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JPH03276640A - Semiconductor device and its manufacture - Google Patents

Semiconductor device and its manufacture

Info

Publication number
JPH03276640A
JPH03276640A JP2076199A JP7619990A JPH03276640A JP H03276640 A JPH03276640 A JP H03276640A JP 2076199 A JP2076199 A JP 2076199A JP 7619990 A JP7619990 A JP 7619990A JP H03276640 A JPH03276640 A JP H03276640A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
dicing
layer
substrate
compound semiconductor
region
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2076199A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Norihiko Tsuchiya
憲彦 土屋
Masayuki Watanabe
正幸 渡辺
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2076199A priority Critical patent/JPH03276640A/en
Publication of JPH03276640A publication Critical patent/JPH03276640A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To reduce that chippings and cracks are produced at a dicing operation by a method wherein a compound semiconductor layer is formed on a silicon single-crystal wafer by a heteroepitaxial growth operation, a recessed part formed by selectively etching its dicing region is filled with silicon, the dicing region is cut and pellets are separated. CONSTITUTION:SiO2 is deposited on a GaAs layer 2 which has been formed on an Si single-crystal substrate 1 by a heteroepitaxial growth operation; an SiO2 mask 10 used to form an opening in a dicing region is formed. Then, the GaAs layer 2 is etched by an RIE method by using a chlorine-bised gas; Si of the substrate 1 is exposed; recessed parts 11 to be used as dicing regions are formed. Then, a single-crystal layer is grown in the recessed parts 11 by a selective epitaxial growth operation of Si; the recessed parts 11 are filled completely; dicing regions 12 are formed. Lastly, the SiO2 mask 10 is removed; a MESFET or the like of an LDD structure is integrated in the GaAs layer 2; after that, the dicing regions 12 are cut in the direction of arrows; individual pellets surrounded by an Si sidewall layer 3 are separated.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、半導体装置とその製造方法に関するもので、
特にシリコン基板上に形成された化合物半導体素子又は
化合物半導体素子とシリコン半導体素子との複合素子の
構造と製造方法に係るものである。
[Detailed Description of the Invention] [Object of the Invention] (Field of Industrial Application) The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same.
In particular, it relates to the structure and manufacturing method of a compound semiconductor device formed on a silicon substrate or a composite device of a compound semiconductor device and a silicon semiconductor device.

(従来の技術) シリコン(Si )は電子デバイス用の単結晶基板とし
ては極めて勝れている。 近年シリコンにない電子的特
性を更に付加するため、81基板上に他の半導体材料を
エピタキシャル成長することが行なわれている。 従来
Si基板上にヘテロエピタキシャルに成長された化合物
半導体として、Ga As /Siが代表的なものであ
る。
(Prior Art) Silicon (Si 2 ) is extremely superior as a single crystal substrate for electronic devices. In recent years, other semiconductor materials have been epitaxially grown on the 81 substrate in order to provide additional electronic properties not found in silicon. Conventionally, GaAs/Si is a typical compound semiconductor grown heteroepitaxially on a Si substrate.

しかしGa AsとS;との間には、約4%の格子定数
の不整合がある。 このため2吋径のSウェーハにGa
 Asを積層すると、60μl近くものそりが生じ、X
Siウェーハと化合物半導体層との界面に発生するミス
フィツト転位(格子不整合に基づく転位)が化合物半導
体層の内部に伸び、素子特性を低下させる要因となって
いる。
However, there is a lattice constant mismatch of about 4% between GaAs and S; For this reason, Ga
When stacking As, warpage of nearly 60 μl occurs, and
Misfit dislocations (dislocations based on lattice mismatch) generated at the interface between the Si wafer and the compound semiconductor layer extend into the compound semiconductor layer, causing deterioration of device characteristics.

又Ga As等の化合物半導体は、Si半導体に比べて
原子間結合力が弱いために、ウェーハからペレットに分
離するダイシング(dicinQ)時に、チッピング(
tipping欠け)やクラックが生じ、又ダイシング
破砕層起因の転位(dislocation )や歪み
はその後の素子の信頼性低下の要因となっている。
In addition, compound semiconductors such as GaAs have weaker interatomic bonding strength than Si semiconductors, so they are prone to chipping (dicing) during dicing (dicinQ), which separates wafers into pellets.
Tipping chips and cracks occur, and dislocations and distortions caused by the dicing fracture layer are factors that reduce the reliability of subsequent devices.

