JPS63287031A - 誘電体分離ウエハの製造方法 - Google Patents

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〕 本発明は集積回路等の複合半導体装置を作り込むに適す
るＤ　Ｉ　（Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｌ５ｏｌａｔｉｏ
ｎ）と通称される誘電体分離ウェハを製造する方法に関
する。

〔従来の技術〕

前述の集積回路等はトランジスタ、ダイオード。

抵抗等の各種の回路要素を組み合わせて構成されるが、
これを半導体基板内に集積化するに当たっては回路要素
間の基板を介する相互干渉を避けるために基板を相互に
電気的に分離された複数個の部分令頁域に分割し、各部
分領域内に回路要素なり回路要素群を作り込んだ上で配
線層により相互に接続することが行なわれる。この部分
領域への分離手段としては、部分領域とは逆の導電性を
もつ分離層を部分領域相互間に介在させることが広（行
なわれているが、分離層といえども導電性であるから部
分領域と分離層との間に寄生回路要素が発生して分離効
果が損なわれることがあり、回路要素間の干渉のおそれ
をなくす上では完全な絶縁層によって部分領域間を分離
してやるのが最も望ましく、このために酸化シリコン等
の誘電体で部分領域間を分離する前述の誘電体分離ウェ
ハないしはＤＩウェハが用いられる。

第３図はこのＤＩウェハの従来の製造方法を図解するも
のである。第３図１ａｌのシリコン単結晶半導体基板１
０は基板そのものであってもよいが、ふつうは基板上に
エピタキシャル層を１Ｏｎないしはそれ以上の厚みに成
長させたものが用いられる。

同図（ａｌの工程では、この例えばエピタキシャル層側
の上層部１０ｕにＶ形溝１３を化学エツチングによって
まず溝切りする。このＶ形溝１３の深さは数μから１０
μ程度であり、基板１０の厚みはふつう少なくとも１０
０　ｎ以上であるから、図の上層部１０ｕはかなり誇張
して示されている。同図中）の工程では基板ｌＯの表面
を酸化することにより酸化シリコンからなる誘電体膜２
０でＶ形溝１３の面を含む基板１０の上面を覆う、続く
同図（Ｃ）の工程では、この基板１０の上面の誘電体膜
２０上にポリシリコン３０を厚く成長させる０次の工程
では図に部分ハンチングを付けて示した基板１０の下層
部１０ｄが除去されるので、このポリシリコンはウェハ
の基体となるもので少なくとも数十μの所定の厚みに成
長される。

基板の下層部１０ｄの除去は研磨やランピング等の手段
で行なわれ、この除去工程後の状態が同図Ｔｄｌに示さ
れている０図示のように基板の上層部１０ｕが部分領域
１４に分離され、この各部分領域１４に回路要素や回路
要素群が作り込まれる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述のようにして作られた誘電体分離ウェハないしは基
板はポリシリコン基体３０上に誘電体膜２０によつて相
互に分離された部分領域１４が並んでおり、部分領域相
互間は電気的に完全に分離されているので、回路要素間
に干渉が生じるおそれがないが、各部分領域に回路要素
を作り込む際の高温の熱処理工程を経る間にウェハが第
３図（ｅｌに示すように曲がって来る問題がある。同図
（８１にはこの曲がりの状態がかなり誇張されて示され
ているが、ウェハに僅かでも曲がりないしは反りが生じ
るとホトプロセス時のマスク合わせが困難になり、周知
のように集積回路では１１ｒｍ以上のマスク合わせ精度
が必要であるから、マスク合わせに狂いが出ると製品不
良が発生しやす（なる。

この曲がりないしは反りの発生原因はポリシリコンと単
結晶ないしは酸化シリコンとの熱膨張率の差にあり、第
３図＋８１に示すようにポリシリコンの熱膨張Ｅｐの方
が単結晶シリコンの熱膨張Ｅｓよりずっと大きいので、
高温時に同図（ｅｌの下方に向けて凹な曲がりが発生し
、ウェハの冷却後にもその変形が若干ずつ残って熱工程
を経るつど次第に反りが強くなって来ることになる。こ
の反りがひどくなるとウェハが割れてしまうこともある
。

本発明はこの問題点を解決して回路要素を作り込むため
に熱工程を経ても反りが発生するおそれが少ない誘電体
分離ウェハの製造方法を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この目的は本発明に基づき、単結晶半導体基板の上面側
から基板の上層部に角形断面をもつ溝を枠状のパターン
で所定の深さに堀り込む溝切り工程と、溝面を含む基板
の上面に絶縁性の誘電体膜を形成する誘電体膜付は工程
と、基板の上面側の誘電体膜上に多結晶性のウェハ基体
を成長させる基体成長工程と、基板の下面側から基板の
下層部を溝が露出するまｔ取り除（基板下層部除去工程
とを経由して誘電体分離ウェハを製造することによって
達成される。

