JP3071818B2 - A method of manufacturing a semiconductor substrate - Google Patents

A method of manufacturing a semiconductor substrate

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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、特にSOI(Semiconductor On Insulato DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [relates] The present invention, in particular SOI (Semiconductor On Insulato
r)構造の半導体基板の製造方法に関するものである。 The method of manufacturing a semiconductor substrate of r) structure relates.

〔従来の技術〕 従来のSOI(Semiconductor On Insulator)構造の半導体基板を第4図(a),(b)に基づいて説明する。 [Prior Art] Conventional SOI (Semiconductor On Insulator) semiconductor substrate structure 4 (a), will be described with reference to (b).

第4図(a),(b)は従来の半導体基板の構成を説明するための断面図である。 Figure 4 (a), (b) is a sectional view for explaining the configuration of a conventional semiconductor substrate.

第4図(a)に示すように、従来の半導体基板Yは、 As shown in 4 (a), a conventional semiconductor substrate Y,
半導体基体5上に、例えば窒化シリコン層(SiN層,Si 3 N On the semiconductor substrate 5, for example, a silicon nitride layer (SiN layer, Si 3 N
4層)または酸化シリコン層(SiO 2層)等からなる電気的に絶縁性の高い絶縁物層6が形成され、この絶縁物層6上に半導体薄膜7が形成されたものであり、一般的に 4-layer) or silicon oxide layer (electrically highly insulating insulation layer 6 consisting of SiO 2 layer) or the like is formed, which semiconductor thin film 7 is formed on the insulator layer 6, typically to
SOI(Semiconductor On Insulator)構造の半導体基板と呼ばれている。 SOI is called the semiconductor substrate (Semiconductor On Insulator) structure.

なお、半導体基体5がシリコン単結晶(Si)からなる場合には、絶縁物層6およびこの絶縁物層6上に形成した半導体薄膜7は、主に単結晶の形で被着される。 The semiconductor substrate 5 is to be comprised of single crystal silicon (Si), the insulating layer 6 and the semiconductor thin film 7 formed on the insulating layer 6 is deposited mainly in the form of single crystals.

そして、このような半導体基板Yを用いて、第4図(b)に示すように、半導体薄膜7上にゲート酸化膜8 Then, by using such a semiconductor substrate Y, as shown in FIG. 4 (b), a gate oxide film on the semiconductor thin film 7 8
およびゲート電極9が形成され、また半導体薄膜7中に不純物をイオン注入することによりドレイン10およびソース11が形成される。 And the gate electrode 9 is formed, the drain 10 and source 11 are formed by ion-implanting an impurity into the semiconductor thin film 7. これにより、電界効果型トランジスタ等に代表される半導体装置が形成される。 Thus, a semiconductor device typified by a field effect transistor or the like is formed.

近年、このようなSOI(Semiconductor On Insulato In recent years, such SOI (Semiconductor On Insulato
r)構造の半導体基板Yを有した電界効果型トランジスタ等に代表される半導体装置において、半導体基板Yの表面部分となる半導体薄膜7には、膜厚0.1〔μm〕以下の極めて薄いものが用いられている。 In the semiconductor device represented by a field effect transistor or the like having a semiconductor substrate Y in r) structure, to include those following extremely thin film thickness 0.1 [μm] is used semiconductor thin film 7 serving as a surface portion of the semiconductor substrate Y It is. これにより、ゲート電極9の下部の活性領域全域を空乏化することにより、駆動力等の性能を飛躍的に向上させた電界効果型トランジスタを得ている。 Thus, by depleting the active region entire area of ​​the lower portion of the gate electrode 9, to obtain a field-effect transistor with dramatically improved performance such as a driving force.