〈発明が解決しようとする課題) これまで述べたように、81基板上に、ヘテロエピタキ
シャル成長により化合物半導体を積層した場合、Siと
化合物半導体との格子定数の不整合等により、基板のそ
り及びミスフィツト転位が発生するという課題がある。
<Problems to be Solved by the Invention> As mentioned above, when compound semiconductors are stacked on an 81 substrate by heteroepitaxial growth, warpage and misfit of the substrate occur due to mismatching of lattice constants between Si and the compound semiconductor. There is a problem that dislocation occurs.

又Ga As等の化合物半導体では原子間結合力がSi
に比し弱く、ダイシング時、チッピングやクラックが生
じ易く、又ダイシング破砕層に起因する転位や歪みも存
在し、これらは素子特性及び信頼性の低下をもたらす、
 この問題点を軽減するため、ダイシング領域幅を大き
くすることが行なわれているが、ウェーハに対するベレ
ットの収量を低下するという課題がある。
In addition, in compound semiconductors such as GaAs, the interatomic bonding force is
chipping and cracking are likely to occur during dicing, and there are also dislocations and distortions caused by the dicing fracture layer, which deteriorate device characteristics and reliability.
In order to alleviate this problem, attempts have been made to increase the width of the dicing region, but this has the problem of reducing the yield of pellets for wafers.

更に、ウェーハをダイシングしてベレットに分離した後
の後処理に、酸系処理液を用いた場合には、側壁に露出
しなGa As等の化合物半導体がエツチングされると
いう問題がある。
Furthermore, when an acid-based treatment solution is used for post-treatment after dicing the wafer and separating it into pellets, there is a problem in that compound semiconductors such as GaAs that are not exposed on the sidewalls are etched.

本発明の目的は、シリコン単結晶基板上にヘテロエピタ
キシャル成長により形成された化合物半導体層又はSi
選択エピタキシャル層を含む化合物半導体層を素子形成
領域とする半導体装置及びその製造方法において、基板
のそり及び転位を減少させ、又ダイシング時のチッピン
グやクラックの発生を少なくし、ダイシング破砕層起因
の転位や歪みの素子への影響を軽減し、これらにより素
子特性や素子の信頼性を向上すると共に素子収量を増加
できる半導体装置とその製造方法を提供することである
The object of the present invention is to provide a compound semiconductor layer or a silicon layer formed by heteroepitaxial growth on a silicon single crystal substrate.
In a semiconductor device and its manufacturing method in which a compound semiconductor layer including a selective epitaxial layer is used as an element formation region, warpage and dislocation of the substrate are reduced, chipping and cracking during dicing are reduced, and dislocation caused by a dicing fracture layer is reduced. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device and a method for manufacturing the same, which can reduce the effects of distortion and strain on an element, thereby improving element characteristics and reliability, and increasing element yield.

[発明の構成] 〈課題を解決するための手段とその作用)本発明の半導
体装Iは、シリコン単結晶基板と、該基板上にエピタキ
シャル成長により形成された化合物半導体若しくは化合
物半導体とシリコン半導体とから成る島状の素子形成領
域と、該基板上に選択エピタキシャル成長により形成さ
れ、前記島状の素子形成領域の側壁を取り囲むダイヤモ
ンド構造又は閃亜鉛鉱型構造を有する半導体から成る側
壁層とを、具備することを特徴とする半導体装置である
[Structure of the Invention] <Means for Solving the Problems and Their Effects> The semiconductor device I of the present invention is made of a silicon single crystal substrate and a compound semiconductor formed on the substrate by epitaxial growth, or a compound semiconductor and a silicon semiconductor. a sidewall layer formed on the substrate by selective epitaxial growth and made of a semiconductor having a diamond structure or a zincblende structure and surrounding a sidewall of the island-like element formation region. This is a semiconductor device characterized by the following.

なお前記島状の素子形成領域を取り囲む側壁層は、ダイ
シングにより分離されたペレットの側壁に残されたダイ
シング領域の一部であって、側壁層を構成する半導体は
、ダイヤモンド構造のSi、C5又はGe或いは閃亜鉛
鉱型構造で、素子形成領域と異なる化合物半導体である
ことが望ましい。
The sidewall layer surrounding the island-shaped element formation region is a part of the dicing region left on the sidewall of the pellet separated by dicing, and the semiconductor forming the sidewall layer is diamond-structured Si, C5, or It is preferable to use a compound semiconductor having a Ge or zincblende structure, which is different from the element forming region.