（作用〕 上述の構成かられかるように、本発明では例えば単結晶
シリコンである基板の上面側から基板の上層部に堀り込
む溝の断面形状を、従来のＶ形溝と異なり角形溝とする
ことにより誘電体分離ウェハに生じる反りを少なくする
。従来のＶ形溝は、一般的には熱工程時に誘電体分離ウ
ェハのようにポリシリコンと単結晶シリコンとの複合ウ
ェハ内に生じうる熱応力のウェハの厚み方向における急
激な変化を軽減する効果をもつが、その反面反りを発生
させやすい欠点がある。この原因は、第３図＋８１に示
すようにＶ形溝１３内のポリシリコンの熱膨張Ｅｔが一
種のくさび効果をもち、Ｖ形溝のもつ角度を押し広げる
熱応力をウェハに与えるため、溝外のポリシリコンの大
きな熱膨張Ｅｐと相俟ってウェハ内部に大きな曲げモー
メント力を発生させるためと考えられる。この曲げモー
メントの発生を少なくするには、Ｖ形溝１３の斜面のウ
ェハ表面に平行な面に対する投影面積を少なくすること
が有効で、本発明はこの点に着目して溝を角形溝とする
ことによりこの斜面の投影面積をなくすことにより、ウ
ェハに発生する反りを少なくすることに成功したもので
ある。もちろん、単結晶シリコンとウェハ基体としての
ポリシリコンとの熱膨張差は本発明の場合においても従
来と同じであるから、これに基づいてウェハ内に発生す
る曲げモーメント力が全くなくなるわけではないが、単
結晶シリコンである部分領域の厚みよりもウェハ基体と
してのポリシリコンの厚みの方がほぼ１桁大きいから、
純粋な熱膨張差に基づいてウェハ全体にかかる曲げモー
メント力はそれ程大きな値にはならず、前述の溝部内の
くさび効果をなくすことによりウェハに反りを与える曲
げモーメント力を従来よりもずっと少なくすることがで
きる。また、本発明のように溝を角形溝とすると、溝の
入力部における熱応力の変化が従来よりも当然大きくな
るが、幸い溝が各部分領域をまわりから囲むように枠状
のパターンで掘り込まれるから、溝内に成長されるウェ
ハ基体は全体として見ると機械的に非常に強固な枠構造
体を形成しており、前述の熱応力の急変部があってもそ
のために変形したり内部破損を生じるおそれは少ない。

さらに本発明では、前述の構成にいうように基板下層部
除去工程において基板の下層部が溝が露出するまで、従
って溝内の、ウェハ基体がウェハ表面に露出されるまで
取り除かれるので、前述のくさび効果が発生する余地は
情無にされ、これによってウェハに反りを生じさせる内
部曲げモーメント力が極小化される。

〔実施例〕

以下、第１図と第２図を参照しながら本発明の詳細な説
明する。第１図は本発明方法を工程別に示すもので、第
２図は完成されたＤ！ウェハを回路要素を作り込むべき
面側から見た平面図である。

第１図は溝切り工程完了後の状態を示し、基板１０は単
結晶シリコン基板であうで例えばエピタキシャル層であ
るその上層部１０ｕに角形溝１１がイオンエツチング法
ないしはガスエツチング法によって堀り込まれる。第２
図示すようにこの溝１１は平面的に見れば枠形のパター
ンを持ち、各部分領域１２となる部分をそれぞれ取り囲
む形状を有する。

溝１１の深さは上層部の厚みとほぼ等しく例えば１０−
程度とし、溝幅はふつう数−程度とするのがよいが部分
領域の相互分離の目的上は１−あれば十分である。同図
（ｂｌは誘電体膜付は工程後の状態を示す、誘電体膜２
０は基板の酸化によって得られる通常の酸化シリコン膜
であってよく、その厚みは最低５００人が必要であるが
ふつうは数千人程度とするのがよい、同図ｔｃ＋の基体
成長工程においてこの誘電体１１２０上に成長させるウ
ェハ基体３０はふつうポリシリコンが用いられ、いわゆ
る常圧ＣＶＤ法により比較的厚く数十μから３０Ｏｎま
での厚みに成長させる０図には次の工程で取り除くべき
基板の下層部１０ｄが部分ハツチングで示されており、
この基板下層部除去工程では図示のようにこの下層部１
０ｄの除去は溝１１の底に達するまで例えば研磨ないし
ラッピング等の機械加工により行なわれる。同図（ｄ）
はこの基板下層部除去工程終了後の状態を示し、図示の
ように基板の上層部１０ｕが誘電体膜２０と溝１１内に
成長されたウェハ基体としてのポリシリコン３０によっ
てそれぞれ取り囲まれた島状の部分領域１２に分割され
る。また、この部分領域相互間では図示のようにポリシ
リコン３０が直接表面に露出するように〜この基板下層
部除去工程で基板の下層部１０ｄを除去するのが望まし
い。

