JP2008091935A - Integrated circuit - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a reliable integrated circuit formed on a semiconductor substrate capable of suppressing a drawback of a temperature rise that occurs in an SOI wafer having a uniform structure. <P>SOLUTION: A partial SOI structure is constituted by locally embedding an insulating material into a single crystal silicon substrate, and a circuit requiring a high speed operation is provided in a part of the SOI structure. Heat generated in an integrated circuit formed in a single crystal silicon layer on an insulating film is transmitted to an end portion of the insulating film, and thereafter is dissipated into the single crystal silicon with a thick region where no insulating film is formed. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体基板及びその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor substrate and a manufacturing method thereof.

電気絶縁膜上に半導体シリコンはSOI(Silicon On Insulator) と呼ばれ、高速化・高集積化が可能な半導体装置として、近年注目を集めている。   Semiconductor silicon on an electrical insulating film is called SOI (Silicon On Insulator) and has recently attracted attention as a semiconductor device capable of high speed and high integration.

図2は、このSOIウエハ基板の構造断面図を示している。21は厚さ500〜1000μmの単結晶シリコン基板、22は厚み数百Å〜数μm程度の電気絶縁物であるシリコン酸化膜(BOX :Buried Oxide) 、23は厚み数百Å〜数μm程度の電気絶縁物であるシリコン酸化膜、23は厚み数百Å〜数μm程度の単結晶シリコンである。   FIG. 2 is a structural sectional view of this SOI wafer substrate. 21 is a single crystal silicon substrate having a thickness of 500 to 1000 μm, 22 is a silicon oxide film (BOX: Buried Oxide) which is an electrical insulator having a thickness of several hundred to several μm, and 23 is a thickness of several hundred to several μm. A silicon oxide film 23, which is an electrical insulator, is single crystal silicon having a thickness of several hundred to several μm.

SOIウエハ上に形成した半導体集積回路は、電気絶縁膜22上の単結晶シリコン層(SOI層)23が非常に薄いために、特に集積回路が相補型MISトランジスタ(相補型メタル・絶縁物トランジスタ)である場合、ソース・基板間、ドレイン・基板間、ゲート基板間の電気容量が低減され、集積回路の高速化が可能になる利点と、従来の単結晶シリコンウエハ上に集積回路を形成した場合に比べ、電気絶縁物22が存在することにより、トランジスタとトランジスタ間の素子分離領域を非常に狭く作ることができ、高集積化が可能になる利点とを有している。   In the semiconductor integrated circuit formed on the SOI wafer, since the single crystal silicon layer (SOI layer) 23 on the electric insulating film 22 is very thin, the integrated circuit is particularly a complementary MIS transistor (complementary metal-insulator transistor). If the integrated circuit is formed on a conventional single crystal silicon wafer, the capacitance between the source and substrate, between the drain and substrate, and between the gate substrate is reduced and the speed of the integrated circuit can be increased. In contrast, the presence of the electrical insulator 22 has the advantage that the isolation region between the transistors can be made very narrow and high integration is possible.

前記したような優れた特徴を有するSOIウエハであるが、集積回路が形成される薄い単結晶シリコンのすぐ下に絶縁膜22が存在するため、集積回路が動作している時に流れる電流によって発生する熱が、絶縁膜22の下にある厚い半導電性の単結晶シリコン基板に逃げてくれず、熱が薄い単結晶シリコン層23に溜まってしまい、その薄い単結晶シリコン層の温度を時間の経過と共に上げてしまう。   Although it is an SOI wafer having the above-mentioned excellent characteristics, since the insulating film 22 exists immediately below the thin single crystal silicon on which the integrated circuit is formed, it is generated by the current that flows when the integrated circuit is operating. The heat does not escape to the thick semiconductive single crystal silicon substrate under the insulating film 22, but the heat accumulates in the thin single crystal silicon layer 23, and the temperature of the thin single crystal silicon layer is changed over time. It will be raised with.

集積回路が相補型MISトランジスタにより形成されている場合、高集積化のためにトランジスタサイズを小さくすると、トランジスタ内に流れる電流は増大し、温度上昇の度合いも又大きくなる。薄い単結晶シリコン層で温度上昇が生じると、MISトランジスタのゲート絶縁膜中にキャリヤの捕獲準位が多数発生し易くなり、トランジスタ特性の変動を生じ、さらに集積回路の信頼性が損なわれることになる。   When the integrated circuit is formed of complementary MIS transistors, if the transistor size is reduced for high integration, the current flowing in the transistor increases, and the degree of temperature rise also increases. If the temperature rises in a thin single crystal silicon layer, a large number of carrier trap levels are likely to be generated in the gate insulating film of the MIS transistor, resulting in fluctuations in transistor characteristics and further impairing the reliability of the integrated circuit. Become.

本発明は、上記したSOIウエハに生じる温度上昇の欠点を抑え、信頼性の高い集積回路が形成可能な半導体基板を提供することを目的としている。   An object of the present invention is to provide a semiconductor substrate capable of suppressing the above-described disadvantage of temperature rise in an SOI wafer and forming a highly reliable integrated circuit.

薄い単結晶シリコン層(SOI層)23に溜まる熱を逃がす目的で絶縁膜を単結晶シリコン基板中に局所的に形成する。即ち、絶縁膜上の薄い単結晶シリコン層を単結晶シリコン基板中に局所的に形成する。   An insulating film is locally formed in the single crystal silicon substrate for the purpose of releasing the heat accumulated in the thin single crystal silicon layer (SOI layer) 23. That is, a thin single crystal silicon layer on the insulating film is locally formed in the single crystal silicon substrate.

