JPS62122148A - 半導体基板 - Google Patents
半導体基板Info
- Publication number
- JPS62122148A JPS62122148A JP25971985A JP25971985A JPS62122148A JP S62122148 A JPS62122148 A JP S62122148A JP 25971985 A JP25971985 A JP 25971985A JP 25971985 A JP25971985 A JP 25971985A JP S62122148 A JPS62122148 A JP S62122148A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrates
- silicon
- oxide layer
- substrate
- coupling
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- 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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は半導体素子の誘電体分離などに適した、絶縁物
層を介した結晶性シリコン基板に関する。
層を介した結晶性シリコン基板に関する。
ＩＣやＬＳＩなどで、各素子間の分離を絶縁体で行なう
、いわゆる誘電体分離方法は、ｐｎ接合分離に比べて、
α）もれ電流を極めて小さくするこζ２ン とができる、（６）耐圧を大きくすることができる、（
３）電圧印加の方向に気を配る必要がない、等の利点を
有する。
、いわゆる誘電体分離方法は、ｐｎ接合分離に比べて、
α）もれ電流を極めて小さくするこζ２ン とができる、（６）耐圧を大きくすることができる、（
３）電圧印加の方向に気を配る必要がない、等の利点を
有する。
このような宏子構造を具体化する場合、最も大きな問題
は能動素子部と基板部の間の絶縁である９基板に絶縁体
を使えばこの問題はなくなるが、例えばサファイヤにシ
リコンをエピタキシャル成長させたＳＯ８基板は、シリ
コンとサファイヤの結晶整合性が完全でないため、良質
の単結晶膜が得難く、また膜厚も充分厚くできない問題
がある。
は能動素子部と基板部の間の絶縁である９基板に絶縁体
を使えばこの問題はなくなるが、例えばサファイヤにシ
リコンをエピタキシャル成長させたＳＯ８基板は、シリ
コンとサファイヤの結晶整合性が完全でないため、良質
の単結晶膜が得難く、また膜厚も充分厚くできない問題
がある。
また石英ガラスなどの絶縁体の上に多結晶シリコン層を
形成させ、加熱、レーザ照射又は電子ビーム照射などで
再結晶する事で単結晶化させる手法も数多く提案されて
いるが、熱膨張差などの問題もありいまだに完全な単結
晶層を得るには至っていない。基板をＳｉｏ２被覆シリ
コン単結晶に替えた同様な再結晶法においても、大面積
の単結晶シリコン層は得られていない。
形成させ、加熱、レーザ照射又は電子ビーム照射などで
再結晶する事で単結晶化させる手法も数多く提案されて
いるが、熱膨張差などの問題もありいまだに完全な単結
晶層を得るには至っていない。基板をＳｉｏ２被覆シリ
コン単結晶に替えた同様な再結晶法においても、大面積
の単結晶シリコン層は得られていない。
一方、複数の単結晶基板を酸化物層を介して固着した半
導体基板は、酸化シリコンで絶縁分離された単結晶シリ
コンが容易に得られるという特長を持っている。
導体基板は、酸化シリコンで絶縁分離された単結晶シリ
コンが容易に得られるという特長を持っている。
従来このような基板はシリコン基板と酸化したシリコン
基板とを密着させて酸化雰囲気中で加熱し、両者の間に
シリコン酸化膜を成長させこれをもって両基板を固着す
る、いわゆる酸化膜成長法で得られていた。
基板とを密着させて酸化雰囲気中で加熱し、両者の間に
シリコン酸化膜を成長させこれをもって両基板を固着す
る、いわゆる酸化膜成長法で得られていた。
また最近直接接着法と呼ばれる方法が開発されている。
この方法は鏡面に研磨したシリコン基板を酸化し洗浄し
た後クリーンな雰囲気下で接触させると両基板が接着し
、これを加熱処理するとさらに強固に接着するというも
のである。
た後クリーンな雰囲気下で接触させると両基板が接着し
、これを加熱処理するとさらに強固に接着するというも
のである。
しかしながら、これらの方法で得た誘電体分離基板には
、中間の酸化シリコン層と両側のシリコン単結晶基板と
の間がかならずしも全面にわたって結合していないとい
う欠点がある。この結合していない部分を今後未接着部
と呼ぶ、未接着部があるとこの誘電体基板を使用する半
