JPS5810854B2 - 半導体集積回路用基板の製法 - Google Patents

半導体集積回路用基板の製法

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JPS5810854B2
JPS5810854B2 JP18681981A JP18681981A JPS5810854B2 JP S5810854 B2 JPS5810854 B2 JP S5810854B2 JP 18681981 A JP18681981 A JP 18681981A JP 18681981 A JP18681981 A JP 18681981A JP S5810854 B2 JPS5810854 B2 JP S5810854B2
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single crystal
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柳生節朗
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    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/76Making of isolation regions between components
    • H01L21/762Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers
    • H01L21/76297Dielectric isolation using EPIC techniques, i.e. epitaxial passivated integrated circuit

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体集積回路用基板の製法に係り、特に彎曲
の少ない基板の製法に関するものである。
一般に、モノリシック半導体集積回路においては、一つ
の基板の中にトランジスタ、ダイオード、抵抗、容量等
の多数の回路素子を形成させるので、これらを互いに電
気的に絶縁分離しなければならない。
現在、この分離方式の代表的なものとして、P−N接合
を用いた分離方式と誘電体による分離方式とがある。
その基板に、公知の選択拡散法によって所望の不純物を
拡散すれば、回路素子が得られる。
上述した従来の基板の製造法においても最も問題とする
ところは、基板の彎曲である。
基板に反りがあると、単結晶ウェファ側の研磨工程にお
いて研磨量が不均一になったり、選択拡散のためのフォ
トレジスト用マスクの密着度が悪くなったりする難点が
ある。
本発明の目的は、上記した基板の彎曲を低減し、精度の
よい研磨作業とフォトレジスト作業を可能にする半導体
集積回路用基板の製法を提供することにある。
本発明は、シリコン単結晶ウェファの主平面上に絶縁用
シリコン酸化膜を設け、上記絶縁用シリコン酸化膜上に
熱膨張係数がシリコン単結晶より大きいシリコン多結晶
層と熱膨張係数が逆にシリコン単結晶より小さいシリコ
ン酸化膜とを交互に全面的に層状に積み重ねて支持体層
を形成し、上記シリコン単結晶ウェファを上記主平面と
は反対側の平面より所定の厚さだけ除去してシリコン単
結晶薄層を形成し、しかる後、上記シリコン単結晶薄層
に分離領域を形成して互いに電気的に分離された少なく
とも2個以上のシリコン単結晶島領域を形成することに
より前述の目的を達成する。
このシリコン酸化膜層とシリコン多結晶層との層状構造
にするには、シリコン塩化物例えば三塩化シラン(Si
HC13)と水素による気相還元反応によってシリコン
多結晶を析出せしめる際に、特定の時間間隔で炭酸ガス
、酸素、水蒸気等の酸化性ガスを上記反応ガス中に添加
することによって単結晶ウェファを途中で反応炉から出
すことなく連続的に、かつ容易に形成させる。
また、上記基本技術を用いて多層構造支持体層を形成す
る場合、層構造、即ち多結晶層の数によって彎曲の程度
、方向を任意に制御できることを利用して、事実上彎曲
の殆んどない基板を製造するものである。
特に多結晶層の数を3〜12層とすることによって事実
上、基板における彎曲は殆んど解消される。
以下、本発明を第1図〜第4図を用いて、実施例にした
がって詳細に説明する。
第1図aに示したような平行研磨された厚さ300±1
00μ、面方位(100)のシリコン単結晶ウェファ1
0を通常のエピタキシャル成長に使用される反応炉内に
セットし、第1図すに示すように先ず三塩化シラン(S