第１図１ｅｔには以上の工程を経て完成されたＤＩウェ
ハが今までと上下を反対にして示されており、バイポー
ラトランジスタ４０やＭＯＳ）ランジメタ５０等の回路
要素はウェハの図の上面である部分領域１２の表面側か
ら作り込まれる０部分領域１２がｎ形でバイポーラトラ
ンジスタ４０がｎｐｎ　）ランジスタの場合は部分領域
がそのコレクタ層となるが、図にはそのベース層Ｂ、エ
ミッタ層Ｅおよびコレクタ接続層Ｃが示されている。Ｍ
ＯＳ）ランジスタ５０の場合は、ウェルＷがまず部分領
域１２内に作られ、その中にさらにソースＳとドレイン
Ｄが作り込まれ、このソース・ドレイン間の表面上の薄
いゲート酸化膜上に例えばポリシリコンのゲートＧが設
けられる。

第２図は第１図（＠）の状態のＤＩウェハを上方から見
た平面図であり、図から部分領域１２が枠状の溝１１を
埋める誘電体膜２０とポリシリコン３０とからなる部分
領域によって取り囲まれ、電気的に相互に完全分離され
ている状態を見ることができる。

以上説明した本発明の実施例に従って製造されたＤＩウ
ェハはその部分領域への回路要素の作り込みのための加
熱工程を経た後もホトプロセス上注意を要する程度の反
りが発生することがなく、その部分領域間の分離性能に
おいて従来と比べて何ら遜色がなく、またウェハのクラ
ンクや割れの発生は全（見られなくなった。

〔発明の効果〕

以上の説明かられかるように、本発明によればＤＩウェ
ハの部分領域の相互分離用の枠状パターンの溝断面を角
形溝とし、かつ単結晶半導体基板を溝と反対側から溝が
露出するまで取り除くようにしたので、従来のＶ形溝の
場合のように溝に斜面があることによって生じる熱膨張
力のくさび効果がなくなり、部分領域への回路要素の作
り込みのための加熱工程中にウェハ内に生じ得る曲げモ
ーメント力が従来のウェハよりもずっと少なくなって、
ウェハに反りが生じることがほとんどなくなる。また、
溝を角形溝としたため、従来のＶ形溝の場合よりも部分
領域の相互分離に必要な溝面稙を少なくすることができ
、従って同じ数の回路要素を作り込むに要するウェハの
面積を従来よりも縮少することができる。

本発明のもつ上記の特長はとくに高性能集積回路用ＤＩ
ウェハの製作に重要で、この種ウェハの実用性と経済性
を本発明方法によって一層高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図が本発明に関し、内第１図は本発明
による誘電体分離ウェハの製造方法の実施例をその工程
ごとに示すウェハの一部拡大縦断面図、第２図は完成ウ
ェハの一部拡大平面図である。第３図は従来の誘電体分
離ウェハの製造方法を工程ごとに示すウェハの一部拡大
縦面図である。 図において、 １０：単結晶半導体基板ないしはシリコン基板、１０ｄ
：基板の下層部、１０ｕ：基板の上層部、１１：溝、１
２．１４：部分領域、Ｉ３：Ｖ形溝、２０：誘電体膜な
いしは酸化膜、３０：ウェハ基体ないしはポリシリコン
、Ｅｐ：ポリシリコンの熱膨張、Ｅ３：単結晶シリコン
の熱膨張、Ｅｔ：Ｖ形溝的ポリシリコンの熱膨張、であ
る。 ！Ｈ２ｓ。 第１図　　　　　・−一・、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 単結晶半導体基板の上面側から基板の上層部に角形断面
   をもつ溝を枠状のパターンで所定の深さに堀り込む溝切
   り工程と、溝面を含む基板の上面に絶縁性の誘電体膜を
   形成する誘電体膜付け工程と、基板の上面側の誘電体膜
   上に多結晶性のウェハ基体を成長させる基体成長工程と
   、基板の下面側から基板の下層部を溝が露出するまで取
   り除く基板下層部除去工程とを含み、残された基板の上
   層部をウェハ基体により支持されかつ枠状の溝でそれぞ
   れ取り囲まれた島状の部分領域としてその露出面側から
   回路要素を組み込み得るようにした誘電体分離ウェハの
   製造方法。