JPS6167933A - 半導体基板及びその製造方法 - Google Patents

半導体基板及びその製造方法

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JPS6167933A
JPS6167933A JP18989184A JP18989184A JPS6167933A JP S6167933 A JPS6167933 A JP S6167933A JP 18989184 A JP18989184 A JP 18989184A JP 18989184 A JP18989184 A JP 18989184A JP S6167933 A JPS6167933 A JP S6167933A
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JP
Japan
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polycrystalline semiconductor
substrate
semiconductor
grooves
stress
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JP18989184A
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English (en)
Inventor
Teruo Kusaka
日下 輝雄
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NEC Corp
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NEC Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • 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

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Local Oxidation Of Silicon (AREA)
  • Element Separation (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は半導体基板及びその製造方法に関し、特に製造
プロセス中の熱処理により発生する基板の反りを防止す
る半導体基板の構造並びKその構造を容易に実現する製
造方法に関する。
(従来技術) 誘電体薄膜により電気的に分離された複数個の島状の単
結晶半導体を厚い多結晶半導体で物理的に支持する半導
体基板、すなわち誘電体分礁形半導体基板(以下DI基
板と記す)は最近、高耐圧IC分野で実用化され、使用
されるようになってきている。
DI基板は、素子間分離が良好であること、分離容量が
小さいこと等、優れたメリットを有すると共に、製造プ
ロセスが特殊で専用設備が必要であり、かつ複雑でちる
こと、加工性精度に劣ること等のデメリットを有してい
る。
デメリットの中で最も大きなものの1つは、製造プロセ
スの熱処理により発生するDI基板の反りの問題である
。第4図1a) 、 (b)は従来の構造のDI基板で
発生する反りの状況を説明するだめの工程順に示した断
面図である。第4図(a)は熱処理前の状態を示したも
のであり、その状態では、厚い多結晶半導体1の主表面
側に誘電体薄膜2により電気的に絶縁分離された島状の
単結晶半導体3を形成すると云う複雑な構造をしている
が、多結晶半導体1の形成条件を十分に吟味し、その状
態でのDI基板の反りは無視できるレベルになっている
ことを示している。第4図tb)は、該DI−11−板
を熱酸化し、主表面に5i01膜4を被覆し、選択的拡
散法で不純物を熱拡散し、拡散層5を形成したものを示
している。熱酸化と熱拡散(通常の半導体装置の製造プ
ロセスでは、どちらも何度め1繰り返えされる)とによ
り、第4図(b)に示したように基板に反りが発生する
。この反りの発生の原因は、種々なメカニズが混合した
複雑なものである力;、量的に大きなものの1つとして
は、T、5uzuki等がJ 、 Electroch
em、Soc、、 Mol 、 127 、IVkL7
 、1980 。
P、1537〜1542に報告している” Defor
ma t 1onin Dielectric−Iso
lated 5ubstrates and ItsC
ontrol by a Multilayer Po
1ysilicon 5upportすなわち、裏面よ
り、多結晶半導体1へ侵入した酸素は、周囲の半導体、
具体的には、シリコンと結合し、酸化物を生成する。こ
のとき、体積膨張があり、酸素の侵入した裏面近傍に引
っばり応力が発生し、第4図(b)に示したように、D
I基板は反る。
この対策として、裏面からの酸素の侵入を防止すること
も1つであるが、その他に、裏面近傍に発生する応力を
補償する応力を発生させることも反りの対策として可能
である。補償の応力としては、後面近府に圧縮応力を発
生させるか、主表面近傍に引っばり応力を発生させるか
が必要である〇(発明の目的) 本発明の目的は、上記欠点を除去し、如何なる製造プロ
