JPS6155251B2 - - Google Patents
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- JPS6155251B2 JPS6155251B2 JP56046771A JP4677181A JPS6155251B2 JP S6155251 B2 JPS6155251 B2 JP S6155251B2 JP 56046771 A JP56046771 A JP 56046771A JP 4677181 A JP4677181 A JP 4677181A JP S6155251 B2 JPS6155251 B2 JP S6155251B2
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- polycrystalline silicon
- silicon
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W10/00—Isolation regions in semiconductor bodies between components of integrated devices
- H10W10/01—Manufacture or treatment
- H10W10/011—Manufacture or treatment of isolation regions comprising dielectric materials
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W10/00—Isolation regions in semiconductor bodies between components of integrated devices
- H10W10/10—Isolation regions comprising dielectric materials
Landscapes
- Element Separation (AREA)
- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
- Local Oxidation Of Silicon (AREA)
Description
本発明は、半導体集積回路装置に用いる絶縁分
離基板の製造方法に関するものであり、更に詳し
く言えば、二酸化シリコンSiO2による誘電体分
離構造を具えた絶縁分離基板の製造方法に関する
ものである。
誘電体分離技術は、容量が小さいので高速の集
積回路に適していること、耐圧が大きいので高電
圧の集積回路またはパワーICに適しているこ
と、ラツチアツプがないので相補化が容易である
こと、部分金拡散が可能であること、高集積度が
得られること、などといつた特長を有しており、
広範囲に利用することができる。
第1図は従来の誘電体分離基板の製造方法を示
したものである。単結晶シリコンの基板10の表
面に酸化膜11を形成し、この酸化膜11を部分
的に除去して単結晶シリコンの基板10の表面を
露出させる(B)。この基板10の表面は(100)面
が選択されている。酸化膜11をマスクとして基
板10をエツチングすると、結晶軸の異方性によ
つてV字形の溝が形成される(C)。次に、V字形の
溝の表面を酸化する(D)。このとき、基板の裏面に
も図示しないが、酸化膜が形成される。続いてこ
の表面にシリコンを堆積させると、酸化膜11の
表面であるので多結晶シリコン12が成長する。
このとき、裏面にも厚さは表面より小さいが、同
じ多結晶シリコン12が成長する(E)。最後に、基
板10の裏面から研磨を行なつて、酸化膜11が
露出するようにすれば、単結晶シリコンの複数の
島13が得られる。
上記のようにして誘電体分離基板を製造する際
に大きな問題として、基板の反りがある。すなわ
ち、多結晶シリコン層側に基板が反つてしまつ
て、その反りの大きさは30μmから80μmにもな
る。この反りが、誘電体分離基板の歩留を低下さ
せるとともに、そこに形成する素子の特性を劣化
させる大きな要因となつている。それらの問題を
列記すると、基板の反りのストレスによつて基
板が割れたり、ひびが生じる、研磨時に基板の
割れやひびが生じ易くなる、基板の反りによる
歪みが原因で漏れ電流を生じる、単結晶の島の
深さが不均一となり、その中に形成される素子の
電気的特性に差が生じる、などといつたものであ
る。
本発明は、上記のような問題を解決して、反り
の少ない誘電体分離基板を得ることを目的とす
る。
前記のような基板の反りの原因は幾つかある。
第一に、600℃〜1200℃の高温で堆積された多
結晶シリコンが室温まで冷えるときの、二酸化シ
リコンSiO2の誘電体膜と多結晶シリコン及び単
結晶シリコンとの熱膨張係数の差がある点であ
る。通常、多結晶シリコンの熱膨張係数が大きい
ので冷えるときの収縮の度合も大きくなる。
第二に、多結晶シリコンのグレインの大きさが
深部と表面で異なつており、堆積時の高温から室
温に下がるときに、表面のポーラスの多結晶がア
ニール効果によつて密度を増すことである。この
ときに反りが発生する。
また、第三に、多結晶シリコンの堆積の際に、
多結晶シリコンはV字形の溝内ではウエハ表面に
平行に成長するが、厚みが増すに従つて成長方向
は垂直になつてギヤツプ、すき間が増してポーラ
スとなることである。
本発明は、主として上記の第一の原因を取り除
くことによつて基板の反りを小さくするものであ
る。すなわち、基板の表面と裏面の双方にできる
層の熱膨張係数を適宜に選択することによつて上
記の目的を達成するものである。
本発明を実施するにあたつて使用される種々の
膜の(線)熱膨張係数について次表に記してお
く。
The present invention relates to a method of manufacturing an insulating isolation substrate used in a semiconductor integrated circuit device, and more specifically, to a method of manufacturing an insulating isolation substrate having a dielectric isolation structure made of silicon dioxide SiO 2 . Dielectric isolation technology is suitable for high-speed integrated circuits because of its small capacitance, is suitable for high-voltage integrated circuits or power ICs because of its high breakdown voltage, and is easy to complement because it does not have latch-up. It has features such as being able to diffuse partial gold and achieving a high degree of integration.
