JPH05291513A - Semiconductor device and its manufacture - Google Patents

Semiconductor device and its manufacture

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JPH05291513A
JPH05291513A JP779793A JP779793A JPH05291513A JP H05291513 A JPH05291513 A JP H05291513A JP 779793 A JP779793 A JP 779793A JP 779793 A JP779793 A JP 779793A JP H05291513 A JPH05291513 A JP H05291513A
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JP
Japan
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silicon wafer
semiconductor device
region
manufacturing
semiconductor substrate
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Application number
JP779793A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasukazu Mukogawa
泰和 向川
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Publication of JPH05291513A publication Critical patent/JPH05291513A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide a semiconductor substrate with which the breakdown strength deterioration can be avoided and which has a required mechanical strength in order to cope with the diameter increase of a wafer required from the finer structure and productivity improvement of a semiconductor device and to provide a Bi-CMOS semiconductor device which can maintain the electrical characteristics of both a bipolar transistor and a field effect transistor. CONSTITUTION:An epitaxial layer 200 is formed on a silicon wafer 100 produced by a CZ method. A silicon wafer 300 produced by an FZ method is bonded to the epitaxial layer 200. An n-p-n bipolar transistor 250 is formed in the epitaxial layer 200. An n-type channel MOS transistor 350 and a p-type channel MOS transistor 360 are formed in the silicon wafer 300.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、半導体基板、たとえ
ばシリコンウエハを2枚直接貼り合わせてなる基板を用
いた半導体装置およびその製造方法に関し、より特定的
には、酸素濃度の異なる2種類の半導体基板を用いてバ
イポーラトランジスタと電界効果トランジスタが形成さ
れた、いわゆるBi−CMOS型半導体装置およびその
製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device using a semiconductor substrate, for example, a substrate obtained by directly bonding two silicon wafers, and a method of manufacturing the same, and more specifically, to two types of semiconductor devices having different oxygen concentrations. The present invention relates to a so-called Bi-CMOS type semiconductor device in which a bipolar transistor and a field effect transistor are formed using a semiconductor substrate, and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、半導体装置を製造する場合、半導
体基板としてシリコンウエハを用いることが多い。シリ
コンウエハの製造方法には、大きく分けてCZ法(Cz
ochralski method)、FZ法(flo
ating zone method)、MCZ法(m
agnetic−field−applied Czo
chralski method)に分類される。これ
らの3つの製造方法によるシリコンウエハのそれぞれの
特徴は以下のように示される。
2. Description of the Related Art At present, when manufacturing a semiconductor device, a silicon wafer is often used as a semiconductor substrate. The silicon wafer manufacturing method is roughly divided into the CZ method (Cz method).
ochralski method), FZ method (flo
ating zone method), MCZ method (m
agricultural-field-applied Czo
chralski method). The characteristics of each of the silicon wafers obtained by these three manufacturing methods are shown below.

【0003】(i) CZシリコンウエハ 酸素濃度:1.0〜1.8×1018/cm3 機械的強度が強い。(I) CZ silicon wafer Oxygen concentration: 1.0 to 1.8 × 10 18 / cm 3 High mechanical strength.

【0004】(ii) MCZシリコンウエハ 酸素濃度:2〜8×1017/cm3 機械的強度が中ぐらいである。(Ii) MCZ silicon wafer Oxygen concentration: 2-8 × 10 17 / cm 3 Medium mechanical strength.

【0005】(iii) FZシリコンウエハ 酸素濃度:<1×1016/cm3 機械的強度が弱い。(Iii) FZ silicon wafer Oxygen concentration: <1 × 10 16 / cm 3 Mechanical strength is weak.

【0006】上記の3種類のシリコンウエハの中で、現
在、大規模集積回路装置(LSI)の半導体基板の大半
がCZ法によって製造されたシリコンウエハである。特
にシリコンウエハの直径が8インチ以上の大きさになっ
てくると、製造工程においてウエハを破損しないために
はその強度上、CZ法によって製造されたシリコンウエ
ハを用いざるを得ない状況にある。
Among the above three types of silicon wafers, most of the semiconductor substrates of large scale integrated circuit devices (LSI) are silicon wafers manufactured by the CZ method at present. In particular, when the diameter of the silicon wafer becomes 8 inches or more, in order to prevent the wafer from being damaged in the manufacturing process, the silicon wafer manufactured by the CZ method has to be used because of its strength.

【0007】CZ法によってウエハを製造する場合、石
英るつぼを用いるのが一般的である。そのため、この石
英るつぼより酸素が製造中のシリコン単結晶に供給さ
れ、1.0〜1.8×1018/cm3 レベルの酸素濃度
が高いシリコンウエハが製造される。しかしながら、酸
素を高濃度に含むことにより、ウエハそのものの機械的
強度が強くなる。このことから、生産性の向上のために
直径を大きくしたウエハにもCZウエハを用いることが
できる。
When a wafer is manufactured by the CZ method, a quartz crucible is generally used. Therefore, oxygen is supplied from the quartz crucible to the silicon single crystal being produced, and a silicon wafer having a high oxygen concentration of 1.0 to 1.8 × 10 18 / cm 3 is produced. However, the high concentration of oxygen increases the mechanical strength of the wafer itself. Therefore, the CZ wafer can be used as a wafer having a large diameter for improving productivity.

【0008】しかしながら、CZシリコンウエハの酸素
濃度は1.0〜1.8×1018/cm3 と高い。そのた
め、CZシリコンウエハの上にシリコン酸化膜を形成し
た場合、そのシリコン酸化膜は多くの欠陥を有する。こ
れにより、たとえばシリコン酸化膜が電界効果トランジ
スタのゲート酸化膜として用いられる場合、シリコンウ
エハに形成される半導体装置の微細化に伴って、そのゲ
ート酸化膜の耐圧が劣化するという問題点があった。
However, the oxygen concentration of the CZ silicon wafer is as high as 1.0 to 1.8 × 10 18 / cm 3 . Therefore, when a silicon oxide film is formed on a CZ silicon wafer, the silicon oxide film has many defects. Thus, for example, when a silicon oxide film is used as a gate oxide film of a field effect transistor, there is a problem that the breakdown voltage of the gate oxide film deteriorates with the miniaturization of the semiconductor device formed on the silicon wafer. ..

【0009】また、FZ法によれば、酸素濃度の低いシ
リコンウエハを製造することができる。しかしながら、
FZシリコンウエハの機械的強度は、その低い酸素濃度
のためにCZシリコンウエハに比べて弱い。そのため、
FZシリコンウエハに対する複数回の熱履歴を伴った処
理あるいはハンドリングにより、そのシリコンウエハは
破損しやすいという問題点があった。一方、低い酸素濃
度のために欠陥の少ない高品質のシリコン酸化膜をFZ
シリコンウエハの上に形成することができる。
Further, according to the FZ method, a silicon wafer having a low oxygen concentration can be manufactured. However,
The mechanical strength of FZ silicon wafer is weaker than that of CZ silicon wafer due to its low oxygen concentration. for that reason,
The FZ silicon wafer has a problem that the silicon wafer is easily damaged by a plurality of treatments or handlings involving heat history. On the other hand, due to the low oxygen concentration, a high-quality silicon oxide film with few defects is formed by FZ
It can be formed on a silicon wafer.

【0010】そこで、特開平2−46770号公報に示
されるように、酸素濃度の低いFZシリコンウエハが酸
素濃度の高いCZシリコンウエハの上に貼り合わせられ
た基板を用いたSOI構造の半導体装置が提案されてい
る。この半導体装置によれば、微細化が進んでも、酸素
濃度の低いFZシリコンウエハの上にシリコン酸化膜を
形成することにより、ゲート酸化膜の特性を向上させる
ことができる。また、CZシリコンウエハにより、高い
機械的強度を得ることができ、生産性の向上を図るため
のウエハの大径化に対処することができる。
Therefore, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2-46770, a semiconductor device having an SOI structure using a substrate in which an FZ silicon wafer having a low oxygen concentration is bonded onto a CZ silicon wafer having a high oxygen concentration is disclosed. Proposed. According to this semiconductor device, the characteristics of the gate oxide film can be improved by forming the silicon oxide film on the FZ silicon wafer having a low oxygen concentration even if miniaturization progresses. Further, the CZ silicon wafer can obtain high mechanical strength, and can cope with an increase in the diameter of the wafer for improving productivity.

