JP2861120B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JP2861120B2
JP2861120B2 JP1265453A JP26545389A JP2861120B2 JP 2861120 B2 JP2861120 B2 JP 2861120B2 JP 1265453 A JP1265453 A JP 1265453A JP 26545389 A JP26545389 A JP 26545389A JP 2861120 B2 JP2861120 B2 JP 2861120B2
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crystal semiconductor
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、半導体装置及びその製造方法に関するも
のである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same.

[従来技術及び課題] 従来、絶縁体上に形成されたSOI(Silicon on Insula
tor)デバイスはシリコン基板に形成されたデバイス、
例えば、パワーMOSトランジスタ等を一体化した場合、
基板がドレインとなり動作時のドレイン電圧の変動によ
りSOIに作成したデバイスが不安定になることがあっ
た。又、高集積デバイスを作成する場合、表面の凹凸を
できるだけ少なくする必要があり表面の平坦化は欠かせ
ないものである。
[Prior art and problems] Conventionally, SOI (Silicon on Insula) formed on an insulator
tor) device is a device formed on a silicon substrate,
For example, when a power MOS transistor is integrated,
In some cases, the device formed in the SOI became unstable due to the fluctuation of the drain voltage during operation due to the substrate serving as the drain. Further, when fabricating a highly integrated device, it is necessary to reduce surface irregularities as much as possible, and it is essential to make the surface flat.

この発明の目的は、素子の外部からの影響を受けにく
く、かつ、その表面が平滑化された半導体装置の製造方
法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device in which an element is hardly affected by external elements and has a smooth surface.

[課題を解決するための手段] 請求項1の発明は、第1の単結晶半導体基板の一主面
の素子形成予定領域に近接して溝を形成する第1工程
と、前記素子形成予定領域上及び前記溝の底部に亘って
配置される導電性薄膜を前記第1の単結晶半導体基板の
前記一主面上に形成する第2工程と、前記溝形成により
構成された前記第1の単結晶半導体基板の前記一主面上
の凹凸を改善し、その平坦性を改善する第3工程と、前
記平坦性が改善された前記第1の単結晶半導体基板の前
記一主面と、平坦度が確保された第2の単結晶半導体基
板の一主面とを、前記導電性薄膜を挟み込むようにして
接合し、接合基板となす第4工程と、前記第1の単結晶
半導体基板の他主面より前記接合基板を薄肉化する工程
と、前記薄肉化された前記素子形成領域における単結晶
半導体領域に半導体素子を形成する第5工程と、前記第
1の単結晶半導体基板の前記他主面より前記溝の底部に
相当する位置において前記導電性薄膜と電気的接触をと
る第6工程とを備えてなる半導体装置の製造方法を要旨
とする。
[Means for Solving the Problems] The invention according to claim 1, wherein a first step of forming a groove near an element formation region on one main surface of a first single crystal semiconductor substrate, and the element formation region A second step of forming a conductive thin film disposed on the one main surface of the first single crystal semiconductor substrate over the bottom of the groove and the first single crystal formed by forming the groove; A third step of improving irregularities on the one main surface of the crystalline semiconductor substrate to improve its flatness, and the one main surface of the first single crystal semiconductor substrate having the improved flatness, and a flatness. A fourth main step of joining the one main surface of the second single-crystal semiconductor substrate, which has been secured, so as to sandwich the conductive thin film to form a bonded substrate; Reducing the thickness of the bonding substrate from the surface; A fifth step of forming a semiconductor element in the single-crystal semiconductor region, and a step of making electrical contact with the conductive thin film at a position corresponding to the bottom of the groove from the other main surface of the first single-crystal semiconductor substrate. The gist is a method for manufacturing a semiconductor device including six steps.

請求項2の発明は、請求項1において、前記第1工程
における前記溝は前記素子形成予定領域の周囲を囲むよ
うにして形成されることを要旨とする。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the groove in the first step is formed so as to surround a periphery of the element formation planned region.

請求項3の発明は、請求項1又は請求項2において、
前記導電性薄膜は高濃度に不純物ドープされた多結晶半
導体薄膜であることを要旨とする。
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect,
The gist is that the conductive thin film is a polycrystalline semiconductor thin film doped with impurities at a high concentration.

請求項4の発明は、請求項1乃至請求項3のうちいず
れかにおいて、前記第3工程は、前記導電性薄膜を介し
て前記第1の単結晶半導体基板の前記一主面上に平坦化
膜を堆積し、その表面の平坦化を行なう工程であること
を要旨とするものである。
According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect, the third step includes flattening the one main surface of the first single crystal semiconductor substrate via the conductive thin film. The gist of the invention is to deposit a film and flatten the surface.

請求項5の発明は、請求項1乃至請求項4のうちいず
れかにおいて、前記第2工程は、前記素子形成予定領域
上及び前記溝の底部に亘って絶縁膜を形成した後に、当
該絶縁膜を介して前記導電性薄膜を配置する工程である
ことを要旨とするものである。
According to a fifth aspect of the present invention, in the method of any one of the first to fourth aspects, the second step includes forming an insulating film over the element formation planned region and a bottom of the groove. And the step of arranging the conductive thin film through the method.