上述した構造を持つ本発明の半導体基板上に、集積回路を形成した場合、絶縁膜が形成されていない領域の単結晶シリコン上に形成された集積回路で発生した熱はもちろんのこと、集積回路の下に広がる熱導伝性の良い単結晶シリコンに放散される。又、絶縁膜上の単結晶シリコン層に形成された集積回路で発生した熱は、絶縁膜の端部まで伝わった後、絶縁膜が形成されていない領域の厚い単結晶シリコン中に放散される。   When an integrated circuit is formed on the semiconductor substrate of the present invention having the above-described structure, not only the heat generated in the integrated circuit formed on the single crystal silicon in the region where the insulating film is not formed, but also the integrated circuit Dissipated into single crystal silicon with good thermal conductivity spreading underneath. Also, heat generated in the integrated circuit formed in the single crystal silicon layer on the insulating film is transmitted to the end of the insulating film and then dissipated into the thick single crystal silicon in the region where the insulating film is not formed. .

以上、説明したように、本発明の集積回路においては、絶縁膜が形成されていない領域の単結晶シリコン上に形成された集積回路で発生した熱は勿論のこと、集積回路の下に広がる熱伝導性の良い単結晶シリコンに放散され、又、絶縁膜上の単結晶シリコン層に形成された集積回路で発生した熱は、絶縁膜の端部まで伝わった後、絶縁膜が形成されていない領域の厚い単結晶シリコン中に放散され、熱の上昇により生じる集積回路の信頼性の低下も起こらず、良好な特性を保持する。   As described above, in the integrated circuit of the present invention, not only the heat generated in the integrated circuit formed on the single crystal silicon in the region where the insulating film is not formed but also the heat spreading under the integrated circuit. The heat generated in the integrated circuit formed in the single crystal silicon layer on the insulating film is dissipated to the single crystal silicon having good conductivity, and is transmitted to the edge of the insulating film, and then the insulating film is not formed. It is dissipated in the thick single crystal silicon and does not deteriorate the reliability of the integrated circuit caused by an increase in heat, and maintains good characteristics.

又、一部の領域に絶縁膜が埋め込まれた半導体基板の本発明の製造方法においては、イオン注入法あるいは張り合わせ法で作製するどちらの方法においても、表面が平坦な半導体基板の得られる優れた利点を有している。   In addition, in the manufacturing method of the present invention of a semiconductor substrate in which an insulating film is embedded in a part of the region, it is possible to obtain a semiconductor substrate having a flat surface by either method of ion implantation or bonding. Has advantages.

図1(a)、(b)に本発明の実施例を示す。図1(a)は、本発明の半導体基板の平面図であり、図1(b)は図1(a)の直線A−A’上の断面構造図を示している。11は単結晶シリコン基板、12は単結晶シリコン基板に埋め込まれたシリコン酸化膜等の絶縁膜、13は絶縁膜12の上にある単結晶シリコン層、即ち、SOI層を示している。14は単結晶シリコンのある方位を示すために切断した切断線を示す。絶縁膜12は、例えば数百Å〜数μmの厚みを持ち、同様に薄い単結晶シリコン層13は数百Å〜数μmの厚みを持っている。   1 (a) and 1 (b) show an embodiment of the present invention. FIG. 1A is a plan view of a semiconductor substrate of the present invention, and FIG. 1B shows a cross-sectional structure diagram along a line A-A ′ in FIG. Reference numeral 11 denotes a single crystal silicon substrate, 12 denotes an insulating film such as a silicon oxide film embedded in the single crystal silicon substrate, and 13 denotes a single crystal silicon layer on the insulating film 12, that is, an SOI layer. Reference numeral 14 denotes a cutting line cut to indicate a certain orientation of the single crystal silicon. The insulating film 12 has a thickness of, for example, several hundred to several μm, and similarly the thin single crystal silicon layer 13 has a thickness of several hundred to several μm.

図3に、図1に示す本発明の半導体基板を利用して形成した半導体装置の一例を示す。31は単結晶シリコン基板、32は単結晶シリコン基板31内に埋め込まれた厚み数百Å〜数μmの絶縁物であるシリコン酸化膜、33はシリコン酸化膜32上の厚み数百Å〜数μmの薄い単結晶シリコン層、即ち、SOI層である。   FIG. 3 shows an example of a semiconductor device formed using the semiconductor substrate of the present invention shown in FIG. 31 is a single crystal silicon substrate, 32 is a silicon oxide film embedded in the single crystal silicon substrate 31 and having a thickness of several hundred to several μm, and 33 is a thickness of several hundred to several μm on the silicon oxide film 32. A thin single crystal silicon layer, that is, an SOI layer.

34は単結晶シリコン基板31の左側かつ絶縁物が埋めこまれていない領域に形成された回路1、36は同じく単結晶シリコン基板の右側、かつ絶縁膜が埋めこまれていない領域に形成された回路3、35は絶縁膜32の上にある薄い単結晶シリコン層に形成された回路2をそれぞれ示している。34、35、36の各回路は、それぞれ電気的に接続され、ある働きを持つ一つの集積回路を形成している。   Circuits 1 and 36 are formed on the left side of the single crystal silicon substrate 31 and in the region where the insulator is not buried, and 36 are also formed on the right side of the single crystal silicon substrate and in the region where the insulating film is not buried. Circuits 3 and 35 are circuits 2 formed on a thin single crystal silicon layer on the insulating film 32, respectively. The circuits 34, 35 and 36 are electrically connected to each other to form one integrated circuit having a certain function.

34の回路1と36の回路3の下には絶縁膜はなく、それらの回路が動作することによって発生する熱は、34の回路1と36の回路3の下にある厚み数百μm以上の厚い半導伝性の単結晶シリコン基板31に逃げる。このため、温度が高くなることによってMISトランジスタのゲート絶縁膜にキャリヤの捕獲準位が発生することもなく、34の回路1と36の回路を構成するトランジスタ群の信頼性は高く、安定な回路となる。   There is no insulating film under the circuit 1 of 34 and the circuit 3 of 36, and the heat generated by the operation of these circuits has a thickness of several hundred μm or more under the circuit 3 of 34 and 1 of 36. Escape to the thick semiconductive single crystal silicon substrate 31. For this reason, carrier trap levels are not generated in the gate insulating film of the MIS transistor due to the increase in temperature, and the reliability of the transistor group constituting the circuits 1 and 36 of 34 is high and a stable circuit. It becomes.