〔発明が解決しようとする課題〕 [Problems that the Invention is to Solve]

しかしながら、このように駆動力の高い電界効果型トランジスタは、ゲート電極9の下部のソース11およびドレイン10間のチャネル領域すなわち活性領域に大電流が流れることにより、キャリアと電子、格子が衝突して多くのフォノンを励起し、これにより発熱し素子全体が高温になる。 However, high field-effect transistor of this driving force, by a large current flows in the channel region or active region between the lower source 11 and drain 10 of the gate electrode 9, the carrier and the electronic lattice collide excite many phonons, the entire heating and element becomes high thereby. 高温になれば、フォノンによるキャリアの散乱が増大し、キャリアの移動度が低下することにより、 Once a high temperature, by scattering of carriers due to phonons is increased, the carrier mobility is reduced,
電界効果型トランジスタの駆動力等の性能が低下する。 Performance of the driving force or the like of the field effect transistor is lowered.
このようなトランジスタ特性の劣化を防止するには、駆動時に素子に発生する熱を効率良く発散させることが必要となる。 To prevent such degradation of the transistor characteristics, it is necessary to heat generated in the device during operation efficiently diverge.

ところが、従来のSOI構造の半導体基板Yを有した電界効果型トランジスタ等に代表される半導体装置は、トランジスタの周囲が熱伝導度の低い絶縁物(例えば酸化シリコン層等)に囲まれているため、駆動時に発生した熱は良好に発散されず、ゲート電極9の下部の活性領域が非常に高温になるという問題があった。 However, a semiconductor device represented by a semiconductor substrate Y to have a field-effect transistor or the like of the conventional SOI structure, since the periphery of the transistor is surrounded by a low insulator thermal conductivity (for example, a silicon oxide layer, etc.) , heat generated during driving is not satisfactorily divergence, the lower portion of the active region of the gate electrode 9 is disadvantageously become very hot. なお、SOI構造の半導体基板のうち、サファイア上にシリコンをエピタキシャル成長させたSOS(Silicon−On−Sapphire)構造の半導体基板は除く。 Of the semiconductor substrate of SOI structure, a semiconductor substrate of silicon is epitaxially grown SOS (Silicon-On-Sapphire) structure on sapphire is excluded.

この発明の目的は、上記問題点に鑑み、半導体装置の駆動時に発生する熱を効率良く発散することによりも半導体装置を高性能に維持することのできる半導体基板の製造方法を提供することである。 The purpose of this invention, in view of the above problems, is to provide a method for manufacturing a semiconductor substrate capable of maintaining the semiconductor device performance also by efficiently dissipating heat generated during operation of the semiconductor device .

〔課題を解決するための手段〕 [Means for Solving the Problems]

この発明の半導体基板の製造方法は、半導体基体に絶縁物形成用イオンを照射することにより、半導体基体中に酸化シリコン層の熱伝導率よりも大きな熱伝導率を有する絶縁物層を形成するとともに、絶縁物層上に半導体基体の一部からなる半導体薄膜を残存させる半導体基板の製造方法であって、絶縁物形成用イオンとして、アルミニウムイオン及び窒素イオンを用いることを特徴とする。 The method of manufacturing a semiconductor substrate of the present invention, by irradiating the insulator forming ions in the semiconductor substrate, thereby forming an insulator layer having a thermal conductivity greater than the thermal conductivity of the silicon oxide layer in a semiconductor substrate a method for manufacturing a semiconductor substrate to leave the semiconductor thin film made from a portion of the semiconductor substrate on the insulator layer, the insulator forming ions, which comprises using the aluminum ions and nitrogen ions.

〔作用〕 [Action]

この発明によれば、半導体基体と、この半導体基体中に形成された酸化シリコン層の熱伝導率より大きな熱伝導率を有する良熱伝導性の絶縁物層と、この絶縁物層上に半導体基体の一部が残存した半導体薄膜とを備えた半導体基板が製造され、半導体基板に発生した熱を良熱伝導性の絶縁物層から半導体基体方向に効率良く発散させることができる。 According to the present invention, a semiconductor substrate and a good thermal conductivity of the insulating layer having a thermal conductivity greater than the thermal conductivity of the silicon oxide layer formed in the semiconductor substrate, a semiconductor substrate to the insulation layer some are semiconductor substrate manufacturing and a semiconductor thin film remaining, the heat generated in the semiconductor substrate can be efficiently emitted from the good thermal conductivity of the insulating layer on the semiconductor substrate direction.