Can be used widely. FIG. 1 shows a conventional method for manufacturing a dielectric isolation substrate. An oxide film 11 is formed on the surface of a single crystal silicon substrate 10, and this oxide film 11 is partially removed to expose the surface of the single crystal silicon substrate 10 (B). The (100) plane is selected as the surface of this substrate 10. When the substrate 10 is etched using the oxide film 11 as a mask, a V-shaped groove is formed due to the anisotropy of the crystal axes (C). Next, the surface of the V-shaped groove is oxidized (D). At this time, although not shown, an oxide film is also formed on the back surface of the substrate. Subsequently, when silicon is deposited on this surface, polycrystalline silicon 12 grows since it is the surface of oxide film 11.
At this time, the same polycrystalline silicon 12 grows on the back surface, although the thickness is smaller than that on the front surface (E). Finally, by polishing the back surface of the substrate 10 to expose the oxide film 11, a plurality of islands 13 of single crystal silicon are obtained. A major problem when manufacturing a dielectric isolation substrate as described above is warpage of the substrate. That is, the substrate warps toward the polycrystalline silicon layer, and the warpage ranges from 30 μm to 80 μm. This warping is a major factor in reducing the yield of dielectric isolation substrates and deteriorating the characteristics of elements formed thereon. These problems include: The stress of warping of the board causes the board to break or crack; the board is prone to cracking or cracking during polishing; distortion caused by warping of the board causes leakage current; It is said that the depth of the crystal islands becomes non-uniform, resulting in differences in the electrical characteristics of the elements formed therein. The present invention aims to solve the above-mentioned problems and obtain a dielectric isolation substrate with less warpage. There are several causes for the warpage of the substrate as described above. First, there is a difference in the coefficient of thermal expansion between the dielectric film of silicon dioxide SiO 2 and polycrystalline silicon and single crystal silicon when polycrystalline silicon deposited at a high temperature of 600°C to 1200°C cools down to room temperature. It is a point. Normally, since polycrystalline silicon has a large coefficient of thermal expansion, the degree of contraction when cooling is also large. Second, the grain size of polycrystalline silicon is different between the deep part and the surface, and when the temperature drops from the high temperature during deposition to room temperature, the porous polycrystals on the surface increase in density due to the annealing effect. . At this time, warpage occurs. Thirdly, during the deposition of polycrystalline silicon,
Polycrystalline silicon grows parallel to the wafer surface within the V-shaped groove, but as the thickness increases, the growth direction becomes perpendicular, and the gap becomes more porous. The present invention is intended to reduce the warpage of the substrate mainly by eliminating the first cause mentioned above. That is, the above object is achieved by appropriately selecting the coefficient of thermal expansion of the layers formed on both the front and back surfaces of the substrate. The (linear) thermal expansion coefficients of various membranes used in carrying out the present invention are set out in the following table.
