JPH04304653A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JPH04304653A
JPH04304653A JP6867791A JP6867791A JPH04304653A JP H04304653 A JPH04304653 A JP H04304653A JP 6867791 A JP6867791 A JP 6867791A JP 6867791 A JP6867791 A JP 6867791A JP H04304653 A JPH04304653 A JP H04304653A
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JP
Japan
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semiconductor
layer
insulating layer
gettering
semiconductor device
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JP6867791A
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English (en)
Inventor
Yoshihiro Arimoto
由弘 有本
Akito Hara
明人 原
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は張り合わせ技術を用いた
半導体装置及びその製造方法に関するものである。Si
ウェーハはLSI用基板としてもっとも優れているが、
人工衛星など宇宙空間での仕様では飛来する各種宇宙線
により基板内に荷電子が発生し、これによる素子特性の
劣化が顕著である。したがって宇宙空間で電子機器を正
常に動作させるためには、LSIの耐放射線特性を向上
させる必要がある。又、高集積化素子では製造プロセス
中での汚染物質の混入による素子特性の劣化が起こり、
これはプロセスの複雑化によって一層顕著になりつつあ
る。したがってLSIの歩留りの低下を抑制するために
は、各プロセスにおいて混入する汚染物質をゲッタリン
グする必要がある。本発明は、Siウェーハにおいて汚
染物質のゲッタリング能力を強化し、LSIの歩留まり
を改善する目的及びSi−LSIにおいて耐放射線性を
向上させ、宇宙空間での使用を可能にする目的を達成す
るために共通する手段を提供する。
【0002】
【従来の技術】従来の耐放射線LSIには、素子層と支
持基板を酸化膜で絶縁分離することによって、放射線に
よって発生するキャリアが素子に流れ込むのを抑制する
SOI構造基板が用いられている。また、従来のSiウ
ェーハでは素子作製前に基板内部や裏面にゲッタリング
核を形成し、プロセス中に混入する汚染物質を捕獲して
いた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図7に
示すように高エネルギ粒子やX線6などがSOI構造に
入射した場合には、Si基板1上に設けられたSiO2
 層2中にイオンやトラップが発生し、素子、特にソー
ス4、ドレイン5、ゲート電極7からなるMOSFET
の特性が劣化することがある。又、従来のゲッタリング
法によると、プロセスの熱処理において捕獲されていた
汚染物質が再放出され、素子近傍で析出することによっ
て素子のリーク電流を増加させることがある。さらに基
板内部に形成したゲッタリング核すなわち欠陥は、LS
I動作時において電流発生源となり、高集積度LSIの
場合はその動作に影響を与えることがある。
【0004】本発明の第一は、X線を含む各種放射線の
飛来に際し、とくに下地酸化膜に起因する障害を除去す
ることを目的とする。本発明の第二は、再放出された汚
染物質が素子近傍に到達するのを抑制するとともにゲッ
タリング核での発生電流がLSIの動作に影響を与えな
いようにすることを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の第一に係る半導
体装置は、半導体基板表面に形成された絶縁層と、この
絶縁層の表面側に張り合わされた半導体層を含んでなる
半導体装置において、前記半導体層に接する空隙を前記
絶縁層に部分的に形成したことを特徴とする。ここで空
隙とは半導体装置の構成要素である絶縁層構成物質、半
導体、電気伝導性物質が存在しない空間を意味する。空
隙は厚みが10〜500nmが好ましい。10nm以下
の場合、ウェーハ張り合わせの時に半導体層の表面が変
形して空隙を確保できない場合があり、また500nm
以上では、半導体層薄膜化時にその層が変形して、均一
に薄膜化できない場合があるからである。空隙形成部分
以外では絶縁層は半導体基板及び半導体層を支持してい
る。
【0006】さらに、本発明の第二は半導体基板に形成
された絶縁層と、この絶縁層の表面側に張り合わされた
半導体層を含んでなる半導体装置において、前記半導体
層が少なくとも素子形成領域においてデヌーディドゾー
ン(Denuded  Zone)からなり、前記半導
体基板が少なくとも絶縁層側でゲッタリング核を有し、
かつ前記半導体層側の前記絶縁層に部分的に空隙を形成
