JPS62124754A - 絶縁層分離基板の製法 - 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】 〔技術分野〕 この発明は、絶縁層分離（Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｌ５
ｏｌａｔｉｏｎ：ＤＩ）基板の製法に関する。

〔背景技術〕

“半導体集積回路用基板として、近時、絶縁層分離基板
が用いられるようになってきた。このような絶縁層分離
基板の最も一般的な構造は、第４図に示すように、絶縁
膜４で囲まれた複数の単結晶島状領域（以下、「分離島
」と記す）ｌａ・・・を多結晶層等からなる支持体層１
０上に支持してなるものである。前記分離島１ａ・・・
は、素子形成領域として使用されるもので、１枚の基板
上に、必要な素子の数だけの分離島が形成されるように
なっている。そして、各分離島１ａ・・・の間は、絶縁
層によって電気的に完全に分離されるようになっている
ため、従来のＰ−Ｎ接合による各素子の分離に比べて、
はるかに高い高耐圧、低寄生容量、高ソフトエラー耐性
等を実現する。また、寄生素子やラッチアンプが発生す
る恐れもなくなる。

以上のような絶縁要分Ｍ基板は、一般に次のような工程
で形成される。

まず、単結晶シリコン等からなるウェハを用意し、その
表面の所望の位置に、つくられるべき素子を囲むように
溝を形成する。

つぎに、このウェハの前記溝が形成された側の表面全体
をシリコン酸化膜等の絶縁膜で覆い、さらに、その上に
、ポリシリコン等を堆積して支持体層を形成する。

そして、前記ウェハを裏面から研磨、除去していき、前
記溝をこの裏面に露出させてウェハを前記分離島に分割
し、絶縁層分離基板を得る。

以上のような絶縁層分離基板において、最も問題となる
のは、ウェハと支持体層との材質のちがい、特に、それ
ぞれの材質における熱膨張係数の差に起因する以下の２
点である。

■　前記製造工程中、支持体層形成時に、この支持体層
側を凹とし、ウェハ側を凸とするソリが発生する。

このソリは、前述したように、ウェハと支持体層との熱
膨張係数の差に起因するものであって、高温で形成され
た前記支持体層が、室温近（まで冷却されたときに、ウ
ェハよりも大きく収縮するために発生するものである。

そして、このソリが発生すると、次工程であるウェハの
研磨時に、その全面を均一に研磨することができず、各
分離島を均一に形成することができない。

また、このような絶縁層分離基板は、その厚みが約３０
０ｍ程度と非常に薄いものであるため、以上のような各
工程時におけるハンドリングが難しい。

■　絶縁層分離基板形成後、エピタキシャル結晶成長、
熱拡散、アルミ配線形成およびパッシベーション膜形成
等の工程によって分離島上に素子形成を行うと、それに
伴う加熱（熱履歴）等によって先の■のソリがさらに拡
大されたり、あるいは、先の■とは逆方向のソリが発生
する。

このようなソリがあると、フォトリソグラフィ一工程で
のマスクアラインメントが困難になるばかりでなく、各
種の半導体製造装置における自動搬送系等でのトラブル
の原因となる恐れがある。

〔発明の目的〕

この発明は、以上の問題に鑑みてなされたものであって
、ハンドリングしやすく、しかも、ソリが発生する恐れ
の少ない絶縁層分離基板の製法を提供することを目的と
している。

〔発明の開示〕

以上の目的を達成するため、この発明は、半導体単結晶
ウェハの表面に分離のための溝を形成して、その表面全
体を絶縁膜で覆ったあと、その上に支持体層を形成する
とともに、前記単結晶側を前記溝の底部が露出するまで
研磨して、前記支持体層上に前記絶縁膜で電気的に絶縁
分離された半導体単結晶島状領域を形成する絶縁要分Ｍ
基板の製法であって、前記支持体層を作るにあたり、前
記絶縁膜上に、多結晶層および酸化膜を、この順に、交
互に形成して、少なくとも前記多結晶層を３層積層し、
そのあと、これを逆に上方から研磨、除去して少なくと
も２層の多結晶層を残し、これを前記支持体層とするこ
とを特徴とする絶縁層分離基板の製法を要旨としている
。

以下に、この発明を、その一実施例をあられす図を参照
しながら、くわしく説明する。なお、この実施例では、
分離島として単結晶シリコンを、多結晶層としてポリシ
リコンを、絶縁膜および酸化膜としてＳｉＯ２を、それ
ぞれ、使用しているが、それ以外の化合物半導体材料を
用いることも、もちろん可能である。

まず、この発明にかかる絶縁層分離基板の製法の一実施
例について、その途中の各工程をあられした第１図（ａ
）〜（ｆ）ならびに第２図ｆａｔ〜（Ｃ）にもとづいて
説明する。