〔実施例〕 〔Example〕

この発明の一実施例を図面に基づいて説明する。 It will be described based on an embodiment of the invention with reference to the accompanying drawings.

第1図はこの発明の一実施例の半導体基板の構成を示す断面図である。 FIG. 1 is a sectional view showing a structure of a semiconductor substrate of one embodiment of the present invention.

第1図に示すように、半導体基板Xは半導体基体1 As shown in FIG. 1, a semiconductor substrate X is a semiconductor substrate 1
と、この半導体基体1上に形成した酸化シリコン層の熱伝導率よりも大きな熱伝導率を有する良熱伝導性の絶縁物層2と、この絶縁物層2上に形成した半導体薄膜3とを備えたものである。 If a good thermal conductivity of the insulating layer 2 having a thermal conductivity greater than the thermal conductivity of the silicon oxide layer formed on the semiconductor substrate 1, the semiconductor thin film 3 formed on the insulating layer 2 It includes those were.

絶縁物層2を構成する絶縁物は、窒化アルミニウムまたは窒化アルミニウムとシリコンとの複合体であり、半導体薄膜3は、シリコン単結晶またはシリコン多結晶である。 Insulating material constituting the insulating layer 2 is a complex of aluminum or aluminum nitride nitride and silicon, the semiconductor thin film 3 is a silicon single crystal or polycrystalline silicon.

このように構成した半導体基板Xの半導体薄膜3に従来と同様の電界効果型トランジスタ(図示せず)を形成し、この電界効果型トランジスタを駆動した場合、トランジスタを構成するゲート電極の下部の活性領域で発生した熱は、絶縁物層2から半導体基体1方向に効率良く発散する。 Thus forming a structure with a semiconductor substrate X of the semiconductor thin film 3 in conventional manner of a field effect transistor (not shown), when driving the field-effect transistor, the lower portion of the gate electrode in the transistor active heat generated in the region, effectively diverges semiconductor body 1 direction from the insulation layer 2. したがって、トランジスタの周辺付近の温度は上昇することなく、温度上昇によるトランジスタ特性の劣化を防止することができる。 Therefore, without the temperature in the vicinity of the periphery of the transistor is increased, it is possible to prevent deterioration of the transistor characteristics due to a temperature rise.

第2図(a)〜(c)はこの発明の一実施例の半導体基板の製造方法を説明するための断面図である。 Figure 2 (a) ~ (c) are cross-sectional views for explaining a manufacturing method of a semiconductor substrate of one embodiment of the present invention.

第2図(a)に示すSi(シリコン)等の半導体基体1 A semiconductor substrate such as Si (silicon) as shown in FIG. 2 (a) 1
に、第2図(b)に示すように、絶縁物形成用イオン4 , As shown in FIG. 2 (b), the insulator forming ions 4
となるアルミニウム(Al)イオンおよび窒素(N)イオンを照射することにより、半導体基体1中に絶縁物層2 By irradiating become aluminum (Al) ions, and nitrogen (N) ions, insulation layer 2 in the semiconductor substrate 1
を形成するとともに絶縁物層2上に半導体基体1の一部からなる半導体薄膜3を残存させる(第2図(c)参照)。 Leaving the semiconductor thin film 3 consisting of a portion of the semiconductor substrate 1 on the insulating layer 2 to form a (see FIG. 2 (c)).

