JPH1187200A

JPH1187200A - 半導体基板及び半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH1187200A
Application number: JP9240693A
Authority: JP
Inventors: Koichi Endo; 幸一遠藤; Keizo Tani; 敬造谷
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-09-05
Filing date: 1997-09-05
Publication date: 1999-03-30

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、量産に適したシリコンカーバイド基
板を提供することを目的とする。【解決手段】上記目的を達成するために、本発明の半導
体基板は、シリコン基板と、シリコン基板よりも小口径
のシリコンカーバイド基板とを張り合わせて形成されて
いる。そして、このシリコン基板とシリコンカーバイド
基板との間には酸化膜が形成され、接着はＳＤＢ法にて
なされている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンカーバイ
ド基板に関し、特にシリコンの製造ラインに他のシリコ
ン基板と同様の方法で投入することが可能なシリコンカ
ーバイド基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】シリコンカーバイド(SiC) はシリコンと
違った以下のような特性を有する。すなわち、シリコン
と異なり、(1) 電圧降伏の際の電界強度が高い。シリコ
ンがほぼ3X10⁵ V/cmであるのに対し、シリコンカーバイ
ドはほぼ3X10⁶ V/cmと一桁も電界強度が高い、(2) バン
ドギャップが広いため、高温でもキャリア生成確率が低
く、この結果高温動作素子が可能となる、(3) バンドギ
ャップが広いため、宇宙線、放射線等によりホール電子
対が発生し動作エラーを生ずることが少ない、(4) 熱抵
抗が低いため放熱特性が良い、等の利点がある。この結
果、発光ダイオード、耐高温環境半導体集積回路、宇宙
用半導体集積回路、パワーデバイス等において利用さ
れ、かつ利用されようとしている。特に、発光ダイオー
ドにおいては広いバンドギャップを利用して青色ないし
紫外線発光が可能となる。また、パワーデバイスにおい
てはその放熱特性の良さを利用して大電流・高電圧素子
の実現が期待されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、シリコンカー
バイドデバイスを量産するにあたっては以下のような問
題が存在する。まず、大口径基板の準備が困難であるこ
とがあげられる。シリコンカーバイドはインゴットの引
き上げの際、口径を大きくすると周辺部の結晶性が極端
に劣化するという性質がある。このため、現在のとこ
ろ、１インチ程度の小口径基板が得られているのみであ
る。そして、大口径基板の入手が困難であることは、シ
リコンカーバイドデバイスの量産のおおきな障害となっ
ている。すなわち、シリコンカーバイドデバイスを製造
するために、既存のシリコンデバイス量産ライン(現在
では６〜１２インチである) とは別に、小口径基板専用
のラインを設ける必要がある。本来シリコン系材料であ
ることからある程度共通のプロセス( エッチング・不純
物導入・熱処理等) が適用可能であるにもかかわらず、
専用ラインの施設が必要であるため、これがシリコンカ
ーバイドデバイスの量産の障害となっていた。

【０００４】次に、シリコンカーバイド材料は現在のと
ころ非常に高価であることである。たとえ１インチ小径
ウェハ専用のラインを施設したとしても、ラインの搬送
系のストレス( ウェハのハンドリング時に発生する応
力) に絶えうるシリコンカーバイド基板は６００ミクロ
ン程度と比較的厚いものが必要であり、多量のシリコン
カーバイド材料を必要とし、全体としての材料コストが
高まるという問題が存在していた。これもシリコンカー
バイドデバイス量産の障害であった。

【０００５】以上のように、シリコンカーバイド基板
は、大口径化が困難であるため既存のシリコンデバイス
の量産ラインを用いることが困難であること、及び材料
コストが高いことから必ずしも量産に適したものではな
かった。本発明は、上記問題を解決し、量産に適した半
導体基板及びその製造方法を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の半導体基板は、シリコン基板と、シリコン
基板よりも小口径のシリコンカーバイド基板とを張り合
わせて形成されている。そして、このシリコン基板とシ
リコンカーバイド基板との間には絶縁膜が形成され、接
着はシリコン接着（ＳＤＢ）法にてなされている。