一方、絶縁膜32の上部にある薄い単結晶シリコン層、即ち、SOI層33に形成された35の回路2は、特に高速性が要求される回路である。SOI層33に形成されたMISトランジスタからなる集積回路がなぜ高速性を有するかについては、図4において説明する。   On the other hand, the 35 circuit 2 formed in the thin single crystal silicon layer above the insulating film 32, that is, the SOI layer 33 is a circuit that requires high speed. The reason why the integrated circuit formed of the MIS transistors formed in the SOI layer 33 has high speed will be described with reference to FIG.

回路2が動作することによって、SOI層33に発生した熱は、絶縁膜32の両端部の上部37と381に進み、そこから厚い単結晶シリコン基板31全体に放散され、SOI層33に止まることはない。このため、SOI層33の温度は、回路2の動作中も上昇することはなく、回路2を構成するMISトランジスタ群のゲート絶縁膜にキャリヤの捕獲準位が発生することもない。その結果、それらのトランジスタ群の信頼性は高く、回路2は経時的にも変動のない安定な動作をする。   When the circuit 2 operates, the heat generated in the SOI layer 33 proceeds to the upper portions 37 and 381 at both ends of the insulating film 32, and is then dissipated to the entire thick single crystal silicon substrate 31 and stops in the SOI layer 33. There is no. For this reason, the temperature of the SOI layer 33 does not rise during the operation of the circuit 2, and no carrier trap level is generated in the gate insulating film of the MIS transistor group constituting the circuit 2. As a result, the reliability of these transistor groups is high, and the circuit 2 operates stably without fluctuation over time.

図4は、N型MISトランジスタの断面構造図を示している。図4を用いて、SOI層に形成されたMISトランジスタからなる集積回路が高速性を有する理由を簡単に説明する。41は単結晶シリコン基板、42はシリコン酸化膜等の絶縁膜、43は薄い濃度、例えば約1×1016cm-3のP型不純物からなるPウェル、44はゲート絶縁膜、45は高い濃度、例えば約1×1020cm-3のN型不純物が含まれた多結晶シリコンからなるゲート、46と47はそれぞれ高い濃度、例えば約1×1020cm-3のN型不純物からなるソースとドレインである。N型MISトランジスタは、Pウェル43、ゲート絶縁膜44、ゲート45、ソース46、ドレイン47から構成される。48は素子分離のための厚いシリコン酸化膜からなるフィールド酸化膜を示している。 FIG. 4 shows a cross-sectional structure diagram of an N-type MIS transistor. The reason why the integrated circuit composed of the MIS transistors formed in the SOI layer has high speed will be briefly described with reference to FIG. 41 is a single crystal silicon substrate, 42 is an insulating film such as a silicon oxide film, 43 is a thin concentration, for example, a P-well made of P-type impurities of about 1 × 10 16 cm −3 , 44 is a gate insulating film, and 45 is a high concentration. For example, a gate made of polycrystalline silicon containing an N-type impurity of about 1 × 10 20 cm −3 , 46 and 47 are each a source made of an N-type impurity of a high concentration, for example, about 1 × 10 20 cm −3 It is a drain. The N-type MIS transistor includes a P well 43, a gate insulating film 44, a gate 45, a source 46, and a drain 47. Reference numeral 48 denotes a field oxide film made of a thick silicon oxide film for element isolation.

Pウェル43の単結晶シリコン厚みが例えば、0.6μm程度の厚みとする。N型MISトランジスタを動作させる時、例えばソースの電位を0V、ゲートとドレインを5Vに設定する。この時、ゲート、ソース及びドレインの下には空乏層が拡がる。破線49、410、411はその空乏層の境界を示す。空乏層は動けるキャリヤのない高抵抗の領域である。空乏層は破線49の右側、410の左側、411の上側に拡がっている。   The single-crystal silicon thickness of the P well 43 is, for example, about 0.6 μm. When operating the N-type MIS transistor, for example, the source potential is set to 0V, and the gate and drain are set to 5V. At this time, a depletion layer spreads under the gate, source, and drain. Dashed lines 49, 410, and 411 indicate boundaries of the depletion layer. The depletion layer is a high resistance region with no moving carriers. The depletion layer extends to the right side of the broken line 49, to the left side of 410, and to the upper side of 411.

例えば、ソース及びドレインの深さを0.3μmとすると、ドレインの下には約0.9μm、ソースの下には約0.3μmの空乏層が広がるため、ドレインの下では勿論のこと、ソースの下でも空乏層は絶縁膜42に接触する。このため、ソ−ス・基板(Pウェル43)間及びドレイン・基板(Pウェル43)間の容量は、絶縁膜42も含む形になり、非常に小さい値になる。その結果、これら寄生容量が小さくなり、SOI層に形成されたMISトランジスタから成る集積回路は高速性を有するようになる。   For example, if the depth of the source and drain is 0.3 μm, a depletion layer of about 0.9 μm spreads under the drain and about 0.3 μm under the source. The depletion layer is also in contact with the insulating film 42 under. For this reason, the capacitance between the source and the substrate (P well 43) and between the drain and the substrate (P well 43) includes the insulating film 42, and has a very small value. As a result, these parasitic capacitances are reduced, and an integrated circuit composed of MIS transistors formed in the SOI layer has high speed.

図5に、本発明の他の実施例を示す。図5に示す本発明の実施例は図3に示す本発明の実施例と共通するところが多い。そのため、図5において、図3と共通の箇所31〜38の名称の説明は省略する。   FIG. 5 shows another embodiment of the present invention. The embodiment of the present invention shown in FIG. 5 has much in common with the embodiment of the present invention shown in FIG. Therefore, in FIG. 5, description of the names of the portions 31 to 38 common to FIG. 3 is omitted.