絶縁物層2はアルミニウム(Al),窒素(N),シリコン(Si)からなる混晶またはアモルファスからなり、 Insulator layer 2 is made of aluminum (Al), nitrogen (N), mixed crystals or amorphous made of silicon (Si),
この絶縁物層2は、従来のSOI構造における絶縁物層6 The insulator layer 2, an insulator layer in the conventional SOI structure 6
(第4図)に用いられていた酸化シリコン層よりも大きな熱伝導率を有する。 Having a thermal conductivity greater than (Fig. 4) a silicon oxide layer that has been used.

絶縁物形成用イオン4の照射量は、半導体基体1中に注入できる充分な量であり、例えば1×10 17 〔/cm 2 〕〜 Dose of the insulator forming ions 4 is an amount sufficient to be injected into the semiconductor body 1, for example, 1 × 10 17 [/ cm 2] -
1×10 19 〔/cm 2 〕である。 1 × 10 19 [/ cm 2]. また半導体薄膜3の膜圧は、 Film thickness of the semiconductor thin film 3 also,
絶縁物形成用イオン4の加速エネルギーの設定値により制御することができる。 It can be controlled by setting values ​​of the acceleration energy of the insulator forming ions 4.

また、半導体基体1に対する温度条件は、室温,低温または高温状態である。 The temperature conditions for the semiconductor substrate 1, at room temperature, a cold or hot conditions. また、この半導体基体1に電気炉等の設備により熱処理を追加しても良い。 It is also possible to add a heat treatment by equipment such as an electric furnace in the semiconductor substrate 1.

このように形成した半導体基板Xの表面の半導体薄膜3に、電界効果型トランジスタ等に代表される半導体装置(図示せず)を形成する。 The semiconductor thin film 3 thus formed semiconductor substrate X of the surface, forming a semiconductor device typified by a field effect transistor or the like (not shown).

第3図(a)〜(b)は参考例としての半導体基板の製造方法を説明するための断面図である。 Figure 3 (a) ~ (b) is a sectional view for explaining a method for manufacturing a semiconductor substrate as a reference example.

第3図(a)に示す固体基体1′上に、第3図(b) On a solid substrate 1 'shown in FIG. 3 (a), FIG. 3 (b)
に示すように、CVD法(化学気相成長法)等により窒化アルミニウム(AlN)を堆積することにより、絶縁物層2′を形成する。 As shown in, by depositing an aluminum nitride (AlN) by such as a CVD method (chemical vapor deposition), forming an insulator layer 2 '.

この窒化アルミニウムからなく絶縁物層2′は良熱伝導性および高電気抵抗性の特性を有する。 The no aluminum nitride insulator layer 2 'has a good thermal conductivity and high electrical resistance properties.

その後、この窒化アルミニウム(AlN)からなる絶縁物層2′上にCVD法またはスパッタ法により半導体薄膜となるSi(シリコン)の薄膜(図示せず)を形成し、第2図(c)と同様の構造の半導体基板を得る。 Thereafter, a thin film (not shown) of aluminum the nitride becomes semiconductor thin film by CVD or sputtering on the insulating material layer 2 made of (AlN) 'Si (silicon), similarly to FIG. 2 (c) obtaining a semiconductor substrate of a structure. このような半導体基板に電界効果型トランジスタ等に代表される半導体装置(図示せず)を形成する。 Forming such a semiconductor device typified by a field effect transistor or the like on a semiconductor substrate (not shown).

この参考例における半導体基板は、この半導体基板上に形成するべき半導体装置が単結晶薄膜を必要としない場合に用いられる。 The semiconductor substrate in the reference example, a semiconductor device to be formed on the semiconductor substrate is used if you do not need a single-crystal thin film.