【０００７】また、シリコンカーバイド基板は複数枚存
在してもよい。その際、シリコンカーバイド基板は多様
な形状をとれる。例えば円形、三角形、多角形状( 好ま
しくは六角形状) をしたものが、前記シリコン基板上に
敷き詰められる。この時、異なる複数の形状のものを敷
き詰めることもできる。

【０００８】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
大口径シリコン基板上にそれよりも小口径のシリコンカ
ーバイド基板を接着して半導体基板を形成する工程と、
この半導体基板を大口径シリコン基板を処理することが
可能な処理装置で処理することを特徴とする。そして、
シリコン基板と前記シリコンカーバイド基板との間には
絶縁膜が形成されており、ＳＤＢ法にて接着されてい
る。

【０００９】また、シリコンカーバイド基板を複数枚接
着させることも可能であり、このシリコンカーバイド基
板は、例えば円形、三角形、多角形状( 好ましくは六角
形状) をしており、前記シリコン基板上に敷き詰められ
ている。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第一の実施例にか
かわるシリコンカーバイド基板を説明する。図１、図２
に示すように、大口径のシリコン基板１にシリコン酸化
膜３を介して薄い小口径のシリコンカーバイド基板２が
ほぼ中央部に接着されている。

【００１１】シリコン基板１の口径は例えば８インチで
ある。これは投入しようとするラインに応じて６イン
チ、１２インチ、さらにはさらに大口径でもよい。シリ
コン基板１の厚さは例えば５００ミクロンである。これ
は投入しようとするラインの搬送系のストレス( ウェハ
のハンドリング時に発生する応力) に応じて異なる厚さ
を選択してもよいが、１００または２００ミクロン以上
であることが望ましい。これより薄いとウェハのハンド
リング時に割れる可能性がある。また、厚さは１０００
ミクロン以下であることが望ましい。これより厚くても
ウェハの強度にさほど変化が無く、コストを増大させる
だけだからである。

【００１２】シリコン酸化膜３は熱処理により形成す
る。例えば水蒸気雰囲気中での熱処理によって形成す
る。膜厚は０．５〜５ミクロン程度が望ましい。０．５
ミクロン以下では後述する接着工程に支障が生じ、シリ
コン基板１とシリコンカーバイド基板２の間の寄生コン
デンサの影響が顕著になる可能性もあるからである。ま
た、５ミクロン以上では接着強度にほとんど変化が無い
のにかかわらず熱処理時間が不必要に長くなるだけだか
らである。

【００１３】シリコンカーバイド基板２の口径は例えば
１インチである。今後結晶成長技術が進展すればこれよ
りも大口径のものを利用すべきであり、経済性と結晶の
均一性を重視して１インチよりも小口径のものを利用し
てもかまわない。シリコンカーバイド基板はシリコンと
炭素を電気炉で加熱しつつ周知のチョクラルスキー法で
引き上げてインゴットを成長させ、このインゴットを薄
くスライスすることにより得る。２００ミクロン程度が
望ましい。１００ミクロン以下では後述の接着構成に支
障が生じ、５００ミクロン以上では不用意にコストを増
大させるだけである。

【００１４】シリコン基板１とシリコンカーバイド基板
２とのシリコン酸化膜３を介した接着は図４のように行
う。すなわち、シリコン基板１とシリコンカーバイド基
板２の表面をウエット処理し水酸基(-OH) が表面に形成
されるようにする。引き続いて両者の処理面を張り合わ
せ、６００度以上での熱処理を加える。すると、水酸基
どうしが反応し、まず水(H₂ O)が抜けることで両ウェハ
が接着し、さらに熱処理を加えると水素(H₂ ) が抜けて
両ウェハが固着する。これをSDB(Silicon Direct Bondi
ng) 法と呼ぶ。