Siウェーハ上の素子形成領域の化合物半導体層は、こ
れと異なる組成の半導体から成るダイシング領域によっ
て分離されているため、基板のそり及び転位は従来技術
に比べ大幅に減少する。
Since the compound semiconductor layer in the element formation region on the Si wafer is separated by a dicing region made of a semiconductor of a different composition, warpage and dislocation of the substrate are significantly reduced compared to the conventional technology.

又ダイシング領域の半導体は、素子形成領域の化合物半
導体より機械的強度の強い例えばSi等が使用されるの
で、ダイシング時に大きなチッピングやクラックは生じ
ないし、又ダイシング破砕層起因の転位や歪みは、残さ
れたSi等の側壁層にはばまれ、素子形成領域の化合物
半導体層に殆ど波及しない、 これによりダイシング領
域幅を従来に比し小さくすることが可能であり、又残さ
れた側壁層は、ダイシング後の後処理工程等において、
素子形成領域の保護膜として機能させることができる。
In addition, since the semiconductor in the dicing area is made of a material such as Si, which has stronger mechanical strength than the compound semiconductor in the element forming area, large chippings and cracks do not occur during dicing, and dislocations and distortions caused by the dicing fracture layer do not remain. The remaining sidewall layer is sandwiched between the sidewall layers of Si, etc., and has almost no influence on the compound semiconductor layer in the element formation region. In the post-processing process after dicing, etc.
It can function as a protective film for the element formation region.

本発明の半導体装置の製造方法は、特許請求の範囲第1
項記載の半導体装置において、前記側壁層がシリコンの
とき、即ちダイシング領域がS選択エピタキシャル層の
場合の製造方法である。
The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention is described in claim 1.
In the semiconductor device described in Section 1, the manufacturing method is performed when the sidewall layer is made of silicon, that is, when the dicing region is an S-selective epitaxial layer.

即ち本発明の製造方法は、シリコン単結晶ウェーハ上に
ヘテロエピタキシャル成長により化合物半導体層を形成
する工程と、前記化合物半導体層のダイシング領域若し
くはダイシング領域と素子形成領域の所定部分とを選択
的にエツチングして前記ウェーハ面を露出する凹部を形
成する工程と、選択エピタキシャル成長により前記凹部
にシリコンを充填する工程と、ダイシング領域を切断し
てベレットに分離する工程とを、含むことを特徴とする
半導体装置の製造方法である。
That is, the manufacturing method of the present invention includes a step of forming a compound semiconductor layer by heteroepitaxial growth on a silicon single crystal wafer, and selectively etching a dicing region of the compound semiconductor layer or a predetermined portion of the dicing region and an element forming region. A semiconductor device comprising the steps of: forming a recess exposing the wafer surface; filling the recess with silicon by selective epitaxial growth; and cutting a dicing region into pellets. This is the manufacturing method.

(実施例) 本発明の第1実施例として、Ga As −onSI上
にI C(64kbit SRAM)を作製した場合に
ついて述べる。 第1図は本発明を用いた前記ICの断
面図である。
(Example) As a first example of the present invention, a case will be described in which an IC (64 kbit SRAM) is manufactured on GaAs-onSI. FIG. 1 is a cross-sectional view of the IC using the present invention.

同図において、符号1はSi単結晶基板、符号2は基板
1上にヘテロエピタキシャル成長により形成されたGa
 Asから成る島状の素子形成領域、及び符号3は素子
形成領域2の側壁を取り囲む選択エピタキシャルSiか
ら成る側壁層である。
In the figure, reference numeral 1 is a Si single crystal substrate, and reference numeral 2 is a Ga substrate formed on the substrate 1 by heteroepitaxial growth.
An island-shaped element formation region made of As, and reference numeral 3 denote a sidewall layer made of selective epitaxial Si surrounding the sidewalls of the element formation region 2.

素子形成領域2に前記ICが形成されるが、図面には便
宜上、主構成要素のL D D (LightlyDo
ppedDrain >構造のMES  FETのみを
代表素子として例示しである。 即ち符号4及び5はそ
れぞれドレイン領域及びソース領域、又両頭域に挟まれ
るチャネル領域6がGa As層2の表面層に設けられ
る。 符号7.8及び9はそれぞれトレイン、ソース及
びゲートの各電極である。
The IC is formed in the element formation region 2, but the main components LDD (LightlyDo
Only a MES FET with a structure of ``ppedDrain'' is illustrated as a representative element. That is, reference numerals 4 and 5 denote a drain region and a source region, respectively, and a channel region 6 sandwiched between the two head regions is provided in the surface layer of the GaAs layer 2. Reference numerals 7, 8 and 9 are train, source and gate electrodes, respectively.