図5において、単結晶シリコン基板31の一部の領域に埋め込まれた絶縁膜であるシリコン酸化膜32の下の一部の単結晶シリコンが除去されている。51及び52はシリコン窒化膜であり、シリコン酸化膜32の下の単結晶シリコンを除去する時のマスクとなっている。単結晶シリコンを除去する時、例えば80℃〜100℃に熱した水酸化カリウム溶液(KOH溶液)中に、単結晶シリコン基板を浸せば良い。シリコン酸化膜32は、KOH溶液でシリコン酸化膜32の下にある単結晶シリコンをエッチング除去する時のエッチングストッパーの役割を果たし、シリコン酸化膜32の上にある薄い単結晶シリコン膜33がエッチングされるのを防ぐ役割も果たす。シリコン酸化膜32の下にある単結晶シリコンを除去した後、シリコン窒化膜51及び52は除去してもしなくても良い。   In FIG. 5, a portion of the single crystal silicon under the silicon oxide film 32 which is an insulating film embedded in a partial region of the single crystal silicon substrate 31 is removed. Reference numerals 51 and 52 denote silicon nitride films, which serve as masks for removing the single crystal silicon under the silicon oxide film 32. When the single crystal silicon is removed, for example, the single crystal silicon substrate may be immersed in a potassium hydroxide solution (KOH solution) heated to 80 ° C. to 100 ° C., for example. The silicon oxide film 32 serves as an etching stopper when the single crystal silicon under the silicon oxide film 32 is removed by etching with a KOH solution, and the thin single crystal silicon film 33 on the silicon oxide film 32 is etched. It also plays a role in preventing After the single crystal silicon under the silicon oxide film 32 is removed, the silicon nitride films 51 and 52 may or may not be removed.

図1に示す本発明の半導体基板を作成するための製造方法について、図6以降の図面によって説明する。   A manufacturing method for producing the semiconductor substrate of the present invention shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS.

図6(a)〜(d)は本発明の半導体基板を形成するための製造方法を示す工程断面図である。   6A to 6D are process cross-sectional views illustrating a manufacturing method for forming a semiconductor substrate of the present invention.

図6(a)において、61は単結晶シリコン、62は単結晶シリコン61の上に全面に塗布した厚みが数μmのフォトレジストを示す。図6(b)において、フォトリソ工程によって、酸素を単結晶シリコン61の中にイオン注入すべき箇所のフォトレジストを除去する。63はフォトリソ工程によって残ったフォトレジストを示す。図6(c)において、64は単結晶シリコン中にイオン注入される酸素イオンを示す。酸素イオンをイオン注入する時の加速エネルギーは、SOI層下に形成されるシリコン酸化膜をSOI層表面からどの位の深さに形成するかによって決まる。イオン注入時の酸素イオンの量は、約1×1018cm-2程度である。図6(d)において、フォトレジスト膜63を除去する。この後、900℃以上の熱工程を加えると、単結晶シリコンとイオン注入された酸素原子が反応し、良好なシリコン酸化膜65が形成される。しかし、シリコン酸化膜65の上には良好な薄い単結晶シリコン層66即ちSOI層が形成されることになる。 In FIG. 6A, reference numeral 61 denotes single crystal silicon, and 62 denotes a photoresist having a thickness of several μm coated on the entire surface of the single crystal silicon 61. In FIG. 6B, the photoresist at a location where oxygen is ion-implanted into the single crystal silicon 61 is removed by a photolithography process. Reference numeral 63 denotes a photoresist left by the photolithography process. In FIG. 6C, 64 indicates oxygen ions implanted into single crystal silicon. The acceleration energy when oxygen ions are implanted depends on how deep the silicon oxide film formed under the SOI layer is formed from the surface of the SOI layer. The amount of oxygen ions at the time of ion implantation is about 1 × 10 18 cm −2 . In FIG. 6D, the photoresist film 63 is removed. Thereafter, when a thermal process of 900 ° C. or higher is applied, single crystal silicon and ion-implanted oxygen atoms react to form a good silicon oxide film 65. However, a good thin single crystal silicon layer 66, that is, an SOI layer is formed on the silicon oxide film 65.

図6において、酸素イオンを注入する時、注入すべき箇所の選択は 、単結晶シリコン61の上に塗布したフォトレジスト膜62を所望の箇所だけ除去しておこなった。しかし、本発明の半導体基板の製造方法において、イオン注入すべき位置の選択方法としては、単結晶シリコン61の上に塗布したフォトレジスト膜62を所望の箇所だけ除去して行う方法だけに限らない。   In FIG. 6, when oxygen ions are implanted, the location to be implanted is selected by removing only a desired portion of the photoresist film 62 applied on the single crystal silicon 61. However, in the method of manufacturing a semiconductor substrate according to the present invention, the method for selecting the position to be ion-implanted is not limited to the method in which the photoresist film 62 applied on the single crystal silicon 61 is removed only at a desired location. .

図7(a)〜(d)は本発明の半導体基板を形成するための製造方法の他の実施例を示す工程断面図である。   7A to 7D are process cross-sectional views showing another embodiment of the manufacturing method for forming the semiconductor substrate of the present invention.

図7(a)において、71は単結晶シリコン、72は単結晶シリコン71を数千Å〜数μmの厚みに熱酸化したことにより得られたシリコン酸化膜、73はシリコン酸化膜72の上に塗布したフォトレジスト膜を示す。   In FIG. 7A, 71 is single crystal silicon, 72 is a silicon oxide film obtained by thermally oxidizing the single crystal silicon 71 to a thickness of several thousand to several μm, and 73 is on the silicon oxide film 72. The applied photoresist film is shown.

図7(b)において、フォトリソ工程により、酸素を単結晶シリコン61の中にイオン注入すべき箇所のフォトレジストとシリコン酸化膜を除去する。74と75は、フォトリソ工程によって残ったフォトレジストとシリコン酸化膜をそれぞれ示している。   In FIG. 7B, the photoresist and the silicon oxide film at the location where oxygen is ion-implanted into the single crystal silicon 61 are removed by a photolithography process. Reference numerals 74 and 75 respectively denote a photoresist and a silicon oxide film left by the photolithography process.