【0011】なお、2枚のシリコンウエハ同士を直接貼
り合わせる半導体装置用基板の製造方法は、たとえば特
開平2−183510号公報に開示されている。
A method for manufacturing a semiconductor device substrate in which two silicon wafers are directly bonded to each other is disclosed in, for example, Japanese Unexamined Patent Publication No. 2-183510.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】上述のように、CZシ
リコンウエハの上に貼り合わせられたFZシリコンウエ
ハを基板として電界効果トランジスタを含むMOS型半
導体装置を形成すると、ゲート酸化膜の耐圧の向上等に
より、微細化が進んだ場合にも電気的特性が劣化しない
半導体装置を得ることができる。ところが、バイポーラ
トランジスタと電界効果トランジスタとが1つの基板内
に構成される、いわゆるBi−CMOS型半導体装置を
上記の貼り合わせられたFZシリコンウエハに構成する
と、以下のような問題点が発生する。以下、Bi−CM
OS型半導体装置の製造方法を工程順に説明しながら、
その問題点について検討してみる。
As described above, when a MOS semiconductor device including a field effect transistor is formed by using an FZ silicon wafer bonded on a CZ silicon wafer as a substrate, the breakdown voltage of the gate oxide film is improved. As a result, it is possible to obtain a semiconductor device in which electrical characteristics are not deteriorated even when miniaturization progresses. However, when a so-called Bi-CMOS type semiconductor device in which a bipolar transistor and a field effect transistor are formed on one substrate is formed on the above-mentioned bonded FZ silicon wafer, the following problems occur. Below, Bi-CM
While explaining the method of manufacturing the OS type semiconductor device in the order of steps,
Let's examine the problem.

【0013】図22〜図33は、CZシリコンウエハの
上に貼り合わせられたFZシリコンウエハにBi−CM
OS型半導体装置を形成する製造工程を順に示す部分断
面図である。
FIGS. 22 to 33 show a FZ silicon wafer bonded on a CZ silicon wafer and a Bi-CM.
FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing, in sequence, the manufacturing process for forming the OS type semiconductor device.

【0014】まず、CZ法を用いてシリコンウエハを製
造する。また、FZ法を用いてシリコンウエハを製造す
る。各シリコンウエハの表面を洗浄することにより高度
に清浄化するとともに、親水化処理を施す。このように
処理されたCZシリコンウエハとFZシリコンウエハの
表面同士を機械的に貼り合わせる。その後、500〜1
000℃の温度で熱処理することにより、CZシリコン
ウエハとFZシリコンウエハの貼り合わせられた表面間
で脱水縮合反応が起こる。熱処理をコントロールするこ
とにより、CZシリコンウエハとFZシリコンウエハの
貼り合わせが強化される。このようにして、図22に示
されるように、p型のCZシリコンウエハ100の上に
p型のFZシリコンウエハ300aが貼り合わせられた
シリコン基板が作製される。
First, a silicon wafer is manufactured by using the CZ method. Further, a silicon wafer is manufactured by using the FZ method. The surface of each silicon wafer is cleaned to be highly cleaned and subjected to a hydrophilic treatment. The surfaces of the CZ silicon wafer and the FZ silicon wafer thus treated are mechanically bonded to each other. Then 500-1
The heat treatment at a temperature of 000 ° C. causes a dehydration condensation reaction between the bonded surfaces of the CZ silicon wafer and the FZ silicon wafer. By controlling the heat treatment, the bonding between the CZ silicon wafer and the FZ silicon wafer is strengthened. In this way, as shown in FIG. 22, a silicon substrate in which the p-type FZ silicon wafer 300a is bonded onto the p-type CZ silicon wafer 100 is manufactured.

【0015】次に図23を参照して、イオン注入法を用
いて1015〜1016/cm2 程度のドーズ量でp型とn
型の不純物イオンがそれぞれ、FZシリコンウエハ30
0aの所定の領域に導入される。その後、700〜11
00℃の温度で熱処理が施されることにより、n+ 埋込
拡散層371,374とp+ 埋込拡散層372,373
が形成される。
Next, referring to FIG. 23, the p-type and n-type are formed at a dose of about 10 15 to 10 16 / cm 2 by using the ion implantation method.
Type impurity ions are respectively generated in the FZ silicon wafer 30.
It is introduced into a predetermined area of 0a. Then 700-11
By performing heat treatment at a temperature of 00 ° C., n + buried diffusion layers 371 and 374 and p + buried diffusion layers 372 and 373 are formed.
Is formed.

【0016】図24を参照して、FZシリコンウエハ3
00aの表面上にn- エピタキシャル層400が650
〜1100℃の温度で2〜10μmの厚みで形成され
る。
Referring to FIG. 24, FZ silicon wafer 3
N - epitaxial layer 400 650 on the surface of 00a
It is formed with a thickness of 2 to 10 μm at a temperature of ˜1100 ° C.

【0017】図25に示すように、n型とp型の不純物
が、n- エピタキシャル層400の所定の領域にそれぞ
れ、1012〜1013/cm2 程度のドーズ量でイオン注
入される。その後、600〜1000℃の温度でランプ
アニール処理が施されることにより、n型ウェル領域4
01,403,405とp型ウェル領域402,404
とが形成される。このようにして、CMOSトランジス
タ形成領域としてウェル領域が形成される。
As shown in FIG. 25, n-type and p-type impurities are ion-implanted into predetermined regions of n - epitaxial layer 400 at a dose of about 10 12 to 10 13 / cm 2 , respectively. After that, a lamp annealing process is performed at a temperature of 600 to 1000 ° C., whereby the n-type well region 4
01, 403, 405 and p-type well regions 402, 404
And are formed. In this way, a well region is formed as a CMOS transistor formation region.

【0018】図26に示すように、p型ウェル領域40
2にp型の不純物が1012〜1014/cm2 程度のドー
ズ量でイオン注入される。その後、600〜1000℃
の温度でランプアニール処理が施されることにより、p
+ 領域402とp- 領域406とp+ 埋込拡散層372
とから構成されるp型分離領域が形成される。
As shown in FIG. 26, the p-type well region 40 is formed.
2, p-type impurities are ion-implanted at a dose of about 10 12 to 10 14 / cm 2 . After that, 600 ~ 1000 ℃
By performing the lamp annealing treatment at the temperature of
+ Region 402, p region 406, and p + buried diffusion layer 372
To form a p-type isolation region.

【0019】図27を参照して、n- エピタキシャル層
400の所定の素子形成領域を分離するように、分離酸
化膜407,408,409が形成される。このとき、
n領域410,411,413とp領域412が形成さ
れる。
Referring to FIG. 27, isolation oxide films 407, 408 and 409 are formed so as to isolate a predetermined element formation region of n epitaxial layer 400. At this time,
N regions 410, 411, 413 and p region 412 are formed.

【0020】図28を参照して、n領域410の一部領
域にn型の不純物が1014〜1017/cm2 程度のドー
ズ量でイオン注入される。その後、600〜1000℃
の温度でランプアニール処理が施されることにより、n
+ コレクタウォール414が形成される。
Referring to FIG. 28, an n-type impurity is ion-implanted into a partial region of n-region 410 at a dose amount of about 10 14 to 10 17 / cm 2 . After that, 600 ~ 1000 ℃
By performing the lamp annealing treatment at the temperature of
+ A collector wall 414 is formed.

【0021】図29に示すように、p領域412にゲー
ト酸化膜415、n領域413にゲート酸化膜416が
形成される。ゲート酸化膜415と416のそれぞれの
上にはポリサイド構造を有するゲート電極417と41
8が形成される。各ゲート電極417または418をマ
スクとして用いて、n型とp型の不純物が、それぞれ1
15〜1016/cm2 程度のドーズ量でイオン注入され
る。その後、600〜1000℃の温度でランプアニー
ル処理が施されることにより、n型ソース・ドレイン領
域419とp型ソース・ドレイン領域420が形成され
る。このようにして、nチャネルMOSトランジスタ4
50とpチャネルMOSトランジスタ460とが形成さ
れる。
As shown in FIG. 29, a gate oxide film 415 is formed in p region 412 and a gate oxide film 416 is formed in n region 413. Gate electrodes 417 and 41 having a polycide structure are formed on the gate oxide films 415 and 416, respectively.
8 is formed. Using each gate electrode 417 or 418 as a mask, n-type and p-type impurities are
Ion implantation is performed with a dose amount of about 0 15 to 10 16 / cm 2 . Then, a lamp annealing process is performed at a temperature of 600 to 1000 ° C. to form an n-type source / drain region 419 and a p-type source / drain region 420. In this way, the n-channel MOS transistor 4
50 and p channel MOS transistor 460 are formed.