セスに対しても対応して調整できる半導体基板のソリの
発生を防止できる半導体基板及びその制令方法を提供す
ることにある。
(発明のダC成) 本発明の第1の発明の半導体基板は、誘電体薄膜により
眠気的に分離された複数個の島状の単結晶半導体領域を
厚い多結晶半導体で物理的に支持する半導体基板におい
て、主表面側の一部に多結晶半導体層が露出され、該多
結晶半導体層には少なくとも111の溝が形成され、該
溝は溝を構成する多結晶半導体の熱酸化により形成され
た酸化物、    で埋められていることをtrf徴と
して構成される。
また、本発明の第2の発明の半導体基板の製造方法は、
誘電体薄膜により電気的に分離された複数個の島状の単
結晶半導体領域を厚い多結晶半導体で物理的に支持しか
つ単結晶半導体領域の形成された主面側の一部に多結晶
半導体の露出された領域を有する半導体基板を形成する
1母と、前記露出された多結晶半導体領域に少なくとも
11固の溝をドライエツチング法で形成する工程と、少
なくとも該溝の内面に多結晶半導体層を414する工程
と、該多結晶半導体層を熱酸化し前記眞を熱酸化により
形成された酸化物により充満する工程とを含み、前記溝
の幅と溝の内面に形成される多結晶半導体層の厚さによ
り溝の空隙を制御し半導体基板の反りを減少せしむるこ
とを特徴として構成される。
(作 用) 本発明の半導体基板は基板支持体である多結晶半導体層
が半導体装置の構造プロセスに於て酸化されその結果裏
面近傍に応力を発生しその結果基板に反りを発生するの
で発生する応力を補償し基板の反りをなくすようにした
もので、その対策として基板の主表面に多結晶半導体層
を露出させ核層に溝を形成しこれを酸化してこの酸化物
で溝を充満し、このとき発生する応力により裏面に発生
した応力を補償し基板の反りを減少させるものである。
また基板は形成する素子により反りの状況がことなるの
で溝の深さ間隙等を調整する必要がある。このために本
発明方法では溝の深さ及び直径を適切に形成した後多結
晶半導体層の厚さをコントロールして溝の間隙を制御し
プロセスに合致した間隙とし、裏面に発生する応力を補
償するようにしたものである。
(実施例) 以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明す
る。
第1図(a)〜(C)は本発明の一実施例の構造並びに
その9#造プロセスによる基板の反りを説明するための
断面図であり、又第2図は本発明の詳細な説明するため
に工程順に示した要部の断面図である。
第1図(a)は熱処理前のDI基板を示し、多結晶半導
体1は成長速度の速いエピタキシャル法で形成された2
50〜400μmの厚さく厚さr叶某板の口径により異
なる)のものであり、誘電体薄膜2には厚さ1.0〜3
.0μmの熱酸化による5i02膜を使用している。ま
た、実施例では、単結晶半導体3は、N形シリコン単結
晶で、抵抗率は1〜30Ω−α、厚さは10〜70μm
のものを使用している。第1図(alの図中に示す破線
部分は応力調節領域6で本発明で特に設けたものである
。第1図(a)の状態ではDI基板の反りは無視できる
レベルである。応力調節領域6は単結晶半導体3を除去
した多結晶半導体1の主表面側に設けられる。主表面側
に設けることは、−見主表面側の利用効率を低下させる
ように思われるが、半導体集積回路のベレットには、ス
クライプ線、配線領域、マーク表示領域、その他電気的
にはダミーな領域が必ずあり、そこを利用することによ
り、主表面側の利用効率を実質的に低下させることはな
い。ウエーノ10問辺のダミ一部でも勿論よい。
本発明による応力調節領域6は実施例のように多結晶半
導体1の主表面部に設ける他に単結晶半導体3の中に設
けることも可能であるが、応力調節能力はやや落ちる。
第1図(b)は第1図(a)のDI基板を熱酸化し、主
表面に0.5〜3.0μmの8i02膜4を被覆した状
態、並びにその熱処理によってもDI基板の反りは応力
調節領域6の作用により無視できるレベルに維持されて
いることを示す断面図である。
第1図(C)は、さらにフォトエツチング技術と拡散技
術により、不純物を熱拡散して1ム散層5を形成した場
合を示し、その熱処理によっても、DI基板の反りは、
応力調節領域6の作用により無視できるレベルに維持さ
れることを示している。
実施例においては、不純物としてP形不純物にはホウ′
Jを、N型不純物にはリンを使用し、拡散層深さとして
は、それぞれ2〜15μm、および0.3〜10μmに
形成した。第2図(C)以降の工程は通常のIC製造工
程と同じであり、フォトエツチング工程と、不純物拡散
工程とを繰り返えして回路素子を形h12シ、メタライ
ズ工程により各素子を接続することによりICは完成す
る。
第2図(al〜(C)は本発明の原理を説明するために
工程順に示した応力調節領域の断面図である。
先ず、第2図(a)に示すように、多結晶半導体1の主
表面部にマスク材7で局部的にマスクし、エツチングを
行い多結晶半導体1に溝8を形成する。
実施例ではマスク材7としてはフォトレジストを、多結
晶半導体のエツチングはCCl4ガスとO!ガスの混合
ガスを使用したりアクティブイオンエツチング等のドラ
イ加工を使用した。形成する溝8は溝幅Wが1〜3μm
