JP3071818B2 - Semiconductor substrate manufacturing method - Google Patents

Semiconductor substrate manufacturing method

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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
r)構造の半導体基板の製造方法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention particularly relates to SOI (Semiconductor On Insulato).
r) A method for manufacturing a semiconductor substrate having a structure.

〔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] A conventional semiconductor substrate having an SOI (Semiconductor On Insulator) structure will be described with reference to FIGS. 4 (a) and 4 (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。
4 (a) and 4 (b) are cross-sectional views 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、
半導体基体5上に、例えば窒化シリコン層(SiN層,Si3N
4層)または酸化シリコン層(SiO2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
SOI(Semiconductor On Insulator)構造の半導体基板
と呼ばれている。
As shown in FIG. 4 (a), a conventional semiconductor substrate Y
On the semiconductor substrate 5, for example, a silicon nitride layer (SiN layer, Si 3 N
4 ) or a silicon oxide layer (SiO 2 layer) or the like, and an insulating layer 6 having high electrical insulation is formed, and a semiconductor thin film 7 is formed on the insulating layer 6; To
It is called a semiconductor substrate with SOI (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。
When the semiconductor substrate 5 is made of silicon single crystal (Si), the insulator layer 6 and the semiconductor thin film 7 formed on the insulator layer 6 are mainly deposited in a single crystal form.

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
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。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。
Then, using such a semiconductor substrate Y, a gate oxide film 8 is formed on the semiconductor thin film 7 as shown in FIG.
And a gate electrode 9 are formed, and a drain 10 and a source 11 are formed by ion-implanting impurities into the semiconductor thin film 7. As a result, a semiconductor device represented by a field effect transistor or the like is formed.

近年、このような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。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。
In recent years, such SOI (Semiconductor On Insulato)
r) In a semiconductor device typified by a field effect transistor or the like having a semiconductor substrate Y having a structure, an extremely thin semiconductor thin film 7 having a thickness of 0.1 μm or less is used as a semiconductor thin film 7 serving as a surface portion of the semiconductor substrate Y. Have been. As a result, a field effect transistor in which the performance such as driving force is drastically improved by depleting the entire active region below the gate electrode 9 is obtained.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

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。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、
電界効果型トランジスタの駆動力等の性能が低下する。
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。
However, in such a field-effect transistor having a high driving force, a large current flows in a channel region between the source 11 and the drain 10 below the gate electrode 9, that is, an active region. Excitation of many phonons causes heat to be generated, and the entire device becomes high in temperature. At high temperatures, carrier scattering by phonons increases and carrier mobility decreases,
Performance such as driving force of the field effect transistor is reduced.
In order to prevent such deterioration of transistor characteristics, it is necessary to efficiently dissipate heat generated in the element during driving.

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。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。
However, in a conventional semiconductor device such as a field-effect transistor having a semiconductor substrate Y having an SOI structure, the periphery of the transistor is surrounded by an insulator having low thermal conductivity (for example, a silicon oxide layer). In addition, heat generated during driving is not satisfactorily dissipated, and the temperature of the active region below the gate electrode 9 becomes extremely high. Note that a semiconductor substrate having an SOS (Silicon-On-Sapphire) structure in which silicon is epitaxially grown on sapphire is excluded from a semiconductor substrate having an SOI structure.

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。
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor substrate capable of maintaining high performance of a semiconductor device by efficiently dissipating heat generated when the semiconductor device is driven. .

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

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 according to the present invention forms an insulator layer having a higher thermal conductivity than that of a silicon oxide layer in the semiconductor substrate by irradiating the semiconductor substrate with ions for forming an insulator. A method of manufacturing a semiconductor substrate in which a semiconductor thin film composed of a part of a semiconductor substrate remains on an insulator layer, wherein aluminum ions and nitrogen ions are used as ions for forming an insulator.

〔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, an insulator layer having good thermal conductivity larger than the thermal conductivity of a silicon oxide layer formed in the semiconductor substrate, and a semiconductor substrate provided on the insulator layer Is manufactured, and the heat generated in the semiconductor substrate can be efficiently dissipated from the insulating layer having good thermal conductivity toward the semiconductor substrate.

〔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。 An embodiment of the present invention will be described with reference to 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
す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a semiconductor substrate according to 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
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。
As shown in FIG. 1, a semiconductor substrate X is a semiconductor substrate 1
And an insulating layer 2 having a higher thermal conductivity than the silicon oxide layer formed on the semiconductor substrate 1 and having good thermal conductivity, and a semiconductor thin film 3 formed on the insulating layer 2. It is provided.

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。
The insulator forming the insulator layer 2 is aluminum nitride or a composite of aluminum nitride and silicon, and the semiconductor thin film 3 is silicon single crystal or silicon polycrystal.