【0022】図30に示すように、n領域410にp型
の不純物が1013〜1015/cm2のドーズ量でイオン
注入される。その後、600〜1000℃の温度でラン
プアニール処理が施されることにより、p+ ベース領域
421が形成される。
As shown in FIG. 30, p-type impurities are ion-implanted into the n region 410 at a dose amount of 10 13 to 10 15 / cm 2 . Then, a lamp anneal process is performed at a temperature of 600 to 1000 ° C. to form p + base region 421.

【0023】図31に示すように、p+ ベース領域42
1の一部領域にn型の不純物が10 15〜1016/cm2
程度のドーズ量でイオン注入される。その後、600〜
1000℃の温度でランプアニール処理が施されること
により、n+ エミッタ領域422が形成される。
As shown in FIG. 31, p+Base region 42
N-type impurities in 10 15-1016/ Cm2
Ions are implanted with a dose of about the same. Then 600 ~
Lamp annealing should be performed at a temperature of 1000 ° C
By n+Emitter region 422 is formed.

【0024】このようにして、npnバイポーラトラン
ジスタ470が形成される。図32に示すように、バイ
ポーラトランジスタ470とnチャネルMOSトランジ
スタ450とpチャネルMOSトランジスタ460を被
覆するように酸化膜からなる層間絶縁膜423がFZシ
リコンウエハ300aの全面上に形成される。
In this way, the npn bipolar transistor 470 is formed. As shown in FIG. 32, an interlayer insulating film 423 made of an oxide film is formed on the entire surface of the FZ silicon wafer 300a so as to cover the bipolar transistor 470, the n-channel MOS transistor 450 and the p-channel MOS transistor 460.

【0025】最後に図33に示すように、層間絶縁膜4
23にコンタクトホールが開けられる。各コンタクトホ
ールを通じてコレクタ領域、エミッタ領域、ベース領
域、ソース領域およびドレイン領域の表面にそれぞれ接
触するように、アルミニウム配線層424,425,4
26,427,428,429,430が形成される。
以上のようにして、CZシリコンウエハ100の上に貼
り合わせられたFZシリコンウエハ300aにBi−C
MOS型半導体装置が形成される。
Finally, as shown in FIG. 33, the interlayer insulating film 4
A contact hole is opened at 23. Aluminum wiring layers 424, 425, 4 are formed so as to contact the surfaces of the collector region, the emitter region, the base region, the source region and the drain region through the contact holes, respectively.
26, 427, 428, 429, 430 are formed.
As described above, Bi-C is applied to the FZ silicon wafer 300a bonded on the CZ silicon wafer 100.
A MOS semiconductor device is formed.

【0026】上述の製造工程においては、バイポーラト
ランジスタを形成するためにエピタキシャル層400が
FZシリコンウエハ300aの上に形成される。このと
き、シリコンウエハにスリップラインが発生する。図3
4はFZシリコンウエハ300aの上にエピタキシャル
層を形成したときに発生するスリップラインを示す平面
図である。図34の(A)はシリコンウエハの(10
0)面に発生するスリップラインを示す。図34の
(B)はシリコンウエハの(111)面に発生するスリ
ップラインを示す。380はオリエンテーションフラッ
トを示す。(A)を参照して、FZシリコンウエハ30
0aの周辺部にスリップライン501が発生しているこ
とがわかる。また、(B)を参照して、FZシリコンウ
エハ300aの周辺部にスリップライン502が所定の
角度をなして形成されているのがわかる。このようなス
リップラインは結晶の格子欠陥の1つとしての転位の集
合であると考えられる。
In the manufacturing process described above, the epitaxial layer 400 is formed on the FZ silicon wafer 300a to form the bipolar transistor. At this time, a slip line is generated on the silicon wafer. Figure 3
4 is a plan view showing slip lines generated when an epitaxial layer is formed on the FZ silicon wafer 300a. FIG. 34A shows a silicon wafer (10
The slip line generated on the (0) plane is shown. FIG. 34B shows the slip line generated on the (111) plane of the silicon wafer. Reference numeral 380 indicates an orientation flat. Referring to (A), FZ silicon wafer 30
It can be seen that the slip line 501 is generated around 0a. Further, referring to (B), it can be seen that the slip lines 502 are formed at a predetermined angle in the peripheral portion of the FZ silicon wafer 300a. Such a slip line is considered to be a set of dislocations as one of the lattice defects of the crystal.

【0027】図35は上記のようなスリップラインを含
むエピタキシャル層に形成されたバイポーラトランジス
タの拡大断面図である。この図を参照して、n- エピタ
キシャル層400にp+ ベース領域421が形成されて
いる。p+ ベース領域421にはn+ エミッタ領域42
2が形成されている。p+ ベース領域421とn+ エミ
ッタ領域422の間には空乏層431が形成されてい
る。この場合、スリップライン500はp+ ベース領域
421からn+ エミッタ領域422に延びるように存在
している。このように、pn接合部にスリップライン5
00が存在していると、リーク電流が発生しやすくな
る。その結果、バイポーラトランジスタの電気的特性が
劣化し、トランジスタの誤動作が生ずる。そのため、B
i−CMOS型半導体装置の不良品が発生することにな
る。すなわち、スリップライン501または502が発
生したFZシリコンウエハ300aの周辺部(図34)
にBi−CMOS型半導体装置の不良品が発生する。し
たがって、不良品が発生したシリコンウエハの周辺部は
切り捨てられる。このことは、Bi−CMOS型半導体
装置の製造歩留まりの低下をもたらす。
FIG. 35 is an enlarged sectional view of the bipolar transistor formed in the epitaxial layer including the slip line as described above. Referring to this figure, p + base region 421 is formed in n epitaxial layer 400. The p + base region 421 has an n + emitter region 42.
2 is formed. A depletion layer 431 is formed between the p + base region 421 and the n + emitter region 422. In this case, the slip line 500 exists so as to extend from the p + base region 421 to the n + emitter region 422. In this way, the slip line 5 is attached to the pn junction.
If 00 is present, a leak current is likely to occur. As a result, the electrical characteristics of the bipolar transistor deteriorate, and the transistor malfunctions. Therefore, B
A defective i-CMOS type semiconductor device will be generated. That is, the peripheral portion of the FZ silicon wafer 300a where the slip line 501 or 502 is generated (FIG. 34).
A defective Bi-CMOS type semiconductor device is generated. Therefore, the peripheral portion of the silicon wafer in which the defective product is generated is cut off. This causes a reduction in the manufacturing yield of Bi-CMOS type semiconductor devices.

【0028】そこで、この発明の目的は、生産性向上に
伴うウエハの大径化に対応することができ、素子の微細
化に伴う酸化膜の耐圧劣化を防止することができ、MO
Sトランジスタの特性を向上させることができるととも
に、バイポーラトランジスタの電気的特性を向上させる
ことが可能なBi−CMOS型半導体装置およびその製
造方法を提供することである。
Therefore, the object of the present invention is to cope with the increase in the diameter of the wafer accompanying the improvement in productivity, to prevent the breakdown voltage of the oxide film from being deteriorated due to the miniaturization of the element, and
It is an object of the present invention to provide a Bi-CMOS type semiconductor device capable of improving the characteristics of an S transistor and also improving the electrical characteristics of a bipolar transistor, and a method for manufacturing the same.

