm is prepared as shown in FIG.
The mirror-polished surface of the n + -type single-crystal silicon substrate 100 and the main surface of the n + -type single-crystal silicon substrate 200 on which the insulating film 10 is formed are opposed to each other in the atmosphere at room temperature and held quietly. To be joined.

【0025】次に接合を強固にするため1000〜12
00℃、約2時間程度の熱処理を行う。その後、KOH
浴液などのアル力り溶液によるシリコンエッチング、ま
たは機械的な研削加工により、基板200の外周部を面
取り加工を行って、2つの基板の未接合部分を除去する
(図示略)。さらに、図2(a)に点線で示したY−
Y’面までn+型単結晶シリコン基板を研削・研磨し
て、シリコン基板200を所望の厚さとするとともにそ
の表面を平坦化し、基板100に単結晶シリコンの活性
層200aを形成する(図2(b)参照)。このように
して、表面を端部まで平坦化された酸化膜10bは、貼
り合わせ時の熱処理および薄膜化加工を通して基板10
0と完全に接合させることができる。
Next, in order to strengthen the bonding, 1000 to 12
Heat treatment is performed at 00 ° C. for about 2 hours. Then, KOH
The outer peripheral portion of the substrate 200 is chamfered by silicon etching using a strong solution such as a bath solution or mechanical grinding to remove an unjoined portion between the two substrates (not shown). Further, Y- shown by a dotted line in FIG.
The n + -type single crystal silicon substrate is ground and polished to the Y ′ plane to make the silicon substrate 200 have a desired thickness and flatten its surface, thereby forming an active layer 200a of single crystal silicon on the substrate 100 (FIG. 2). (B)). In this way, the oxide film 10b whose surface is flattened to the end is subjected to heat treatment at the time of bonding and thinning processing to the substrate 10b.
0 can be completely joined.

【0026】B.第2の実施形態 図3はこの発明の第2の実施形態である部分SOI基板
の製造方法を工程順に説明する断面図である。本実施形
態に係る部分SOI基板は、基本的構成として、対をな
す2枚の半導体基板100、200を各々の鏡面研磨面
を接合面として密着接合してなるものであって、対をな
す半導体基板100、200の各々の接合面となる主表
面上に絶縁層10、シリケートガラス50を有するもの
である。
B. Second Embodiment FIG. 3 is a sectional view for explaining a method of manufacturing a partial SOI substrate according to a second embodiment of the present invention in the order of steps. The partial SOI substrate according to the present embodiment has a basic configuration in which two semiconductor substrates 100 and 200 forming a pair are closely bonded to each other with each mirror-polished surface as a bonding surface. An insulating layer 10 and a silicate glass 50 are provided on a main surface which is a bonding surface of each of the substrates 100 and 200.

【0027】図3に示す本実施形態に係る部分SOI基
板の製造方法は、基本的構成として、対をなす半導体基
板に浅い溝を形成する工程と、シリケートガラス塗布工
程と、リフロー工程と、化学的機械的研磨(以下、CM
Pという:Chemical−Mechanical
Polishing)を行う工程と、基板接合工程と、
熱処理工程と、基板外周の面取り工程および研削・研磨
工程を有している。
The method of manufacturing a partial SOI substrate according to the present embodiment shown in FIG. 3 has, as a basic configuration, a step of forming a shallow groove in a pair of semiconductor substrates, a silicate glass coating step, a reflow step, Mechanical polishing (CM)
P: Chemical-Mechanical
(Polishing), a substrate bonding step,
It has a heat treatment step, a chamfering step on the outer periphery of the substrate, and a grinding / polishing step.

【0028】次に、図3を参照しながら本実施形態に係
る製造方法を工程順に説明する。まず、5インチ径であ
り、基板厚さが約600μm、抵抗率約0.01〜0.
02Ωcmのn+型単結晶シリコン基板100を用意す
る。
Next, the manufacturing method according to the present embodiment will be described in the order of steps with reference to FIG. First, it has a diameter of 5 inches, a substrate thickness of about 600 μm, and a resistivity of about 0.01 to 0.1 μm.
An n + -type single crystal silicon substrate 100 of 02 Ωcm is prepared.