【００１５】以上のように形成した基板は既存のシリコ
ンデバイスの量産ラインに投入することが可能であり、
かつシリコンウェハが張り合わせてあるので、シリコン
カーバイドが比較的薄くてもハンドリングストレスに十
分に耐えられ、その結果ウェハコストも大幅に削減する
ことが可能である。以上より、シリコンカーバイドデバ
イスの量産化が可能となる。尚、製造方法は上記実施例
に限定されず、例えば以下のように変更することもでき
る。同じ工程については説明を割愛し、相違点のみ説明
する。 (i) シリコン基板１にCVD 法でシリコン酸化膜３を堆積
した後、シリコン基板１とシリコンカーバイド基板２と
のシリコン酸化膜３を介した接着を行う。 (ii)シリコンカーバイド基板２にシリコン酸化膜３を堆
積し、シリコン基板１との接着を行う。 (iii) 熱処理によりシリコン基板１にシリコン酸化膜３
を形成し、シリコンカーバイド基板２にシリコン酸化膜
３を堆積した後、双方のシリコン酸化膜３を張合わせ
る。この場合、シリコン酸化膜３を両方ともＣＶＤ法に
より形成しても良い。更にi 〜iii において、シリコンカーバイド基板２にシ
リコン酸化膜３を形成する際、ＣＶＤ法の代わりに熱処
理により形成しても良い。

【００１６】図３は図１、図２の基板に半導体素子( 例
えばMOS トランジスタ等) を形成した場合の断面図を示
している。前述したように、発光ダイオード、耐高温環
境半導体集積回路、宇宙用半導体集積回路、パワーデバ
イス等への応用が可能である。

【００１７】なお、基板と電気的な接続をとる必要が生
じた場合には、ワイヤボンディング等で接続することが
可能である。また、シリコンカーバイド基板上でパター
ニングされるアルミ配線をシリコン基板上まで延在させ
るように電気的な接続を構成しても良い。ただし、後者
の場合は、露光深度が十分にとれない可能性があるの
で、比較的幅広の配線、例えば１００ミクロン以上、を
用いる必要がある。

【００１８】以上の第一の実施例の製造方法は以下のよ
うな変更が可能である。まずシリコンカーバイドウェハ
２は２００ミクロンのものを準備しそのまま張り合わせ
工程を経る例を紹介したが、これは例えば４００ミクロ
ン程度のものをシリコンウェハ１に張り合わせ、引き続
いて研磨工程等でシリコンカーバイドウェハ２を２００
ミクロン程度研磨してもよい。このようにするとシリコ
ンウェハ１と合計で６００ミクロン程度の厚さとなり、
厚いウェハのハンドリングの不可能なラインにも投入す
ることが可能な基板を提供することができる。シリコン
カーバイド２を場合によっては１００ミクロン以下に研
磨することも可能である。また、シリコンウェハ１側を
研磨してもよい。この場合はハンドリングストレスに耐
えうるようにするため、一定の限界があるであろう。

【００１９】続いて、本発明の第二の実施例を図５を参
照して説明する。１枚の大口径のシリコン基板１にシリ
コン酸化膜３を介して複数の薄い小口径のシリコンカー
バイド基板２が接着されている。シリコン基板１、シリ
コン酸化膜３の口径、厚さは前述したとおりである。図
５には３枚のシリコンカーバイド基板２を張り合わせた
例を示したがこれより多数( 例えば５〜10枚) でも、少
数( ２枚) でもかまわない。

【００２０】このように構成すると、グロス、すなわち
一ロットで生産されるシリコンカーバイドデバイスの数
が増大し、第一の実施例よりもさらに低コスト化が可能
となる。

【００２１】続いて、本発明の第三の実施例を図６を参
照して説明する。１枚の大口径のシリコン基板１にシリ
コン酸化膜３を介して複数の薄い「多角形」のシリコン
カーバイド基板２が密着して、または若干の間隔を空け
て接着されている。シリコン基板１、シリコン酸化膜３
の口径、厚さは前述したとおりである。図６には正方形
のシリコンカーバイト基板２を張り合わせた例を示した
が、三角形、六角形でも良い。とくに、六角形ならば最
大の効率が得られる、すなわち最小の枚数のシリコンカ
ーバイト基板２でシリコン基板１上を敷き詰めることが
可能である。