次に上記ICの製造方法について第2図を参照して説明
する。
Next, a method for manufacturing the above IC will be explained with reference to FIG.

同図(a>に示すように、まず直径2吋のN“Si基板
(面方位(100) )  1を用意し、該基板上にM
OCVD (Metal Organic Cheni
cal VaporDeposition  、有機金
属気相エピタキシー)法で、アンドープGa As層(
厚さ1.Oμre ) 2aを、500°C及び700
℃の2段熱処理により形成する。
As shown in FIG.
OCVD (Metal Organic Cheni)
An undoped GaAs layer (
Thickness 1. 2a at 500°C and 700°C
It is formed by two-stage heat treatment at ℃.

引き続き、同装置内でバナジウム(V)ドープGa A
3層(絶縁層)2bを厚さ1.5 、ull 、更にア
ンドープGa As層2Cを厚さ1,0μl形成する。
Subsequently, vanadium (V)-doped Ga A was
A three-layer (insulating layer) 2b is formed to a thickness of 1.5 μl, and an undoped GaAs layer 2C is formed to a thickness of 1.0 μl.

 符号2はこれら積層されたGa As層を表わす、 
この状態でウェーハのそりを測定したところ58μ■で
あった。 この段階で一部のウェーハを抜き取り、比較
のため従来の製造方法で、ICを形成した。
Reference numeral 2 represents these stacked GaAs layers.
When the warpage of the wafer was measured in this state, it was 58 μι. At this stage, some wafers were extracted and ICs were formed using a conventional manufacturing method for comparison.

次に同図(b)に示すように、残りのウェーハに対しC
VD法によりGa As層層上上5in2を堆積し、P
 E P (Photo Engraving Pro
cess )法により、ダイシング領域に開口する5i
n2のマスク10を形成する。
Next, as shown in the same figure (b), C
Deposit 5in2 on the GaAs layer by VD method, and
E P (Photo Engraving Pro
cess ) method to open the 5i in the dicing area.
A mask 10 of n2 is formed.

次に同図(c)に示すように、塩素系のガスを使用し、
RIE (反応性 イオンビーム エツチング)法によ
りGa As層2をエツチングし、基板1のSiを露出
させ、ダイシング領域となる凹部11を形成する。 こ
のとき、ICチップ(ベレット)サイズlは4 ml、
凹部11のIQ 11は25μmである。 なおこの段
階で、調査用にチップサイズを0.1.1及び1011
1と変化させたウェーハを、チップサイズ41Ilのウ
ェーハと並行して製作した。
Next, as shown in the same figure (c), using chlorine-based gas,
The GaAs layer 2 is etched by RIE (reactive ion beam etching) to expose the Si of the substrate 1 and form a recess 11 that will become a dicing region. At this time, the IC chip (bellet) size l is 4 ml,
The IQ 11 of the recess 11 is 25 μm. At this stage, the chip size was set to 0.1.1 and 1011 for investigation.
A wafer having a chip size of 41Il was manufactured in parallel with a wafer having a chip size of 41Il.

次に、同図(d)に示すように、前記凹部11に、Si
の選択エピタキシャル成長(800℃、Si C1,、
HCi、H2>により単結晶層を3.5μ園成長させて
、完全に凹部11を埋め込み、ダイシング領域12を形
成する。 ここで前記調査用を含むウェーハのそり及び
Ga As層2の表面の転位密度を測定した(測定結果
は後述)。
Next, as shown in FIG.
selective epitaxial growth (800°C, Si C1,...
A single crystal layer is grown to a thickness of 3.5 μm using HCi, H2> to completely fill the recess 11 and form a dicing region 12. Here, the warpage of the wafers including those for investigation and the dislocation density on the surface of the GaAs layer 2 were measured (measurement results will be described later).