【0029】このn+型単結晶シリコン基板100の一
方の主表面に酸化膜、続いて窒化膜を成膜し、通常用い
られるフォトリソグラフィ法により所定の部分をエッチ
ングし開口する(図示略)。次に、ドライエッチング法
によって開口部から露出した単結晶シリコン表面をエッ
チングし、図3(a)に示すように、深さ約1μmの浅
い溝60をn+型単結晶シリコン基板100に形成す
る。
An oxide film and then a nitride film are formed on one main surface of the n + -type single crystal silicon substrate 100, and a predetermined portion is etched and opened by a commonly used photolithography method (not shown). Next, the surface of the single crystal silicon exposed from the opening is etched by a dry etching method, and a shallow groove 60 having a depth of about 1 μm is formed in the n + -type single crystal silicon substrate 100 as shown in FIG. .

【0030】窒化膜、酸化膜を除去後、浅い溝60の形
成された主表面にシリケートガラス50を約3μm塗布
する(図3(b)参照)。続いて800℃以上の熱処理
によってリフローさせ、シリケートガラス50の表面を
平坦にする。これより浅い溝60はシリケートガラスで
完全に埋め合わされる。
After the nitride film and the oxide film are removed, a silicate glass 50 is applied to a thickness of about 3 μm on the main surface where the shallow groove 60 is formed (see FIG. 3B). Subsequently, reflow is performed by a heat treatment at 800 ° C. or more to flatten the surface of the silicate glass 50. Grooves 60 shallower than this are completely filled with silicate glass.

【0031】続いてCMPにより基板表面の余分なシリ
ケートガラスを除去する(図3(c)参照)。CMPの
研磨終点の判定は、浅い溝60以外の部分のシリケート
ガラス50が完全に除去されて単結晶シリコン基板10
0の表面が露出され、かつ、浅い溝60に埋め込まれた
シリケートガラス50の表面が単結晶シリコン基板10
0の主表面より少なくとも低くなるように研磨された時
点とする。
Subsequently, unnecessary silicate glass on the substrate surface is removed by CMP (see FIG. 3C). The polishing end point of the CMP is determined by removing the silicate glass 50 in a portion other than the shallow groove 60 completely and removing the single crystal silicon substrate 10.
0 is exposed and the surface of the silicate glass 50 embedded in the shallow groove 60 is
This is a point in time when the polishing is performed so as to be at least lower than the main surface of zero.

【0032】こうして、図3(c)に示すように単結晶
シリコン基板100の主表面に形成された浅い溝60は
シリケートガラス50によって埋め合わされ、その他の
部分は単結晶シリコン表面を露出させた状態となる。
In this manner, as shown in FIG. 3C, the shallow grooves 60 formed on the main surface of the single crystal silicon substrate 100 are filled with the silicate glass 50, and the other portions expose the single crystal silicon surface. Becomes

【0033】一方、上記第1の実施形態で説明した方法
により、n-型単結晶のシリコン基板200の一方の主
表面上に絶縁膜10のパターンを形成する。
On the other hand, the pattern of the insulating film 10 is formed on one main surface of the n − -type single crystal silicon substrate 200 by the method described in the first embodiment.

