JPH06334028A - 誘電体分離基板の製造方法 - Google Patents

誘電体分離基板の製造方法

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JPH06334028A
JPH06334028A JP12258993A JP12258993A JPH06334028A JP H06334028 A JPH06334028 A JP H06334028A JP 12258993 A JP12258993 A JP 12258993A JP 12258993 A JP12258993 A JP 12258993A JP H06334028 A JPH06334028 A JP H06334028A
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JP
Japan
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substrate
groove
recess
depth
semiconductor substrate
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Withdrawn
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JP12258993A
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English (en)
Inventor
Masaki Matsui
正樹 松井
Keimei Himi
啓明 氷見
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Denso Corp
Original Assignee
NipponDenso Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 溝の幅および深さを変えることなく、凹部内
に酸化膜を埋め込むために必要な熱酸化時間を短くでき
る誘電体分離基板の製造方法を提供する。 【構成】 凹部2と基板端部に開口する溝3が形成され
た第1半導体基板1の溝3側壁に酸化膜4および窒化膜
5bを形成し、第2半導体基板と貼り合わせる。その
後、酸化性雰囲気中において、凹部2を酸化シリコンで
埋め込む。このとき、溝3側壁に形成された窒化膜5b
はこの側壁の酸化を防ぐ。その後、第1半導体基板を研
削・研磨して溝3を露出させ、この溝3を多結晶シリコ
ン10で埋設し誘電体絶縁分離基板とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は誘電体分離基板の製造方
法に関し、特に基板の貼り合わせ技術を利用したSOI
(Silicon On Insulator)基板の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体集積回路における素子分離法とし
て誘電体分離法が注目されており、その一例として、シ
リコン基板の直接接合技術と熱酸化による酸化膜成長を
用い、基板内部に誘電体埋め込み層として熱酸化シリコ
ンを充填、埋設する方法が提案されている(例えば特開
平2―96350号公報)。
【0003】この方法は、図10に示すように表面に浅
い凹部23(図10(a))と前記凹部23と連通する
酸素導入用の溝24(図10(b))を形成した第1半
導体基板21と、第2半導体基板22を直接接合(図1
0(c))した後、酸化性ガス雰囲気中で加熱処理し、
前記溝24に沿って凹部23内にガスを供給することに
より、熱酸化シリコン25を埋め込み(図10
(d))、その後、溝24が表面に露出するまで研削、
ポリッシュする(図10(e))方法であり、熱酸化シ
リコンで電気的に絶縁分離された領域を選択的に形成す
ることができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の方法では、凹部内に熱酸化シリコンを埋め込む熱酸
化工程において、凹部への熱酸化シリコンの充填が熱酸
化時間の経過とともに基板端部から中央部に向かって順
次行われていくため、中央部を酸化するのに時間がかか
ってしまう。これを以下に説明する。