導体製造プロセスに重大な影響を与える。
、中間の酸化シリコン層と両側のシリコン単結晶基板と
の間がかならずしも全面にわたって結合していないとい
う欠点がある。この結合していない部分を今後未接着部
と呼ぶ、未接着部があるとこの誘電体基板を使用する半
導体製造プロセスに重大な影響を与える。
すなわち未接着部分が外側に開放されていれば、後のプ
ロセス中に薬品等がしみ込み、次のプロセスの汚染の原
因となる。また閉じたものであれば、拡散等の高温プロ
セス中に破裂などの事故を引き起こし製品や製造装置に
多大の損害を与える。
ロセス中に薬品等がしみ込み、次のプロセスの汚染の原
因となる。また閉じたものであれば、拡散等の高温プロ
セス中に破裂などの事故を引き起こし製品や製造装置に
多大の損害を与える。
したがって単結晶シリコンを酸化シリコン層を介して結
合した半導体基板を工業的に使用するためには、酸化シ
リコン層と両側の単結晶基板とが全面にわたって結合し
ている必要がある。
合した半導体基板を工業的に使用するためには、酸化シ
リコン層と両側の単結晶基板とが全面にわたって結合し
ている必要がある。
本発明は複数の単結晶基板が酸化シリコン層によって接
着されている誘電体分離基板において、未接着部分がな
いものを歩留よく提供することにある。
着されている誘電体分離基板において、未接着部分がな
いものを歩留よく提供することにある。
本発明の半導体基板は、複数の単結晶基板がＯ−Ｈ結合
を含むシリコン酸化物層を介して接着していることを特
徴とする。
を含むシリコン酸化物層を介して接着していることを特
徴とする。
本発明者らが直接接着法で表面を酸化したシリコン基板
同士の接着を行い、その接着性を調べたところ、未接着
部の少ないロットと多い一ットがあることがわかった。
同士の接着を行い、その接着性を調べたところ、未接着
部の少ないロットと多い一ットがあることがわかった。
これらをさらに詳しく調べたところ、未接着部の多少と
シリコン酸化膜中の○−Ｈ結合の有無との間に相関があ
ることがわかった。酸化シリコン層中にＯ−Ｈ結合があ
るものは未接着部が少なく、〇−Ｈ結合がないものは未
接着部が多い。
シリコン酸化膜中の○−Ｈ結合の有無との間に相関があ
ることがわかった。酸化シリコン層中にＯ−Ｈ結合があ
るものは未接着部が少なく、〇−Ｈ結合がないものは未
接着部が多い。
このような相関がなぜあるのかは、完全にはわかってい
ないが、おそらく以下のとおりであると思われる。すな
わち直接接着法でも酸化膜成長法でも、加熱時に２枚の
基板が接触していなければ、両者を酸化シリコン層で固
着あるいは接着することはできない。ところがシリコン
基板は鏡面に研磨していても、実際には例えば直径が３
インチのものならば数−程度のそりやうねりがある。こ
のような基板同士を相対させても全面にわたって接触さ
せることは難かしく、これが未接着部が発生する原因と
なっている。
ないが、おそらく以下のとおりであると思われる。すな
わち直接接着法でも酸化膜成長法でも、加熱時に２枚の
基板が接触していなければ、両者を酸化シリコン層で固
着あるいは接着することはできない。ところがシリコン
基板は鏡面に研磨していても、実際には例えば直径が３
インチのものならば数−程度のそりやうねりがある。こ
のような基板同士を相対させても全面にわたって接触さ
せることは難かしく、これが未接着部が発生する原因と
なっている。
ところが基板を接触させる時に酸化シリコン層に０−Ｈ
結合があると、このＯ−Ｈ結合は酸化層表面の水酸基で
あると考えられるが、Ｏ−Ｈ基同士が水素結合力によっ
て互いに引き合い基板同士を密着させる。この力はかな
り強く、例えば一旦密着させた基板は加熱前でも引きは
なすことはできないくらいであり、シリコン基板を弾性
変形させ、そりやうねりにもかかわらず２枚の基板を全
面に渡って密着させることができる。このように全面が
密着している基板を加熱すれば、未接着部がない誘電体
分離基板を得ることができる。この際加熱によって酸化
シリコン同士が結合するだけでなく、水素結合している
水酸基も Ｈ２ のような脱水縮合反応を起こして結合に寄与すると思わ
九る。
結合があると、このＯ−Ｈ結合は酸化層表面の水酸基で
あると考えられるが、Ｏ−Ｈ基同士が水素結合力によっ
て互いに引き合い基板同士を密着させる。この力はかな
り強く、例えば一旦密着させた基板は加熱前でも引きは
なすことはできないくらいであり、シリコン基板を弾性
変形させ、そりやうねりにもかかわらず２枚の基板を全
面に渡って密着させることができる。このように全面が
密着している基板を加熱すれば、未接着部がない誘電体
分離基板を得ることができる。この際加熱によって酸化
シリコン同士が結合するだけでなく、水素結合している