【0029】[0029]

【課題を解決するための手段】この発明の1つの局面に
従った半導体装置は、第1の半導体基板と、半導体層
と、第2の半導体基板と、バイポーラトランジスタと、
電界効果トランジスタとを備える。第1の半導体基板は
主表面を有し、第1の濃度で酸素を含有する。半導体層
は第1の半導体基板の主表面の上にエピタキシャル成長
させられたものである。第2の半導体基板は半導体層の
上に接合され、第1の濃度よりも低い第2の濃度で酸素
を含有する。バイポーラトランジスタは半導体層に形成
されている。電界効果トランジスタは第2の半導体基板
に形成されている。
A semiconductor device according to one aspect of the present invention includes a first semiconductor substrate, a semiconductor layer, a second semiconductor substrate, a bipolar transistor,
And a field effect transistor. The first semiconductor substrate has a main surface and contains oxygen at a first concentration. The semiconductor layer is epitaxially grown on the main surface of the first semiconductor substrate. The second semiconductor substrate is bonded onto the semiconductor layer and contains oxygen at a second concentration lower than the first concentration. The bipolar transistor is formed in the semiconductor layer. The field effect transistor is formed on the second semiconductor substrate.

【0030】この発明のもう1つの局面に従った半導体
装置の製造方法によれば、第1の濃度で酸素を含有する
第1の半導体基板の主表面の上にエピタキシャル成長さ
せることにより、半導体層が形成される。この半導体層
にバイポーラトランジスタが形成される。第1の濃度よ
りも低い第2の濃度で酸素を含有する第2の半導体基板
が半導体層の上に接合される。この第2の半導体基板に
電界効果トランジスタか形成される。
According to the method of manufacturing a semiconductor device according to another aspect of the present invention, the semiconductor layer is formed by epitaxial growth on the main surface of the first semiconductor substrate containing oxygen at the first concentration. It is formed. A bipolar transistor is formed on this semiconductor layer. A second semiconductor substrate containing oxygen at a second concentration lower than the first concentration is bonded onto the semiconductor layer. A field effect transistor is formed on this second semiconductor substrate.

【0031】[0031]

【作用】この発明の半導体装置においては、1つの基板
として比較的高い濃度で酸素を含有する第1の半導体基
板が用いられる。この第1の半導体基板の上にエピタキ
シャル成長させることにより、半導体層が形成される。
そのため、この半導体層にスリップラインが発生するこ
とはない。また、第1の半導体基板は比較的高い酸素を
含有しているので、その機械的強度は強くなっている。
これにより、生産性の向上に伴うシリコンウエハの大径
化に対応することができる。
In the semiconductor device of the present invention, the first semiconductor substrate containing oxygen at a relatively high concentration is used as one substrate. A semiconductor layer is formed by epitaxially growing on the first semiconductor substrate.
Therefore, no slip line is generated in this semiconductor layer. Moreover, since the first semiconductor substrate contains relatively high oxygen, its mechanical strength is high.
As a result, it is possible to cope with an increase in the diameter of the silicon wafer due to the improvement in productivity.

【0032】また、酸素濃度の比較的低い第2の半導体
基板に電界効果トランジスタが形成される。これによ
り、第2の半導体基板の表面に形成される酸化膜の耐圧
が微細化とともに劣化することはない。そのため、素子
の微細化が進んだとしても、電界効果トランジスタの電
気的特性を維持することができる。
A field effect transistor is formed on the second semiconductor substrate having a relatively low oxygen concentration. As a result, the breakdown voltage of the oxide film formed on the surface of the second semiconductor substrate does not deteriorate with miniaturization. Therefore, the electrical characteristics of the field effect transistor can be maintained even if the element is miniaturized.

【0033】[0033]

【実施例】図1は、この発明の一実施例によるBi−C
MOS型半導体装置を示す部分断面図である。図1を参
照して、p型CZシリコンウエハ100の表面上にn+
埋込拡散層101,104とp+ 埋込拡散層102,1
03が形成されている。CZシリコンウエハ100の上
にn- エピタキシャル層200が形成されている。n-
エピタキシャル層200にはn+ コレクタウォール層2
01とn- 領域204が形成されている。n- 領域20
4にはp+ ベース領域207が形成されている。p+
ース領域207内にはn+ エミッタ領域208が形成さ
れている。このようにして、npnバイポーラトランジ
スタ250がn- エピタキシャル層200に形成されて
いる。また、p+ 分離領域202,203がn- エピタ
キシャル層200に形成されている。これにより、n-
領域204,205,206が電気的に分離されてい
る。n- エピタキシャル層200の上にn型のFZシリ
コンウエハ300が貼り合わせられている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT FIG. 1 shows a Bi-C according to an embodiment of the present invention.
It is a fragmentary sectional view showing a MOS type semiconductor device. Referring to FIG. 1, n + is formed on the surface of a p-type CZ silicon wafer 100.
Buried diffusion layers 101, 104 and p + buried diffusion layers 102, 1
03 is formed. An n epitaxial layer 200 is formed on the CZ silicon wafer 100. n -
The epitaxial layer 200 includes an n + collector wall layer 2
01 and n regions 204 are formed. n - region 20
4 has ap + base region 207 formed therein. An n + emitter region 208 is formed in the p + base region 207. In this way, the npn bipolar transistor 250 is formed in the n epitaxial layer 200. Further, p + isolation regions 202 and 203 are formed in the n epitaxial layer 200. This gives n
Regions 204, 205, 206 are electrically isolated. An n-type FZ silicon wafer 300 is bonded onto the n epitaxial layer 200.

【0034】FZシリコンウエハ300にはp+ 分離領
域305とn+ 領域306とp+ 領域307とn- 領域
308が形成されている。p+ 領域307にはnチャネ
ルMOSトランジスタ350が形成されている。n-
域308にはpチャネルMOSトランジスタ360が形
成されている。nチャネルMOSトランジスタ350
は、1対のn型ソース・ドレイン領域315と、それら
の間に形成されたゲート酸化膜311とゲート電極31
3とを含む。pチャネルMOSトランジスタ360は、
1対のp型ソース・ドレイン領域316と、それらの間
に形成されたゲート酸化膜312とゲート電極314と
を含む。
On the FZ silicon wafer 300, p + isolation regions 305, n + regions 306, p + regions 307 and n regions 308 are formed. An n channel MOS transistor 350 is formed in p + region 307. A p-channel MOS transistor 360 is formed in n region 308. n-channel MOS transistor 350
Is a pair of n-type source / drain regions 315, and a gate oxide film 311 and a gate electrode 31 formed between them.
Including 3. The p-channel MOS transistor 360 is
It includes a pair of p-type source / drain regions 316, and a gate oxide film 312 and a gate electrode 314 formed between them.

【0035】バイポーラトランジスタ250とnチャネ
ルMOSトランジスタ350とpチャネルMOSトラン
ジスタ360とを相互に分離するために、FZシリコン
ウエハ300の表面には分離酸化膜309,310が形
成されている。バイポーラトランジスタ250とMOS
トランジスタ350,360を被覆するようにFZシリ
コンウエハ300の上には層間絶縁膜324が形成され
ている。この層間絶縁膜324にはコレクタ領域、エミ
ッタ領域、ベース領域およびソース・ドレイン領域のそ
れぞれの表面を露出するようにコンタクトホールが形成
されている。各コンタクトホールを通じてそれぞれの領
域に接触するようにアルミニウム配線層325、32
6、327、328、329、330、331が形成さ
れている。なお、npnバイポーラトランジスタ250
のn+ コレクタウォール層201、p+ ベース領域20
7、n+ エミッタ領域208のそれぞれとアルミニウム
配線層325,327,326は、FZシリコンウエハ
300に形成されたプラグ電極321,323,322
のそれぞれを通じて接続されている。
Isolation oxide films 309 and 310 are formed on the surface of the FZ silicon wafer 300 in order to isolate the bipolar transistor 250, the n-channel MOS transistor 350, and the p-channel MOS transistor 360 from each other. Bipolar transistor 250 and MOS
An interlayer insulating film 324 is formed on the FZ silicon wafer 300 so as to cover the transistors 350 and 360. Contact holes are formed in the interlayer insulating film 324 so as to expose the surfaces of the collector region, the emitter region, the base region, and the source / drain regions. Aluminum wiring layers 325 and 32 are formed so as to contact the respective regions through the respective contact holes.
6, 327, 328, 329, 330, 331 are formed. Note that the npn bipolar transistor 250
N + collector wall layer 201, p + base region 20
7, n + emitter regions 208 and aluminum wiring layers 325, 327, 326 are plug electrodes 321, 323, 322 formed on the FZ silicon wafer 300.
Are connected through each.