【0005】凹部への酸化性ガスの供給は、供給口とな
る基板端部に連通した溝を通して行われるものであり、
供給口に近く、従ってガスの供給量が多い基板端部に近
い凹部領域では熱酸化膜の成長速度が速いのに対し、供
給量の少ない基板中央部では成長速度が遅くなる。そし
て、この凹部での熱酸化膜の成長と同様に、溝側壁に成
長する熱酸化膜も、基板端部に近い領域の成長は速い。
従って、熱酸化が進むにつれて基板端部近傍の溝の開口
面積、すなわち溝の幅および深さは小さくなり、基板中
央部へのガスの供給はより一層困難となる。このため基
板中央部まで完全に埋設,充填するまでにかかる熱酸化
時間は、この溝側壁の熱酸化膜の成長によってさらに増
大する。
【0006】このため熱酸化時間を短くするためには、
溝側壁への酸化膜の成長を考慮して、あらかじめ溝の幅
および深さを大きくしておけばよいが、溝幅を広くする
と後工程の多結晶シリコンで溝部を埋設する工程で、そ
の堆積量を増す必要が生じる。これは例えば開口した溝
幅がその溝の深さよりも小さい場合等には、溝幅が埋設
に必要な堆積量を決定することによる。また溝を深く形
成することも溝幅を狭くした場合にはアスペクト比等の
問題で難しい。また研削・ポリッシュで溝を表面に露出
する工程で、研削の段階で溝を露出させると溝部が欠け
るためポリッシュで溝を露出せざるを得ず、このため溝
が深いとポリッシュでの取りしろが大きくなりポリッシ
ュ時間の増大、そして基板の加工精度の悪化をまねく。
以上の問題点は基板を大口径化した場合にさらに顕著と
なる。
【0007】本発明は以上のような種々の問題点に着目
し、形成する溝の幅および深さを変えることなく、凹部
内に酸化膜を埋め込むために必要な熱酸化時間を短くで
きる誘電体分離基板の製造方法を提供することを目的と
している。
【0008】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明による
誘電体分離基板の製造方法は、第1及び第2の半導体基
板を接合して内部に誘電体埋め込み層が形成された半導
体基板を製造する方法であって、該第1半導体基板及び
第2半導体基板のうち、少なくとも一方の基板に於ける
他方の半導体基板との接合主面上で且つ誘電体埋め込み
層形成位置に相当する領域に所定の深さを有する凹部を
形成するとともに、該凹部により形成される空間部に連
通する位置に開口部を有し且つその深さが該凹部の深さ
よりも深くなる様に設定された溝部を該第1と第2の半
導体基板の少なくとも一方の半導体基板の接合主面に形
成すると同時に該溝部は当該半導体基板の基板端面に開
口部を有する様に形成される加工工程、該第1及び第2
の半導体基板を直接接合して接合基板とする接合工程、
少なくとも前記接合工程以前の段階において、前記加工
工程において、該第1および第2の半導体基板の少なく
とも一方に形成された該溝部の側壁に耐酸化性膜を形成
する形成工程とを有することを特徴とする。
【0009】
【作用】本発明によると、第1及び第2の半導体基板を
接合して該第1半導体基板及び第2半導体基板のうち、
少なくとも一方の基板に形成した溝部および凹部を酸化
性雰囲気中において酸化する前工程として、前期溝部の
側壁に耐酸化性膜を形成するようにしているため、前期
酸化性雰囲気中において溝部および凹部を酸化する際
に、前期溝部の側壁が酸化されることはない。従って、
酸化性ガスが溝部を通る面積の減少を防ぐことができ
る。
【0010】
【実施例】以下、本発明による一実施例を図面に基づい
て説明する。図1〜図9は本発明を適用して製造する誘
電体分離基板の製造工程順における基板の要部断面構造
を示している。本実施例を製造工程順に説明する。まず
図1に示すように少なくとも一方の面を鏡面研磨した第
1半導体基板1の鏡面1aの一部を化学エッチングある
いは反応性イオンエッチング(以下RIEと記す。)に
より選択的にエッチングし、深さ0.05〜2.0μm
の凹部2を形成する。
【0011】次に図2に示すように凹部2と前記鏡面1
aとの境界に沿い、かつ凹部2に連通し基板端部に開口
する溝3を、化学エッチング、RIEあるいはダイシン
グソーによって形成する。この溝3の形状については、
凹部2の形状、基板サイズ等を考慮して決めるべきもの
であるが少なくともその深さは凹部2の深さよりも大き
くする必要がある。さらに必要に応じ、この第1シリコ