図7(c)において、76は単結晶シリコン中にイオン注入される酸素イオンを示す。酸素イオンをイオン注入する時の加速エネルギーは、SOI層下に形成されるシリコン酸化膜をSOI層表面からどの位の深さに形成するかによって決まる。イオン注入時の酸素イオンの量は、約1×1018cm-2程度である。 In FIG.7 (c), 76 shows the oxygen ion ion-implanted in a single crystal silicon. The acceleration energy when oxygen ions are implanted depends on how deep the silicon oxide film formed under the SOI layer is formed from the surface of the SOI layer. The amount of oxygen ions at the time of ion implantation is about 1 × 10 18 cm −2 .

図7(d)において、酸素イオンのイオン注入後、フォトレジスト膜74とシリコン酸化膜75は除去されることにより、表面全体が平坦な単結晶シリコン層となる。この後、900℃以上の熱工程を加えると、単結晶シリコンとイオン注入された酸素原子が反応し、良好なシリコン酸化膜77が形成される。しかも、シリコン酸化膜77の上には良好な薄い単結晶シリコン層78即ちSOI層が形成されることになる。   In FIG. 7D, after the ion implantation of oxygen ions, the photoresist film 74 and the silicon oxide film 75 are removed, so that the entire surface becomes a single crystal silicon layer. Thereafter, when a thermal process of 900 ° C. or higher is applied, single crystal silicon and ion-implanted oxygen atoms react to form a good silicon oxide film 77. In addition, a good thin single crystal silicon layer 78, that is, an SOI layer is formed on the silicon oxide film 77.

図7では、酸素イオンを注入する時の注入窓の形成には、シリコン酸化膜72とフォトレジスト膜73を使用したが、シリコン酸化膜72の変わりに他の絶縁膜例えば堆積されたシリコン窒化膜等を使用し、その上にフォトレジスト膜73を使用しても一向にさしつかえない。   In FIG. 7, the silicon oxide film 72 and the photoresist film 73 are used to form the implantation window when oxygen ions are implanted. However, instead of the silicon oxide film 72, another insulating film such as a deposited silicon nitride film is used. Etc., and even if the photoresist film 73 is used thereon, it is possible to use it in one direction.

又、図6と図7の実施例で、SOI層の下の絶縁膜としてシリコン酸化膜を用いたが、他の絶縁膜例えばシリコン窒化膜を用いても良い。即ち、図6と図7の本発明の実施例では、酸素イオンをイオン注入したが、窒素イオンをイオン注入し、その後、アニールすることにより、シリコン表面からある所望の深さに、シリコン窒化膜を形成しても良い。   6 and 7, the silicon oxide film is used as the insulating film under the SOI layer. However, other insulating films such as a silicon nitride film may be used. That is, in the embodiment of the present invention shown in FIGS. 6 and 7, oxygen ions are implanted, but nitrogen ions are implanted and then annealed to bring the silicon nitride film to a desired depth from the silicon surface. May be formed.

図8(a)〜(d)、図9(e)〜(g)及び図10(h)〜(j)の工程断面図を用いて、本発明の半導体基板を形成するための製造方法の他の実施例を説明する。   8A to 8D, 9E to 9G, and 10H to 10J, the manufacturing method for forming the semiconductor substrate of the present invention is described. Another embodiment will be described.

図8(a)において、81は単結晶シリコン、82は単結晶シリコン81を数百Åの厚みに熱酸化したことにより得られたシリコン酸化膜、83は堆積された厚みが1000〜2000Åのシリコン窒化膜、84はシリコン窒化膜83の上に塗布したフォトレジスト膜を示す。   In FIG. 8A, 81 is single crystal silicon, 82 is a silicon oxide film obtained by thermally oxidizing the single crystal silicon 81 to a thickness of several hundreds of inches, 83 is silicon having a deposited thickness of 1000 to 2000 mm. A nitride film 84 is a photoresist film coated on the silicon nitride film 83.

図8(b)において、フォトリソ工程により、フォトレジストの所望の位置に窓85を開ける。   In FIG. 8B, a window 85 is opened at a desired position of the photoresist by a photolithography process.

図8(c)において、フォトレジスト膜の窓を開けた箇所のシリコン窒化膜83を除去する。   In FIG. 8C, the silicon nitride film 83 at the portion where the window of the photoresist film is opened is removed.

図8(d)において、シリコン窒化膜の上に残っているフォトレジスト膜を除去し、熱酸化することにより、厚み数千Å〜数μmのシリコン酸化膜86を形成する。   In FIG. 8D, the photoresist film remaining on the silicon nitride film is removed and thermally oxidized to form a silicon oxide film 86 having a thickness of several thousand to several μm.

図9(e)において、残っていたシリコン窒化膜を除去する。   In FIG. 9E, the remaining silicon nitride film is removed.

図9(f)において、シリコン酸化膜82と86の上全面にフォトレジスト膜87を堆積する。   In FIG. 9F, a photoresist film 87 is deposited on the entire upper surface of the silicon oxide films 82 and 86.

図9(g)において、薄いシリコン酸化膜82と堆積されたフォトレジスト膜87の全てと厚いシリコン酸化膜86の一部をドライエッチング等にとりエッチングする。その結果、その表面が単結晶シリコンの表面と同一面になるシリコン酸化膜88が新たに単結晶シリコン基板内の所望の複数の位置に形成される。   In FIG. 9G, all of the thin silicon oxide film 82 and the deposited photoresist film 87 and a part of the thick silicon oxide film 86 are etched by dry etching or the like. As a result, silicon oxide films 88 whose surfaces are flush with the surface of the single crystal silicon are newly formed at a plurality of desired positions in the single crystal silicon substrate.

ここで、図8(a)〜図9(g)の工程において用いた単結晶シリコン基板をA基板とする。   Here, the single crystal silicon substrate used in the steps of FIG. 8A to FIG.

図10(h)において、新たな単結晶シリコン基板89(B基板とする)を用意する。   In FIG. 10H, a new single crystal silicon substrate 89 (referred to as a B substrate) is prepared.