【0034】次に、図3(c)に示す工程を終了したn
+単結晶のシリコン基板100の主表面と、このn+型単
結晶のシリコン基板200の絶縁膜の形成された主表面
を互いに対向させて保持する。このとき、一方の単結晶
シリコン基板の裏面には赤外線光源を設置し、反対側に
赤外線顕微鏡を設置して、ふたつの基板の赤外透過像を
観察できるようにする(図示なし)。ここで、2つの単
結晶シリコン基板上にそれぞれ形成した絶縁膜パターン
には、予め位置合わせ用の絶縁膜パターンが同時に作り
込まれている。この位置合わせ用の絶縁膜パ夕ーンを赤
外透渦像で観察すると明暗のコントラストとして観察で
きるので、これを用いて双方の基板の所定の絶縁膜パタ
ーンを位置合わせする。次にこの状態を保ちながら清浄
な大気中、室温の環境で静かに接合する。その後、11
00〜1200℃、約2時間程度の熱処理を行う。この
熱処理によってシリケートガラス50は軟化し、末接合
領域20を埋め合わせることができる。
Next, after completing the step shown in FIG.
The main surface of the + single-crystal silicon substrate 100 and the main surface of the n + -type single crystal silicon substrate 200 on which the insulating film is formed are held facing each other. At this time, an infrared light source is installed on the back surface of one of the single crystal silicon substrates, and an infrared microscope is installed on the opposite side so that infrared transmission images of the two substrates can be observed (not shown). Here, the insulating film patterns for positioning are simultaneously formed in advance on the insulating film patterns respectively formed on the two single crystal silicon substrates. Observing the insulating film pattern for positioning as an infrared transparent vortex image can provide a bright and dark contrast, and this is used to align predetermined insulating film patterns on both substrates. Next, while maintaining this state, the bonding is performed quietly in a clean atmosphere at room temperature. Then, 11
Heat treatment is performed at 00 to 1200 ° C. for about 2 hours. By this heat treatment, the silicate glass 50 is softened, and the powder bonding region 20 can be compensated.

【0035】この後の工程は上記第1の実施形態と同じ
なので説明を省略する。本実施形態では、第1の実施形
態のような酸化膜端部の平坦化のための高温の熱処理が
不要となる。 なお、シリケートガラス50は、絶縁膜
10より軟化する温度が低くなるように数モルバーセン
トの燐または硼素、あるいはその両方を添加して塗布し
てもよい。また、基板の接合工程は、大気中のみならず
酸素雰囲気あるいは真空中で接合を行ってもよい。
The subsequent steps are the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted. In this embodiment, the high-temperature heat treatment for flattening the end of the oxide film as in the first embodiment becomes unnecessary. The silicate glass 50 may be applied by adding a few mole percent of phosphorus and / or boron so that the temperature at which the silicate glass 50 softens becomes lower than that of the insulating film 10. In the bonding step of the substrates, the bonding may be performed not only in the air but also in an oxygen atmosphere or a vacuum.

【0036】[0036]

【発明の効果】以上説明したようにう、この発明によれ
ば、埋め込み絶縁膜パターン端部の貼り合わせ界面に未
接合領域がなく、強固な接合を実現した貼り合わせ部分
SOI基板が得られる。何故ならば、絶縁膜パターン端
部の表面を平坦化させて接合しやすくしたため、未接合
領域が残存しないしないからである。
As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a bonded portion SOI substrate which has no unbonded region at the bonding interface at the end of the buried insulating film pattern and realizes strong bonding. This is because the surface of the end portion of the insulating film pattern is flattened to facilitate bonding, so that an unbonded region does not remain.

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

【図1】 この発明の第1の実施形態である部分SOI
基板の製造工程を説明するための工程順断面図である。
FIG. 1 is a partial SOI according to a first embodiment of the present invention;
FIG. 6 is a process order cross-sectional view for explaining a substrate manufacturing process.

【図2】 同製造工程を説明するための工程順断面図で
ある。
FIG. 2 is a process order sectional view for explaining the manufacturing process.

【図3】 この発明の第1の実施形態である部分SOI
基板の製造工程を説明するための工程順断面図である。
FIG. 3 is a partial SOI according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 6 is a process order cross-sectional view for explaining a substrate manufacturing process.

【図4】 従来の部分SOI基板の基板製造工程を説明
するための工程順断面図である。
FIG. 4 is a process order sectional view for explaining a substrate manufacturing process of a conventional partial SOI substrate.