[作用] 請求項1の発明は、第1工程により、第1の単結晶半
導体基板の一主面の素子形成予定領域に近接して溝が形
成され、第2工程により、前記素子形成予定領域上及び
前記溝の底部に亘って配置される導電性薄膜が前記第1
の単結晶半導体基板の前記一主面上に形成される。又、
第3工程により、前記溝形成により構成された前記第1
の単結晶半導体基板の前記一主面上の凹凸が改善され、
その平坦性を改善される。そして、第4工程により、前
記平坦性が改善された前記第1の単結晶半導体基板の前
記一主面と、平坦度が確保された第2の単結晶半導体基
板の一主面とが、前記導電性薄膜を挟み込むようにして
接合され、接合基板とされる。その後の工程では、前記
第1の単結晶半導体基板の他主面より前記接合基板が薄
肉化され、第5工程により、前記薄肉化された前記素子
形成予定領域における単結晶半導体領域に半導体素子が
形成される。第6工程では、前記第1の単結晶半導体基
板の前記他主面より前記溝の底部に相当する位置におい
て前記導電性薄膜と電気的接触がとれる。
[Operation] According to the invention of claim 1, in the first step, a groove is formed close to an element formation region on one main surface of the first single crystal semiconductor substrate, and in the second step, the element formation region is formed. The conductive thin film disposed on the top and the bottom of the groove is the first thin film.
Formed on the one main surface of the single crystal semiconductor substrate. or,
In the third step, the first step formed by forming the groove is formed.
The unevenness on the one main surface of the single crystal semiconductor substrate is improved,
Its flatness is improved. In the fourth step, the one main surface of the first single crystal semiconductor substrate having the improved flatness and the one main surface of the second single crystal semiconductor substrate having the ensured flatness are It is joined so as to sandwich the conductive thin film to form a joined substrate. In the subsequent step, the thickness of the bonding substrate is reduced from the other main surface of the first single crystal semiconductor substrate, and the fifth step allows a semiconductor element to be formed in the thinned single crystal semiconductor region in the element formation planned region. It is formed. In the sixth step, electrical contact can be made with the conductive thin film at a position corresponding to the bottom of the groove from the other main surface of the first single crystal semiconductor substrate.

請求項2の発明は、請求項1において、第1工程にお
ける前記溝が前記素子形成予定領域の周囲を囲むように
して形成されることにより、請求項1の作用を実現す
る。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the effect of the first aspect is realized by forming the groove in the first step so as to surround the periphery of the element formation planned region.

請求項3の発明は、請求項1又は請求項2において、
前記導電性薄膜を高濃度に不純物ドープされた多結晶半
導体薄膜とすることにより、請求項1又は請求項2の作
用を実現する。
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect,
The function of claim 1 or 2 is realized by making the conductive thin film a polycrystalline semiconductor thin film doped with impurities at a high concentration.

請求項4の発明は、請求項1乃至請求項3のうちいず
れかにおいて、第3工程を、前記導電性薄膜を介して前
記第1の単結晶半導体基板の前記一主面上に平坦化膜を
堆積し、その表面の平坦化を行なう工程とすることによ
り、請求項1乃至請求項3のうちいずれかの作用を実現
する。
According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the third step is a step of forming a flattening film on the one main surface of the first single crystal semiconductor substrate via the conductive thin film. Is deposited and the surface thereof is planarized, thereby realizing the operation of any one of claims 1 to 3.

請求項5の発明は、請求項1乃至請求項4のうちいず
れかにおいて、第2工程を、前記素子形成予定領域上及
び前記溝の底部に亘って絶縁膜を形成した後に、当該絶
縁膜を介して前記導電性薄膜を配置する工程とすること
により、請求項1乃至請求項4のうちいずれかの作用を
実現する。
According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, after the insulating film is formed over the element formation planned region and the bottom of the groove in the second step, the insulating film is formed. The operation of any one of claims 1 to 4 is realized by providing the step of arranging the conductive thin film through the intermediary.

[第1実施例] 以下、本発明を具体化した一実施例を図面に従って説
明する。
First Embodiment Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図に示すように、第1の単結晶半導体基板として
のシリコン基板1の主表面に、例えばアルカリエッチン
グにより、深さが0.5〜数μmの凹部2を形成する。こ
のシリコン基板1としては、1〜10Ω・cmのN型(10
0)のシリコン基板が使用される。さらに、その凹部2
内のシリコン基板1にドライエッチング等により溝とし
ての所定の深さの溝部3を環状に形成する。そして、熱
酸化等により溝部3を含むシリコン基板1の全面に絶縁
層としてのシリコン酸化膜4を形成する。引続き、溝部
3が埋まるようにリン、又はヒ素を高濃度にドープした
導電性薄膜として、かつ電気シールド層として機能する
ドープポリシリコン膜5をシリコン基板1の全面に形成
する。
As shown in FIG. 1, a recess 2 having a depth of 0.5 to several μm is formed on a main surface of a silicon substrate 1 as a first single crystal semiconductor substrate by, for example, alkali etching. As this silicon substrate 1, an N-type (10 to 10Ω · cm)
0) The silicon substrate is used. Further, the recess 2
A groove 3 having a predetermined depth as a groove is formed in a silicon substrate 1 in a ring shape by dry etching or the like. Then, a silicon oxide film 4 as an insulating layer is formed on the entire surface of the silicon substrate 1 including the groove 3 by thermal oxidation or the like. Subsequently, a doped polysilicon film 5 serving as a conductive thin film doped with phosphorus or arsenic at a high concentration and functioning as an electric shield layer is formed on the entire surface of the silicon substrate 1 so as to fill the trench 3.