したことを特徴とする。この発明においてはゲッタリン
グ核から再放出される不純物を無害にするかあるいは素
子へ及ぼす影響と少なくするために空隙を利用する。ま
た、素子形成プロセスにおける不純物をトラップするた
めにゲッタリング核を有する半導体基板を使用し、また
素子形成領域では無欠陥(denuded)領域として
欠陥に起因する素子の特性不良を少なくする。空隙の大
きさは本発明の第一の場合と同じである。ゲッタリング
能力を高めるためには、空隙の表面積を大きくするすな
わち微小な空隙を多数形成し、かつ/または空隙表面を
エッチング、研摩などで荒らしておくことが有効である
。また本発明によると、空隙の部分では半導体層が半導
体基板に支持されなくなり、強度が不足する場合がある
から、この場合は本発明の第一及び第二の好ましい実施
態様により、半導体層において素子分離絶縁物が空隙を
通り抜けて半導体基板に接するように構成する。
【0007】本発明の第三はゲッタリング核で発生する
電流が素子特性に影響を与えない場合に関し、酸化膜な
どの絶縁膜に表面凹凸を形成し空隙を形成する必要は無
く、半導体基板に張り合わされた半導体層を含んでなる
半導体装置において、前記半導体層が少なくとも素子形
成領域においてデヌーディドゾーン(DenudedZ
one)からなり、前記半導体基板が少なくとも絶縁層
側でゲッタリング核を有し、かつ前記半導体層側の前記
絶縁層に部分的に空隙を形成したことを特徴とする。
【0008】さらに本発明の第一に係る半導体装置の好
ましい製造方法は、第一の半導体ウェーハの表面に絶縁
層を形成し、前記表面に部分的除去部を形成し、その後
該除去側に、素子を形成する第二の半導体ウェーハを張
りつけることを特徴とする。部分的除去部形成方法とし
ては、絶縁層の厚み以下で除去する方法、半導体ウェー
ハを部分的に除去した後表面を酸化する方法、絶縁膜を
部分的に除去する際に下地基板を表出させ、表出部を酸
化する方法などが可能である。
【0009】また、本発明の第二に係る半導体装置の好
ましい製造方法は、半導体素子を形成する第二の半導体
ウェーハの第一の表面にイントリンシックゲッタリング
を施して表面にDZ層を形成し、第一の表面に絶縁層を
形成し、次に素子領域の部分の絶縁層を除去し、ゲッタ
リング核を形成した第一の半導体ウェーハと第二の半導
体ウェーハの絶縁層形成面を張り合わせることを特徴と
する。以下、半導体がSiである例につき本発明を詳し
く説明する。
【0010】
【作用】図1は図6に対応し、本発明の第一の原理説明
図である。本発明の第一では図1に示すように、素子領
域となるSi層3の下に空隙10が形成されている。し
たがってSiO2 層20は空隙10の位置ではSi層
と接触していないため、飛来する各種放射線6のために
下地酸化膜が障害をうけても素子に影響を与えることは
ない。
【0011】また、本発明の第二においては、図2に示
すように無欠陥領域であるDZ層(Denuded  
Zone層)11と多数のゲッタリング核12を有する
支持側基板であるSi基板1が空隙10および支持酸化
膜であるSiO2 層2を介して一体化されている。各
プロセスにおいてデバイス中に混入する汚染物質はDZ
層11を拡散したあと空隙10の表面に析出する。この
析出汚染物質の一部は空隙10中に拡散し、支持基板側
の空隙10の表面でその大半が析出し、析出しない残部
は支持側基板であるSi基板1中に拡散してゲッタリン
グ核12に捕獲される。空隙10中の拡散速度はSi中
と比較して大きく、またSi基板1の表面のゲッタリン
グ能力も大きいため、DZ層11に混入した汚染物質は
速やかに空隙10の表面に捕獲される。
【0012】プロセスの最初に行う熱処理によってゲッ
タリング核12に捕獲された汚染物質はその後の工程で
再放出されるが、汚染物質は支持側のSi基板1内へも
拡散されるため空隙に達する量は少なくなる。また再放
出により空隙表面に析出した汚染物質は、熱処理によっ
て凝集する傾向があるので、DZ層11に再放出される
量は少ない。さらに再放出によって空隙10の支持基板
側に達した汚染物質の大半は空隙10内を拡散し、DZ
層11において再び空隙10の表面に捕獲される。この
ため空隙10を通過してDZ層11に到達する汚染物質
の量は極めて少なくなる。しかも、空隙下のゲッタリン
グ核12がエネルギ準位となって発生する電流は、電気
的には絶縁物質からなる空隙10の存在によって阻まれ
、素子領域であるDZ層11に流れ込むことはない。
【0013】空隙10形成により素子領域の機械的支持
が不十分による場合は図3に示すように、素子分離用S
iO2 14をSi基板2に達するように成長させ、S
iO214に素子分離と機械的支持を兼用させることが
できる。図4は本発明の第三を示し、図3のSiO2 
膜を介在させる代わりにゲッタリング核12を有するS
i基板1とDZ層11を直接張りあわせている。以下本
発明の実施例を説明する。
【0014】
【実施例】図5は、本発明の第一の実施例を示す図であ
る。支持側ウェーハ(第一の半導体ウェーハ)20を熱
酸化し、1μm 程度の熱酸化膜22を形成する。リソ
グラフィによって素子予定領域の熱酸化膜22を0.1
μm 程度の厚みで除去して凹部25を形成する(図5
の(a)参照)。素子側ウェーハ(第二の半導体ウェー