【0036】以上のように構成されるBi−CMOS型
半導体装置の製造方法について説明する。図2〜図18
は、図1に示すBi−CMOS型半導体装置の製造工程
を順に示す部分断面図である。
A method of manufacturing the Bi-CMOS type semiconductor device configured as described above will be described. 2 to 18
3A to 3D are partial cross-sectional views sequentially showing manufacturing steps of the Bi-CMOS type semiconductor device shown in FIG.

【0037】まず、図2を参照して、p型のCZシリコ
ンウエハ100の所定領域にp型とn型の不純物が、そ
れぞれ1015〜1016/cm2 のドーズ量でイオン注入
される。その後、700〜1100℃の温度で熱処理が
施されることにより、n+ 埋込拡散層101,104と
+ 埋込拡散層102,103が形成される。
First, referring to FIG. 2, p-type and n-type impurities are ion-implanted into predetermined regions of p-type CZ silicon wafer 100 at a dose of 10 15 to 10 16 / cm 2 , respectively. Then, heat treatment is performed at a temperature of 700 to 1100 ° C. to form n + buried diffusion layers 101 and 104 and p + buried diffusion layers 102 and 103.

【0038】図3に示すように、CZシリコンウエハ1
00の上にn- エピタキシャル層200が650〜11
00℃の温度で2〜10μmの厚みで形成される。この
とき、CZシリコンウエハ100の酸素濃度は1.0〜
1.8×1018/cm3 程度の比較的高い値であるの
で、そのCZシリコンウエハ100の上にエピタキシャ
ル成長を行なっても、エピタキシャル層200にスリッ
プラインが発生することはない。
As shown in FIG. 3, a CZ silicon wafer 1
N - epitaxial layer 200 over 001
It is formed with a thickness of 2 to 10 μm at a temperature of 00 ° C. At this time, the oxygen concentration of the CZ silicon wafer 100 is 1.0 to
Since it is a relatively high value of about 1.8 × 10 18 / cm 3 , slip lines do not occur in the epitaxial layer 200 even when epitaxial growth is performed on the CZ silicon wafer 100.

【0039】図4を参照して、n- エピタキシャル層2
00の所定の領域にn型の不純物が1014〜1017/c
2 程度のドーズ量でイオン注入される。その後、60
0〜1000℃の温度でランプアニール処理が施される
ことにより、n+ コレクタウォール層201が形成され
る。
Referring to FIG. 4, n - epitaxial layer 2
N-type impurities in a predetermined region of 00 of 10 14 to 10 17 / c
Ions are implanted with a dose amount of about m 2 . Then 60
By performing the lamp annealing treatment at a temperature of 0 to 1000 ° C., the n + collector wall layer 201 is formed.

【0040】図5に示すように、p+ 埋込拡散層10
2,103のそれぞれの上のn- エピタキシャル層20
0の領域にp型の不純物が1012〜1014/cm2 程度
のドーズ量でイオン注入される。その後、600〜10
00℃の温度でランプアニール処理が施されることによ
り、p+ 分離領域202,203が形成される。これに
より、n- 領域204,205,206が相互に電気的
に分離されるように形成される。
As shown in FIG. 5, the p + buried diffusion layer 10 is formed.
N epitaxial layer 20 on each of 2, 103
P-type impurities are ion-implanted into the 0 region at a dose of about 10 12 to 10 14 / cm 2 . Then 600-10
By performing the lamp annealing treatment at a temperature of 00 ° C., the p + isolation regions 202 and 203 are formed. As a result, the n regions 204, 205 and 206 are formed so as to be electrically isolated from each other.

【0041】図6に示すように、n- 領域204の一部
領域にp型の不純物が1013〜10 15/cm2 程度のド
ーズ量でイオン注入される。その後、600〜1000
℃の温度でランプアニール処理が施されることにより、
+ ベース領域207が形成される。
As shown in FIG. 6, n-Part of region 204
There are 10 p-type impurities in the region.13-10 15/ Cm2Degree of
Ion implantation is performed. Then 600-1000
By performing the lamp annealing treatment at a temperature of ℃,
p+A base region 207 is formed.

【0042】図7に示すように、p+ ベース領域207
の一部領域にn型の不純物が1015〜1016/cm2
度のドーズ量でイオン注入される。その後、600〜1
000℃の温度でランプアニール処理が施されることに
より、n+ エミッタ領域208が形成される。このよう
にして、npnバイポーラトランジスタ250が形成さ
れる。
As shown in FIG. 7, the p + base region 207 is formed.
N-type impurities are ion-implanted into a partial region of the substrate at a dose of about 10 15 to 10 16 / cm 2 . Then 600-1
By performing a lamp annealing process at a temperature of 000 ° C., n + emitter region 208 is formed. In this way, the npn bipolar transistor 250 is formed.

【0043】次に、FZ法を用いて、比較的低い酸素濃
度、たとえば1×1016/cm3 程度未満の濃度を有す
るシリコンウエハが製造される。バイポーラトランジス
タ250が形成されたCZシリコンウエハ100の表
面、正確にはエピタキシャル層200の表面と、FZシ
リコンウエハの表面が洗浄されることにより、清浄化さ
れ、親水化される。このように処理されたCZシリコン
ウエハ100とFZシリコンウエハとが機械的に貼り合
わせられる。その後、500〜1000℃の温度で熱処
理が施されることにより、CZシリコンウエハ100と
FZシリコンウエハの貼り合わせ面において脱水縮合反
応が起こる。
Next, the FZ method is used to manufacture a silicon wafer having a relatively low oxygen concentration, for example, a concentration of less than about 1 × 10 16 / cm 3 . The surface of the CZ silicon wafer 100 on which the bipolar transistor 250 is formed, to be precise, the surface of the epitaxial layer 200 and the surface of the FZ silicon wafer are cleaned and made hydrophilic. The CZ silicon wafer 100 and the FZ silicon wafer thus processed are mechanically bonded to each other. After that, heat treatment is performed at a temperature of 500 to 1000 ° C., so that a dehydration condensation reaction occurs on the bonding surface of the CZ silicon wafer 100 and the FZ silicon wafer.

【0044】この脱水縮合反応の模式図は図21に示さ
れる。図21の(a)を参照して、CZシリコンウエハ
100の上に形成されたエピタキシャル層200の表面
とFZシリコンウエハ300の表面とが水素結合によっ
て接合されている。このように接合されたエピタキシャ
ル層200とFZシリコンウエハ300との間の界面に
おいて脱水縮合反応が起こる。その結果、図21の
(b)に示すように水が放出され、エピタキシャル層2
00とFZシリコンウエハ300とが酸素を介在して接
合するようになる。
A schematic diagram of this dehydration condensation reaction is shown in FIG. Referring to FIG. 21A, the surface of the epitaxial layer 200 formed on the CZ silicon wafer 100 and the surface of the FZ silicon wafer 300 are bonded by hydrogen bonding. A dehydration condensation reaction occurs at the interface between the epitaxial layer 200 and the FZ silicon wafer 300 thus bonded. As a result, water is released as shown in FIG.
00 and the FZ silicon wafer 300 are bonded together with oxygen interposed.

【0045】その後、熱処理を制御することにより、2
つのシリコンウエハの貼り合わせ面が強化させられる。
このようにして得られた半導体基板の断面は図8に示さ
れる。n型のFZシリコンウエハ300がn- エピタキ
シャル層200の上に接合されている。
Thereafter, by controlling the heat treatment, 2
The bonding surface of two silicon wafers is strengthened.
The cross section of the semiconductor substrate thus obtained is shown in FIG. An n-type FZ silicon wafer 300 is bonded onto the n epitaxial layer 200.

【0046】図9を参照して、FZシリコンウエハ30
0を機械的に研磨することにより、FZシリコンウエハ
300の厚みを10μm程度までにする。その後、FZ
シリコンウエハ300の表面を鏡面研磨処理する。
Referring to FIG. 9, FZ silicon wafer 30
By mechanically polishing 0, the thickness of the FZ silicon wafer 300 is reduced to about 10 μm. Then FZ
The surface of the silicon wafer 300 is mirror-polished.