次に、第2図に示すように、凹部2内と溝部3内のド
ープシリコン膜5を残して他の部分のドープポリシリコ
ン膜5を除去する。そして、シリコン基板1の主表面を
CVDによる絶縁層としてのシリコン酸化膜6で凹部2が
埋まるように覆い、800〜1200℃のデンシファイを行な
う。引続き、第3図に示すように、鏡面研磨により凹部
2の外周部のシリコン基板1が露出するまでシリコン基
板1の表面の平滑化を行なう。
Next, as shown in FIG. 2, the doped polysilicon film 5 in other portions is removed except for the doped silicon film 5 in the concave portion 2 and the groove portion 3. Then, the main surface of the silicon substrate 1 is
The recess 2 is covered with a silicon oxide film 6 as an insulating layer by CVD so as to be filled, and densification at 800 to 1200 ° C. is performed. Subsequently, as shown in FIG. 3, the surface of the silicon substrate 1 is smoothed by mirror polishing until the silicon substrate 1 on the outer periphery of the concave portion 2 is exposed.

次に、第4図に示すように、0.005〜0.02Ω・cmの第
2の単結晶半導体基板としてのN+型シリコン基板7にN-
エピタキシャル層8を形成し、さらに、エピタキシャル
層8の表面を所定量だけ鏡面研磨する。これは、エピタ
キシャル成長時に非常に僅かであるがゴミ、キズ等に起
因すると考えられる突起部が発生することがあり、次に
行なうウェハ直接接合においてボイド等の発生原因とな
るので、これを回避するためのものである。尚、エピタ
キシャル層8は予め研磨量に相当する厚さを余計に形成
しておく。そして、エピタキシャル層8の表面等にH2O2
+H2SO4水溶液等で親水性処理を行なった後、エピタキ
シャル層8とシリコン基板1の主表面とを直接接合す
る。即ち、窒素中で800〜1200℃で30分〜5時間の熱処
理を行ない両者を張合わせ、接合基板を得る。
Next, as shown in FIG. 4, an N + -type silicon substrate 7 as a second single crystal semiconductor substrate having a thickness of 0.005 to 0.02 Ω · cm is provided with N −.
The epitaxial layer 8 is formed, and the surface of the epitaxial layer 8 is mirror-polished by a predetermined amount. This is because, at the time of epitaxial growth, a very small amount of a projection, which is considered to be caused by dust, scratches, etc., may be generated, which causes voids, etc. in the next wafer direct bonding. belongs to. Note that the epitaxial layer 8 is previously formed with an extra thickness corresponding to the polishing amount. Then, H 2 O 2 is deposited on the surface of the epitaxial layer 8 or the like.
After performing hydrophilic treatment with + H 2 SO 4 aqueous solution or the like, the epitaxial layer 8 and the main surface of the silicon substrate 1 are directly joined. That is, heat treatment is performed in nitrogen at 800 to 1200 ° C. for 30 minutes to 5 hours, and the two are bonded to obtain a bonded substrate.

次に、第5図に示すように、シリコン基板1の裏面を
粗研磨(ラッピング)により10〜20μm程度を残して薄
くした後、機械化学研摩(選択ポリッシング)により溝
部3の底部のシリコン酸化膜4があらわれるまで鏡面研
磨する。このようにして、シリコン基板1の一部にシリ
コン酸化膜4,6(絶縁体)で分離された素子形成予定領
域が形成され、この素子形成予定領域にトランジスタの
ソース、ドレイン、ゲートがそれぞれ形成される。
Next, as shown in FIG. 5, the back surface of the silicon substrate 1 is thinned by rough polishing (lapping) to leave a thickness of about 10 to 20 μm, and then a silicon oxide film at the bottom of the groove 3 is formed by mechanical chemical polishing (selective polishing). Mirror polishing until 4 appears. In this manner, an element forming region separated by the silicon oxide films 4, 6 (insulator) is formed in a part of the silicon substrate 1, and a source, a drain, and a gate of the transistor are formed in the element forming region, respectively. Is done.

このようにして形成されるトランジスタを有する半導
体装置の一例を第6図に示す。この半導体装置はNチャ
ネルMOSトランジスタ9とNチャネルパワーMOSトランジ
スタ10を有している。この半導体装置の製造は次のよう
に行なわれる。
FIG. 6 shows an example of a semiconductor device having a transistor formed in this manner. This semiconductor device has an N-channel MOS transistor 9 and an N-channel power MOS transistor 10. The manufacture of this semiconductor device is performed as follows.

