JPH0778868A

JPH0778868A - 誘電体分離基板の製造方法

Info

Publication number: JPH0778868A
Application number: JP24600793A
Authority: JP
Inventors: Sukemune Udou; 祐宗有働; Kazuhiro Tanaka; 一宏田中
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Microelectronics Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electronic Device Solutions Corp
Priority date: 1993-09-06
Filing date: 1993-09-06
Publication date: 1995-03-20

Abstract

(57)【要約】【目的】素子が形成される第１シリコン基板と、台とな
る第２シリコン基板とを酸化膜を介して一体化する工程
と、該接着基板の外周の未接着部分の第１基板を研削除
去した後、異方性ウェットエッチングにより第１基板表
面から前記酸化膜に達する溝で該基板を複数に分離する
工程を有する誘電体分離基板の製造方法において、基板
の外周段差部に空洞（巣）のできない製造方法を提供す
る。【構成】異方性ウェットエッチング前の前記接着基板の
外周加工壁面（段差面）と第１基板主面とのなす角度が
54.7度を越えないように第１基板の外周部を研削除去す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、 2枚の半導体基板を酸
化膜を介して接着もしくは接合で一体化した接着半導体
基板を使用した誘電体分離基板の製造方法に関するもの
で、特に外周部を一部切り欠いた接着半導体基板に係る
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、鏡面に研磨されたシリコン等の半
導体基板（ウェーハ）に前処理を施した後、 2枚のウェ
ーハの鏡面同士を密着接触させ、熱処理することにより
強固な接合体ウェーハを形成する技術が注目されてい
る。

【０００３】この方法では、表面を酸化したウェーハを
接着することにより、誘電体分離構造を有する基板の作
成が容易に行なえる。さらに素子が形成される側もシリ
コン基板を用いるのでＳＩＭＯＸ（Separation by Impl
anted Oxygen）法等に比べ結晶性も良く、比較的反りも
少ない等の特徴がある優れた方法であり、近年その実用
化がなされつつある。

【０００４】従来より、半導体装置の素子分離技術とし
て、Ｐ−Ｎ接合分離や誘電体分離が知られている。誘電
体分離方式では、（ａ）ラッチアップ（latch up）が無
い、（ｂ）高耐圧が得られる、（ｃ）寄生容量が少なく
高速動作が可能等の特徴がある。このため高速ＩＣ、高
耐圧パワーＩＣ等、その用途が広がりつつある。従って
接着ウェーハの適用範囲も拡大している。

【０００５】図６は、接着ウェーハの外周部の部分断面
図である。同図（ａ）に示すように、接着ウェーハ３
は、 2枚の半導体基板１及び２の鏡面同士を貼り合わせ
ることから、その面の平坦度が大きく影響する。近年半
導体装置の微細化に伴い精度も向上しているが、周辺 3
〜 5mmは、研磨されたウェーハ固有の外周面ダレ（幅ｗ
₁の部分）がある。このためＡ−Ａ′より外側の幅ｗ₂
の部分は接着されないで隙間（未接着部分）５が残る。
すると隙間５にごみが溜まり、途中工程での汚染、発塵
源となるため、除去する必要がある。

【０００６】そこで図６（ｂ）に示すように、少なくと
もＡ−Ａ′より外側のウェーハの外周部分を砥石等を用
いて削る方法が一般的である。この場合ウェーハ直径を
減ずることになるが、半導体基板は一般的に25mm（ 1イ
ンチ）ステップで直径が決まっている（ただし 150mm
φ以上は50mm（ 2インチ）ステップ）。従って、 125mm
φ（直径 5インチ）の接着ウェーハは、 150mmφ（直径
6インチ）のウェーハ2枚を接着一体化した後、外周を
削って 125mmφに成形する。

【０００７】しかし、この方法で直径が 150mmφの接着
ウェーハを作製するには、 175mmφウェーハというのは
一般には入手できないので、 200mmφウェーハを接着
し、外周を削って 150mmφに成形しなくてはならず、材
料損失が非常に大きい（約44％を削り落とすことにな
る）。前述したように取り除かねばならない未接着部は
周辺から 3mm程度なので、この方法では、未接着部をけ
ずった後、さらに接着部すなわち素子形成が可能な領域
をも、大きく削り込んでいることになり、材料の損失が
極めて大きい。