【表】
上記の表と図面を参照して、以下、本発明の実
施例につき説明する。
第2図は、本発明による絶縁分離基板の製造方
法を示す正面断面図である。
単結晶シリコン基板20を表面が(100)面と
なるように研磨する(A)。基板20の表面に酸化膜
21aを形成し、V字形の溝を形成する部分をエ
ツチングして基板20の表面を露出させる。この
とき、基板の裏面にも酸化膜21bを形成して、
同様にV字形の溝を形成する部分をエツチングし
て基板20の裏面を露出させる(B)。裏面の酸化膜
を除去する部分、すなわち、後にV字形の溝が形
成される部分は、表面側のV字形の溝の位置と一
致しなければならないものではなく、溝の密度が
同じになるようにすれば良い。
酸化膜21をマスクとして単結晶シリコン基板
20をエツチングすると、異方性エツチングによ
つて基板20の露出した位置にV字形の溝22が
形成される(C)。V字形の溝22は表面と裏面に同
じ割合で分布するように形成するが、マスクのパ
ターンによつて溝の幅と深さは決定されるので、
酸化膜21のパターンを形成するときに同じ面積
の基板が露出するようにしておけば良い。次に、
V字形の溝22の単結晶シリコン基板20が露出
した部分を酸化して、V字形の溝を含むすべての
基板表面が酸化膜21で覆われるようにする(D)。
この酸化膜21は単結晶シリコンの島を絶縁する
ために使われるが、後の多結晶シリコン層の成長
のためにも必要なものである。
酸化膜21で覆われた単結晶シリコン基板20
の表面にシリコンを成長させると、多結晶シリコ
ン23aが表面に堆積し成長する(E)。この多結晶
シリコン23aは最終的には400μm程度の厚み
に形成されるものである。このとき、裏面にも多
結晶シリコン23bが堆積し成長するが、この厚
みは最終的に80μm程度となる。
上記の多結晶シリコンの成長の過程において、
一時的に他の物質の膜を成長させる点に本発明の
特徴がある。多結晶シリコン23a,23bの成
長を一時点に止めて、表面側の多結晶シリコン2
3aの表面にはシリコン酸化膜24を形成し、裏
面の多結晶シリコン23bの表面には、シリコン
酸化膜よりも熱膨張率の大きな物質の膜25を形
成する(F)。これらの膜の厚さは、シリコン酸化膜
と当該物質の膜の熱膨張率の差によつて適当に選
択すると良い。そのように膜を形成した後に、更
に多結晶シリコン23a′及び23b′を所定の厚み
になるように形成する(G)。膜の形成と多結晶シリ
コンの形成を交互に繰返した多層構造にしても良
い。
所定の厚みの多結晶シリコンを堆積させた後、
シリコン基板20の裏面、すなわち薄い多結晶シ
リコン側から研磨して、酸化膜21が露出するよ
うにする(H)。これによつて、多結晶シリコン23
によつて支持され、酸化膜21によつて絶縁分離
された単結晶シリコンの島20′が形成されるこ
とになる。
多結晶シリコンを高温で堆積した後、室温まで
下げるときに多結晶シリコンが収縮することによ
つて基板の反りが生じることは前記の通りである
が、表面にシリコン酸化膜(SiO2)が形成してあ
るので、多結晶シリコン収縮を抑える効果があ
る。逆に、裏面には熱膨張率の大きな物質の膜が
形成されるので、表面と裏面の収縮率を同一にす
ることができ、それによつて基板の反りを防止す
ることができる。
前記のようにシリコン酸化膜(SiO2)の熱膨張
率は0.35×10-6/℃と小さく、多結晶シリコンよ
りも約1桁小さい。したがつて、シリコン酸化膜
の厚みを増すほど多結晶シリコンの収縮を防止す
ることができる。
シリコン酸化膜よりも熱膨張率の大きな物質に
は種々あるが、大きいほど薄い厚みで済ませるこ
とができるので、酸化アルミニウム(AlO3)、チ
タン(Ti)、酸化チタン(TiO2)、モリブデン
(Mo)、タングステン(W)などが適している。
上記のようにして、表面の収縮を小さく抑え、
裏面の収縮を大きくするように当該物質が作用す
ることによつて基板の反りを防止するものであ
る。
本発明によれば、多結晶シリコンの堆積後に温
度を下げるとき、ウエハの反りに起因するストレ
スによつてウエハが割れたり、ひびを生じたりす
ることを防止できる。
また、研磨のときの割れやひびの発生も大幅に
減少させることができる。
以上の様に、製造上の歩留が改善されるだけで
なく、次のような素子の特性上の利点もある。
第1は、ウエハの反りによる歪みが原因となる
漏れ電流が少くなり、ノイズが減少する点であ
る。
次に、各々の単結晶のシリコンの島の深さが均
一となり、そこに形成される素子の特性も均一化
される点である。[Table] Examples of the present invention will be described below with reference to the above table and drawings. FIG. 2 is a front sectional view showing a method of manufacturing an insulating isolation substrate according to the present invention. A single crystal silicon substrate 20 is polished so that the surface becomes a (100) plane (A). An oxide film 21a is formed on the surface of the substrate 20, and a portion where a V-shaped groove is to be formed is etched to expose the surface of the substrate 20. At this time, an oxide film 21b is also formed on the back surface of the substrate,
Similarly, the portion where the V-shaped groove is to be formed is etched to expose the back surface of the substrate 20 (B). The part where the oxide film on the back side is removed, that is, the part where the V-shaped groove will be formed later, does not have to match the position of the V-shaped groove on the front side, but should be made so that the density of the grooves is the same. You should do it. When the single crystal silicon substrate 20 is etched using the oxide film 21 as a mask, a V-shaped groove 22 is formed in the exposed position of the substrate 20 by anisotropic etching (C). The V-shaped grooves 22 are formed so that they are distributed in the same proportion on the front and back surfaces, but the width and depth of the grooves are determined by the pattern of the mask.
When forming the pattern of the oxide film 21, it is sufficient to expose the same area of the substrate. next,
The exposed portion of the single crystal silicon substrate 20 in the V-shaped groove 22 is oxidized so that the entire substrate surface including the V-shaped groove is covered with the oxide film 21 (D).
This oxide film 21 is used to insulate the monocrystalline silicon islands, but is also necessary for the subsequent growth of the polycrystalline silicon layer. Single crystal silicon substrate 20 covered with oxide film 21