分離島となるべき単結晶シリコンのウエノ＼１を用意す
る〔第１図（ａ）〕。

つぎに、このウェハ１表面の所望の位置に、つくられる
べき素子を囲むように溝２・・・を形成する。このよう
なａ２・・・の形成方法は、特に限定されないが、たと
えば、＜１００＞面の単結晶シリコンのウェハ１にＫＯ
Ｈ等を主成分とするアルカリエツチング液を用いて溝２
をエツチングする方法があげられる。この方法は、この
アルカリエツチング液の＜１１１＞面単結晶シリコンに
対するエツチング速度が、＜１００＞面単結晶シリコン
に対するエツチング速度にくらべて極めて遅いこと（異
方性）を利用したもので、＜１００〉面単結晶シリコン
のウェハｌの一部を、このアルカリエツチング液でエツ
チングしていくと、この＜１００＞面と５４°の角をな
す＜１１１＞面からなるＶ形の溝２が自動的に形成され
るのである。なお、このとき、エツチングのマスクとじ
て、次工程で形成される絶縁膜と同し材料（ＳｉＯ２）
を使用しておけば、それを絶縁膜の一部として利用する
ことができるため、次工程へ送る前に、このマスク３を
除去する必要がなくなり、より好ましい。以上の操作に
よって、たとえば、深さ７０Ｉｌｒｎ程度の溝を形成す
ることができる〔第１図（ｂ）〕。

溝２が形成された側のウェハ１の表面に、その全面にわ
たって絶縁膜であるシリコン酸化膜４を形成する。この
シリコン酸化膜４の形成方法も特に限定されないが、た
とえば、前記ウェハ１の表面をパイロジェニック酸化法
等によって熱酸化して、このようなシリコン酸化膜を形
成することが好ましい。なぜなら、このようなパイロジ
エニ・７り酸化法は、操作や工程、製造装置等が簡単で
、しかも、形成されるシリコン酸化膜４の物性がすぐれ
ているからである〔第１図（Ｃ）〕。

シリコン酸化膜４上に、エピタキシャル成長等の方法に
よって、多結晶層であるポリシリコン層５を形成する。

ポリシリコン層５の成長条件は、これに限定されるもの
ではないが、たとえば、通常、エピタキシャル成長に使
用される反応炉を用いた場合には、１．３〜１．４μｍ
／ｍｉｎ程度の成長速度で成長させてやればよい。成長
に使用できるガスｔ＋、通常のエピタキシャル成長に用
いられるものを、そのまま使用することができる〔第１
図（ｄ）〕。

ポリシリコン層５表面に酸化膜であるシリコン酸化膜６
を形成する。シリコン酸化膜６の形成方法としては、た
とえば、前記シリコン酸化膜４と同様な理由によってパ
イロジェニック酸化法等を使用することが好ましい〔第
１図（ｅ）〕。

シリコン酸化膜６上に、以上の操作を交互にくり返して
、ポリシリコン層７〔第１図（ｆ））、シリコン酸化膜
８〔第２図（ａｌ）、およびポリシリコン層９　〔第２
図（ｂ）〕　　・・・を交互に形成していき、絶縁膜で
ある前記シリコン酸化膜４上に、シリコン酸化膜をその
間にはさんだポリシリコン層を、少なくとも３層積層し
、積層体Ａ′を得る。

ウェハ１を反対側から研磨、除去していき、溝２によっ
てウェハ１が複数の分離島１ａ・・・に分離されるまで
研磨する〔第２図（Ｃ）〕。

このあと、前記積層体Ａ′を、逆に上方の層から研磨、
除去していき、少なくとも２層のポリシリコン層を残し
て、これを支持体層Ａとする。なお、このとき、この支
持体層Ａが、その厚み方向でほぼ上下対称となるように
することが好ましい。すなわち、図のように、ポリシリ
コン層が２層である場合には、２つのポリシリコン層５
．７が、はぼ等しい厚みを有していることが好ましいの
である。このことによって、シリコン酸化膜６を支持体
層Ａ中、その厚み方向はぼ中央部に位置させることがで
きるため、支持体層Ａ形成後の、素子形成プロセス等に
おけるソリ、つまり、前述した■のソリをも防ぐことが
できるのである。２つのポリシリコン層５．７の厚みの
比も特に限定されるものではないが、１０ニア〜７：１
０の範囲内であることが好ましい〔第３図〕。。