ハ)23と支持側ウェーハ20を重ね合わせたあと真空
中で800−1100℃で1時間熱処理を行うことによ
って接着剤を用いずに26で張り合わせる(図5の(b
)参照)。素子側ウェーハ23を研削加工および研磨加
工によって1μm 程度まで薄膜化する(図4の(c)
参照)。その後通常のプロセスでLSIで作製する。図
6は、本発明の第二の一実施例を示す図である。
【0015】素子側ウェーハ23に通常のイントリンジ
ックゲッタリングを行い、表面から10μm程度の深さ
までDZ層23aを形成する。さらに熱酸化を行い、表
面に500nmの厚さの熱酸化膜22を形成する(図6
の(a)参照)。リソグラフィによって素子形成予定領
域の熱酸化膜22を除去する。支持側ウェーハ20に酸
素濃度1.5×1018/ccのSi基板を用い、これ
に800℃、4時間+1000℃、16時間の二段熱処
理を行うことによってウェーハ全体にゲッタリング核1
2を形成する(図6の(b)参照)。素子側ウェーハ2
3と支持側ウェーハ20を重ね合わせ面26で重ね合わ
せたあと真空中で800−1100℃で1時間熱処理を
行うことによって接着剤を用いずに張り合わせる(図6
の(c)参照)。素子側ウェーハを研削加工および研磨
加工によって1μm 程度まで薄膜化する(図6の(d
)参照)。その後通常のプロセスでLSIで作製する。
【0016】
【発明の効果】以上示したように本発明の第一では、素
子領域の下部は酸化膜と接触していないため、放射線に
よって酸化膜が劣化しても素子特性に影響を与えること
はない。又、本発明の第二及び第三では、Siウェーハ
中に形成した空隙表面、ゲッタリング核によってプロセ
ス中に混入する汚染物質が捕獲され、またゲッタリング
核で発生する電流の流入が酸化膜で阻止されるため、L
SIの歩留まりが向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明第一の原理説明図である。
【図2】本発明第二の原理説明図である。
【図3】好ましい素子分離法を示す図である。
【図4】本発明第三の原理説明図である。
【図5】本発明第一の半導体装置の製造法の説明図であ
る。
【図6】本発明第二の半導体装置の製造法の説明図であ
る。
【図7】従来のSOI構造をもつ半導体装置の説明図で
ある。
【符合の説明】
1  Si基板 2  SiO2 層 3  Si層 6  X線 10  空隙 12  ゲッタリング核 20  支持側(第一)のウェーハ 22  熱酸化膜 23  素子側(第二)のウェーハ 26  張り合せ面

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  半導体基板表面に形成された絶縁層と
    、この絶縁層の表面側に張り合わされた半導体層を含ん
    でなる半導体装置において、前記半導体層に接する空隙
    を前記絶縁層に部分的に形成したことを特徴とする半導
    体装置。
  2. 【請求項2】  半導体基板に形成された絶縁層と、こ
    の絶縁層の表面側に張り合わされた半導体層を含んでな
    る半導体装置において、前記半導体層が少なくとも素子
    形成領域においてデヌーディドゾーン(Denuded
      Zone)からなり、前記半導体基板が少なくとも
    絶縁層側でゲッタリング核を有し、かつ前記半導体層側
    の前記絶縁層に部分的に空隙を形成したことを特徴とす
    る半導体装置。
  3. 【請求項3】  半導体基板に張り合わされた半導体層
    を含んでなる半導体装置において、前記半導体層が少な
    くとも素子形成領域においてデヌーディドゾーン(De
    nuded  Zone)からなり、前記半導体基板が
    少なくとも絶縁層側でゲッタリング核を有し、かつ前記
    半導体層側の前記絶縁層に部分的に空隙を形成したこと
    を特徴とする半導体装置。
  4. 【請求項4】  前記半導体層において素子分離絶縁物
    が前記空隙を通り抜けて前記半導体基板に接しているこ
    とを特徴とする請求項1から3までのいずれか1項記載
    の半導体装置。
  5. 【請求項5】  第一の半導体ウェーハの表面に絶縁層
    を形成し、前記表面に部分的除去部を形成し、その後該
    除去側に、素子を形成する第二の半導体ウェーハを張り
    つけることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製
    造方法。
  6. 【請求項6】  半導体素子を形成する第二の半導体ウ
    ェーハの第一の表面にイントリンシックゲッタリングを
    施して表面にデヌーディドゾーン(DenudedZo
    nen)を形成し、第一の表面に絶縁層を形成し、次に
    素子領域の部分の絶縁層を除去し、ゲッタリング核を形
    成した第一の半導体ウェーハと第二の半導体ウェーハの
    絶縁層形成面を張り合わせることを特徴とする請求項2
    記載の半導体装置の製造方法。
JP6867791A 1991-04-02 1991-04-02 半導体装置及びその製造方法 Withdrawn JPH04304653A (ja)

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