まず、NチャネルパワーMOSトランジスタ10のP+ガー
ドリング領域11とP+領域12、及びNチャネルMOSトラン
ジスタ9のPウェル領域13がボロンのイオン注入にて形
成される。そして、300〜800Åのゲート酸化膜14の形成
後に、リンをドープしたポリシリコンによりポリシリコ
ンゲート15が形成される。引続き、NチャネルパワーMO
Sトランジスタ10のP領域16とN+領域17が形成される。
一方、NチャネルMOSトランジスタ9はN+ソース領域1
8、N+ドレイン領域19が形成される。その後、層間膜2
0、ドープポリシリコン膜5の電極層21aを含む各電極層
21、NチャネルパワーMOSトランジスタ10の裏面電極
(ドレイン電極)22がそれぞれ形成される。そして、ド
ープポリシリコン膜5に電気的に接続された電極層21a
に所定の電圧が印加される。
First, the P + guard ring region 11 and the P + region 12 of the N-channel power MOS transistor 10 and the P-well region 13 of the N-channel MOS transistor 9 are formed by boron ion implantation. After the formation of the gate oxide film 14 of 300 to 800 °, a polysilicon gate 15 is formed of phosphorus-doped polysilicon. Next, N-channel power MO
The P region 16 and the N + region 17 of the S transistor 10 are formed.
On the other hand, N-channel MOS transistor 9 has N + source region 1
8, N + drain region 19 is formed. Then, interlayer film 2
0, each electrode layer including the electrode layer 21a of the doped polysilicon film 5
A back electrode (drain electrode) 22 of the N-channel power MOS transistor 10 is formed. The electrode layer 21a electrically connected to the doped polysilicon film 5
Is applied with a predetermined voltage.

このように本実施例においては、シリコン基板(第1
の単結晶半導体基板)1の主表面(一主面)の素子形成
予定領域に近接して溝部(溝)3を形成し(第1工
程)、素子形成予定領域上及び溝部(溝)3の底部に亘
って配置されるドープポリシリコン膜(導電性薄膜)5
をシリコン基板(第1の単結晶半導体基板)1の主表面
(一主面)上に形成し(第2工程)、溝形成により構成
されたシリコン基板(第1の単結晶半導体基板)1の主
表面(一主面)上の凹凸を鏡面研磨して、その平坦性を
改善し(第3工程)、前記平坦性が改善されたシリコン
基板(第1の単結晶半導体基板)1の主表面(一主面)
と、鏡面研磨により平坦度が確保されたシリコン基板
(第2の単結晶半導体基板)7のエピタキシャル層8の
表面(一主面)とを、ドープシリコン膜(導電性薄膜)
5を挟み込むようにして接合して、接合基板となし(第
4工程)、シリコン基板(第1の単結晶半導体基板)1
の裏面(他主面)より前記接合基板を薄肉化し、薄肉化
された素子形成予定領域における単結晶半導体領域にN
チャネルMOSトランジスタ(半導体素子)9を形成し
(第5工程)、シリコン基板(第1の単結晶半導体基
板)1の裏面(他主面)より溝部(溝)3の底部に相当
する位置においてドープポリシリコン膜(導電性薄膜)
5と電極層21aと電気的接触をとった(第6工程)。
Thus, in this embodiment, the silicon substrate (first
A groove (groove) 3 is formed in the main surface (one main surface) of the single crystal semiconductor substrate 1 near the element formation planned region (first step), and the groove (groove) 3 is formed on the element formation planned region and the groove (groove) 3. Doped polysilicon film (conductive thin film) 5 disposed over the bottom
Is formed on a main surface (one main surface) of a silicon substrate (first single crystal semiconductor substrate) 1 (second step), and a silicon substrate (first single crystal semiconductor substrate) 1 formed by forming a groove is formed. The unevenness on the main surface (one main surface) is mirror-polished to improve its flatness (third step), and the main surface of the silicon substrate (first single crystal semiconductor substrate) 1 having the improved flatness (One main face)
And the surface (one main surface) of the epitaxial layer 8 of the silicon substrate (second single-crystal semiconductor substrate) 7 whose flatness has been ensured by mirror polishing, to form a doped silicon film (conductive thin film).
5 so as to sandwich them, and form a bonded substrate (fourth step), a silicon substrate (first single crystal semiconductor substrate) 1
The bonding substrate is thinned from the back surface (other main surface) of the semiconductor device, and N is added to the single-crystal semiconductor region in the thinned region where the element is to be formed.
A channel MOS transistor (semiconductor element) 9 is formed (fifth step) and doped at a position corresponding to the bottom of the groove (groove) 3 from the back surface (other main surface) of the silicon substrate (first single crystal semiconductor substrate) 1. Polysilicon film (conductive thin film)
5 and the electrode layer 21a were in electrical contact (sixth step).

そして、このNチャネルMOSトランジスタ9において
は、シリコン基板7のエピタキシャル層8の上に配置さ
れ、その表面が平滑化されたシリコン基板(第1の単結
晶半導体基板)1と、シリコン基板1の一部をなす素子
形成予定領域と、この素子形成予定領域の底部を含むシ
リコン酸化膜4,6(絶縁膜)と、素子形成予定領域の底
部を含むこの素子形成予定領域の周囲を囲むドープポリ
シリコン膜(導電性薄膜)5とを有する。よって、その
表面が平滑化されたシリコン基板(第1の単結晶半導体
基板)1における素子形成予定領域の底部を含むこの領
域の周囲がシリコン酸化膜4,6(絶縁膜)とドープポリ
シリコン膜(導電性薄膜)5により囲まれ、外乱の影響
を受けにくく、電気的に安定なものとなる。つまり、N
チャネルMOSトランジスタ10のドレイン電圧の変動によ
りNチャネルMOSトランジスタ9が不安定になることが
未然に防止される。
In the N-channel MOS transistor 9, one of the silicon substrate (first single crystal semiconductor substrate) 1, which is disposed on the epitaxial layer 8 of the silicon substrate 7 and whose surface is smoothed, Area, a silicon oxide film 4, 6 (insulating film) including the bottom of the element formation area, and doped polysilicon surrounding the element formation area including the bottom of the element formation area. (Conductive thin film) 5. Therefore, the silicon oxide films 4, 6 (insulating film) and the doped polysilicon film around the region including the bottom of the device forming region in the silicon substrate (first single crystal semiconductor substrate) 1 whose surface is smoothed are formed. (Conductive thin film) 5, it is less susceptible to disturbance and is electrically stable. That is, N
The N-channel MOS transistor 9 is prevented from becoming unstable due to the fluctuation of the drain voltage of the channel MOS transistor 10.