iH2C12)と水素と炭酸ガス(CO2)の混合ガス
を流して1100〜1250℃の高温にて厚さ1.5μ
の絶縁用のシリコン酸化膜12を形成する。
次いで反応温度をそのままに保ち、三塩化シランと水素
の混合ガスを流し続けながら炭酸ガスの供給を止めるこ
とにより厚さ約45μの第1の多結晶層13aを形成す
る。
引き続き三塩化シランと水素の供給を続けながら炭酸ガ
スを反応系に導入することにより第1の多結晶層13a
の上に約0.5〜2μの厚さのシリコン酸化膜14aを
形成する。
このようにシリコン酸化膜14a〜14mとシリコン多
結晶膜138〜13nを交互に積み重ねて行くわけであ
るが、三塩化シラン系の水素キャリヤガスの流量や炭酸
ガス流量はそれぞれの反応に応じて再調整の必尺がある
反応温度は同一でよい。シリコン酸化膜層14aが形成
されたならば再び炭酸ガス流の導入を止め三塩化シラン
および水素の流量を第1の多結晶層13aの形成条件に
戻し、厚さ約45μの第2の多結晶層13aを形成する
このようにして、第2、第3、第4、第5の厚さ約45
μの多結晶層および厚さ0.5〜2μのシリコン酸化膜
を交互に形成し、多結晶層とシリコン酸化膜層から成る
厚さ約230μの多層構造支持体層15を得る。
なお、この多層構造支持体層の形成においては、シリコ
ンの原料である三塩化シランの代りに四塩化シリコン(
SiC14)もしくはジクロルシラン(SiH2C12
)等の他のシリコン塩化物やモノシラン(SiH4)を
用いてもよく、そして炭酸ガスの代りに水蒸気、酸素、
二酸化窒素等の酸化性ガスを用いてもよい。
この技術に関しては、本発明と同一出願人の出願に係わ
る特願昭48−138625号「誘電体絶縁分離基板の
製造法」を参照されたい。
このようにして得られた5層多結晶の多層構造支持体層
15を有する基板16の彎曲は全て曲率半径10mから
100m以上であり、単層構造で同一厚さの多結晶支持
体層を形成した場合の曲率半径3〜5mと比較すると著
しい彎曲低減効果のあることが確認された。
この多層構造支持体層を有する基板16は層構造すなわ
ち形成する多結晶層の数によって彎曲の大きさおよび方
向を任意に制御できる。
第2図は多層構造と基板の彎曲の関係を示す実験結果の
一例である。
彎曲の大きさは直径50闘の基板を使用した時の彎曲の
高さhと曲率半径で示しである。
ただし、プラスの符号は支持体層側が凹面(したがって
単結晶ウェファ側が凸面)マイナスの符号は支持体層側
が凸面となる方向に彎曲していることを示す。
また、曲線Aは支持体層全体の厚さが210〜260μ
の場合、曲線Bは支持体層全体の厚さが430〜480
μの場合の実測値である。
多結晶層の層数が増すと彎曲の方向は反転し多結晶側が
凸面となる方向に反り始める。
このように、支持体層を多層構造とすればその層数によ
って基板における彎曲の大きさと方向は任意に再現性よ
く制御できる。
ただし、多結晶層の層数と基板の彎曲の関係は支持体層
全体の厚さにも依存している。
第3図は単層構造の時の多結晶支持体層の厚さと基板の
彎曲の関係の測定値を示す。
縦軸のプラス符号は第2図と同じく多結晶支持体層側が
凹面となる方向に彎曲していることを示す。
多結晶支持体層が厚くなればなるほど基板の彎曲は大き
くなる。
第2図、第3図およびその他の実験結果より、厚さ30
0±100μの(100)面方位を有する単結晶ウェフ
ァ上に成長温度1100〜1250℃でシリコン多結晶
層とシリコン酸化膜とからなる厚さ約200〜500μ
の多層多結晶支持体層を形成した時の基板の彎曲と多層
構造との関係は直径50mmの基板の彎曲高さをh(μ
)、多結晶層の数をn(正の整数)とすると次の実験式
で近似的に表わすことができることがわかる。
h≒A・n+B ・・・・・・・・・
(1)ここで、A、Bは定数である。
一般に、多層多結晶構造の基板の彎曲は上述のように多
結晶層の数と厚さに大きく依存する。
この他に彎曲の大きさに影響するパラメータとしては単
結晶ウェファの厚さ、面方位、多結晶層の成長温度、成
長速度シリコン、酸化膜の厚さなどがある。
これらのうち、単結晶ウェファの面方位とシリコン酸化
膜厚さの曲りに対する影響は比較的小さいので今の場合
殆んど無視できる。
また、単結晶ウェファの厚さ、多結晶層の成長温度、成
長速度は主に上記(1)式の定数Bに対して影響し、定
数Aに対してはこれらのパラメータはあまり影響しない
ことがあきらかとなった。
実験の結果によれば、単結晶ウェファの厚さが300±
100μ支持体層の厚さ200〜500μ多結晶の成長
温度が1100〜1250℃成長速度1〜8μ/min
なる条件のもとでは第4図に示したようにA≒−18(