【０００８】では逆に、接着に用いる 2枚のウェーハの
口径を、あらかじめ最終加工外径より未接着部分だけ、
大きく（＋ 6〜10mm程度）すれば良いが、この場合、 1
25mmφの接着ウェーハ作製のためには、（ 131〜 135）
mmφ程度の鏡面ウェーハを用意すれば一番材料損失は少
ない。しかしながら前述の理由から（ 131〜 135）mmφ
という25mmステップから外れるウェーハは、一般には入
手できず、特注で作製するので、治具等も専門のものを
使い、また数量的にも少ないので、ウェーハの単価が高
くなり、ウェーハ入手までの納期も長い等、生産性が良
くないと言う問題があり、実用化されていない。

【０００９】それで外径を減ずることなく周辺の未接着
部を取り除く方法が行なわれる。図７は、この場合を示
す接着ウェーハの外周部の部分断面図である。同図
（ａ）に示すように、接着した 2枚の基板のうち、台と
なる保持基板２の外周を残し、半導体素子が形成される
主面を持つ基板（素子形成側基板或いは活性層側基板と
呼ぶこともある）１を周辺未接着部分まで削る（同図
（ａ）の点線ＡＢＣの外側部分）。

【００１０】同図（ｂ）は切削後の形状を示すもので、
この方法は、実際に素子を形成する領域は最大限にし
て、外径は前述の 25mm ステップの径に合わせることが
可能となる。

【００１１】一般に接着基板３では、素子形成側基板１
は、そこに形成される素子の特性に応じて、厚さ数μm
〜数十μm に研磨を行なう。従って前記方法で素子形成
側基板１の外周のみを削った場合、該基板１は、残され
た保持基板２の外周部に対して、少なくとも素子形成層
分の厚さだけ厚くなるため、段差１１ができる。

【００１２】一方素子形成層の厚さは、高耐圧が必要な
素子、或いは受光素子の場合は、数十μm （20μm 〜50
μm 程度が一般的）である。素子形成層が数μm オーダ
ーの場合は、横方向の分離は、ドライエッチングで厚さ
方向に溝を掘るが、厚さが数十μm オーダーの場合は、
ＫＯＨ水溶液等の異方性エッチング液を用いるウェット
エッチングで行なうのが一般的である。

【００１３】次に異方性エッチング液による分離溝形成
について図８及び図９を参照して説明する。該分離溝形
成工程は、一般的には、基板１の主面にマスク酸化膜を
形成、レジスト塗布、パターン露光現像、露出した部分
の酸化膜除去、レジスト剥離の順に行なわれる。こうす
ることにより、溝を形成したい部分のみ酸化膜を剥が
し、素子形成領域等にはマスク酸化膜７を残す（図９
（ａ）参照）。

【００１４】これを70〜90℃のＫＯＨ水溶液中に浸すこ
とによりシリコンがエッチングされて溝が形成される。
図８は、溝が形成された接着ウェーハの部分断面図であ
る。ＫＯＨ水溶液は面方位（１１１）のシリコン結晶面
に対してのエッチング速度がほとんど０であるため、
（１１１）面が出たところでエッチングは実質的に停止
する。従って面方位（１００）の基板１では図８に示す
ように、溝１２の側面１２ａと基板１の主面のなす角α
が54.7°となるＶ字形に溝が形成される。溝の側面１２
ａの面方位は（１１１）となる。符号７はマスク酸化
膜、８は分離酸化膜である。

【００１５】ところが図９（ａ）に示すように、外周部
を研削したウェーハでは、外周部に段差１１があるた
め、前記分離溝形成工程で段差面にレジストが塗布され
ない場合がある。すると、Ｖ溝形成の異方性エッチング
時に、この外周段差部も（１１１）面が出るまでエッチ
ングされてしまう。従って同図（ａ）のように段差面１
１が垂直であっても、エッチング後には、同図（ｂ）に
示すように「くの字」型になってしまう。