〔発明の効果〕 〔Effect of the invention〕

この発明の半導体基板の製造方法によれば、半導体基体と、この半導体基体中に形成された酸化シリコン層の熱伝導率よりも大きな熱伝導率を有する良熱伝導性の絶縁物層と、この絶縁物層上に半導体基体の一部が残存した半導体薄膜とを備えた半導体基板が製造され、半導体基板に発生した熱を良熱伝導性の絶縁物層から半導体基体方向に効率良く発散させることができる。 According to the manufacturing method of the semiconductor substrate of the present invention, a semiconductor substrate, and good thermal conductivity of the insulating layer having a thermal conductivity greater than the thermal conductivity of the silicon oxide layer formed in the semiconductor substrate, the a semiconductor substrate in which a part of the semiconductor substrate on the insulator layer and a semiconductor thin film which remains is manufactured, be efficiently diverge the semiconductor body direction heat generated in the semiconductor substrate from the good thermal conductivity of the insulating layer can. その結果、 as a result,
この半導体基板を用いてトランジスタ等を形成した半導体装置は、トランジスタを駆動させても、トランジスタ周辺の温度が上昇することがない。 The semiconductor device forming a transistor or the like by using the semiconductor substrate, also drives the transistor, the temperature of the peripheral transistor is prevented from rising. したがって、温度上昇によるトランジスタ特性の劣化を防ぐことができる。 Therefore, it is possible to prevent the deterioration of transistor characteristics due to a temperature rise.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

第1図はこの発明の一実施例の半導体基板の構成を示す断面図、第2図(a)〜(c)はこの発明の一実施例の半導体基板の製造方法を説明するための断面図、第3図(a)〜(b)は参考例としての半導体基板の製造方法を説明するための断面図、第4図(a),(b)は従来の半導体基板の構成を説明するための断面図である。 Figure 1 is a sectional view showing a structure of a semiconductor substrate of one embodiment of the present invention, FIG. 2 (a) ~ (c) are sectional views for explaining a manufacturing method of a semiconductor substrate of one embodiment of the present invention , FIG. 3 (a) ~ (b) is a sectional view for explaining a method for manufacturing a semiconductor substrate as a reference example, FIG. 4 (a), (b) is for illustrating the configuration of a conventional semiconductor substrate it is a cross-sectional view of. 1,……半導体基体、1′……固体基体、2,2′……絶縁物層、3……半導体薄膜、4……絶縁物形成用イオン 1, ... semiconductor substrate 1 '... solid substrate, 2,2' ... insulation layer, 3 ... semiconductor thin film, 4 ... insulation-forming ions

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭52−5286(JP,A) 特開 昭63−31108(JP,A) 特開 平1−228154(JP,A) 特開 昭61−256663(JP,A) 特開 平2−58254(JP,A) 特開 平3−9568(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl. 7 ,DB名) H01L 27/12 H01L 21/265 H01L 21/316 H01L 21/318 H01L 21/762 ────────────────────────────────────────────────── ─── of the front page continued (56) reference Patent Sho 52-5286 (JP, a) JP Akira 63-31108 (JP, a) JP flat 1-228154 (JP, a) JP Akira 61- 256663 (JP, a) JP flat 2-58254 (JP, a) JP flat 3-9568 (JP, a) (58 ) investigated the field (Int.Cl. 7, DB name) H01L 27/12 H01L 21 / 265 H01L 21/316 H01L 21/318 H01L 21/762

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】 (57) [the claims]
  1. 【請求項1】半導体基体に絶縁物形成用イオンを照射することにより、前記半導体基体中に酸化シリコン層の熱伝導率よりも大きな熱伝導率を有する絶縁物層を形成するとともに、前記絶縁物層上に前記半導体基体の一部からなる半導体薄膜を残存させる半導体基板の製造方法であって、 前記絶縁物形成用イオンとして、アルミニウムイオン及び窒素イオンを用いることを特徴とする半導体基板の製造方法。 By irradiating the insulator forming ions 1. A semiconductor substrate, thereby forming an insulator layer having a thermal conductivity greater than the thermal conductivity of the silicon oxide layer in said semiconductor substrate, said insulator a method of manufacturing a semiconductor substrate to leave the semiconductor thin film made of a portion of the semiconductor substrate on the layer, as the insulator for forming ions, a method of manufacturing a semiconductor substrate, which comprises using the aluminum ions and nitrogen ions .
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