μ/層数)、B≒60〜200(μ)であった。
この結果より、上記条件のもとでは第4図に斜線領域で
示したように実用上問題を生じない曲率半径10m以上
の彎曲の少ない基板を得るためには前述の多層構造にお
ける多結晶層の層数を3〜12層とすればよいことが明
らかである。
実際の基板の製造においては殆んどの場合直径40〜9
0mm、厚さが200〜400μの単結晶ウェファが素
材結晶として使用され、また、多結晶層の成長温度、成
長速度もそれぞれ1100〜。
1250℃前後、1〜8μ/min前後であるので、上
記の条件は十分実用的なものである。
以上のようにして得られた多層構造支持体層15を有す
る単結晶ウェファ10側を第1図すに示した破線の位置
までラッピングおよび鏡面研磨等の公知の技術手段によ
って除去すれば、第1図Cに示したように基板が得られ
る。
この時、多結晶支持体層15形成後の基板16の彎曲は
殆んどないため、上記研磨工程は従来に比較すると極め
て均一、正確に遂行でき、したがって製造歩留りも著し
く向上する。
薄くされたシリコン単結晶ウェファ(シリコン単結晶薄
層)100表面から、例えばP型不純物を拡散して分離
領域11を設けて、P−N接合されたシリコン単結晶島
領域17を得る。
基板16は平坦化されているので、正確に単結晶領域1
7を得ることができる。
このようにして得られた誘電体分離基板16の各単結晶
島領域17には、従来より公知の選択拡散法によって精
度よくトランジスタ、ダイオード抵抗、容量等の回路素
子を形成することができる。
本発明の効果を述べるに、シリコン多結晶の熱膨張係数
は7.6×10−6℃−1でシリコン単結晶の熱膨張係
数2.5×10−6℃−1より大きいので、単に多結晶
層のみを形成した場合には基板は多結晶側が凹面になる
方向に反ることは避けられない。
さらに、シリコン多結晶が高温で気相成長する時には、
多結晶自体が原子の再配列によって多少収縮しながら成
長することも考えられており、この現象も単に多結晶層
のみを形成した場合には基板が多結晶側が凹面になる方
向に反る原因となっているものと思われる。
このような場合の彎曲の曲率半径は、多結晶層成長条件
によっても異なるが通常5〜7m以下の値である。
しかるに、本発明のごとく、支持体層15をシリコン多
結晶層とシリコン酸化膜との多層構造とした場合には、
シリコン酸化膜の熱膨張係数が0.5×10−6℃−1
とシリコン単結晶の値に比べて相当最小さいこと、また
、シリコン酸化膜形成の際、多結晶層の結晶粒界に沿っ
た酸素の侵入、拡散などによって結晶粒表面の酸化ある
いはシリコン酸化物の析出等が生じるため多結晶を押し
拡げる効果があること等の理由により、前述の多結晶側
が凹面となる方向に反る力との相殺効果によって彎曲の
曲率半径は10m以上の基板が任意に制御された状態で
得られ彎曲は大幅に軽減する。
【図面の簡単な説明】
第1図aないしCは本発明になる基板の製造工程を順次
示す断面図、第2図は多層支持体層の層構造と基板の彎
曲の関係を示す実験結果を示す図、第3図は単層構造に
おける多結晶支持体層の厚さと基板の彎曲の関係を示す
図、第4図は曲率半径約10m以上の彎曲の少ない基板
を得るための多層構造の層数を決定するための説明図で
ある。 10・・・シリコン単結晶ウェファ、11・・・分離領
域、12・・・シリコン酸化膜、13a〜13n・・・
シリコン多結晶層、14a〜14m・・・シリコン酸化
膜、15・・・支持体層、16・・・基板、17・・・
シリコン単結晶島領域。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 シリコン単結晶ウェファの主平面上に絶縁用シリコ
    ン酸化膜を設け、上記絶縁用シリコン酸化膜上にシリコ
    ン多結晶層とシリコン酸化膜とを交互に全面的に積み重
    ねて支持体層を形成し、上記シリコン単結晶ウェファを
    上記主平面とは反対側の平面より所定の厚さだけ除去し
    てシリコン単結晶薄層を形成し、しかる後、上記シリコ
    ン単結晶薄層に分離領域を形成して互いに電気的に分離
    された少なくとも2個以上のシリコン単結晶島領域を形
    成する半導体集積回路用基板の製法において、上記支持
    体層を形成するに当ってシリコン多結晶層の層数を3〜
    12層とすることを特徴とする半導体集積回路用基板の
    製法。
JP18681981A 1981-11-24 1981-11-24 半導体集積回路用基板の製法 Expired JPS5810854B2 (ja)

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