さらに、このドープポリシリコン膜5に電圧を印加す
ることによりNチャネルパワーMOSトランジスタ10のド
レイン電圧の変動に対し、NチャネルMOSトランジスタ
9の基板部の電位をより安定化させることができる。
又、第3工程でのシリコン基板1の研磨によりシリコン
基板1が平滑化され、このシリコン基板1に高集積デバ
イスを作成する場合に表面を平坦化できる。
Further, by applying a voltage to the doped polysilicon film 5, the potential of the substrate portion of the N-channel MOS transistor 9 can be further stabilized against the fluctuation of the drain voltage of the N-channel power MOS transistor 10.
In addition, the polishing of the silicon substrate 1 in the third step smoothes the silicon substrate 1, and the surface can be flattened when a highly integrated device is formed on the silicon substrate 1.

さらに、本実施例ではウェハの直接接合により素子形
成予定領域となる半導体層(シリコン基板1)を形成し
たので、結晶性に優れるものとともに安価に製造でき
る。
Further, in this embodiment, since the semiconductor layer (silicon substrate 1) which is to be an element formation region is formed by direct bonding of the wafer, it can be manufactured with excellent crystallinity and at low cost.

尚、この実施例の応用例を説明すると、第7図に示す
ように、シリコン酸化膜4を形成した後に凹部2にシリ
コン酸化膜4を除去した領域23を形成してシリコン基板
1とドープポリシリコン膜5とを電気的に接続してもよ
い。即ち、第6図においてPチャネルMOSトランジスタ2
4に示すように、P+ソース領域25、P+ドレイン領域26を
形成するとともに、電極層21aからシリコン酸化膜4の
除去領域23を介してシリコン基板1に所定電圧を印加す
る。その結果、PチャネルMOSトランジスタ24の基板電
位をコントロールすることによりキンク現象、しきい値
電圧VTの変動、リーク電流等に対して安定化させること
ができる。
To explain an application example of this embodiment, as shown in FIG. 7, after the silicon oxide film 4 is formed, a region 23 where the silicon oxide film 4 is removed is formed in the concave portion 2 to form the silicon substrate 1 and the doped polycrystalline silicon. The silicon film 5 may be electrically connected. That is, the P-channel MOS transistor 2 in FIG.
As shown in FIG. 4, a P + source region 25 and a P + drain region 26 are formed, and a predetermined voltage is applied to the silicon substrate 1 from the electrode layer 21a through the removal region 23 of the silicon oxide film 4. As a result, by controlling the substrate potential of the P-channel MOS transistor 24, it is possible to stabilize against a kink phenomenon, a change in the threshold voltage VT, a leak current, and the like.

又、第8図に示すように、シリコン基板1における凹
部2内のシリコン酸化膜6とシリコン基板7のエピタキ
シャル層8との間に空間部27を形成してもよい。
In addition, as shown in FIG. 8, a space 27 may be formed between the silicon oxide film 6 in the concave portion 2 of the silicon substrate 1 and the epitaxial layer 8 of the silicon substrate 7.

さらに、第9図(トランジスタの平面図)に示すよう
に、ドープポリシリコン膜5を幅広く形成して確実に電
気的接続を行なってもよい。さらには、第10図に示すよ
うに、シリコン酸化膜4をシリコン基板1の全面に形成
した後、例えば凹部2内と溝部3内の一部のシリコン酸
化膜4をエッチングして取り除き、ヒ素(As)を高濃度
にドープしたドープポリシリコン膜5を形成し、第11図
に示すように、NPNバイポーラトランジスタ28を形成す
る。そして、Asドープポリシリコン膜5及びこの膜5か
ら熱拡散で形成されたN+拡散層29により、いわゆるN+
込み層及びディープN+層を形成し、コレクタ抵抗を低く
することにより高速で高性能のバイポーラトランジスタ
とすることができる。
Further, as shown in FIG. 9 (a plan view of the transistor), the doped polysilicon film 5 may be formed widely to ensure electrical connection. Further, as shown in FIG. 10, after the silicon oxide film 4 is formed on the entire surface of the silicon substrate 1, for example, a part of the silicon oxide film 4 in the concave portion 2 and the groove portion 3 is removed by etching to remove arsenic ( As), a doped polysilicon film 5 doped at a high concentration is formed, and an NPN bipolar transistor 28 is formed as shown in FIG. Then, a so-called N + buried layer and a deep N + layer are formed by the As-doped polysilicon film 5 and the N + diffusion layer 29 formed by thermal diffusion from the film 5, and the collector resistance is reduced to increase the speed and speed. A high performance bipolar transistor can be obtained.