水酸基も Ｈ２ のような脱水縮合反応を起こして結合に寄与すると思わ
九る。
加熱処理によって、Ｏ−Ｈ結合すなわち酸素と水素の一
部は水となって酸化シリコン層外へ放出される。しかし
２枚の基板が密着しているためのこりの０−Ｈ結合は、
水分子となっているか水酸基のままかはわからないが、
酸化シリコン層内に残っている。
部は水となって酸化シリコン層外へ放出される。しかし
２枚の基板が密着しているためのこりの０−Ｈ結合は、
水分子となっているか水酸基のままかはわからないが、
酸化シリコン層内に残っている。
本発明の半導体基板は、全面にわたってｔｌを結晶シリ
コン基板が接着している。このため後の研磨や拡散など
の半導体製造プロセスにおいて破壊したり、装置を汚染
することがなく、この基板を使用して性能が良い誘電体
分離素子を作成することができる。
コン基板が接着している。このため後の研磨や拡散など
の半導体製造プロセスにおいて破壊したり、装置を汚染
することがなく、この基板を使用して性能が良い誘電体
分離素子を作成することができる。
片面を鏡面に研磨した直径３インチ厚さ３８０岬の（１
００） ｎ型シリコン基板（比抵抗１〜２Ω・ａｎ）を
用意した。この場合、表面は粗さが５０Å以下の鏡面で
あれば良い、この基板を１気圧の水蒸気中で１１００℃
に加熱し、表面に１１Ｉｆｆｌの酸化膜を形成させた。
００） ｎ型シリコン基板（比抵抗１〜２Ω・ａｎ）を
用意した。この場合、表面は粗さが５０Å以下の鏡面で
あれば良い、この基板を１気圧の水蒸気中で１１００℃
に加熱し、表面に１１Ｉｆｆｌの酸化膜を形成させた。
この酸化膜層を有するウェハをＨｚ Ｏ２： １１２５
Ｏ４＝１＝３の混合液中で２０分加熱し、水洗した。さ
らにＨ２Ｏ，：ＨＣＱ： Ｈ２０＝ １ ： １ ：
２の混合液中で２０分煮沸した後水洗し、スピンナ乾燥
した。得られた清浄なウェハをゴミ浮遊量２０コ／ｒｒ
１′以下のクリソな空気中で接触させ、両者を固着した
。得られた接着体を窒素雰囲気中で１０００℃で１時間
熱処理した。これを試料１）とする。
Ｏ４＝１＝３の混合液中で２０分加熱し、水洗した。さ
らにＨ２Ｏ，：ＨＣＱ： Ｈ２０＝ １ ： １ ：
２の混合液中で２０分煮沸した後水洗し、スピンナ乾燥
した。得られた清浄なウェハをゴミ浮遊量２０コ／ｒｒ
１′以下のクリソな空気中で接触させ、両者を固着した
。得られた接着体を窒素雰囲気中で１０００℃で１時間
熱処理した。これを試料１）とする。
同じウェハに同様の処理をして直接接着した。
ただし基板を接触させる前に２００℃のオーブン中で１
時間乾燥させた。これを試料２）とする。
時間乾燥させた。これを試料２）とする。
試料１）と２）の誘電体基板を赤外吸光で分析しところ
、試料１）には３３００〜３５００値−１に吸収ピーク
が見られたが、試料２）にはなかった。これは試料１）
の酸化膜中には〇−Ｈ結合が存在するが、試料２）には
存在しないことを示している。
、試料１）には３３００〜３５００値−１に吸収ピーク
が見られたが、試料２）にはなかった。これは試料１）
の酸化膜中には〇−Ｈ結合が存在するが、試料２）には
存在しないことを示している。
次に接着の様子を調べるために、Ｓｏｏ譚の深さまで縦
横１ｍｏ＋ピッチにダイアモンドブレードでダイシング
した。その結果試料１）では１０枚中日枚は周囲２〜３
閣以外にはがれた部分はなく全面が付着していた。周囲
の部分はシリコン基板を鏡面研磨する際に丸みを持たせ
てあり本来接着しない部分である。残りの２枚もはがれ
たのは面積にして５％以下であった。
横１ｍｏ＋ピッチにダイアモンドブレードでダイシング
した。その結果試料１）では１０枚中日枚は周囲２〜３
閣以外にはがれた部分はなく全面が付着していた。周囲
の部分はシリコン基板を鏡面研磨する際に丸みを持たせ
てあり本来接着しない部分である。残りの２枚もはがれ
たのは面積にして５％以下であった。
これに対して試料２）では、１０枚全部に剥離があった
。その大きさは面積にして４０〜８０％で、平均的７０
％がはがれた。
。その大きさは面積にして４０〜８０％で、平均的７０
％がはがれた。
代理人 弁理士 則 近 憲 佑
同 竹花喜久男
Claims (1)
- 複数のシリコン単結晶基板がＯ−Ｈ結合を含むシリコン
酸化物層を介して接着していることを特徴とする半導体
基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25971985A JPS62122148A (ja) | 1985-11-21 | 1985-11-21 | 半導体基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25971985A JPS62122148A (ja) | 1985-11-21 | 1985-11-21 | 半導体基板 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62122148A true JPS62122148A (ja) | 1987-06-03 |
