JPH11251562A - Semiconductor substrate and manufacture thereof - Google Patents

Semiconductor substrate and manufacture thereof

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JPH11251562A
JPH11251562A JP4751498A JP4751498A JPH11251562A JP H11251562 A JPH11251562 A JP H11251562A JP 4751498 A JP4751498 A JP 4751498A JP 4751498 A JP4751498 A JP 4751498A JP H11251562 A JPH11251562 A JP H11251562A
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JP
Japan
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substrate
semiconductor
semiconductor layer
semiconductor substrate
layer
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Application number
JP4751498A
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Japanese (ja)
Inventor
Hitoshi Yamaguchi
仁 山口
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Denso Corp
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Denso Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a substrate which is hard to break, even if it is made into a large aperture shape as a semiconductor substrate for forming an integrated circuit integrated with high breakdown voltage elements and moreover element-forming regions lightly doped can be obtd. at a low concn. of O. SOLUTION: A thermal oxide film 3 is formed on a 6-inch CZ Si substrate 2 600 μm thick formed through the CZ method, and an FZ Si substrate formed by a floating zone(FZ) method is clad to and integrated with it. The FZ Si substrate has an O concn. of about 0.8×10<17> cm<-3> and impurity concn. of about 0.5×10<14> cm<-3> and is ground and polished into a film of 50 μm or less, e.g., about 10 μm, thus obtaining a silicon-on-insulator(SOI) substrate 1. Using the SOI substrate 1, an increased breakdown voltage is realized, by the use of a lightly doped layer, when a high breakdown voltage element is formed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体支持基板上
に所定膜厚の半導体層を設けた構成の半導体基板に関す
る。
The present invention relates to a semiconductor substrate having a structure in which a semiconductor layer having a predetermined thickness is provided on a semiconductor support substrate.

【0002】[0002]

【発明が解決しようとする課題】従来より、半導体集積
回路を形成するための半導体基板としては、例えば、C
Z(Czochralsky )法により形成された単結晶シリコン
基板を用いることが一般的となっている。これは、CZ
法により形成された半導体基板が強度的に割れにくく、
しかも大口径化も行ない易いという点があることが量産
化に大きく寄与している。
Conventionally, as a semiconductor substrate for forming a semiconductor integrated circuit, for example, C
It is common to use a single crystal silicon substrate formed by the Z (Czochralsky) method. This is CZ
The semiconductor substrate formed by the method is hard to crack in strength,
In addition, the fact that the diameter can be easily increased greatly contributes to mass production.

【0003】その反面、CZ法で形成した半導体基板
は、その製造方法の原理から酸素濃度を1×1018
−3程度までしか下げることができず、これによって
酸素が起因となって発生するOSF(Oxidation-induce
d Stacking Fault;酸素誘起積層欠陥)の低減が困難で
あり、製品の歩留まりが悪くなるという問題がある。ま
た、不純物濃度についても、CZ法で形成した半導体基
板においては、リン(n型)やボロン(p型)の不純物
濃度を、1×1014cm−3以下に形成することが現
状ではできないため、基板を高抵抗とすることに限界が
あり、この結果、高耐圧素子を形成するには不向きとな
る。
On the other hand, a semiconductor substrate formed by the CZ method has an oxygen concentration of 1 × 10 18 c due to the principle of the manufacturing method.
m- 3 , which can be reduced only to about m −3 , thereby generating an oxygen-induced OSF (Oxidation-induce).
d Stacking Fault (oxygen-induced stacking fault) is difficult to reduce, and there is a problem that the product yield is deteriorated. Further, regarding the impurity concentration, it is not possible at present to form an impurity concentration of phosphorus (n-type) or boron (p-type) at 1 × 10 14 cm −3 or less in a semiconductor substrate formed by the CZ method. However, there is a limit in increasing the resistance of the substrate, and as a result, it is not suitable for forming a high breakdown voltage element.

【0004】ところで、近年では、半導体集積回路素子
として、論理回路などの回路構成素子に加えて高耐圧素
子などを一体に設けて直接負荷を駆動することができる
ようにしたパワーICが開発されているが、このような
パワー系の高耐圧素子については、上述したようにCZ
法で形成した半導体基板では素子を形成することが困難
となり、パワー系の高耐圧素子に適した半導体基板とし
てFZ(Floating Zone )法により形成した半導体基板
を用いることが考えられる。
In recent years, as a semiconductor integrated circuit device, a power IC has been developed in which a high-voltage element or the like is integrally provided in addition to circuit components such as a logic circuit so that a load can be directly driven. However, such a power type high withstand voltage element has a CZ as described above.
It is difficult to form an element using a semiconductor substrate formed by a method, and a semiconductor substrate formed by an FZ (Floating Zone) method may be used as a semiconductor substrate suitable for a high voltage element of a power system.