又、上記実施例ではパワーMOSトランジスタとSOI部の
MOSトランジスタやバイポーラトランジスタ等を集積化
したが、SOI部のみを利用した高性能な半導体装置とし
てもよく、この場合、例えば、第12図に示すように、シ
リコン酸化膜6をシリコン基板1の表面全体に残すよう
に研磨し、その後ウェハの接合を行なう。尚、この接合
は軟化ガラス等を用いて接合したり、シリコン酸化膜6
の上にポリシリコン等を形成し研磨し平滑化した後に接
合してもよい。
In the above embodiment, the power MOS transistor and the SOI
Although a MOS transistor, a bipolar transistor and the like are integrated, a high-performance semiconductor device using only the SOI portion may be used. In this case, for example, as shown in FIG. Polishing is performed so as to leave the entire surface, and thereafter, the wafers are joined. This bonding may be performed using softened glass or the like, or the silicon oxide film 6 may be bonded.
May be formed after forming polysilicon or the like on the surface, polishing and smoothing.

さらに、半導体の導電型は、上述のN型をP型に、P
型をN型におき代えることにより他のデバイスを形成す
ることも可能であり、又、ドープポリシリコン膜5の導
電型もP型,N型及びその両方を組合せて形成することも
可能である。
Further, the conductivity type of the semiconductor is such that the above-mentioned N-type is changed to P-type,
It is possible to form another device by replacing the mold with the N-type, and it is also possible to form the conductivity type of the doped polysilicon film 5 by combining the P-type, the N-type and both. .

又、第3図における凹部2内のシリコン酸化膜6の表
面を所定の深さで一部除去し、この部分にポリシリコン
を配置し、このポリシリコンを介してシリコン基板7の
エピタキシャル層8と直接接合してもよい。この場合、
シリコン酸化膜6と、シリコン基板7のエピタキシャル
層8とを接合させる場合に比べ、接合性に優れたものと
なる。
Further, the surface of the silicon oxide film 6 in the concave portion 2 in FIG. 3 is partially removed at a predetermined depth, polysilicon is disposed in this portion, and the epitaxial layer 8 of the silicon substrate 7 is formed through the polysilicon. You may join directly. in this case,
As compared with the case where the silicon oxide film 6 is bonded to the epitaxial layer 8 of the silicon substrate 7, the bonding property is excellent.

さらに、シリコン基板1の裏面の研磨の代りに、エッ
チングにて溝部3内のシリコン酸化膜4とドープポリシ
リコン膜5を表面付近に位置させてもよい。
Further, instead of polishing the back surface of the silicon substrate 1, the silicon oxide film 4 and the doped polysilicon film 5 in the groove 3 may be positioned near the surface by etching.

さらには、素子入形成領域を区画する溝部3は必ずし
も環状に形成する必要はなく、四角形状のシリコン基板
1の隈部に素子形成浪域を作成するときには四角形状の
素子形成領域のうち2辺あるいは3辺に溝部を形成して
もよい。
Furthermore, it is not always necessary to form the groove 3 defining the element formation area in an annular shape, and when forming an element formation area in the vicinity of the square silicon substrate 1, two sides or two sides of the square element formation area are formed. Grooves may be formed on three sides.

[第2実施例] 次に、第1実施例の応用例である第2実施例を説明す
る。
Second Embodiment Next, a second embodiment, which is an application example of the first embodiment, will be described.

第13図に示すように、1〜50Ω・cmのP型(100)第
1の単結晶半導体基板としてのシリコン基板30にドライ
エッチングにより深さ0.1〜数μmの溝としての溝部31
を環状に形成する。尚、この溝部31の形成は、LOCOSに
より部分的に酸化膜を形成した後、この酸化膜を除去す
ることにより形成してもよい。本実施例では溝部31の深
さを0.1〜0.3μm程度として説明する。
As shown in FIG. 13, a groove portion 31 as a groove having a depth of 0.1 to several μm is formed on a silicon substrate 30 as a P-type (100) first single crystal semiconductor substrate of 1 to 50 Ω · cm by dry etching.
Is formed in an annular shape. The groove 31 may be formed by partially forming an oxide film by LOCOS and then removing the oxide film. In this embodiment, the description will be made on the assumption that the depth of the groove 31 is about 0.1 to 0.3 μm.

次に、第14図に示すように、シリコン基板30の全面に
0.01〜1μmの厚さの絶縁層としての熱酸化膜32を形成
し、さらに、例えば高濃度にリンをドープした導電性薄
膜として、かつ電気シールド層として機能するドープポ
リシリコン膜33を0.1〜0.5μmの厚さ形成する。そし
て、第15図に示すように、ドープポリシリコン膜33が所
定のパターンでもって電気的に分離されるように分割除
去する。引続き、シリコン基板30上に、例えばCVDによ
るシリコン酸化膜34を0.5〜1μmの厚さで形成する。
さらに、シリコン酸化膜34の上部に厚さが3〜5μmの
ポリシリコン膜35を形成する。
Next, as shown in FIG. 14, the entire surface of the silicon substrate 30
A thermal oxide film 32 as an insulating layer having a thickness of 0.01 to 1 μm is formed, and a doped polysilicon film 33 functioning as a conductive thin film doped with phosphorus at a high concentration and also functioning as an electric shield layer is formed at a thickness of 0.1 to 0.5 μm. A thickness of μm is formed. Then, as shown in FIG. 15, the doped polysilicon film 33 is divided and removed so as to be electrically separated by a predetermined pattern. Subsequently, a silicon oxide film 34 having a thickness of 0.5 to 1 μm is formed on the silicon substrate 30 by, for example, CVD.
Further, a polysilicon film 35 having a thickness of 3 to 5 μm is formed on the silicon oxide film 34.