ン基板1を熱酸化した後、この熱酸化によって形成され
た熱酸化膜を例えばふっ化水素水溶液により完全に除去
し、RIE等による前記エッチング工程において基板表
面に生じた結晶のダメージを除去するようにしてもよ
い。
【0012】次に、図3に示すように、第1半導体基板
1の表面に熱酸化膜4を形成する。さらに、この熱酸化
膜4の上に窒化膜5を形成する。次に図4に示すよう
に、RIE等のドライエッチングにより異方性(垂直
性)エッチングを行い、溝3の側壁に形成されている窒
化膜5bを残すかたちでエッチングを行う。このエッチ
ング条件は窒化膜と酸化膜の選択比が大きく、酸化膜が
窒化膜のエッチングにおいてストッパとしてはたらくよ
うな条件で行うことが望ましい。またこの時少なくとも
第1半導体基板1の鏡面1a上に形成された熱酸化膜4
a上の窒化膜5aは完全に除去されてなければならな
い。また凹部側壁の窒化膜5cは残っていてもよいが、
その高さは第1半導体基板の鏡面1aよりも低くしなけ
ればならない。
【0013】次に図5に示すように、窒化膜5がエッチ
ングされた領域の熱酸化膜4を、例えばふっ化水素水溶
液により完全に除去する。次に、第1半導体基板1と少
なくとも一方の面を鏡面研磨した第2半導体基板6とを
例えばトリクレン煮沸、アセトン超音波洗浄、NH4
H:H2 2 :H 2 O=1:1:4の混合液による有機
物の除去、HCl:H2 2 :H2 O=1:1:4の混
合液による金属汚染の除去および純水洗浄を順次施すこ
とにより、十分洗浄する。その後、第1半導体基板1の
鏡面1aと第2半導体基板6の鏡面6aの自然酸化膜を
例えばHF:H2 O=1:50の混合液により、除去し
た後、例えばH2 SO4 :H2 2 =3:1の混合液等
の酸性溶液中への浸漬あるいは熱酸化あるいは酸素プラ
ズマ照射等によって基板表面に1〜100nm程度の酸
化層を形成して親水性を持たせ、純水にて洗浄する。次
に乾燥窒素、スピン等の乾燥を行い、基板表面に吸着す
る水分量を制御した後、図6に示すように、これら2枚
の基板1の鏡面1aと基板6の鏡面6aとを密着させ
る。これにより2枚の基板1,6は表面に形成されたシ
ラノール基および表面に吸着した水分子の水素結合によ
り接着される。さらにこの接着した基板1および6を例
えば10Torr以下の真空中にて乾燥させる。このと
き基板1および6の反りを補償するため、30g重/cm
2 以上の荷重を加えるようにしても良い。この後、基板
1、6に例えば窒素、アルゴン等の不活性雰囲気中で1
100℃以上、1時間以上の熱処理を施すことにより、
接着面において脱水縮合反応が起き、2枚の基板1、6
は直接接合されて一体化し、接合基板7が形成される。
ただし、このとき凹部2および溝部3は接合しておらず
空洞となっている。
【0014】次に、図7に示すように、この基板7を例
えばドライO2 、ウエットO2、あるいはH2 /O2
合燃焼気体等の酸化性雰囲気で900℃以上、1時間以
上の熱処理を施し、溝3を通して接合基板7内部の空洞
部表面を酸化して、熱酸化シリコン層8を形成する。た
だし、この図7に示す酸化工程は、前記凹部2の表面と
基板6の表面から成長形成される熱酸化シリコンによっ
て完全に埋設、充填されるように酸化時間が設定されて
いる。このとき、窒化膜5bの形成されている溝の側壁
には熱酸化膜は形成されないため、溝の酸化性ガスに対
する開口面積は、溝の底部には熱酸化膜9が成長してそ
の面積は減少するものの、側壁での成長はないことによ
りその縮小率は低く、熱酸化時間は窒化膜5bが形成さ
れてない場合よりも短くすることができる。以上の工程
を経て基板内部に誘電体層8が埋め込まれた半導体基板
7が形成される。そしてこの後、図8に示すように、基
板1をその表面1b側から溝3が表面に露出するまで研
削・ポリッシュを行う。この後必要ならば、分離耐圧を
確保するために、側壁に形成された窒化膜5bをリン酸
等で除去した後、熱酸化をすることで側壁に厚い酸化膜
を形成してもよい。次に図9に示すように、開口した溝
3を多結晶シリコン10で埋設し平坦化を行う。
【0015】このように上記実施例に従い誘電体分離基
板を形成すれば、溝の側壁に形成した窒化膜により酸化
性ガスの通過する経路を確保することができるため、基
板端部と基板中央部との酸化速度の差を縮めることがで
きる。従って、形成する溝の幅および深さを変えること