When silicon is grown on the surface, polycrystalline silicon 23a is deposited and grown on the surface (E). This polycrystalline silicon 23a is ultimately formed to have a thickness of about 400 μm. At this time, polycrystalline silicon 23b is also deposited and grown on the back surface, and the final thickness is about 80 μm. In the process of growing polycrystalline silicon mentioned above,
The present invention is characterized in that a film of another substance is temporarily grown. The growth of polycrystalline silicon 23a, 23b is stopped at a certain point, and the polycrystalline silicon 2 on the surface side is
A silicon oxide film 24 is formed on the surface of the polycrystalline silicon 23b on the back side, and a film 25 of a material having a larger coefficient of thermal expansion than the silicon oxide film is formed on the surface of the polycrystalline silicon 23b (F). The thickness of these films may be appropriately selected depending on the difference in thermal expansion coefficient between the silicon oxide film and the film of the material. After forming the film in this manner, polycrystalline silicon 23a' and 23b' are further formed to a predetermined thickness (G). A multilayer structure may be formed in which film formation and polycrystalline silicon formation are alternately repeated. After depositing polycrystalline silicon of a predetermined thickness,
Polishing is performed from the back side of the silicon substrate 20, that is, from the thin polycrystalline silicon side, so that the oxide film 21 is exposed (H). As a result, polycrystalline silicon 23
A single-crystal silicon island 20' supported by the oxide film 20 and isolated by the oxide film 21 is formed. As mentioned above, after depositing polycrystalline silicon at a high temperature, the polycrystalline silicon shrinks when the temperature is lowered to room temperature, causing the substrate to warp. However, a silicon oxide film (SiO 2 ) is formed on the surface. This has the effect of suppressing polycrystalline silicon shrinkage. On the other hand, since a film of a substance with a large coefficient of thermal expansion is formed on the back surface, the shrinkage ratios of the front and back surfaces can be made the same, thereby preventing the substrate from warping. As mentioned above, the coefficient of thermal expansion of silicon oxide film (SiO 2 ) is as small as 0.35×10 −6 /° C., which is about one order of magnitude smaller than that of polycrystalline silicon. Therefore, as the thickness of the silicon oxide film increases, shrinkage of polycrystalline silicon can be prevented. There are various materials with higher coefficients of thermal expansion than silicon oxide films, but the higher the coefficient of thermal expansion, the thinner the film can be, so aluminum oxide (AlO 3 ), titanium (Ti), titanium oxide (TiO 2 ), and molybdenum (Mo ), tungsten (W), etc. are suitable. As described above, the shrinkage of the surface is kept small,
The substance acts to increase the shrinkage of the back surface, thereby preventing the substrate from warping. According to the present invention, when lowering the temperature after depositing polycrystalline silicon, it is possible to prevent the wafer from breaking or cracking due to stress caused by warpage of the wafer. Furthermore, the occurrence of cracks and cracks during polishing can be significantly reduced. As described above, not only is the manufacturing yield improved, but there are also the following advantages in terms of device characteristics. First, leakage current caused by distortion due to wafer warping is reduced, and noise is reduced. Next, the depth of each single-crystal silicon island is uniform, and the characteristics of the elements formed there are also uniform.