【0047】図10に示すようにFZシリコンウエハ3
00の所定領域にp型とn型の不純物がそれぞれ、10
12〜1013/cm2 程度のドーズ量でイオン注入され
る。その後、600〜1000℃の温度でランプアニー
ル処理が施されることにより、p+ ウェル領域301,
303とn+ ウェル領域302,304が形成される。
As shown in FIG. 10, FZ silicon wafer 3
P-type and n-type impurities in the predetermined area of 00 are 10
Ions are implanted with a dose amount of about 12 to 10 13 / cm 2 . After that, a lamp annealing process is performed at a temperature of 600 to 1000 ° C., so that the p + well region 301,
303 and n + well regions 302 and 304 are formed.

【0048】図11に示すように、p+ ウェル領域30
1,303にp型の不純物が1012〜1014/cm2
度のドーズ量でイオン注入される。その後、600〜1
000℃の温度でランプアニール処理が施されることに
より、FZシリコンウエハ300上においてp+ 分離領
域が形成される。
As shown in FIG. 11, the p + well region 30 is formed.
1,303 is ion-implanted with p-type impurities at a dose of about 10 12 to 10 14 / cm 2 . Then 600-1
By performing the lamp annealing treatment at a temperature of 000 ° C., a p + isolation region is formed on the FZ silicon wafer 300.

【0049】図12に示すように、FZシリコンウエハ
300の所定領域に分離酸化膜309,310が形成さ
れる。このようにして、p+ 分離領域305とn+ 領域
306とp+ 領域307とn- 領域308が形成され
る。
As shown in FIG. 12, isolation oxide films 309 and 310 are formed in predetermined regions of the FZ silicon wafer 300. In this way, p + isolation region 305, n + region 306, p + region 307 and n region 308 are formed.

【0050】図13を参照して、p+ 領域307とn-
領域308のそれぞれに900〜1150℃の熱処理に
よって酸化膜が形成され、パターニングされることによ
り、ゲート酸化膜311,312が50〜300Åの膜
厚で形成される。ゲート酸化膜311と312のそれぞ
れの上にはポリサイド構造を有するゲート電極313,
314が形成される。ゲート電極313,314は多結
晶シリコンのような他の材料から形成されてもよい。
Referring to FIG. 13, p + region 307 and n − are shown.
An oxide film is formed in each of the regions 308 by heat treatment at 900 to 1150 ° C., and patterned to form gate oxide films 311 and 312 with a film thickness of 50 to 300 Å. A gate electrode 313 having a polycide structure is formed on each of the gate oxide films 311 and 312.
314 is formed. The gate electrodes 313 and 314 may be formed of other materials such as polycrystalline silicon.

【0051】図14に示すように、ゲート電極313と
314のそれぞれをマスクとして用いてn型とp型の不
純物のそれぞれが1015〜1016/cm2 程度のドーズ
量でイオン注入される。その後、600〜1000℃の
温度でランプアニール処理が施されることにより、n型
ソース・ドレイン領域315とp型ソース・ドレイン領
域316が形成される。このようにして、nチャネルM
OSトランジスタ350とpチャネルMOSトランジス
タ360とが形成される。
As shown in FIG. 14, using the gate electrodes 313 and 314 as masks, n-type and p-type impurities are ion-implanted at a dose of about 10 15 to 10 16 / cm 2 . Then, a lamp annealing process is performed at a temperature of 600 to 1000 ° C. to form an n-type source / drain region 315 and a p-type source / drain region 316. In this way, the n channel M
OS transistor 350 and p-channel MOS transistor 360 are formed.

【0052】図15に示すように、FZシリコンウエハ
300の全面上にフォトレジスト膜317が形成され
る。フォトリソグラフィ技術によりフォトレジスト膜3
17が選択的に除去される。これにより、CZシリコン
ウエハ100上のエピタキシャル層200に形成された
バイポーラトランジスタ250の各領域の表面を露出さ
せるためにパターニングが行なわれる。
As shown in FIG. 15, a photoresist film 317 is formed on the entire surface of the FZ silicon wafer 300. Photoresist film 3 by photolithography technology
17 is selectively removed. As a result, patterning is performed to expose the surface of each region of the bipolar transistor 250 formed in the epitaxial layer 200 on the CZ silicon wafer 100.

【0053】図16に示すように、上記のようにパター
ニングされたフォトレジスト膜317をマスクとして用
いて、FZシリコンウエハ300がエッチングされる。
ウェットエッチングの場合には、KOHなどのアルカリ
溶液が用いられ、ドライエッチングの場合にはNF3
ス等が用いられる。KOH溶液によるウェットエッチン
グの場合には、エッチング速度は0.2〜3μm/mi
n.程度である。これにより、n+ コレクタウォール層
201、n+ エミッタ領域208、p+ ベース領域20
7のそれぞれの表面を露出するようにコンタクトホール
318,319,320がFZシリコンウエハ300に
形成される。図示されていないが、コンタクトホール3
18,319,320の側壁には絶縁膜が形成される。
As shown in FIG. 16, the FZ silicon wafer 300 is etched using the photoresist film 317 patterned as described above as a mask.
In the case of wet etching, an alkaline solution such as KOH is used, and in the case of dry etching, NF 3 gas or the like is used. In the case of wet etching using a KOH solution, the etching rate is 0.2-3 μm / mi.
n. It is a degree. As a result, the n + collector wall layer 201, the n + emitter region 208, and the p + base region 20 are formed.
Contact holes 318, 319, and 320 are formed in the FZ silicon wafer 300 so as to expose the respective surfaces of 7. Although not shown, the contact hole 3
An insulating film is formed on the sidewalls of 18, 319 and 320.

【0054】図17に示すように、CVD法を用いてタ
ングステン等の導電層が全面上に形成される。その後、
エッチバックにより、導電層がコンタクトホール31
8,319,320の領域のみに残存させられる。これ
により、プラグ電極321,322,323が形成され
る。
As shown in FIG. 17, a conductive layer of tungsten or the like is formed on the entire surface by the CVD method. afterwards,
The conductive layer is contact hole 31 by etching back.
It is made to remain only in the area of 8,319,320. As a result, the plug electrodes 321, 322, 323 are formed.

【0055】図18に示すように、FZシリコンウエハ
300の全面上に層間絶縁膜324が形成される。
As shown in FIG. 18, an interlayer insulating film 324 is formed on the entire surface of the FZ silicon wafer 300.

【0056】最後に図1に示すように、プラグ電極32
1,322,323のそれぞれの表面を露出するように
コンタクトホールが層間絶縁膜324に形成される。ま
た、n型ソース・ドレイン領域315とp型ソース・ド
レイン領域316のそれぞれの表面を露出するようにコ
ンタクトホールが層間絶縁膜324に形成される。各コ
ンタクトホールを通じて各領域に接触するようにアルミ
ニウムまたはタングステン配線層325,326,32
7,328,329,330,331が形成される。こ
のようにして、本発明のBi−CMOS型半導体装置が
形成される。
Finally, as shown in FIG. 1, the plug electrode 32
Contact holes are formed in the interlayer insulating film 324 so as to expose respective surfaces of 1, 322 and 323. Further, contact holes are formed in the interlayer insulating film 324 so as to expose the respective surfaces of the n-type source / drain regions 315 and the p-type source / drain regions 316. Aluminum or tungsten wiring layers 325, 326, 32 so as to contact the respective regions through the respective contact holes.
7,328,329,330,331 are formed. In this way, the Bi-CMOS type semiconductor device of the present invention is formed.

【0057】また、上記実施例では、FZシリコンウエ
ハ300を機械的に研磨することにより、FZシリコン
ウエハ300の厚みを10μm程度までにしている。こ
うすることにより、図16で示される工程においてコン
タクトホールを形成するためのFZシリコンウエハ30
0のエッチング時間を短くすることができる。しかしな
がら、FZシリコンウエハ300をCZシリコンウエハ
100に貼り合わせた後、FZシリコンウエハ300の
厚みを薄くするためには、グラインダ(約200μmの
厚みを削る)とポリッシング(約30μmの厚みを削
る)の2つの工程が必要になる。
Further, in the above embodiment, the thickness of the FZ silicon wafer 300 is set to about 10 μm by mechanically polishing the FZ silicon wafer 300. By doing so, the FZ silicon wafer 30 for forming the contact hole in the step shown in FIG.
The etching time of 0 can be shortened. However, after the FZ silicon wafer 300 is bonded to the CZ silicon wafer 100, in order to reduce the thickness of the FZ silicon wafer 300, a grinder (removing the thickness of about 200 μm) and polishing (removing the thickness of about 30 μm) are used. Two steps are required.