なく、凹部内に熱酸化シリコンを埋め込むために必要な
熱酸化時間を短くすることができる。
【0016】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
酸化性雰囲気中において溝部および凹部を酸化する際
に、前期溝部側壁に形成した耐酸化性膜により、酸化性
ガスの通過する面積の減少を防ぐことができるため、酸
化性ガスが前期溝部を通して前期凹部に到達し易くな
る。従って、基板端部と基板中央部との酸化時間の差を
縮めることができ、形成する溝の幅および深さを変える
ことなく、凹部内に熱酸化シリコンを埋め込むために必
要な熱酸化時間を短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による一実施例を示す誘電体分離基板の
製造工程図である。
【図2】本発明による一実施例を示す誘電体分離基板の
製造工程図である。
【図3】本発明による一実施例を示す誘電体分離基板の
製造工程図である。
【図4】本発明による一実施例を示す誘電体分離基板の
製造工程図である。
【図5】本発明による一実施例を示す誘電体分離基板の
製造工程図である。
【図6】本発明による一実施例を示す誘電体分離基板の
製造工程図である。
【図7】本発明による一実施例を示す誘電体分離基板の
製造工程図である。
【図8】本発明による一実施例を示す誘電体分離基板の
製造工程図である。
【図9】本発明による一実施例を示す誘電体分離基板の
製造工程図である。
【図10】従来技術における誘電体分離基板の製造工程
図である。
【符号の説明】
1 第1半導体基板 1a 第1半導体基板の鏡面 2 凹部 3 溝 4 熱酸化膜 4a 第1半導体基板の鏡面上の熱酸化膜 5 窒化膜 5a 第1半導体基板の鏡面上の窒化膜 5b 溝側壁の窒化膜 5c 凹部側壁の窒化膜 6 第2半導体基板 6a 第2半導体基板の鏡面 7 接合基板 8 熱酸化シリコン層 9 溝底部の熱酸化膜 10 多結晶シリコン

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1及び第2の半導体基板を接合して内
    部に誘電体埋め込み層が形成された半導体基板を製造す
    る方法であって、 該第1半導体基板及び第2半導体基板のうち、少なくと
    も一方の基板に於ける他方の半導体基板との接合主面上
    で且つ誘電体埋め込み層形成位置に相当する領域に所定
    の深さを有する凹部を形成するとともに、該凹部により
    形成される空間部に連通する位置に開口部を有し且つそ
    の深さが該凹部の深さよりも深くなる様に設定された溝
    部を該第1と第2の半導体基板の少なくとも一方の半導
    体基板の接合主面に形成すると同時に該溝部は当該半導
    体基板の基板端面に開口部を有する様に形成される加工
    工程、 該第1及び第2の半導体基板を直接接合して接合基板と
    する接合工程、 少なくとも前記接合工程以前の段階において、前記加工
    工程において、該第1および第2の半導体基板の少なく
    とも一方に形成された該溝部の側壁に耐酸化性膜を形成
    する形成工程、 を有することを特徴とした誘電体分離領基板の製造方
    法。
JP12258993A 1993-05-25 1993-05-25 誘電体分離基板の製造方法 Withdrawn JPH06334028A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08330554A (ja) * 1995-03-13 1996-12-13 Nec Corp 半導体基板及びその製造方法
US5681775A (en) * 1995-11-15 1997-10-28 International Business Machines Corporation Soi fabrication process
JP2006512754A (ja) * 2002-12-24 2006-04-13 コミサリヤ・ア・レネルジ・アトミク 複合基板の製造方法およびこのようにして得られる構造

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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