最後に同図(e)に示すように、5in2のマスク10
を除去し、公知の方法により、Ga A3層2にLDD
構造のMES  FET等を集積した後、幅15μmの
ダイヤモンドブレードで幅25μ−のダイシング領域(
Si選択エピタキシャル層)12を波線で示す矢印方向
に切断し、Si側壁層3に囲まれた個々のベレットに分
離する。 次に後処理〈H2SO4、H2O2液による
洗浄〉を行なう。
Finally, as shown in the same figure (e), a 5in2 mask 10
is removed, and an LDD is formed on the Ga A3 layer 2 by a known method.
After integrating the MES FETs, etc. of the structure, a dicing area (25 μm wide) with a 15 μm wide diamond blade (
The Si selective epitaxial layer 12 is cut in the direction of the arrow shown by the wavy line, and separated into individual pellets surrounded by the Si sidewall layer 3. Next, post-treatment (cleaning with H2SO4, H2O2 liquid) is performed.

次にチップサイズの大きさに対するウェーハのそり及び
転位密度の関係の調査結果について第3図を参照して以
下説明する。 供試ウェーハは、第2図(d)に示す製
造工程を終了した段階のウェーハ、即ち2吋径のSiウ
ェーハ上に素子形成領域のGa As層及びダイシング
領域のSi層をエピタキシャル成長させたものである。
Next, the results of an investigation into the relationship between wafer warpage and dislocation density with respect to chip size will be described below with reference to FIG. The test wafer was a wafer that had completed the manufacturing process shown in FIG. 2(d), that is, a 2-inch diameter Si wafer on which a GaAs layer in the element formation region and a Si layer in the dicing region were epitaxially grown. be.

 第3図の横軸は、ウェーハ上のチップサイズで、島状
に分離した素子形成領域(正方形)の−辺の長さでこれ
を表わす、 なお横軸上の点Rは、2吋Siウェーハ全
面にGa As層を積層し、ダイシング領域をエツチン
グしない従来のウェーハの場合を便宜的に示すものであ
る。 左側縦軸は表面転位密度(個/cn2)を、又右
側縦軸は基板(2吋ウェーハ)のそり(μl)を表わす
、 同図中の○印点を結ぶ折線aはチップサイズと表面
転位密度、又△印点を結ぶ折線すはチップサイズと基板
のそりとのそれぞれの関係を示す。
The horizontal axis in FIG. 3 is the chip size on the wafer, which is expressed by the length of the -side of the element formation area (square) separated into islands. Point R on the horizontal axis is the chip size on the wafer. For convenience, the case of a conventional wafer in which a GaAs layer is stacked over the entire surface and the dicing area is not etched is shown. The vertical axis on the left side represents the surface dislocation density (pieces/cn2), and the vertical axis on the right side represents the warpage (μl) of the substrate (2 inch wafer). The broken line a connecting the ○ marks in the figure represents the chip size and surface dislocations. The broken line connecting the density and the points marked with △ indicates the relationship between the chip size and the warp of the substrate.

第3図から明らかなように、Ga AS層が8層により
島状に分離されている本発明のウェーハは、Ga As
層が島状に分離されていない従来のウェーハに比べ、表
面転位密度及び基板のそりは、いずれも大幅に減少して
いる。 又本発明のつ工−ハでは、細かく分離するほど
即ちチップサイズが小さいほど、転位及びそりは減少し
ている。
As is clear from FIG. 3, the wafer of the present invention in which the Ga AS layer is separated into islands by eight layers is
Both surface dislocation density and substrate warpage are significantly reduced compared to conventional wafers in which layers are not separated into islands. Furthermore, in the present invention, the finer the separation, that is, the smaller the chip size, the fewer dislocations and warpage occur.

第4図(a)は、第2図(a)に示す段階で、一部のウ
ェーハを抜き取り、従来の製造方法により形成したIC
中のMBS  FETのしきい値電圧(Vth)の分布
を、又同図(b)は、本発明の製造方法によるVthの
分布を示す、 横軸はVth(V)、縦軸は素子数〈個
)を示す、 又供試素子の総数は、従来例の場合274
個、本発明例の場合312個である。
FIG. 4(a) shows an IC manufactured by removing a part of the wafer and forming it by the conventional manufacturing method at the stage shown in FIG. 2(a).
Figure (b) shows the distribution of the threshold voltage (Vth) of the MBS FET in the MBS FET, and the same figure (b) shows the distribution of Vth according to the manufacturing method of the present invention. ), and the total number of test elements is 274 in the case of the conventional example.
In the case of the example of the present invention, the number is 312.