【0058】現在、標準のウエハの厚みはその直径が5
インチ、6インチのもので625±15μm、その直径
が8インチのもので725±15μmである。この厚み
のままで、FZシリコンウエハ300を用いてもよい。
その場合、機械的研磨工程が不要になる。しかしなが
ら、図16で示される工程においてコンタクトホールを
形成するためのFZシリコンウエハ300のエッチング
時間が長くなる。たとえば、HF/HNO3 /CH3
OOHやKOHをエッチング溶液に用いるケミカルエッ
チングの場合、エッチング速度は20〜30μm/mi
n.(HF/HNO3 /CH3 COOH)、0.2〜3
μm/min.(KOH)である。FZシリコンウエハ
300の厚みを625μmとすると、エッチング時間は
30min.程度以上となる。以上の点を考慮して、F
Zシリコンウエハの厚みは10〜750μmの範囲で選
ばれる。なお、FZシリコンウエハの最小厚みを10μ
mとしているのは、MOSトランジスタの能動領域と分
離領域を考慮しているためである。
Currently, a standard wafer has a thickness of 5
The size of inch and 6 inch is 625 ± 15 μm, and that of 8 inch is 725 ± 15 μm. The FZ silicon wafer 300 may be used with this thickness as it is.
In that case, the mechanical polishing step becomes unnecessary. However, the etching time of the FZ silicon wafer 300 for forming the contact hole in the process shown in FIG. 16 becomes long. For example, HF / HNO 3 / CH 3 C
In the case of chemical etching using OOH or KOH as an etching solution, the etching rate is 20 to 30 μm / mi.
n. (HF / HNO 3 / CH 3 COOH), 0.2~3
μm / min. (KOH). When the thickness of the FZ silicon wafer 300 is 625 μm, the etching time is 30 min. More than a degree. Considering the above points, F
The thickness of the Z silicon wafer is selected in the range of 10 to 750 μm. The minimum thickness of the FZ silicon wafer is 10μ.
The reason for setting m is that the active region and the isolation region of the MOS transistor are taken into consideration.

【0059】さらに、上記実施例では、図8に示すよう
にn- エピタキシャル層200の上に直接FZシリコン
ウエハ300が形成されるが、図19に示すようにn-
エピタキシャル層200の上に厚み1000〜2000
Åの酸化膜209を形成した後、図8に示すように、そ
の上にFZシリコンウエハ300を貼り合わせてもよ
い。このようにCZシリコンウエハとFZシリコンウエ
ハの貼り合わせ面に酸化膜を介在させることにより、図
16で示される工程において酸化膜が、コンタクトホー
ルを形成するためのFZシリコンウエハ300のエッチ
ングストッパとなる。そのため、FZシリコンウエハの
面内均一性がよくなり、CZシリコンウエハ側へのオー
バーエッチングが防止される。なお、酸化膜209が形
成された場合のBi−CMOS型半導体装置の断面は図
20に示される。
[0059] Further, in the above embodiment, n as shown in FIG. 8 - but directly FZ silicon wafer 300 on the epitaxial layer 200 is formed, n as shown in FIG. 19 -
Thickness 1000-2000 on the epitaxial layer 200
After forming the oxide film 209 of Å, the FZ silicon wafer 300 may be bonded thereon as shown in FIG. By thus interposing an oxide film on the bonding surface between the CZ silicon wafer and the FZ silicon wafer, the oxide film serves as an etching stopper of the FZ silicon wafer 300 for forming a contact hole in the process shown in FIG. .. Therefore, the in-plane uniformity of the FZ silicon wafer is improved, and overetching on the CZ silicon wafer side is prevented. The cross section of the Bi-CMOS type semiconductor device when the oxide film 209 is formed is shown in FIG.

【0060】上記実施例ではnチャネルMOSトランジ
スタ350とpチャネルMOSトランジスタ360から
なるCMOS領域が示されているが、少なくともMOS
トランジスタを含むフラッシュ・メモリ(一括消去型E
EPROM)、EPROM、SRAM、DRAM等をC
MOS領域に形成してもよい。
In the above embodiment, the CMOS region including the n-channel MOS transistor 350 and the p-channel MOS transistor 360 is shown.
Flash memory including transistors (collective erase type E
EPROM), EPROM, SRAM, DRAM, etc.
It may be formed in the MOS region.

【0061】[0061]

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、比較
的酸素濃度の高い第1の半導体基板の上にエピタキシャ
ル成長させられた半導体層にバイポーラトランジスタが
形成されるので、スリップラインが半導体層に発生する
ことなく、バイポーラトランジスタの電気的特性が劣化
することはない。また、比較的酸素濃度の低い第2の半
導体基板に電界効果トランジスタが形成されるので、微
細化が進んでも、ゲート酸化膜の耐圧の劣化等の欠陥が
抑制される。その結果、電界効果トランジスタとバイポ
ーラトランジスタの両者において優れた電気的特性を得
ることが可能なBi−CMOS型半導体装置を得ること
ができる。
As described above, according to the present invention, since the bipolar transistor is formed in the semiconductor layer epitaxially grown on the first semiconductor substrate having a relatively high oxygen concentration, a slip line is formed in the semiconductor layer. And the electrical characteristics of the bipolar transistor are not deteriorated. Further, since the field effect transistor is formed on the second semiconductor substrate having a relatively low oxygen concentration, defects such as deterioration of breakdown voltage of the gate oxide film can be suppressed even if miniaturization progresses. As a result, it is possible to obtain a Bi-CMOS type semiconductor device capable of obtaining excellent electric characteristics in both the field effect transistor and the bipolar transistor.

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

【図1】この発明の一実施例によるBi−CMOS型半
導体装置を示す部分断面図である。
FIG. 1 is a partial sectional view showing a Bi-CMOS type semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示すBi−CMOS型半導体装置の製造
方法の第1工程を示す部分断面図である。
FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing a first step of a method of manufacturing the Bi-CMOS type semiconductor device shown in FIG.

【図3】図1に示すBi−CMOS型半導体装置の製造
方法の第2工程を示す部分断面図である。
FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing a second step of the method for manufacturing the Bi-CMOS type semiconductor device shown in FIG.

【図4】図1に示すBi−CMOS型半導体装置の製造
方法の第3工程を示す部分断面図である。
FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing a third step of the method for manufacturing the Bi-CMOS type semiconductor device shown in FIG.

【図5】図1に示すBi−CMOS型半導体装置の製造
方法の第4工程を示す部分断面図である。
5 is a partial cross-sectional view showing a fourth step of the method for manufacturing the Bi-CMOS type semiconductor device shown in FIG.

【図6】図1に示すBi−CMOS型半導体装置の製造
方法の第5工程を示す部分断面図である。
6 is a partial cross sectional view showing a fifth step of the method for manufacturing the Bi-CMOS type semiconductor device shown in FIG. 1. FIG.

【図7】図1に示すBi−CMOS型半導体装置の製造
方法の第6工程を示す部分断面図である。
7 is a partial cross sectional view showing a sixth step of the method for manufacturing the Bi-CMOS type semiconductor device shown in FIG. 1. FIG.

【図8】図1に示すBi−CMOS型半導体装置の製造
方法の第7工程を示す部分断面図である。
8 is a partial cross sectional view showing a seventh step of the method for manufacturing the Bi-CMOS type semiconductor device shown in FIG. 1. FIG.

【図9】図1に示すBi−CMOS型半導体装置の製造
方法の第8工程を示す部分断面図である。
9 is a partial cross-sectional view showing an eighth step of the method for manufacturing the Bi-CMOS type semiconductor device shown in FIG.

【図10】図1に示すBi−CMOS型半導体装置の製
造方法の第9工程を示す部分断面図である。
10 is a partial cross sectional view showing a ninth step of the method for manufacturing the Bi-CMOS type semiconductor device shown in FIG. 1. FIG.

【図11】図1に示すBi−CMOS型半導体装置の製
造方法の第10工程を示す部分断面図である。
11 is a partial cross sectional view showing a tenth step of the method for manufacturing the Bi-CMOS type semiconductor device shown in FIG. 1. FIG.