図10(i)において、1100〜1200℃の高温酸素雰囲気中でA基板とB基板をシリコン酸化膜88を内側にして張り合わせる。A基板とB基板の周囲にシリコン酸化膜810が形成される。   In FIG. 10I, the A substrate and the B substrate are bonded together with the silicon oxide film 88 inside in a high-temperature oxygen atmosphere at 1100 to 1200.degree. A silicon oxide film 810 is formed around the A substrate and the B substrate.

図10(j)において、シリコン酸化膜88の上に残す単結晶シリコンを所望の厚みだけ残すように、A基板側の単結晶シリコンを研磨及びポリシングする。その結果、シリコン酸化膜88が単結晶シリコン中に埋め込まれた図1(b)に示すような本発明の単結晶シリコン基板ができあがる。単結晶シリコン基板の周囲のシリコン酸化膜810は除去しても、しなくても良い。   In FIG. 10J, the single crystal silicon on the A substrate side is polished and polished so that the single crystal silicon left on the silicon oxide film 88 is left in a desired thickness. As a result, the single crystal silicon substrate of the present invention as shown in FIG. 1B in which the silicon oxide film 88 is embedded in the single crystal silicon is completed. The silicon oxide film 810 around the single crystal silicon substrate may or may not be removed.

図8(a)〜図10(j)の工程断面図に示す本発明の半導体基板の製造方法は2枚の単結晶シリコン基板を張り合わせるいわゆる張り合わせ法と呼ばれる方法を用いたものである。   The semiconductor substrate manufacturing method of the present invention shown in the process cross-sectional views of FIGS. 8A to 10J uses a so-called bonding method in which two single crystal silicon substrates are bonded to each other.

図8(a)〜図10(j)に示す本発明の実施例は、一つの代表的な例であって、必ずしもこのとおりでなくとも良い。   The embodiment of the present invention shown in FIG. 8A to FIG. 10J is one representative example, and this is not necessarily the case.

即ち、図8(a)においてシリコン酸化膜82は必ずしも必要ではない。   That is, in FIG. 8A, the silicon oxide film 82 is not always necessary.

又図9(f)においては、単結晶シリコン基板81の全面にフォトレジスト87を塗布しているが、この塗布するものは必ずしもフォトレジストに限らず、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、塗布して400℃程度の温度で熱処理して形成したシリコン酸化膜(通称、SOG:SPIN ON GLASS)、あるいはポリイミド等の絶縁膜であっても構わない。何らかの絶縁膜を塗布して、その絶縁膜表面を平坦にし、しかもシリコン酸化膜86とほぼ等しいエッチング速度が得られるエッチング条件を得ることにより、この後に続くエッチングにより、単結晶シリコン基板の表面を図9(g)に示すように平坦に形成することができる。   In FIG. 9 (f), a photoresist 87 is applied to the entire surface of the single crystal silicon substrate 81. However, the applied material is not necessarily limited to the photoresist, and a silicon oxide film, a silicon nitride film, and the like are applied. A silicon oxide film (commonly known as SOG: SPIN ON GLASS) formed by heat treatment at a temperature of about 400 ° C. or an insulating film such as polyimide may be used. By applying some kind of insulating film, the surface of the insulating film is flattened, and an etching condition that can obtain an etching rate almost equal to that of the silicon oxide film 86 is obtained. It can be formed flat as shown in 9 (g).

図11(a)〜(d)、図12(e)〜(g)及び図13(h)〜(i)の工程断面図を用いて、本発明の半導体基板を形成するための製造方法の他の実施例を説明する。   11A to 11D, FIGS. 12E to 12G, and FIGS. 13H to 13I, cross-sectional views of the manufacturing method for forming the semiconductor substrate of the present invention. Another embodiment will be described.

図11(a)において、1101は単結晶シリコン基板、1102は単結晶シリコン基板1101の上に塗布したフォトレジスト膜を示す。   In FIG. 11A, reference numeral 1101 denotes a single crystal silicon substrate, and 1102 denotes a photoresist film coated on the single crystal silicon substrate 1101.

図11(b)において、フォトリソ工程により、フォトレジストの所望の位置に窓1103を開ける。この窓1103の下に、最終工程において、シリコン酸化膜が埋め込まれる。1104はフォトリソ工程により残ったフォトレジストである。   In FIG. 11B, a window 1103 is opened at a desired position of the photoresist by a photolithography process. A silicon oxide film is buried under the window 1103 in the final process. Reference numeral 1104 denotes a photoresist left after the photolithography process.

図11(c)において、フォトレジスト膜の窓を開けた箇所の単結晶シリコンを所望の深さだけドライエッチング等によりエッチングする。1105は単結晶シリコンエッチングされた凹部である。残っていたフォトレジスト1104は除去される。   In FIG. 11C, the single crystal silicon in the portion where the window of the photoresist film is opened is etched to a desired depth by dry etching or the like. Reference numeral 1105 denotes a concave portion etched by single crystal silicon. The remaining photoresist 1104 is removed.

図11(d)において、熱酸化することにより、厚み数千Å〜数μmのシリコン酸化膜1106を形成する。   In FIG. 11D, a silicon oxide film 1106 having a thickness of several thousand to several μm is formed by thermal oxidation.

図12(e)において、シリコン酸化膜1106の上全面にフォトレジスト膜1107を塗布する。   In FIG. 12E, a photoresist film 1107 is applied to the entire upper surface of the silicon oxide film 1106.

図12(f)において、図11(c)において所望の深さだけエッチングされた箇所の単結晶シリコンの底面1108の上のシリコン酸化膜が現れるまで、フォトレジスト膜1107をドライエッチング等により全面エッチング(通常エッチバックと呼ばれる)する。その結果、単結晶シリコン基板1101の表面の所望の位置の複数箇所にシリコン酸化膜1109が形成される。   In FIG. 12F, the entire surface of the photoresist film 1107 is etched by dry etching or the like until a silicon oxide film on the bottom surface 1108 of the single crystal silicon appears at a position etched by a desired depth in FIG. (Usually called etchback). As a result, silicon oxide films 1109 are formed at a plurality of desired positions on the surface of the single crystal silicon substrate 1101.