第4図から明らかなように、従来例では0〜0.4(V
)に分布していたVthが、本発明例では、0.2〜0
.4  (V)以内に分布し、そのバラツキが減少し、
動作特性が向上している。 これは、転位密度及び歪み
が減少したためと考えられる。
As is clear from Fig. 4, in the conventional example, 0 to 0.4 (V
) was distributed in the range of 0.2 to 0 in the present invention example.
.. 4 (V) or less, the variation is reduced,
Improved operating characteristics. This is considered to be due to a decrease in dislocation density and strain.

次に本発明の第2実施例として、波長700nnのAI
GaAS可視発光ダイオードによる実証を行なった。 
第5図は、この発光ダイオードの模式的断面図である。
Next, as a second embodiment of the present invention, an AI with a wavelength of 700 nn
We conducted a demonstration using a GaAS visible light emitting diode.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of this light emitting diode.

 符号51は面方位(ioo)、厚さ300μmのN”
Si単結晶基板である。 該基板51上に、MOCVD
法により形成された厚さ0.2μ−のGa As層52
a、厚さ0.9μllのn AloAoGa (、@A
sAS層b及び厚さ2.8.unのpA 1 o:n 
G a QJ5A 3層52Cが積層される。
Reference numeral 51 indicates the plane orientation (ioo), and the thickness is 300 μm.
It is a Si single crystal substrate. On the substrate 51, MOCVD
A GaAs layer 52 with a thickness of 0.2μ formed by the method
a, n AloAoGa (, @A
sAS layer b and thickness 2.8. un's pA 1 o:n
G a QJ5A three layers 52C are laminated.

符号53は、前記Ga Asの積層膜(素子形成領域)
52を取り囲み、厚さ5μNの51選択エピタキシャル
層から成る側壁層である。 側壁層53は、チップサイ
ズ300x 300μm2ダイシング領域幅25μmで
パターニングされた2吋ウェーハを幅15μlのブレー
ドでダイシングしたとき、前記積層膜52の側壁に残さ
れたダイシング領域の一部分である。 符号54はpゝ
−Ga As層、ス符号55及び56はそれぞれAu−
Cr及びAuより成る電極である。
Reference numeral 53 denotes the GaAs laminated film (element formation region)
Surrounding 52 is a sidewall layer consisting of a 51 selective epitaxial layer having a thickness of 5 μN. The sidewall layer 53 is a part of the dicing area left on the sidewall of the laminated film 52 when a 2-inch wafer patterned with a chip size of 300×300 μm2 and a dicing area width of 25 μm is diced with a blade of 15 μl width. Reference numeral 54 indicates a p-GaAs layer, and reference numbers 55 and 56 each indicate an Au-GaAs layer.
The electrode is made of Cr and Au.

第6図は、上記発光ダイオードの電流−光出力特性を示
すもので、横軸はアノード電流(IA)、縦軸は光出力
(IIW)である、 符号aは本発明例、bは従来例の
発光ダイオードについての特性を示す、 同図より明ら
かなように、本発明を用いた発光ダイオードの1f流−
光出力特性は約250IIAまで直線性が見られるが、
従来法を用いたダイオードでは約160 nAから直線
性が悪くなっている。 この差は、AiGaAS層に入
り込んだクラック及び転位密度の差によると考えられる
FIG. 6 shows the current-light output characteristics of the above-mentioned light emitting diode, where the horizontal axis is the anode current (IA) and the vertical axis is the light output (IIW). Symbol a is the example of the present invention, and b is the conventional example. As is clear from the figure, the 1f flow of the light emitting diode using the present invention is shown.
The light output characteristics are linear up to about 250IIA, but
In the diode using the conventional method, linearity deteriorates from about 160 nA. This difference is considered to be due to the cracks that entered the AiGaAS layer and the difference in dislocation density.

又従来法ではGa As及びAJGaASがもろいため
、ダイシング領域幅を50μmとし、幅20μmのブレ
ードを用いて切断していたが、ダイシング領域にSi結
晶を用いた本発明例の場合には、チッピング及びクラッ
クが少なくなる等により、前述のようにダイシング領域
幅を25μl、ブレード幅を15μmと狭くできる。 
この効果は、チップサイズの小さなデバイスでは収量増
となって現われる。 例えば、第2実施例の2吋径ウェ
ーハで300x300μm2のダイオードを作成する場
合には、約15%の収量増となる。
In addition, in the conventional method, GaAs and AJGaAS are brittle, so the dicing region width was set to 50 μm and cutting was performed using a 20 μm wide blade, but in the case of the present invention example in which Si crystal is used in the dicing region, chipping and As cracks are reduced, the dicing area width can be narrowed to 25 μl and the blade width can be narrowed to 15 μm as described above.
This effect manifests itself in increased yield for devices with small chip sizes. For example, when manufacturing 300x300 μm 2 diodes using the 2-inch diameter wafer of the second embodiment, the yield increases by approximately 15%.