Family
ID=17337990
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25971985A Pending JPS62122148A (ja) | 1985-11-21 | 1985-11-21 | 半導体基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62122148A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5091330A (en) * | 1990-12-28 | 1992-02-25 | Motorola, Inc. | Method of fabricating a dielectric isolated area |
| JPH04322507A (ja) * | 1991-04-22 | 1992-11-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 水晶振動子の加工方法 |
| JPH066168A (ja) * | 1992-06-23 | 1994-01-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 水晶振動子とその製造方法 |
| JPH066167A (ja) * | 1992-06-23 | 1994-01-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 水晶振動子とその製造方法 |
| JPH0621745A (ja) * | 1992-07-01 | 1994-01-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 水晶振動子とその製造方法 |
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| US5383993A (en) * | 1989-09-01 | 1995-01-24 | Nippon Soken Inc. | Method of bonding semiconductor substrates |
| US5387555A (en) * | 1992-09-03 | 1995-02-07 | Harris Corporation | Bonded wafer processing with metal silicidation |
| US5421953A (en) * | 1993-02-16 | 1995-06-06 | Nippondenso Co., Ltd. | Method and apparatus for direct bonding two bodies |
| JPH11121377A (ja) * | 1997-08-26 | 1999-04-30 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | 半導体材料薄膜の製造のための改良型スマート・カット・プロセス |
| CN110534474A (zh) * | 2019-09-03 | 2019-12-03 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 衬底上薄膜的制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6050970A (ja) * | 1983-08-31 | 1985-03-22 | Toshiba Corp | 半導体圧力変換器 |
| JPS6051700A (ja) * | 1983-08-31 | 1985-03-23 | Toshiba Corp | シリコン結晶体の接合方法 |
| JPS60121777A (ja) * | 1983-12-06 | 1985-06-29 | Toshiba Corp | シリコン結晶体の接合方法 |
-
1985
- 1985-11-21 JP JP25971985A patent/JPS62122148A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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