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。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。
When a field-effect transistor (not shown) similar to the conventional one is formed on the semiconductor thin film 3 of the semiconductor substrate X thus configured, and this field-effect transistor is driven, the active portion under the gate electrode constituting the transistor is activated. The heat generated in the region is efficiently dissipated from the insulator layer 2 toward the semiconductor substrate 1. Therefore, deterioration of transistor characteristics due to temperature rise can be prevented without increasing the temperature near the periphery of the transistor.

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。
2 (a) to 2 (c) are sectional views for explaining a method of manufacturing a semiconductor substrate according to 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
に、第2図(b)に示すように、絶縁物形成用イオン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
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)。
Semiconductor substrate 1 such as Si (silicon) shown in FIG.
Next, as shown in FIG.
Irradiation of aluminum (Al) ions and nitrogen (N) ions to form an insulating layer 2 in the semiconductor substrate 1
Is formed and the semiconductor thin film 3 composed of a part of the semiconductor substrate 1 is left on the insulator layer 2 (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、
この絶縁物層2は、従来のSOI構造における絶縁物層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。
The insulating layer 2 is made of a mixed crystal or amorphous made of aluminum (Al), nitrogen (N), and silicon (Si).
This insulator layer 2 is made of an insulator layer 6 in a conventional SOI structure.
It has a higher thermal conductivity than the silicon oxide layer used in (FIG. 4).

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1×1017〔/cm2〕〜
1×1019〔/cm2〕である。また半導体薄膜3の膜圧は、
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。
The irradiation amount of the insulator forming ions 4 is a sufficient amount that can be implanted into the semiconductor substrate 1, for example, 1 × 10 17 [/ cm 2 ] to
It is 1 × 10 19 [/ cm 2 ]. The film pressure of the semiconductor thin film 3 is
It can be controlled by the set value 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。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。
The temperature condition for the semiconductor substrate 1 is room temperature, low temperature or high temperature. Further, heat treatment may be added to the semiconductor substrate 1 by using equipment such as an electric furnace.

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。
A semiconductor device (not shown) typified by a field effect transistor or the like is formed on the semiconductor thin film 3 on the surface of the semiconductor substrate X thus formed.

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。
3 (a) and 3 (b) are cross-sectional views for explaining a method of 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)
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。
FIG. 3 (b) on the solid substrate 1 'shown in FIG. 3 (a).
As shown in (1), an insulator layer 2 'is formed by depositing aluminum nitride (AlN) by a CVD method (chemical vapor deposition method) or the like.

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。
Without this aluminum nitride, the insulator layer 2 'has good thermal conductivity and high electrical resistance.

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。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。
Thereafter, a thin film (not shown) of Si (silicon) to be a semiconductor thin film is formed on the insulating layer 2 'made of aluminum nitride (AlN) by a CVD method or a sputtering method, and the same as in FIG. 2 (c). A semiconductor substrate having the structure described above is obtained. A semiconductor device (not shown) typified by a field effect transistor or the like is formed on such a semiconductor substrate.

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 this reference example is used when a semiconductor device to be formed on the semiconductor substrate does not require a single crystal thin film.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

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。その結果、
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。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。
According to the method of manufacturing a semiconductor substrate of the present invention, a semiconductor substrate, a thermally conductive insulator layer having a higher thermal conductivity than a silicon oxide layer formed in the semiconductor substrate, A semiconductor substrate having a semiconductor thin film in which a part of a semiconductor substrate remains on an insulator layer is manufactured, and heat generated in the semiconductor substrate is efficiently dissipated from the thermally conductive insulator layer toward the semiconductor substrate. Can be. as a result,
In a semiconductor device in which a transistor or the like is formed using this semiconductor substrate, even when the transistor is driven, the temperature around the transistor does not increase. Therefore, it is possible to prevent the transistor characteristics from deteriorating 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。 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
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a semiconductor substrate according to one embodiment of the present invention, and FIGS. 2A to 2C are cross-sectional views for explaining a method of manufacturing the semiconductor substrate according to one embodiment of the present invention. 3 (a) and 3 (b) are cross-sectional views for explaining a method of manufacturing a semiconductor substrate as a reference example, and FIGS. 4 (a) and (b) are for explaining the configuration of a conventional semiconductor substrate. FIG. 1, semiconductor base, 1 'solid base, 2, 2' insulator layer, 3 semiconductor thin film, 4 insulator formation 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 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (56) References JP-A-52-5286 (JP, A) JP-A-63-31108 (JP, A) JP-A-1-228154 (JP, A) JP-A 61-1986 256663 (JP, A) JP-A-2-58254 (JP, A) JP-A-3-9568 (JP, A) (58) Fields investigated (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) [Claims] 【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。
Irradiating a semiconductor substrate with ions for forming an insulator to form an insulator layer having a thermal conductivity higher than a thermal conductivity of a silicon oxide layer in the semiconductor substrate; A method of manufacturing a semiconductor substrate, in which a semiconductor thin film composed of a part of the semiconductor substrate is left on a layer, wherein aluminum ions and nitrogen ions are used as the insulator-forming ions. .
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