【図5】 同部分SOI基板の断面横造を示す摸式図で
ある。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of the partial SOI substrate.

【図6】 同部分SOI基板の絶縁膜パターン並びに同
絶縁膜パターンにおける基板接合後の接合領域および未
接合領域を示す平面図である。
FIG. 6 is a plan view showing an insulating film pattern of the partial SOI substrate and a bonded region and a non-bonded region after the substrate bonding in the insulating film pattern.

【図7】 顕微鏡観察による同未接合領域の断面拡大図
である。
FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view of the unjoined region observed by a microscope.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 酸化膜 15 酸化膜端部の凹凸 20 酸化膜端部の未接合部 25 単結晶シリコン表面 30 窒化膜 40 酸化膜 50 シリケートガラス 60 溝 70 接合領域 100 第1の半導体基板(シリコン基板) 200 第2の半導体基板(シリコン基板) 200a 半導体薄膜 300a 開口部 300b 浅い溝 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Oxide film 15 Unevenness of oxide film end 20 Non-joined part of oxide film end 25 Single crystal silicon surface 30 Nitride film 40 Oxide film 50 Silicate glass 60 Groove 70 Join region 100 First semiconductor substrate (silicon substrate) 200 First 2 semiconductor substrate (silicon substrate) 200a semiconductor thin film 300a opening 300b shallow groove