程度、深さは1〜5μm程度とした。幅Wは応力調節の
応力の強さに影響する要素の1つであり、設計上から決
められる。
次に、第2図(b)に示すように、マスク材7を除去し
た後多結晶半導体層嗅9を厚さtだけ多結晶半導体の表
面並びに溝内表面に形成する。実施例としては多結晶半
導体薄膜9はモノシラン、もしくはジクロルシランを使
用したCVD技術の中で幅厚精度の高い方法を採用して
、0.5〜1.5μm程度の膜厚に形成した。図中に示
すように半導体薄膜9を形成した後の溝の幅ΔWは次式
で示されるものとなる。
°Δw=w−2t  ・・・・・・ (1)ここに示し
たΔWは反り調節の応力を決める量である。
本発明の要旨はこのΔWをコントロールすることで調節
応力を変化させ、それをもって、ウェーハ反すヲコント
ロールするものである。
次に、第2図(C)に示すように、熱酸化1糧により、
多結晶半導体薄膜9が酸化され、多結晶半導体酸化膜1
0に変化し、そのときの体積膨張により溝8が充填され
、溝8は消滅する。
本発明においては溝8部分の側面の両方からの体積膨張
量が、ΔWより大きくなるよう設計される。そのために
体積膨張時膨張が訪客され、それを突き破ろうとして、
応力が発生する。従って、その応力は引っばり応力とな
り、裏面側近傍に発生した引っばり応力を補償し、第1
図(a)〜(C)で説明したように熱処理工程を経過し
てもウエーノ・には反りを発生しない。
第3図は第2図(b)に記載のΔWとウェー71反り量
(曲率半径R1の逆数で表示)との関係を測定した実験
データを示す図である。図より明らかなように、ウェー
ハの反り量は、ΔWに依存しており、従って、ウェーハ
の反り量をΔWによりコントロールすることが出来る。
なお、第2図tblに示すΔWは本実施例では比較的径
の太きい深い溝を形成し、これに付着させる多結晶半導
体薄膜によりコントロールし、生産性。
調節性、及び応力をより大きくとるために深く形成する
という特徴を有するが、第2Fl(alの樟の形成され
た領域は多結晶半導体領域であるので、溝8の形成を綿
密に調整することにより第2図(blの多結晶半導体薄
膜9を設けずに第2図(C)の工程を行うことにより同
様の効果が得られる。
また、応力調節領域6に設ける溝の数は必要により自由
に増減することができる。
(発明の効果) 以上説明したとおり、本発明によれば、i造プロセスに
対応して容易に応力を調整することができ、半導体基板
の反りの発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜Ic)は本発明の一実施例を説明するた
めに工程1狐に示した断面図、第2図<a)〜(C)は
本発明の詳細な説明するための工程順に示した応力調整
領域の断面図、第3図は本発明で設ける溝の空隙と基板
の反りの関係を示す図、第4図(a) 、 (b)は従
来の半導体基板が嬌造プロセスエ橿で発生する反りの状
況を示す断面閾である。 1・・・・・・多結晶半導体、2・・・・・・誘電体薄
膜、3・・・ −・・・単結晶半導体、4・・・・・・
Sin、膜、5・川・・拡散層、6・・・・・・応力調
節領域、7・・・・・・マス゛り材、8・・・・・・溝
、9・・・・・・多結晶半導体薄膜、1o・・・・・・
多結晶半導体の酸化薄膜。 代理人 弁理士  内 原   晋 第 I 図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)誘電体薄膜により電気的に分離された複数個の島
    状の単結晶半導体領域を厚い多結晶半導体で物理的に支
    持する半導体基板において、主表面側の一部に多結晶半
    導体層が露出され、該多結晶半導体層には少なくとも1
    個の溝が形成され、該溝は溝を構成する多結晶半導体の
    熱酸化により形成された酸化物で埋められていることを
    特徴とする半導体基板。
  2. (2)誘電体薄膜により電気的に分離された複数個の島
    状の単結晶半導体領域を厚い多結晶半導体で物理的に支
    持しかつ単結晶半導体領域の形成された主面側の一部に
    多結晶半導体の露出された領域を有する半導体基板を形
    成する工程と、前記露出された多結晶半導体領域に少な
    くとも1個の溝をドライエッチング法で形成する工程と
    、少なくとも該溝の内面に多結晶半導体層を被着する工
    程と、該多結晶半導体層を熱酸化し前記溝を熱酸化によ
    り形成された酸化物により充満する工程とを含み、前記
    溝の幅と溝の内面に形成される多結晶半導体層の厚さに
    より溝の空隙を制御し半導体基板の反りを減少せしむる
    ことを特徴とする半導体基板の製造方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5424240A (en) * 1993-03-31 1995-06-13 Hyundai Electronics Industries Co., Ltd. Method for the formation of field oxide film in semiconductor device
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