以上のように、この発明によって形成された絶縁層分離
基板は、第３図にみるように、絶縁膜であるシリコン酸
化膜４で囲まれた複数の分離島１ａ・・・が、シリコン
酸化膜（酸化膜）をはさんタホリシリコン層（多結晶Ｎ
）５およびポリシリコン層（多結晶層）７の少なくとも
２層からなる支持体層Ａ上に設けられてなるものである
。このように、支持体層Ａをシリコン酸化膜をはさんだ
少なくとも２層のポリシリコン層で形成するのは、熱膨
張係数が単結晶シリコンのウェハ１よりも大きいポリシ
リコン層と、ウェハｌよりもそれが小さいシリコン酸化
膜との組み合わせによって、支持体層Ａ全体の熱膨張係
数を調整するためである。そして、このことによって、
支持体層Ａとウェハ１あるいはそれから作られる分離島
１ａ・・・の両者の熱膨張係数をバランスさせることが
できる。理由はよくわからないが、酸化膜６をパイロジ
ェニック酸化法によって形成すると、この効果がより高
くなる。また、この実施例のように、支持体層Ａを、そ
の厚み方向でほぼ上下対称となるようにしておけば、支
持体層Ａ内で、その熱膨張係数がかたよることがなく籠
る。このため、支持体層Ａの形成時や、素子の形成等の
、加熱を含　。

む各工程においても、前述したような両者の熱膨張係数
の違いによってソリが発生する恐れは、いちじるしく減
少する。また、この発明では、最も大きいソリが発生す
る恐れのある絶縁膜４上への多結晶層の形成直後の冷却
時には、この多結晶層はその間に酸化膜をはさんで少な
くとも３層が積層された積層体Ａ′となっているため、
この段階でのソリの発生を、いちじるしく減少させるこ
とができる。しかも、この積層体Ａ′は、その厚みが大
きいため、研磨工程時におけるハンドリングも容易とな
る。以上のような各層を形成する場合には、まず、反応
炉中でエピタキシャル成長を行って第１のポリシリコン
層５を形成し、つぎに、熱酸化炉中に移しかえてパイロ
ジェニック酸化法等によってシリコン酸化膜６を形成し
、再びもとの反応炉にもどして第２のポリシリコン層７
を形成する、といったような簡単な操作で少なくとも３
層の積層体Ａ′を形成することができる。そして、各層
の形成には、以上のように、通常、その工程に用いられ
る装置を用いることができるため、特別な装置を必要と
することもない。

なお、これまでは、この発明の絶縁層分離基板について
、図にあられした実施例にもとづいてのみ説明してきた
が、この発明の構成は図の実施例に限られるものではな
い。たとえば、以上の実施例では、）簿２をアルカリエ
ツチング液を用いた、いわゆる、異方性エツチングによ
って形成していたが、これは物理的研磨やその他の方法
によって形成することもできる。また、逆にウェハｌを
除去する方法は物理研磨には限らず、エツチング等の化
学的研磨によることもできる。各層の形成方法も以上の
実施例に限られず、それぞれ別の方法によって形成する
ことができる。たとえば、絶縁膜４や酸化膜６であるシ
リコン酸化膜を熱酸化以外の方法で形成することもでき
るのである。しかしながら、これらの酸化膜は、前述し
たような理由から、パイロジェニック酸化法等の熱酸化
によって形成することが好ましい。このことは、他の部
分についても同様であって、実施例に示した以外の方法
によって形成することもできるが、実施例の方法によれ
ば、従来の装置をそのまま使用できる等の利点があり、
より好ましいのである。また、以上の実施例では、分離
島となる単結晶のウェハとして単結晶シリコンを、多結
晶層としてポリシリコンを、そして、絶縁膜や酸化膜と
して５ｉ０２を、それぞれ使用しているが、前述したよ
うに、その他の化合物半導体材料を用いることもできる
。

要するに、絶縁膜上に、酸化膜をはさんだ少なくとも３
層の多結晶層を形成したあと、それを研磨して、少なく
とも２層の多結晶層からなる支持体層が形成されるよう
になっていれば、その他の構成は限定されないのである
。

つぎに、この発明の実施例について、比較例とあわせて
説明する。

（実施例１） 分離島となる単結晶ウェハとして、シリコンウェハ〔直
径７６ｍｍ（３インチ）、厚み４００μｍ）を使用し、
その上に、第１図ｔａ）〜（ｆ）ならびに第２図（ａｌ
、　（ｂｌに示した工程によって３層の積層体Ａ′（厚
み合計４５０ｐｍ）を形成した。なお、このとき、各層
の厚みは、第１のポリシリコン層＝１０Ｑ　ｐｍ、第２
のポリシリコン層＝２００１ｒｍ、第３のポリシリコン
層：１５０−であった＠ このあと、このものを、両面から研磨、除去していって
、一方の側にはウェハ１から分離、された分離島１ａ・
・・を、他方の側には２層のポリシリコンからなる支持
体層Ａを有する厚み約３００頗の、第３図に示したよう
な、絶縁層分離基板を得た。