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 各々主表面が鏡面に研磨され、各主表面
を接合面として密着接合させた少なくとも1対の半導体
基板を有し、 前記1対の半導体基板の一方の半導体基板は、前記接合
面となる主表面上の一部に絶縁層を有し、 前記絶縁層は、熱処理によって軟化されることにより、
その表面が当該絶縁層の端部に至るまで一様な平坦性を
有しており、前記1対の半導体基板における他方の半導
体基板の主表面と密着接合されて複合構造を構成してい
ることを特徴とする部分SOI基板。
1. A semiconductor device comprising: at least one pair of semiconductor substrates each having a main surface polished to a mirror surface and closely bonded to each other using each main surface as a bonding surface; Having an insulating layer on a part of the main surface to be a surface, the insulating layer is softened by heat treatment,
The surface has uniform flatness up to the end of the insulating layer, and forms a composite structure by being closely bonded to the main surface of the other semiconductor substrate in the pair of semiconductor substrates. A partial SOI substrate characterized by the above-mentioned.
【請求項2】 各々主表面が鏡面に研磨された少なくと
も1対の半導体基板により部分SOI基板を製造する方
法において、 第1の半導体基板の一主面上に絶縁層を部分的に形成す
る絶縁層形成工程と、 前記絶縁層の端部を平坦化する第1の熱処理工程と、 前記第1の半導体基板における前記絶縁層の形成された
主面と、第2の半導体基板の鏡面研磨面とを対向させた
後、接合して一体化させる接合工程と、 一体化した半導体基板の接合を強化する第2の熱処理工
程とを具備することを特徴とする部分SOI基板の製造
方法。
2. A method for manufacturing a partial SOI substrate using at least one pair of semiconductor substrates each having a main surface mirror-polished, wherein an insulating layer is partially formed on one main surface of the first semiconductor substrate. A layer forming step, a first heat treatment step of flattening an end portion of the insulating layer, a main surface of the first semiconductor substrate on which the insulating layer is formed, and a mirror-polished surface of a second semiconductor substrate. A method for manufacturing a partial SOI substrate, comprising: a bonding step of bonding the semiconductor substrates after they are opposed to each other; and a second heat treatment step of strengthening the bonding of the integrated semiconductor substrate.
【請求項3】 前記第1の熱処理工程は、非酸化性雰囲
気で1100℃以上の温度で行うことを特徴とする請求
項2に記載の部分SOI基板の製造方法。
3. The method according to claim 2, wherein the first heat treatment is performed at a temperature of 1100 ° C. or higher in a non-oxidizing atmosphere.
【請求項4】 各々主表面が鏡面に研磨された少なくと
も1対の半導体基板を有し、 前記1対の半導体基板を構成する第1の半導体基板は、
前記接合面となる主表面上の一部に絶縁層を有し、前記
1対の半導体基板を構成する第2の半導体基板は、前記
接合面となる主表面上の一部に複数の絶縁層を有し、 前記第1および第2の半導体基板のうち少なくとも一方
のものの前記絶縁層の表面は当該絶縁層の端部に至るま
で一様な平坦性を有し、 前記1対の半導体基板の前記絶縁層を有する主表面を対
向させ、かつ、各々の前記絶縁層を位置合わせして密着
接合してなることを特徴とする部分SOI基板。
4. A semiconductor device comprising: at least one pair of semiconductor substrates, each of which has a main surface polished to a mirror surface;
An insulating layer is provided on a part of the main surface serving as the bonding surface, and a second semiconductor substrate constituting the pair of semiconductor substrates includes a plurality of insulating layers provided on a part of the main surface serving as the bonding surface. The surface of the insulating layer of at least one of the first and second semiconductor substrates has a uniform flatness up to an end of the insulating layer, A partial SOI substrate, wherein a main surface having the insulating layer is opposed to each other, and each of the insulating layers is aligned and closely bonded.
【請求項5】 前記絶縁層のうち一方の絶縁層の軟化す
る温度は、他方の絶縁層の軟化する温度より低いことを
特徴とする請求項4に記載の部分SOI基板。
5. The partial SOI substrate according to claim 4, wherein a temperature at which one of the insulating layers softens is lower than a temperature at which the other insulating layer softens.
【請求項6】 各々主表面が鏡面に研磨された少なくと
も1対の半導体基板により部分SOI基板を製造する方
法において、 第1の半導体基板に部分的に絶縁層を形成する絶縁層形
成工程と、 第2の半導体基板の主面上に複数の浅い溝を形成する工
程と、 前記第2の半導体基板における前記浅い溝の形成された
主面にシリケートガラスを塗布する工程と、 前記塗布されたシリケートガラスの表面を平坦化するリ
フロー工程と、 前記平坦化された前記シリケートガラスの表面を研磨
し、前記浅い溝部分にのみ埋め合わせる研磨工程と、 前記第1の半導体基板の前記絶縁層の形成された主面
と、前記第2の半導体基板のシリケートガラスによって
埋め合わされた浅い溝を有する主面とを対向させて保持
し、位置合わせを行いながら接合させ一体化させる接合
工程とを具備することを特徴とする部分SOI基板の製
造方法。
6. A method for manufacturing a partial SOI substrate using at least one pair of semiconductor substrates each having a main surface polished to a mirror surface, comprising: an insulating layer forming step of partially forming an insulating layer on a first semiconductor substrate; Forming a plurality of shallow grooves on the main surface of the second semiconductor substrate; applying silicate glass to the main surface of the second semiconductor substrate where the shallow grooves are formed; A reflow step of flattening the surface of glass; a polishing step of polishing the flattened surface of the silicate glass to fill only the shallow groove portion; and forming the insulating layer of the first semiconductor substrate. The main surface and the main surface of the second semiconductor substrate having the shallow groove filled with the silicate glass are opposed to each other, and are joined together while performing alignment. A method of manufacturing a partial SOI substrate, comprising:
【請求項7】 前記接合工程は、酸素雰囲気中、もしく
は真空雰囲気中で行うことを特徴とする請求項6に記載
の部分SOI基板の製造方法。
7. The method for manufacturing a partial SOI substrate according to claim 6, wherein the bonding step is performed in an oxygen atmosphere or a vacuum atmosphere.
【請求項8】 前記シリケートガラスは、燐または硼
素、あるいはその両方を含有することを特徴とする請求
項6に記載の部分SOI基板の製造方法。
8. The method for manufacturing a partial SOI substrate according to claim 6, wherein said silicate glass contains phosphorus or boron or both of them.
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