次に、第16図に示すように、ポリシリコン膜35の表面
をラッピング、ポリッシング等により鏡面研磨して平坦
化する。そして、ウェハ直接接合により第2の単結晶半
導体基板としてのシリコン基板36を接合する。続いて、
第17図に示すように、シリコン基板30の裏面をラッピン
グ、選択ポリッシング等により研磨する。この際に、シ
リコン基板30のポリッシングは熱酸化膜32があらわれる
と停止し、熱酸化膜32に囲まれたSOI層が形成される。
Next, as shown in FIG. 16, the surface of the polysilicon film 35 is mirror-polished and flattened by lapping, polishing or the like. Then, a silicon substrate 36 as a second single crystal semiconductor substrate is bonded by direct wafer bonding. continue,
As shown in FIG. 17, the back surface of the silicon substrate 30 is polished by lapping, selective polishing, or the like. At this time, polishing of the silicon substrate 30 is stopped when the thermal oxide film 32 appears, and an SOI layer surrounded by the thermal oxide film 32 is formed.

引続き、第18図に示すように、通常のICプロセスによ
り、MOSトランジスタが形成される。つまり、ゲート酸
化膜37、ポリシリコンゲート38、Asイオン注入で形成し
たソース・ドレイン領域39、BPSGによる層間膜40、ドー
プポリシリコン膜33と電気的接続をとるための電極層41
aを含む各電極層41、パッシベーション膜42を形成す
る。
Subsequently, as shown in FIG. 18, a MOS transistor is formed by a normal IC process. That is, a gate oxide film 37, a polysilicon gate 38, source / drain regions 39 formed by As ion implantation, an interlayer film 40 of BPSG, and an electrode layer 41 for establishing electrical connection with the doped polysilicon film 33.
Each electrode layer 41 including a and a passivation film 42 are formed.

このように本実施例においても第1実施例と同様に、
ドープポリシリコン33に電極層41aを介して電圧を印加
することによりSOI層の電気的安定化を行なうことがで
きる。又、熱酸化膜32をゲート酸化膜37と同程度の厚さ
にすることにより、ゲート電圧と同じ電圧でMOSトラン
ジスタの電流をコントロールすることもできる。
Thus, also in this embodiment, as in the first embodiment,
By applying a voltage to the doped polysilicon 33 via the electrode layer 41a, the SOI layer can be electrically stabilized. Further, by making the thermal oxide film 32 approximately the same thickness as the gate oxide film 37, the current of the MOS transistor can be controlled at the same voltage as the gate voltage.

尚、この実施例の応用例としては、第1実施例での第
10図で示したようにドープポリシリコン膜33とシリコン
基板30とを電気的に接続してもよい。さらに、Nチャネ
ルMOSトランジスタの他にも、PチャネルMOSトランジス
タ、又はそれらを組み合わせたCMOS構造にしてもよい。
In addition, as an application example of this embodiment, the first embodiment
As shown in FIG. 10, the doped polysilicon film 33 and the silicon substrate 30 may be electrically connected. Further, in addition to the N-channel MOS transistor, a P-channel MOS transistor or a CMOS structure combining them may be used.