【００２２】多角形状のシリコンカーバイド基板２の加
工は、インゴットの状態で行うことが望ましい。スライ
ス後に行うと割れる心配があるが、インゴットの状態で
はこのような問題点を回避することができるからであ
る。

【００２３】このように構成すると、８インチウェハの
ほぼ全面の相当する領域からシリコンカーバイドデバイ
スをとることができ、グロスがさらに増大し、第一及び
第二の実施例よりもさらに低コスト化が可能となる。と
くに密着して配列させた場合は、最大のグロスが得られ
る。また、若干の間隔をあけて配列させた場合には、シ
リコン基板の露出した部分において、ワイヤボンディン
グやアルミ配線等でシリコンカーバイド基板とシリコン
基板との間を電気的に接続させることが可能となるとい
う効果も存する。

【００２４】尚、シリコン酸化膜２は、他の絶縁膜を使
用することができる。例えば、シリコン窒化膜、絶縁性
のシリコンカーバイドなどでもよい。また、単層ではな
く複数層による構成であって良い。

【００２５】

【発明の効果】本発明は、以上のように構成されている
ので、大口径化が難しいシリコンカーバイド基板を廉価
なシリコン基板に接着することにより、通常のシリコン
ウェハ加工ラインでのプロセスが可能となり、量産化が
容易になる。

【００２６】また、シリコンカーバイドの使用量が減
り、より低コストのデバイスの生産が可能となる。さら
に、第二、第三の実施例のように構成すると、グロスを
増大させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例のシリコンカーバイド基
板の平面図である。

【図２】本発明の第一の実施例のシリコンカーバイド基
板の断面図である。

【図３】本発明のシリコンカーバイド基板を利用したデ
バイスの一例を示した断面図である。

【図４】本発明の製造工程を示す断面図である。

【図５】本発明の第二の実施例を示す平面図である。

【図６】本発明の第三の実施例を示す平面図である。

【符号の説明】

1 シリコン基板 2 シリコンカーバイド基板 3 シリコン酸化膜 4 トランジスタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリコン基板と、前記シリコン基板よりも小口径のシリコンカーバイド基
板とを張り合わせて形成した半導体基板。
【請求項２】前記シリコン基板と前記シリコンカーバイ
ド基板との間には絶縁膜が形成されていることを特徴と
する請求項１記載の半導体基板。
【請求項３】前記シリコン基板と前記シリコンカーバイ
ド基板はＳＤＢ法にて接着されていることを特徴とする
請求項２記載の半導体基板。
【請求項４】前記シリコンカーバイド基板は複数枚存在
し、前記シリコン基板上に接着されていることを特徴と
する請求項１記載の半導体基板。
【請求項５】前記シリコンカーバイド基板は多角形状を
しており、前記シリコン基板上に敷き詰められているこ
とを特徴とする請求項４記載の半導体基板。
【請求項６】前記シリコンカーバイド基板は六角形状を
していることを特徴とする請求項５記載の半導体基板。
【請求項７】大口径シリコン基板上にそれよりも小口径
のシリコンカーバイド基板を接着して半導体基板を形成
する工程と、前記半導体基板を大口径シリコン基板を処理することの
可能な処理装置で処理することを特徴とする半導体装置
の製造方法。
【請求項８】前記シリコン基板と前記シリコンカーバイ
ド基板との間に絶縁膜を形成する工程を有することを特
徴とする請求項７記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】前記シリコン基板と前記シリコンカーバイ
ド基板をＳＤＢ法にて接着することを特徴とする請求項
８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】前記半導体基板を形成する工程におい
て、前記シリコンカーバイド基板を複数枚接着すること
を特徴とする請求項７記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】前記シリコンカーバイド基板は多角形状
に形成されており、このシリコンカ−バイド基板をシリ
コン基板上に敷き詰めることを特徴とする請求項１０記
載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】前記シリコンカーバイド基板は六角形状
をしていることを特徴とする請求項１１記載の半導体装
置の製造方法。