【0005】しかしながら、FZ法で形成した半導体基
板は、一般に、割れやすくしかも大口径化を図ることが
困難であるため、通常の半導体製造プロセスで用いられ
る600μm程度の厚さの半導体基板を想定した場合に
は、ますます大口径化に伴う割れの発生が多くなること
が予想され、パワーICの生産性を高めることが難しく
なる不具合がある。
However, since a semiconductor substrate formed by the FZ method is generally fragile and it is difficult to increase the diameter, a semiconductor substrate having a thickness of about 600 μm used in a normal semiconductor manufacturing process is assumed. In such a case, it is expected that the number of cracks accompanying the increase in the diameter is increased, and it is difficult to enhance the productivity of the power IC.

【0006】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、論理回路素子と共に高耐圧素子などを
一体に設けるパワーICのチップを製造する場合にも好
適で、しかも強度が高く割れにくい半導体基板を提供す
ると共に、その半導体基板の製造方法を提供することに
ある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has an object to manufacture a power IC chip in which a high voltage element and the like are integrally provided together with a logic circuit element. It is an object of the present invention to provide a semiconductor substrate that is difficult to break and to provide a method of manufacturing the semiconductor substrate.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明によれ
ば、半導体基板(26)として、CZ法により形成され
た半導体支持基板(2)上に、FZ法により形成された
素子形成用の半導体層(4)を所定膜厚で設けた構成と
したので、素子形成をする部分の半導体層(4)をFZ
法で形成したものを用いることにより高耐圧素子の形成
に適したものとし、支持基板をCZ法で形成した半導体
支持基板(2)を用いて機械的強度を高めた状態とする
ことができ、電気的特性に優れると共に大口径化も図る
ことができるようになる。
According to the first aspect of the present invention, a semiconductor substrate (26) is formed on a semiconductor support substrate (2) formed by the CZ method and used for forming an element formed by the FZ method. Since the semiconductor layer (4) is formed to have a predetermined thickness, the semiconductor layer (4) in a portion where an element is to be formed is formed by FZ.
By using a substrate formed by the CZ method, the substrate can be made suitable for forming a high withstand voltage element, and the supporting substrate can be in a state in which the mechanical strength is increased by using a semiconductor supporting substrate (2) formed by the CZ method. The electrical characteristics are excellent and the diameter can be increased.

【0008】請求項2の発明によれば、半導体基板(2
6)として、CZ法により形成された半導体支持基板
(2)上に、酸素濃度が1×1017cm−3以下程度
に形成された素子形成用の半導体層(4)を所定膜厚で
設けた構成としたので、素子形成をする部分の半導体層
(4)を低酸素濃度として結晶欠陥の少ない高歩留りな
ICにすることができ、支持基板をCZ法で形成した半
導体支持基板(2)を用いて機械的強度を高めた状態と
することができ、電気的特性に優れると共に大口径化も
図ることができるようになる。
According to the invention of claim 2, the semiconductor substrate (2
6) A semiconductor layer (4) for forming an element having an oxygen concentration of about 1 × 10 17 cm −3 or less is provided with a predetermined thickness on a semiconductor supporting substrate (2) formed by the CZ method. In this case, the semiconductor layer (4) where the element is to be formed can have a low oxygen concentration to provide a high yield IC with few crystal defects, and the semiconductor support substrate (2) in which the support substrate is formed by the CZ method. Can be used to increase the mechanical strength, thereby improving the electrical characteristics and increasing the diameter.

【0009】請求項3の発明によれば、半導体層(4)
として、不純物濃度が1×1014cm−3以下程度に
形成したのもを用いるので、高耐圧素子(8,9)を形
成する場合に、低不純物濃度の半導体層(4)を利用し
て高耐圧の素子(8,9)を設けることができ、電気的
特性に優れると共に大口径化も図ることができるように
なる。
According to the third aspect of the present invention, the semiconductor layer (4)
In the case where the high withstand voltage elements (8, 9) are formed, the semiconductor layer (4) having a low impurity concentration is used because the impurity concentration is set to about 1 × 10 14 cm −3 or less. Elements (8, 9) with a high withstand voltage can be provided, so that the electrical characteristics are excellent and the diameter can be increased.