次に1つの81単結晶基板上に、化合物半導体素子とS
1半導体素子とを搭載する複合半導体装置の一例につい
て概要を説明する。 第7図は該装置の主要製造工程を
説明するための断面図である。 同図(a)に示すよう
に、Si単結晶基板71上に、ヘテロエピタキシャル成
長により化合物半導体層72を形成する。 次にSiO
2を堆積し、ダイシング領域及び素子形成領域のうちS
i素子形成領域となる部分に開口する5in2のマスク
80を形成する。 次に、RIEによりダイシング領域
及びSi素子形成領域となるGa AS層を選択的にエ
ツチング除去し、Si基板71が露出する凹部を形成す
る。 次に81選択エピタキシャルにより凹部を充填し
、S1単結晶から成るダイシング領域75、Si素子形
成領域76、化合物半導体素子形成領域77を形成する
。 次に同図(b)に示すように5in2膜80を除去
し、所定のウェーハプロセスを行ない、化合物半導体素
子77a及びSi半導体素子76aをそれぞれの該当領
域に搭載した後、ダイシング領域75を切断して5iQ
ll壁層73に囲まれたベレットに分離する。
Next, a compound semiconductor element and an S
An example of a composite semiconductor device equipped with one semiconductor element will be outlined. FIG. 7 is a sectional view for explaining the main manufacturing process of the device. As shown in FIG. 3A, a compound semiconductor layer 72 is formed on a Si single crystal substrate 71 by heteroepitaxial growth. Next, SiO
2 is deposited, and S in the dicing area and the element forming area is
A 5 in 2 mask 80 having an opening in a portion that will become an i-element formation region is formed. Next, the Ga AS layer which will become the dicing region and the Si element formation region is selectively etched away by RIE to form a recessed portion in which the Si substrate 71 is exposed. Next, the recess is filled by 81 selective epitaxial process to form a dicing region 75 made of S1 single crystal, a Si element formation region 76, and a compound semiconductor element formation region 77. Next, as shown in FIG. 6B, the 5in2 film 80 is removed, a predetermined wafer process is carried out, and the compound semiconductor element 77a and the Si semiconductor element 76a are mounted in their corresponding areas, and then the dicing area 75 is cut. Te5iQ
It separates into pellets surrounded by a wall layer 73.

この装置は、例えばOB I C(Opto−Elec
tron+cIC)等の81半導体素子部と、化合物半
導体素子部とを同一素子内に有するハイブリッドIC(
複合型集積回路)の作製に利用することができる。
This device is, for example, OB I C (Opto-Elec).
A hybrid IC (tron+cIC) that has an 81 semiconductor element part and a compound semiconductor element part in the same element.
It can be used to fabricate complex integrated circuits.

前記のように本発明においては基板のそりが大幅に減少
するので、大口径Si基板へのへテロエピタキシャルの
実用が可能となり、又縮小投影露光もできるため、大幅
なコスト削減が可能となつた。
As mentioned above, in the present invention, the warpage of the substrate is significantly reduced, making it possible to put heteroepitaxial techniques to use on large-diameter Si substrates, and also enabling reduction projection exposure, which makes it possible to significantly reduce costs. .

又ベレット側壁に残ったS1側壁層は、保護膜としての
機能を持つ、 特にデバイスのダイシング後の後処理時
に酸系処理液を用いた場合には、AlGaAs或いはG
a ASが露出しているとエツチングされるが、S1側
壁層があれば、これを防ぐことができる。 更にダイシ
ング時の破砕層起因の歪み及び転位が側壁のSiとGa
 AS界面で吸収され、素子形成領域の信頼性低下を抑
止する効果が得られる。
In addition, the S1 sidewall layer remaining on the sidewall of the pellet has the function of a protective film, especially when an acid-based processing solution is used during post-processing after device dicing.
a If AS is exposed, it will be etched, but the presence of the S1 sidewall layer can prevent this. Furthermore, the strain and dislocations caused by the fracture layer during dicing cause the Si and Ga sidewalls to deteriorate.
It is absorbed at the AS interface and has the effect of suppressing a decrease in reliability of the element forming region.