【００１６】最終的には多結晶シリコンを堆積し、Ｖ溝
内を埋める。この時、外周段差部にも多結晶シリコンが
堆積するが、外周段差部が「くの字」型になっている
と、そこに空洞ができることがある。これが後の半導体
装置製造工程で、欠け等の原因となり、歩留まりが低下
する。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】これまで詳述したよう
に、 2枚の基板を酸化膜を介して接着作製した誘電体分
離基板は、多くの利点を有し、その適用範囲が拡大しつ
つある。しかしながら周辺の未接着部分を取り除くた
め、接着した 2枚の基板のうち素子形成側基板の外周部
分を削り取ることが必要である。外周部分を研削した接
着基板を使用した誘電体分離基板では、しばしばその外
周段差部に前述のように空洞ができ、歩留まり低下の原
因となり、この解決は、特に大口径誘電体分離基板では
重要な課題となっている。

【００１８】本発明の目的は、 2枚の基板を絶縁膜を介
して接着作製する誘電体分離基板の製造方法において、
その外周段差部に空洞の無い、後の素子工程での歩留ま
り低下を防止できる大口径の誘電体分離基板の製造方法
を提供することである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の誘電体分離基板
の製造方法は、（ａ）半導体素子が形成される主面を持
つ第１のシリコン基板と、これを保持し台となる第２の
シリコン基板とを、絶縁膜を介して一体化して接着基板
を形成する工程と、（ｂ）前記接着基板の外周を加工
し、第１シリコン基板と第２シリコン基板とが一体化さ
れていない外周部分もしくはその内側まで、かつ第１シ
リコン基板主表面から前記絶縁膜までもしくはその下の
第２シリコン基板の一部まで除去すると共に、外周加工
壁面（外周段差面と呼ぶ）と第１シリコン基板主面との
なす角度が、54.7°を越えないように形成する工程と、
（ｃ）異方性エッチング液により、前記接着基板の第１
シリコン基板を、該基板主面より前記絶縁膜に達する溝
で複数に分離する工程とを、有することを特徴とする。

【００２０】上記製造方法において、第１シリコン基板
と第２シリコン基板とが一体化されていない外周部分も
しくはその内側まで、かつ第１シリコン基板主表面から
前記絶縁膜までもしくはその下の第２シリコン基板の一
部までを研削により除去することは、望ましい実施態様
である。

【００２１】また上記外周加工において、絶縁膜の下の
第２シリコン基板の一部まで除去する場合には、第２シ
リコン基板の外径は、前述の25mmステップの径を変化さ
せないように加工することが望ましい。

【００２２】

【作用】本発明は、従来の誘電体分離基板の外周段差部
に空洞ができないようにするには、どのようにすれば良
いか、種々探求した結果、本発明に至ったものである。

【００２３】接着基板の外周部の未接着部分を除去する
と、従来技術では外周段差面は基板主面にほぼ垂直とな
る。他方、高耐圧ＩＣ等の横方向の素子分離は、Ｖ型溝
を異方性ウェットエッチングにより形成した後、誘電体
を埋め込んで行なっている。

【００２４】前述のように、例えばＫＯＨ水溶液等によ
る異方性エッチングにおいては、面方位（１１１）の面
に対するエッチング速度がほとんどゼロであるので、
（１１１）面が出たところで、実質的にエッチングが停
止する。従ってこの異方性ウェットエッチングの際、前
記垂直の外周段差部は「くの字」型にエッチングされ、
その後の多結晶シリコン堆積時の空洞（巣）発生の原因
となることを発見した。

【００２５】すなわち、接着基板の外周部の未接着部分
を除去する際に、その外周段差面と第１シリコン基板主
面とのなす角度が54.7°（（１１１）面と（１００）面
とのなす角度に等しい）を越えないように除去すること
により、その後のＶ溝形成エッチングの際、外周段差部
は「くの字」型にならないで、一方向の（１１１）面が
現われるまでエッチングされる。

【００２６】

【実施例】次に本発明の実施例について、従来例と比較
しながら詳細に述べる。図１ないし図３は、誘電体分離
基板の製造工程を示す接着基板の外周部の断面図であ
る。図１（ａ−１）、図２（ａ−２）、図３（ａ−３）
は本発明の実施例、図１（ｂ−１）、図２（ｂ−２）、
図３（ｂ−３）は、上記実施例のそれぞれに対応する比
較例の工程を示す。