【0010】請求項4の発明によれば、半導体基板
(1)として、半導体支持基板(2)と半導体層(4)
との間に絶縁膜(3)を設けた構成としたので、半導体
層(4)に形成する回路素子に対して半導体支持基板
(2)と絶縁状態とすることができるので、電気的に優
れた構成の半導体集積回路を形成することができるよう
になる。
According to the invention of claim 4, as the semiconductor substrate (1), the semiconductor support substrate (2) and the semiconductor layer (4)
Since the insulating film (3) is provided between the semiconductor substrate (2) and the circuit element formed on the semiconductor layer (4), the semiconductor device can be insulated from the semiconductor support substrate (2), and thus the electrical characteristics are excellent. The semiconductor integrated circuit having the above configuration can be formed.

【0011】請求項5の発明によれば、貼り合わせ工程
(S2)において、半導体支持基板(2)に半導体層
(4)を形成するための半導体層用基板(5)を貼り合
わせ、続いて、研磨工程(S3)において、貼り合わせ
られた状態の半導体層用基板(2,5)を所定膜厚まで
研磨することにより半導体基板(26)を得ることがで
きる。
According to the fifth aspect of the present invention, in the bonding step (S2), the semiconductor layer substrate (5) for forming the semiconductor layer (4) is bonded to the semiconductor support substrate (2). In the polishing step (S3), the semiconductor substrate (26) can be obtained by polishing the bonded semiconductor layer substrates (2, 5) to a predetermined thickness.

【0012】請求項6の発明によれば、絶縁膜形成工程
(S1)において、半導体支持基板(2)と半導体層
(4)を形成するための半導体層用基板(5)を貼り合
わせる場合の貼り合わせる面の少なくとも一方に絶縁膜
(3)を形成し、この後、貼り合わせ工程(S2)およ
び研磨工程(S3)を実施することにより、半導体基板
(1)を得ることができる。
According to the invention of claim 6, in the insulating film forming step (S1), the semiconductor supporting substrate (2) and the semiconductor layer substrate (5) for forming the semiconductor layer (4) are bonded together. A semiconductor substrate (1) can be obtained by forming an insulating film (3) on at least one of the surfaces to be bonded and then performing a bonding step (S2) and a polishing step (S3).

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】(第1の実施形態)以下、本発明
の第1の実施形態について図1ないし図4を参照して説
明する。図1は本発明に係る半導体基板であるSOI
(Silicon On Insulator)基板1の断面を模式的に示す
もので、半導体支持基板としてのCZシリコン基板2上
に絶縁膜としての熱酸化膜3を介した状態で素子形成用
の半導体層としての単結晶シリコン薄膜4が積層形成さ
れたものである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 shows an SOI which is a semiconductor substrate according to the present invention.
(Silicon On Insulator) This schematically shows a cross section of a substrate 1, and a single layer as a semiconductor layer for element formation is formed on a CZ silicon substrate 2 as a semiconductor support substrate via a thermal oxide film 3 as an insulating film. The crystalline silicon thin film 4 is formed by lamination.

【0014】このSOI基板1は、例えば500μm以
上程度の厚さで好ましくは600μm程度の厚さに形成
されているもので、直径が6インチである。CZシリコ
ン基板2は、CZ法により形成されたシリコン単結晶基
板を用いており、これは、酸素濃度が例えば1.0×1
18cm−3程度であり、不純物濃度に対応した比抵
抗の値が1〜10Ωcm程度の不純物濃度である。
The SOI substrate 1 has a thickness of, for example, about 500 μm or more, and preferably about 600 μm, and has a diameter of 6 inches. As the CZ silicon substrate 2, a silicon single crystal substrate formed by a CZ method is used.
The impurity concentration is about 0 18 cm −3 , and the value of the specific resistance corresponding to the impurity concentration is about 1 to 10 Ωcm.

【0015】また、積層されている半導体層としての単
結晶シリコン薄膜4は、後述するように、貼り合わせた
FZシリコン基板5を研磨することにより形成してい
る。また、単結晶シリコン薄膜4は、酸素濃度は1.0
×1017cm−3以下で例えば0.8×1017cm
−3程度のもので、不純物濃度はリン濃度が1.0×1
14cm−3以下で例えば0.5×1014cm−3
程度のものであり、膜厚は50μm以下で例えば10μ
m程度である。
The single-crystal silicon thin film 4 as a laminated semiconductor layer is formed by polishing the bonded FZ silicon substrate 5 as described later. The single crystal silicon thin film 4 has an oxygen concentration of 1.0
× 10 17 cm −3 or less, for example, 0.8 × 10 17 cm
-3 , and the impurity concentration is 1.0 × 1
0 14 cm −3 or less, for example, 0.5 × 10 14 cm −3
About 50 μm or less, for example, 10 μm.
m.