[発明の効果] これまで詳述したように、本発明の半導体装置及びその
製造方法によれば、Si基板上に化合物半導体層を積層
した基板のそり及び転位を減少し、ダイシング時の基板
のチッピングやクラック等の発生を少なくし、ダイシン
グ破砕層に起因する転位や歪みの素子への影響を軽減し
、これらにより素子特性や素子の信頼性を向上すると共
に素子収量を増加する等生産性を改善することが可能と
なった。
[Effects of the Invention] As described in detail so far, according to the semiconductor device and the manufacturing method thereof of the present invention, warpage and dislocation of a substrate in which a compound semiconductor layer is laminated on a Si substrate are reduced, and the substrate is reduced during dicing. It reduces the occurrence of chipping and cracking, reduces the effects of dislocations and distortions caused by the dicing fracture layer on the device, improves device characteristics and reliability, and improves productivity by increasing device yield. It became possible to improve.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の第1実施例の半導体装置の断面図、第
2図は第1実施例の半導体装置の製造工程を示す断面図
、第3図は第1実施例における基板のそり及びGa A
3表面の転位密度のチップサイズ依存性を示す図、第4
図は従来例及び第1実施例のICのGa As  ME
S  FETのしきい値電圧の分布を示す図、第5図は
本発明の第2実施例の半導体装置の断面図、第6図は第
2実施例の半導体装置の電流−光出力特性図、第7図は
本発明の複合型ICの製造工程を示す断面図である。 1.51.71・・・Si単結晶基板、 2,52゜7
2・・・化合物半導体層〈素子形成領域)、 3゜53
.73・・・5iQ11壁層、  11・・・凹部、 
 12゜75・・・ダイシング領域、 76・・・81
半導体素子形成領域、 77・・・化合物半導体素子形
成領域。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment, and FIG. Ga A
Figure 4 shows the chip size dependence of the dislocation density on the 3rd surface.
The figure shows the GaAs ME of the conventional example and the first example IC.
A diagram showing the distribution of the threshold voltage of S FET, FIG. 5 is a cross-sectional view of the semiconductor device of the second embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a current-light output characteristic diagram of the semiconductor device of the second embodiment. FIG. 7 is a sectional view showing the manufacturing process of the composite IC of the present invention. 1.51.71...Si single crystal substrate, 2,52°7
2... Compound semiconductor layer (element formation region), 3゜53
.. 73...5iQ11 wall layer, 11...recessed part,
12°75...Dicing area, 76...81
Semiconductor element formation region, 77... Compound semiconductor element formation region.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 シリコン単結晶基板と、該基板上にエピタキシャル
成長により形成された化合物半導体若しくは化合物半導
体とシリコン半導体とから成る島状の素子形成領域と、
該基板上に選択エピタキシャル成長により形成され、前
記島状の素子形成領域の側壁を取り囲むダイヤモンド構
造又は閃亜鉛鉱型構造を有する半導体から成る側壁層と
を、具備することを特徴とする半導体装置。 2 シリコン単結晶ウェーハ上にヘテロエピタキシャル
成長により化合物半導体層を形成する工程と、前記化合
物半導体層のダイシング領域若しくはダイシング領域と
素子形成領域の所定部分とを選択的にエッチングして前
記ウェーハ面を露出する凹部を形成する工程と、選択エ
ピタキシャル成長により前記凹部にシリコンを充填する
工程と、ダイシング領域を切断してペレットに分離する
工程とを、含むことを特徴とする特許請求の範囲第1項
記載の半導体装置の製造方法。
[Scope of Claims] 1. A silicon single crystal substrate, and an island-shaped element formation region made of a compound semiconductor or a compound semiconductor and a silicon semiconductor formed on the substrate by epitaxial growth;
a sidewall layer formed on the substrate by selective epitaxial growth and made of a semiconductor having a diamond structure or a zincblende structure surrounding the sidewall of the island-shaped element formation region. 2. Forming a compound semiconductor layer on a silicon single crystal wafer by heteroepitaxial growth, and selectively etching a dicing region of the compound semiconductor layer or a predetermined portion of the dicing region and the element formation region to expose the wafer surface. The semiconductor according to claim 1, comprising the steps of forming a recess, filling the recess with silicon by selective epitaxial growth, and separating into pellets by cutting a dicing region. Method of manufacturing the device.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0639760A1 (en) * 1993-08-17 1995-02-22 Yokogawa Electric Corporation Semiconductor type differential pressure measurement apparatus and method for manufacturing the same

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