【００２７】まず半導体素子が形成される主面を持つ第
１のシリコン基板（以下第１基板と呼ぶ）１として、比
抵抗（ρ）＝10Ω・cmのＮ型シリコンウェーハを 100
枚、また前記第１基板を保持し、台となる第２のシリコ
ン基板（以下第２基板と呼ぶ）２として、比抵抗（ρ）
＝ 1〜 100Ω・cmのＮ型シリコンウェーハを 100枚用意
する。ウェーハ形状は、第１及び第２基板とも同じで、
直径 125mm、厚さ 625μm 、外周縁には半径 200μm の
ラウンド加工が施され、いずれか一方の基板主面は鏡面
研磨されている。

【００２８】次に第１基板を洗浄、乾燥後、拡散炉中で
酸化し、約 1μm の酸化膜を形成した。次にこの酸化し
た第１基板１と第２基板２とをそれぞれ洗浄、乾燥後、
鏡面同士を清浄な雰囲気下で接触させ、前記酸化膜８を
介して密着させる。ついで1100℃で 2時間、少量のＯ₂
を含むＮ₂雰囲気中で熱処理し、一体化させて、接着基
板（接着ウェーハ）を 100枚形成した。

【００２９】この接着基板を赤外線透過法により観察し
たところ、従来技術の項で述べたように周辺部 2〜 3mm
（例えばＡ−Ａ′より外側）は未接着であった。

【００３０】次に前記接着基板の外周を加工し、第１基
板と第２基板とが一体化されていない外周部分（ 2〜 3
mm）の内側まで、すなわち 5mmまで、かつ第１基板１の
主表面から前記酸化膜８の深さまでを研削し、未接着部
分を除去した。この外周部の未接着部分を研削除去する
際、50枚の接着基板３ａについては、該基板の外周段差
面２１と第１基板１の主面（接着界面）とのなす角度α
₁が54.7°以下、例えば45°になるように形成し（図１
（ａ−１）参照）、残りの50枚の接着基板３ｂについて
は、前記角度α₂が54.7°以上になるように加工した
（図１（ｂ−１）参照）。

【００３１】次に第１基板側を所望の厚さ（この例では
50μm ）に研磨した後、厚さ約 1μm の熱酸化膜を形成
し、スピン塗布法によりレジストを塗布する。外周段差
面にレジストが塗布されていないものが 1部あった。次
に素子分離溝のパターンを露光現像し、溝部の酸化膜を
剥離した後、レジストを剥離し、マスク酸化膜７を形成
した。外周段差面２１でレジストが塗布されていなかっ
た場所は、マスク酸化膜７が除去されていた（図１参
照）。

【００３２】次に液温80℃、30wt％の水酸化カリウム
（ＫＯＨ）水溶液中で60分エッチングしてＶ字型の分離
溝１２及びシリコン島６を形成した。

【００３３】そこで前述の外周段差面２１でマスク酸化
膜７が除去されていた場所を観察したところ、外周段差
面２１と接着界面のなす角度α₂が54.7°以上の接着ウ
ェーハ３ｂでは「くの字」型２２であったが（図２（ｂ
−２）参照）、角度α₁が54.7°以下（この例では45
°）の本発明による接着ウェーハ３ａでは角度α₁が5
4.7°になるようにエッチングされていたものの、「く
の字」型の形状はできていなかった（図２（ａ−２）参
照）。

【００３４】次に多結晶シリコン９を堆積して分離溝１
２を埋め、表面を平坦化するために再研磨して誘電体分
離基板３０ａ（本発明の実施例）及び３０ｂ（比較例）
を作製した（図３参照）。基板３０ｂは、外周段差部が
「くの字」型２２の基板３ｂに多結晶シリコンを堆積し
たもので、その場所には多結晶シリコンが埋まらず空洞
２２ａが発生していた。一方、本発明による基板３０ａ
は、外周段差部は多結晶シリコンで埋まり、空洞は発生
しなかった（図３参照）。

【００３５】さらにこれら誘電体分離基板を素子製造工
程へ流したところ、本発明の誘電体分離基板３０ａの場
合には、空洞部に起因する外周部の欠けは皆無であった
が、比較例の誘電体分離基板３０ｂでは、50枚中 5枚に
空洞部起因の欠けが生じた。

【００３６】空洞の発生原因としては、外周段差部の
「くの字」型のところに溜まったゴミ等が、洗浄しても
除去されず残るためと考えられる。また外周段差面と接
着界面とのなす角度を小さくすれば、段差部のレジスト
付着が良くなり、Ｖ溝形成エッチング時に、外周段差部
のエッチングが回避できることも本発明の特徴の一つで
ある。