ここで、図11(a)〜図12(f)の工程において用いた単結晶シリコン基板をA基板とする。   Here, the single crystal silicon substrate used in the steps of FIG. 11A to FIG.

図12(g)において、新たな単結晶シリコン基板(B基板とする)1110を用意する。   In FIG. 12G, a new single crystal silicon substrate (referred to as a B substrate) 1110 is prepared.

図13(h)において、1100〜1200℃の高温酸素雰囲気中でシリコン酸化膜1109を内側にして、A基板とB基板を張り合わせる。A基板とB基板の周囲にシリコン酸化膜1111が形成される。   In FIG. 13H, the A substrate and the B substrate are bonded together with the silicon oxide film 1109 inside in a high temperature oxygen atmosphere of 1100 to 1200 ° C. A silicon oxide film 1111 is formed around the A substrate and the B substrate.

図13(i)において、シリコン酸化膜1109の上に残す単結晶シリコンを所望の厚みだけ残すように、A基板側の単結晶シリコンを研磨及びポリシングする。その結果、シリコン酸化膜1109が単結晶シリコン基板1112中に埋め込まれ、かつシリコン酸化膜1109の上に薄い単結晶シリコン層1113がシリコン基板中の所望の複数箇所に形成されている図1(b)に示すような本発明の単結晶シリコン基板ができあがる。単結晶シリコン基板1112の周囲に形成されたシリコン酸化膜1111は除去しても、しなくても良い。   In FIG. 13I, the single crystal silicon on the A substrate side is polished and polished so that the single crystal silicon left on the silicon oxide film 1109 is left in a desired thickness. As a result, the silicon oxide film 1109 is embedded in the single crystal silicon substrate 1112, and thin single crystal silicon layers 1113 are formed on the silicon oxide film 1109 at a plurality of desired locations in the silicon substrate. The single crystal silicon substrate of the present invention as shown in FIG. The silicon oxide film 1111 formed around the single crystal silicon substrate 1112 may or may not be removed.

図11(a)〜図12(i)の工程断面図に示す本発明の半導体基板の製造方法は2枚の単結晶シリコン基板を張り合わせるいわゆる張り合わせ法と呼ばれる方法を用いたものである。   The semiconductor substrate manufacturing method of the present invention shown in the process cross-sectional views of FIGS. 11A to 12I uses a so-called bonding method in which two single crystal silicon substrates are bonded to each other.

図11(a)〜図12(i)に示す本発明の実施例は、一つの代表的な例であって、必ずしもこのとおりでなくとも良い。   The embodiment of the present invention shown in FIG. 11A to FIG. 12I is one representative example, and this is not necessarily the case.

即ち、図11(d)において、単結晶シリコン基板を熱酸化することにより形成されたシリコン酸化膜1106は必ずしもシリコン酸化膜である必要はない。このシリコン酸化膜の変わりに、シリコン窒化膜を堆積しても良い。この場合、図13(i)における1109はシリコン窒化膜になる。   That is, in FIG. 11D, the silicon oxide film 1106 formed by thermally oxidizing the single crystal silicon substrate is not necessarily a silicon oxide film. A silicon nitride film may be deposited instead of the silicon oxide film. In this case, 1109 in FIG. 13I is a silicon nitride film.

又、図12(e)においては、単結晶シリコン基板1101の全面にフォトレジスト膜1107を堆積しているが、1107は必ずしもフォトレジスト膜に限らず、化学気相成長させたシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、塗布して400℃程度の温度で熱処理して形成したシリコン酸化膜(通称、SOG:SPIN ON GLASS)、あるいはポリイミド等の絶縁膜であっても良い。何らかの絶縁膜をシリコン基板の表面に形成して、その絶縁膜表面を平坦にし、しかもシリコン酸化膜1106とほぼ等しいエッチング速度が得られるエッチング条件を得ることにより、この後に続くエッチングにより、単結晶シリコン基板の表面を図12(f)に示すように平坦に形成することができる。   In FIG. 12E, a photoresist film 1107 is deposited on the entire surface of the single crystal silicon substrate 1101. However, 1107 is not necessarily limited to the photoresist film. It may be a nitride film, a silicon oxide film formed by applying and heat-treating at a temperature of about 400 ° C. (commonly known as SOG: SPIN ON GLASS), or an insulating film such as polyimide. By forming an insulating film on the surface of the silicon substrate, flattening the surface of the insulating film, and obtaining an etching condition capable of obtaining an etching rate substantially equal to that of the silicon oxide film 1106, the subsequent etching can be performed to obtain single crystal silicon. The surface of the substrate can be formed flat as shown in FIG.

(a)は本発明の半導体基板の平面図、(b)は本発明の半導体基板の断面図である。(A) is a top view of the semiconductor substrate of this invention, (b) is sectional drawing of the semiconductor substrate of this invention. SOIウエハの構造断面図である。It is a structure sectional view of an SOI wafer. 本発明の半導体基板を利用して形成した半導体装置の構造断面図である。It is a structure sectional view of a semiconductor device formed using a semiconductor substrate of the present invention. N型MISトランジスタの構造断面図である。It is a structure sectional view of an N type MIS transistor. 本発明の半導体基板を利用して形成した半導体装置の構造断面図である。It is a structure sectional view of a semiconductor device formed using a semiconductor substrate of the present invention. (a)〜(d)は本発明の半導体基板の製造方法を示す工程順断面図である。(A)-(d) is process order sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor substrate of this invention. (a)〜(d)は本発明の半導体基板の製造方法を示す工程順断面図である。(A)-(d) is process order sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor substrate of this invention. (a)〜(d)は本発明の半導体基板の製造方法を示す工程順断面図である。(A)-(d) is process order sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor substrate of this invention. (e)〜(g)は本発明の半導体基板の製造方法を示す工程順断面図である。(E)-(g) is process order sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor substrate of this invention. (h)〜(j)は本発明の半導体基板の製造方法を示す工程順断面図である。(H)-(j) is process order sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor substrate of this invention. (a)〜(d)は本発明の半導体基板の製造方法を示す工程順断面図である。(A)-(d) is process order sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor substrate of this invention. (e)〜(g)は本発明の半導体基板の製造方法を示す工程順断面図である。(E)-(g) is process order sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor substrate of this invention. (h)〜(i)は本発明の半導体基板の製造方法を示す工程順断面図である。(H)-(i) is process order sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor substrate of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