第1図は従来の絶縁分離基板の製造方法を示す
正面断面図、第2図は本発明による絶縁分離基板
の製造方法を示す正面断面図である。
10,20……単結晶シリコン基板、11,2
1……酸化膜、12,23……多結晶シリコン、
24……シリコン酸化膜、25……膜。
FIG. 1 is a front sectional view showing a conventional method for manufacturing an insulating isolation substrate, and FIG. 2 is a front sectional view showing a method for manufacturing an insulating isolation substrate according to the present invention. 10, 20... Single crystal silicon substrate, 11, 2
1... Oxide film, 12, 23... Polycrystalline silicon,
24... silicon oxide film, 25... film.
Claims (1)
成し、該V字形の溝を含む単結晶シリコン基板の
表面に酸化膜を形成し、該酸化膜上に多結晶シリ
コン層を形成し、該単結晶シリコン基板を研磨し
て複数の単結晶シリコンの島を形成する絶縁分離
基板の製造方法において、該V字形の溝を形成す
る単結晶シリコン基板の裏面にも対向するV字形
の溝を形成し、該裏面にも多結晶シリコン層を形
成し、該多結晶シリコン層を形成する工程で該多
結晶シリコン層内に表面側にはシリコン酸化膜
を、また裏面側には該シリコン酸化膜よりも熱膨
張率の大きな物質の膜をそれぞれ形成することを
特徴とする絶縁分離基板の製造方法。1 Form a V-shaped groove on the surface of a single-crystal silicon substrate, form an oxide film on the surface of the single-crystal silicon substrate including the V-shaped groove, form a polycrystalline silicon layer on the oxide film, and In a method for manufacturing an insulating isolation substrate in which a plurality of single-crystal silicon islands are formed by polishing a single-crystal silicon substrate, a V-shaped groove is also formed opposite to the back surface of the single-crystal silicon substrate forming the V-shaped groove. However, a polycrystalline silicon layer is also formed on the back surface, and in the step of forming the polycrystalline silicon layer, a silicon oxide film is formed in the polycrystalline silicon layer on the front surface side, and a silicon oxide film is formed on the back surface side. A method for manufacturing an insulating isolation substrate, characterized in that each film is formed of a material having a large coefficient of thermal expansion.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56046771A JPS57162346A (en) | 1981-03-30 | 1981-03-30 | Manufacutre of insulating and isolating substrate |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56046771A JPS57162346A (en) | 1981-03-30 | 1981-03-30 | Manufacutre of insulating and isolating substrate |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57162346A JPS57162346A (en) | 1982-10-06 |
| JPS6155251B2 true JPS6155251B2 (en) | 1986-11-27 |
Family
ID=12756586
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56046771A Granted JPS57162346A (en) | 1981-03-30 | 1981-03-30 | Manufacutre of insulating and isolating substrate |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57162346A (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5877094A (en) * | 1994-04-07 | 1999-03-02 | International Business Machines Corporation | Method for fabricating a silicon-on-sapphire wafer |
-
1981
- 1981-03-30 JP JP56046771A patent/JPS57162346A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57162346A (en) | 1982-10-06 |
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