【００３７】また上記実施例においては、外周未接着部
分を研削により除去したものについて記述したが、外周
未接着部をエッチングにより除去しても差し支えない。

【００３８】上記実施例では、接着基板の外周加工にお
いて、第１基板１の主表面から酸化膜８の深さまで研削
除去したが、酸化膜８の下の第２基板２の一部まで除去
しても差し支えない。図４は、この場合の一例を示した
ものである。台となる第２基板２は、前述の25mmステッ
プ等入手しやすい外径寸法に合わせるため、最大外周部
を残すことが望ましい。

【００３９】図５は、外周段差が、段差面２１ａ及び２
１ｂの 2段で構成された例を示し、段差面２１ａ及び２
１ｂは、Ｖ溝形成時にエッチングされ、（１１１）面が
現われた状態を示す。なお外周加工の際の段差面２１ａ
及び２１ｂと基板主面とのなす角は54.7°以下に形成さ
れることは勿論である。

【００４０】

【発明の効果】これまで詳細に述べたように、 2枚の基
板を絶縁膜を介して接着作製する本発明の誘電体分離基
板の製造方法によれば、Ｖ溝形成エッチング後に、外周
段差部が「くの字」型になることを防止できるので、多
結晶シリコンで外周段差部を埋めたときに空洞が発生せ
ず、完全に多結晶シリコンが充填され、後の素子製造工
程での歩留まり低下を防止できる大口径の誘電体分離基
板の製造方法を提供することができた。

【００４１】上記効果は、素子形成層の厚さを厚くする
必要のある高耐圧素子では特に顕著となる。また本発明
を適用することにより、産業上種々の有益な効果が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】誘電体分離基板の製造工程を示す接着基板外周
部の断面図で、同図（ａ−１）は本発明の実施例、同図
（ｂ−１）は対応する比較例を示す。

【図２】図１に続く製造工程を示す断面図で、同図（ａ
−２）は本発明の実施例、同図（ｂ−２）は対応する比
較例である。

【図３】図２に続く製造工程を示す断面図で、同図（ａ
−３）は本発明の実施例、同図（ｂ−３）は対応する比
較例である。

【図４】本発明の誘電体分離基板の製造方法の他の実施
例を説明するための該基板の外周部断面図である。

【図５】本発明の誘電体分離基板の製造方法のその他の
実施例を説明するための該基板の外周部断面図である。

【図６】接着ウェーハの外周部の断面図で、同図（ａ）
は研削前の例であり、同図（ｂ）は研削後の従来例であ
る。

【図７】接着ウェーハの外周部の断面図で、同図（ａ）
は研削前の例であり、同図（ｂ）は研削後のその他の従
来例である。

【図８】異方性エッチング液により分離溝を形成した後
の接着ウェーハの実施例または従来例の部分断面図であ
る。

【図９】接着ウェーハの従来の外周部の断面図で、同図
（ａ）は異方性エッチング前、同図（ｂ）は異方性エッ
チング後の従来例である。

【符号の説明】

１第１のシリコン基板２第２のシリコン基板３，３ａ，３ｂ接着基板４接着界面５未接着部分６シリコン島７マスク酸化膜８絶縁膜（分離酸化膜）１１外周段差部１２Ｖ溝２１，２１ａ，２１ｂ外周加工壁面（外周段差面）２２「くの字」型２２ａ空洞３０ａ，３０ｂ誘電体分離基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 27/12 Ｆ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体素子が形成される主面を持つ第１の
シリコン基板とこれを保持し台となる第２のシリコン基
板とを絶縁膜を介して一体化して接着基板を形成する工
程と、前記接着基板の外周を加工し、第１シリコン基板
と第２シリコン基板とが一体化されていない外周部分も
しくはその内側までかつ第１シリコン基板主表面から前
記絶縁膜までもしくはその下の第２シリコン基板の一部
まで除去すると共に、外周加工壁面と第１シリコン基板
主面とのなす角度が54.7°を越えないように形成する工
程と、異方性エッチング液により、前記接着基板の第１
シリコン基板を、該基板主面より前記絶縁膜に達する溝
で複数に分離する工程とを、有することを特徴とする誘
電体分離基板の製造方法。