この絶縁層分離基板に対し、ポリシリコン層の研磨、除
去直後、および、素子形成全プロセス終了直後における
ソリ量を、１０枚の試料について、測定した。研磨、除
去工程直後における結果を第５図に、素子形成全プロセ
ス終了後における結果を第６図に、それぞれ、示す。な
お、この実施例では、研磨、除去後の支持体層Ａにおけ
る上下のポリシリコン層の厚みの比が第３図中Ｌｌ、Ｌ
２であられして１０：１１≦Ｌ、：Ｌ、２≦１０ニアで
あって、この支持体層Ａが厚み方向でほぼ上下対称なも
のであった。

（実施例２） 第１．第２および第３の各ポリシリコン層の厚みを全て
１５０μｍとした以外は、実施例１と同様にして、絶縁
層分離基板を得た。

この実施例に対しても、先の実施例１と同様にして、９
枚の試料について、測定を行った。結果を同じく第５図
および第６図に示す。

なお、この実施例における上下のポリシリコン層の厚み
の比は、Ｌ＋、Ｌｘであられして、１０：４≦Ｌ、：Ｌ
、≦１０：１．３であって、この実施例における支持体
層Ａは、厚み方向で非対称であった。

（比較例） 支持体層を従来のポリシリコンのみからなるものとした
以外は、実施例と同様にして絶縁層分離基板を作成した
が、ソリが大きすぎて、測定を行うことができなかった
。

以上の結果より、この発明の絶縁層分離基板の製法であ
る実施例１，２では、ポリシリコン層の研摩、除去直後
には大きなソリは見られず、このことから、従来の方法
である比較例にくらべて、ポリシリコン層形成時のソリ
が少なかったことが推測された。

また、第６図の結果より、この発明の製法において、ポ
リシリコン層を研磨、除去して形成する支持体層Ａは、
実施例１のように、その厚み方向で、はぼ上下対称にし
た方がその後のソリが少ないこともわかった。

〔発明の効果〕

この発明の絶縁層分離基板の製法は、以上のように構成
されており、絶縁膜上に、その間に酸化膜をはさんだ多
結晶層を少なくとも３層積層して積層体とし、そのあと
、これを研磨除去して少なくとも２層の多結晶層からな
る支持体層を形成するようにしているため、多結晶層と
半導体単結晶ウェハの熱膨張係数の違いに起因するソリ
が発生する恐れは、いちじるしく減少する。しかも、前
記積層体は、支持体層よりも厚みは大きいため、研磨時
のハンドリングも容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａｌ〜（［１ならびに第２図（ａｌ〜（Ｃ１は
この発明にかかる絶縁層分離基板の製法の一実施例の工
程をあられす説明図、第３図はこの発明によって形成さ
れた絶縁層分離基板の構造の一例をあられす説明図、第
４図は従来例をあられす説明図、第５図はこの発明の実
施例における研暦、除去直後のソリ量の頻度の一例をあ
られすグラフ、第６図は同じ（素子形成全プロセス終了
直後のソリ量の頻度の一例をあられすグラフである。 ｌａ、ｌｂ、ｌｃ・・・単結晶島状領域　４・・・絶縁
膜　５，７・・・多結晶層　６・・・酸化膜　Ａ・・・
支持体層 代理人　弁理士　　松　本　武　彦 第１図 ＠２図 （ａ） （ｃ）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体単結晶ウェハの表面に分離のための溝を形
   成して、その表面全体を絶縁膜で覆ったあと、その上に
   支持体層を形成するとともに、前記単結晶側を前記溝の
   底部が露出するまで研磨して、前記支持体層上に前記絶
   縁膜で電気的に絶縁分離された半導体単結晶島状領域を
   形成する絶縁層分離基板の製法であって、前記支持体層
   を作るにあたり、前記絶縁膜上に、多結晶層および酸化
   膜を、この順に、交互に形成して、少なくとも前記多結
   晶層を３層積層し、そのあと、これを逆に上方から研磨
   、除去して少なくとも２層の多結晶層を残し、これを前
   記支持体層とすることを特徴とする絶縁層分離基板の製
   法。
2. （２）酸化膜をパイロジェニック酸化法によって形成す
   る特許請求の範囲第１項記載の絶縁層分離基板の製法。
3. （３）研磨完了後には、支持体層が、その厚み方向でほ
   ぼ上下対称となるように、酸化膜を多結晶層中に配置す
   る特許請求の範囲第１項または第２項記載の絶縁層分離
   基板の製法。
4. （４）単結晶島状領域および多結晶層がシリコンであり
   、絶縁層および酸化膜がＳｉＯ＿２である特許請求の範
   囲第１項から第３項までのいずれかに記載の絶縁層分離
   基板の製法。