【図12】図1に示すBi−CMOS型半導体装置の製
造方法の第11工程を示す部分断面図である。
12 is a partial cross sectional view showing an eleventh step of the method for manufacturing the Bi-CMOS type semiconductor device shown in FIG.

【図13】図1に示すBi−CMOS型半導体装置の製
造方法の第12工程を示す部分断面図である。
13 is a partial cross sectional view showing a twelfth step of the method for manufacturing the Bi-CMOS type semiconductor device shown in FIG. 1. FIG.

【図14】図1に示すBi−CMOS型半導体装置の製
造方法の第13工程を示す部分断面図である。
14 is a partial cross sectional view showing a thirteenth step of the method for manufacturing the Bi-CMOS type semiconductor device shown in FIG. 1. FIG.

【図15】図1に示すBi−CMOS型半導体装置の製
造方法の第14工程を示す部分断面図である。
FIG. 15 is a partial cross sectional view showing a fourteenth step of the method for manufacturing the Bi-CMOS type semiconductor device shown in FIG. 1.

【図16】図1に示すBi−CMOS型半導体装置の製
造方法の第15工程を示す部分断面図である。
16 is a partial cross sectional view showing a fifteenth step of the method for manufacturing the Bi-CMOS type semiconductor device shown in FIG.

【図17】図1に示すBi−CMOS型半導体装置の製
造方法の第16工程を示す部分断面図である。
FIG. 17 is a partial cross sectional view showing a sixteenth step of the method for manufacturing the Bi-CMOS type semiconductor device shown in FIG. 1.

【図18】図1に示すBi−CMOS型半導体装置の製
造方法の第17工程を示す部分断面図である。
FIG. 18 is a partial cross sectional view showing a seventeenth step of the method for manufacturing the Bi-CMOS type semiconductor device shown in FIG. 1.

【図19】Bi−CMOS型半導体装置の別の製造方法
における工程を示す部分断面図である。
FIG. 19 is a partial cross-sectional view showing a step in another manufacturing method of the Bi-CMOS type semiconductor device.

【図20】図19で示される工程に従って製造されるB
i−CMOS型半導体装置を示す部分断面図である。
FIG. 20: B manufactured according to the process shown in FIG.
It is a fragmentary sectional view showing an i-CMOS type semiconductor device.

【図21】CZシリコンウエハとFZシリコンウエハの
貼り合わせ工程において行なわれる脱水縮合反応を示す
模式図(a),(b)である。
21 (a) and 21 (b) are schematic diagrams (a) and (b) showing a dehydration condensation reaction performed in a step of bonding a CZ silicon wafer and an FZ silicon wafer.

【図22】従来のBi−CMOS型半導体装置の製造方
法の第1工程を示す部分断面図である。
FIG. 22 is a partial cross-sectional view showing a first step of a method for manufacturing a conventional Bi-CMOS type semiconductor device.

【図23】従来のBi−CMOS型半導体装置の製造方
法の第2工程を示す部分断面図である。
FIG. 23 is a partial cross-sectional view showing a second step of the conventional method for manufacturing a Bi-CMOS type semiconductor device.

【図24】従来のBi−CMOS型半導体装置の製造方
法の第3工程を示す部分断面図である。
FIG. 24 is a partial cross-sectional view showing a third step of the conventional method for manufacturing a Bi-CMOS type semiconductor device.

【図25】従来のBi−CMOS型半導体装置の製造方
法の第4工程を示す部分断面図である。
FIG. 25 is a partial cross-sectional view showing a fourth step of the conventional method for manufacturing a Bi-CMOS type semiconductor device.

【図26】従来のBi−CMOS型半導体装置の製造方
法の第5工程を示す部分断面図である。
FIG. 26 is a partial cross-sectional view showing a fifth step of the method for manufacturing the conventional Bi-CMOS type semiconductor device.

【図27】従来のBi−CMOS型半導体装置の製造方
法の第6工程を示す部分断面図である。
FIG. 27 is a partial cross-sectional view showing a sixth step of the conventional method for manufacturing a Bi-CMOS type semiconductor device.

【図28】従来のBi−CMOS型半導体装置の製造方
法の第7工程を示す部分断面図である。
FIG. 28 is a partial cross-sectional view showing a seventh step of the conventional method for manufacturing a Bi-CMOS type semiconductor device.

【図29】従来のBi−CMOS型半導体装置の製造方
法の第8工程を示す部分断面図である。
FIG. 29 is a partial cross-sectional view showing an eighth step of the method for manufacturing the conventional Bi-CMOS type semiconductor device.

【図30】従来のBi−CMOS型半導体装置の製造方
法の第9工程を示す部分断面図である。
FIG. 30 is a partial cross-sectional view showing a ninth step of the conventional method for manufacturing a Bi-CMOS type semiconductor device.

【図31】従来のBi−CMOS型半導体装置の製造方
法の第10工程を示す部分断面図である。
FIG. 31 is a partial cross-sectional view showing a tenth step of the conventional method for manufacturing a Bi-CMOS type semiconductor device.

【図32】従来のBi−CMOS型半導体装置の製造方
法の第11工程を示す部分断面図である。
FIG. 32 is a partial cross-sectional view showing the eleventh step of the method for manufacturing the conventional Bi-CMOS type semiconductor device.

【図33】従来のBi−CMOS型半導体装置の製造方
法の第12工程を示す部分断面図である。
FIG. 33 is a partial cross-sectional view showing a twelfth step of the conventional method for manufacturing a Bi-CMOS type semiconductor device.

【図34】FZシリコンウエハの上にシリコンをエピタ
キシャル成長させた場合に発生するスリップラインを示
す模式図(A),(B)である。
34A and 34B are schematic views (A) and (B) showing slip lines generated when silicon is epitaxially grown on an FZ silicon wafer.

【図35】スリップラインが発生したエピタキシャル層
に形成されたバイポーラトランジスタを示す拡大部分断
面図である。
FIG. 35 is an enlarged partial cross-sectional view showing a bipolar transistor formed in an epitaxial layer in which a slip line has occurred.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100 CZシリコンウエハ 200 n- エピタキシャル層 250 npnバイポーラトランジスタ 300 FZシリコンウエハ 350 nチャネルMOSトランジスタ 360 pチャネルMOSトランジスタ100 CZ silicon wafer 200 n - Epitaxial layer 250 npn bipolar transistor 300 FZ silicon wafer 350 n-channel MOS transistor 360 p-channel MOS transistor

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 主表面を有し、第1の濃度で酸素を含有
する第1の半導体基板と、 前記第1の半導体基板の主表面の上にエピタキシャル成
長させられた半導体層と、 前記半導体層の上に接合され、前記第1の濃度よりも低
い第2の濃度で酸素を含有する第2の半導体基板と、 前記半導体層に形成されたバイポーラトランジスタと、 前記第2の半導体基板に形成された電界効果トランジス
タとを備えた、半導体装置。
1. A first semiconductor substrate having a main surface and containing oxygen at a first concentration, a semiconductor layer epitaxially grown on the main surface of the first semiconductor substrate, and the semiconductor layer. A second semiconductor substrate which is bonded onto the semiconductor substrate and contains oxygen at a second concentration lower than the first concentration; a bipolar transistor formed on the semiconductor layer; and a second semiconductor substrate formed on the second semiconductor substrate. And a field effect transistor.
【請求項2】 第1の濃度で酸素を含有する第1の半導
体基板の主表面の上にエピタキシャル成長させることに
より、半導体層を形成する工程と、 前記半導体層にバイポーラトランジスタを形成する工程
と、 前記第1の濃度よりも低い第2の濃度で酸素を含有する
第2の半導体基板を前記半導体層の上に接合する工程
と、 前記第2の半導体基板に電界効果トランジスタを形成す
る工程とを備えた、半導体装置の製造方法。
2. A step of forming a semiconductor layer by epitaxial growth on a main surface of a first semiconductor substrate containing oxygen at a first concentration; a step of forming a bipolar transistor in the semiconductor layer; Bonding a second semiconductor substrate containing oxygen at a second concentration lower than the first concentration onto the semiconductor layer; and forming a field effect transistor on the second semiconductor substrate. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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