11、31、61、81 単結晶シリコン基板
22 シリコン酸化膜BOX
12、32、65、88 埋め込み絶縁膜
64、76 酸素イオン
87、1107 フォトレジスト
13、33、66、1113 絶縁膜上の薄い単結晶シリコン層
11, 31, 61, 81 Monocrystalline silicon substrate 22 Silicon oxide film BOX
12, 32, 65, 88 Buried insulating film 64, 76 Oxygen ion 87, 1107 Photoresist 13, 33, 66, 1113 Thin single crystal silicon layer on insulating film

Claims (4)

単結晶シリコンの半導体基板と、
前記半導体基板の局所的な領域に、前記半導体基板の表面及び裏面から離れて、概ね同一面上に配置された平坦な下面および対向する上面とを有し、前記下面および前記上面とで前記単結晶シリコンの半導体基板に接しているシリコン酸化膜と、
前記シリコン酸化膜上の前記半導体基板の第1の表面に形成された動作の高速性が要求されるMISトランジスタで構成される第1の回路と、
前記シリコン酸化膜が埋め込まれていない前記半導体基板の第2の表面に形成されたMISトランジスタで構成される第2の回路とからなり、前記第1の表面の下の半導体基板の厚さは数百Åから数μmであるとともに、前記第1の表面領域に形成された前記第1の回路で発生した熱は、前記シリコン酸化膜の端部まで伝わった後、前記シリコン酸化膜が形成されていない領域の半導体基板中に放散されることを特徴とする集積回路。
A single crystal silicon semiconductor substrate;
The local region of the semiconductor substrate has a flat lower surface and an upper surface facing each other, which are disposed on the same surface and separated from the front surface and the back surface of the semiconductor substrate. A silicon oxide film in contact with a crystalline silicon semiconductor substrate;
A first circuit composed of a MIS transistor which is formed on the first surface of the semiconductor substrate on the silicon oxide film and requires high speed operation;
A second circuit composed of a MIS transistor formed on the second surface of the semiconductor substrate not embedded with the silicon oxide film, and the thickness of the semiconductor substrate below the first surface is several The heat generated in the first circuit formed in the first surface region is transferred to the end of the silicon oxide film, and then the silicon oxide film is formed. An integrated circuit characterized in that it is dissipated in a semiconductor substrate in a non-region.
平面的に局所的な領域に、且つ表面および裏面から離れて埋め込まれたシリコン酸化膜が形成された半導体基板と、
前記シリコン酸化膜上の前記半導体基板の第1の表面に形成された、前記シリコン酸化膜に達する空乏層をドレインの下に有するMISトランジスタで構成される第1の回路と、
前記シリコン酸化膜が埋め込まれていない前記半導体基板の第2の表面に形成されたMISトランジスタで構成される第2の回路とからなり、前記第1の表面領域に形成された前記第1の回路で発生した熱は、前記シリコン酸化膜の端部まで伝わった後、前記シリコン酸化膜が形成されていない領域の半導体基板中に放散されることを特徴とする集積回路。
A semiconductor substrate formed with a silicon oxide film embedded in a planar local region and away from the front surface and the back surface;
A first circuit comprising a MIS transistor formed on a first surface of the semiconductor substrate on the silicon oxide film and having a depletion layer under the drain reaching the silicon oxide film;
The first circuit formed in the first surface region, the second circuit including a MIS transistor formed on the second surface of the semiconductor substrate not embedded with the silicon oxide film. The integrated circuit is characterized in that the heat generated in the step is transferred to an end portion of the silicon oxide film and then dissipated into a semiconductor substrate in a region where the silicon oxide film is not formed.
単結晶シリコンの半導体基板と、
前記半導体基板の局所的な領域に、前記半導体基板の表面及び裏面から離れて、概ね同一面上に配置された平坦な下面および対向する上面とを有し、前記下面および前記上面とで前記単結晶シリコンの半導体基板に接しているシリコン酸化膜と、
前記シリコン酸化膜上の前記半導体基板の第1の表面に形成された、前記シリコン酸化膜に達する空乏層をドレインの下に有するMISトランジスタで構成される第1の回路と、
前記シリコン酸化膜が埋め込まれていない前記半導体基板の第2の表面に形成されたMISトランジスタで構成される第2の回路とからなり、前記第1の表面領域に形成された前記第1の回路で発生した熱は、前記シリコン酸化膜の端部まで伝わった後、前記シリコン酸化膜が形成されていない領域の半導体基板中に放散されることを特徴とする集積回路。
A single crystal silicon semiconductor substrate;
The local region of the semiconductor substrate has a flat lower surface and an upper surface facing each other, which are disposed on the same surface and separated from the front surface and the back surface of the semiconductor substrate. A silicon oxide film in contact with a crystalline silicon semiconductor substrate;
A first circuit comprising a MIS transistor formed on a first surface of the semiconductor substrate on the silicon oxide film and having a depletion layer under the drain reaching the silicon oxide film;
The first circuit formed in the first surface region, the second circuit including a MIS transistor formed on the second surface of the semiconductor substrate not embedded with the silicon oxide film. The integrated circuit is characterized in that the heat generated in the step is transferred to an end portion of the silicon oxide film and then dissipated into a semiconductor substrate in a region where the silicon oxide film is not formed.
前記シリコン酸化膜と前記半導体基板の裏面との間の半導体基板に、前記シリコン酸化膜の前記下面が露出するための除去部が形成されている請求項1あるいは2に記載の集積回路。   The integrated circuit according to claim 1, wherein a removal portion for exposing the lower surface of the silicon oxide film is formed in a semiconductor substrate between the silicon oxide film and a back surface of the semiconductor substrate.
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