[発明の効果] 以上詳述したように、この発明によれば、導電性薄膜
をSOI層下部に容易に埋め込み配置することができ、し
かもその電気的接触をとる構造を容易に製造することが
できる。この構造により、同導電性薄膜に所定の電圧を
印加することができ、そのことによって、例えば、SOI
層の電気的安定化を図ることができる半導体装置、すな
わち、外部からの電位的影響を受けにくい半導体装置を
製造することも容易となる。
[Effects of the Invention] As described in detail above, according to the present invention, a conductive thin film can be easily buried and disposed under a SOI layer, and a structure for making electrical contact can be easily manufactured. it can. With this structure, it is possible to apply a predetermined voltage to the conductive thin film, whereby, for example, SOI
It also becomes easy to manufacture a semiconductor device capable of stabilizing the electrical layer, that is, a semiconductor device that is hardly affected by external potential.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図〜第12図は第1実施例を説明するための図であっ
て、第1図は製造工程を示す図、第2図は製造工程を示
す図、第3図は製造工程を示す図、第4図は製造工程を
示す図、第5図は製造工程を示す図、第6図は半導体装
置を示す図、第7図は製造工程を示す図、第8図は製造
工程を示す図、第9図は半導体装置の平面図、第10図は
製造工程を示す図、第11図は半導体装置を示す図、第12
図は製造工程を示す図、第13図〜第18図は第2実施例を
説明するための図であって、第13図は製造工程を示す
図、第14図は製造工程を示す図、第15図は製造工程を示
す図、第16図は製造工程を示す図、第17図は製造工程を
示す図、第18図は半導体装置を示す図である。 1は第1の半導体基板としてのシリコン基板、3は溝
部、4は絶縁層としてのシリコン酸化膜、5は電気シー
ルド層としてのドープポリシリコン膜、6は絶縁層とし
てのシリコン酸化膜、7は第2の基板としてのシリコン
基板、9はNチャネルMOSトランジスタ。
1 to 12 are views for explaining the first embodiment, wherein FIG. 1 shows a manufacturing process, FIG. 2 shows a manufacturing process, and FIG. 3 shows a manufacturing process. FIG. 4, FIG. 4 shows a manufacturing process, FIG. 5 shows a manufacturing process, FIG. 6 shows a semiconductor device, FIG. 7 shows a manufacturing process, and FIG. 8 shows a manufacturing process. FIG. 9, FIG. 9 is a plan view of the semiconductor device, FIG. 10 is a view showing a manufacturing process, FIG. 11 is a view showing the semiconductor device, FIG.
FIGS. 13 to 18 are diagrams illustrating a manufacturing process, FIGS. 13 to 18 are diagrams for explaining the second embodiment, FIG. 13 is a diagram illustrating a manufacturing process, FIG. 14 is a diagram illustrating a manufacturing process, FIG. 15 is a diagram showing a manufacturing process, FIG. 16 is a diagram showing a manufacturing process, FIG. 17 is a diagram showing a manufacturing process, and FIG. 18 is a diagram showing a semiconductor device. 1 is a silicon substrate as a first semiconductor substrate, 3 is a trench, 4 is a silicon oxide film as an insulating layer, 5 is a doped polysilicon film as an electric shield layer, 6 is a silicon oxide film as an insulating layer, 7 is A silicon substrate as a second substrate, 9 is an N-channel MOS transistor.

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】第1の単結晶半導体基板の一主面の素子形
成予定領域に近接して溝を形成する第1工程と、 前記素子形成予定領域上及び前記溝の底部に亘って配置
される導電性薄膜を前記第1の単結晶半導体基板の前記
一主面上に形成する第2工程と、 前記溝形成により構成された前記第1の単結晶半導体基
板の前記一主面上の凹凸を改善し、その平坦性を改善す
る第3工程と、 前記平坦性が改善された前記第1の単結晶半導体基板の
前記一主面と、平坦度が確保された第2の単結晶半導体
基板の一主面とを、前記導電性薄膜を挟み込むようにし
て接合し、接合基板となす第4工程と、 前記第1の単結晶半導体基板の他主面より前記接合基板
を薄肉化する工程と、 前記薄肉化された前記素子形成領域における単結晶半導
体領域に半導体素子を形成する第5工程と、 前記第1の単結晶半導体基板の前記他主面より前記溝の
底部に相当する位置において前記導電性薄膜と電気的接
触をとる第6工程と、 を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
A first step of forming a groove close to an element formation region on one main surface of a first single crystal semiconductor substrate; and a step of forming a groove over the element formation region and a bottom of the groove. Forming a conductive thin film on the one main surface of the first single crystal semiconductor substrate, and forming irregularities on the one main surface of the first single crystal semiconductor substrate formed by forming the groove. A third step of improving the flatness of the first single crystal semiconductor substrate, the one main surface of the first single crystal semiconductor substrate having the improved flatness, and a second single crystal semiconductor substrate having the ensured flatness A fourth main step of bonding the first main surface of the first single crystal semiconductor substrate to another main surface of the first single crystal semiconductor substrate, and A semiconductor element in a single-crystal semiconductor region in the thinned element formation region; A fifth step of forming; and a sixth step of making electrical contact with the conductive thin film at a position corresponding to the bottom of the groove from the other main surface of the first single crystal semiconductor substrate. Manufacturing method of a semiconductor device.
【請求項2】前記第1工程における前記溝は前記素子形
成予定領域の周囲を囲むようにして形成されることを特
徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein said groove in said first step is formed so as to surround a periphery of said element formation planned region.
【請求項3】前記導電性薄膜は高濃度に不純物ドープさ
れた多結晶半導体薄膜であることを特徴とする請求項1
又は請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein said conductive thin film is a polycrystalline semiconductor thin film doped with impurities at a high concentration.
A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2.
【請求項4】前記第3工程は、前記導電性薄膜を介して
前記第1の単結晶半導体基板の前記一主面上に平坦化膜
を堆積し、その表面の平坦化を行なう工程であることを
特徴とする請求項1乃至請求項3のうちいずれかに記載
の半導体装置の製造方法。
4. The third step is a step of depositing a flattening film on the one main surface of the first single crystal semiconductor substrate via the conductive thin film and flattening the surface. 4. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein:
【請求項5】前記第2工程は、前記素子形成予定領域上
及び前記溝の底部に亘って絶縁膜を形成した後に、当該
絶縁膜を介して前記導電性薄膜を配置する工程であるこ
とを特徴とする請求項1乃至請求項4のうちいずれかに
記載の半導体装置の製造方法。
5. The method according to claim 1, wherein the second step is a step of forming an insulating film over the region where the element is to be formed and the bottom of the groove, and then arranging the conductive thin film via the insulating film. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein:
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