【0016】このような構成に形成することにより、単
結晶シリコン薄膜4内に集積回路素子を形成したりある
いは高耐圧素子などを一体に形成した場合でも、形成し
た高耐圧素子の電気的特性として結晶欠陥に起因した漏
れ電流の発生などを極力低減させることができると共
に、高耐圧のものを得ることができ、しかも、半導体基
板1としてはベースとなるCZシリコン基板2がCZ法
により形成されたものであるから、機械的強度の低下を
来すことなく十分に製造工程に耐えることができるよう
になる。
With such a structure, even when an integrated circuit element is formed in the single-crystal silicon thin film 4 or a high-voltage element is integrally formed, the formed high-voltage element has electrical characteristics. The generation of leakage current and the like due to crystal defects can be reduced as much as possible, a high breakdown voltage transistor can be obtained, and a CZ silicon substrate 2 serving as a base is formed as a semiconductor substrate 1 by a CZ method. Therefore, it is possible to sufficiently withstand the manufacturing process without reducing the mechanical strength.

【0017】次に、このようなSOI基板1の製造方法
について簡単に説明する。まず、酸化膜形成工程S1に
て、上述した半導体支持基板としてのCZシリコン基板
2あるいは貼り合わせるFZシリコン基板5のいずれか
あるいは両者に熱酸化膜4を形成する。なお、絶縁膜と
しては、熱酸化膜4に限らず、CVD法などによるシリ
コン酸化膜を形成することもできる。
Next, a method of manufacturing such an SOI substrate 1 will be briefly described. First, in the oxide film forming step S1, the thermal oxide film 4 is formed on one or both of the CZ silicon substrate 2 as the semiconductor support substrate and the FZ silicon substrate 5 to be bonded. The insulating film is not limited to the thermal oxide film 4, but may be a silicon oxide film formed by a CVD method or the like.

【0018】次に、貼り合わせ工程S2にて、CZシリ
コン基板2およびFZシリコン基板5の両者に対して、
前処理として、親水化処理を行って貼り合せたときに水
素結合による密着性が高まるように所定の処理を行った
後、両者を所定の条件下で貼り合わせて密着させる。こ
の後、熱処理を行うことにより両基板2および5の密着
性をさらに高めた状態とする。
Next, in a bonding step S2, both the CZ silicon substrate 2 and the FZ silicon substrate 5
As a pre-treatment, after performing a predetermined treatment so as to increase the adhesion due to hydrogen bonding when performing the hydrophilization treatment and bonding, the two are bonded and adhered under predetermined conditions. Thereafter, a heat treatment is performed to further enhance the adhesion between the substrates 2 and 5.

【0019】続いて、研磨工程S3として、貼り合わせ
たFZシリコン基板5の露出している側を研削および研
磨を行うことにより、上述した単結晶シリコン薄膜4と
して残すべき膜厚が得られる程度までで、ここでは例え
ば単結晶シリコン薄膜4の膜厚5μmに少し余裕を持た
せた膜厚程度まで除去する。この後、仕上げとしてCM
P(Chemical Mechanical Polish)法などを利用して表
面を仕上げて研磨工程S3が終了する。
Subsequently, in the polishing step S3, the exposed side of the bonded FZ silicon substrate 5 is ground and polished, so that the above-mentioned single-crystal silicon thin film 4 has a film thickness to be left. Here, for example, the single-crystal silicon thin film 4 is removed to a film thickness of about 5 μm with a margin. After this, CM as a finish
The surface is finished using a P (Chemical Mechanical Polish) method or the like, and the polishing step S3 ends.

【0020】以上のようにしてSOI基板1を製造する
ことができる。このようにして製作されたSOI基板1
は、半導体集積回路やディスクリート素子に用いること
ができることはもちろん、集積回路と高耐圧素子などの
パワー素子を一体に設けるパワーICなどにも優れた特
性を得ることができる。例えば、フラットパネルディス
プレイなどに用いられるエレクトロルミネッセンス(E
L)ディスプレイやプラズマディスプレイなどの高電圧
で且つ複数の出力段を有する駆動用ICなどにも利用す
ることができる。
As described above, the SOI substrate 1 can be manufactured. SOI substrate 1 manufactured in this manner
Can be used not only for semiconductor integrated circuits and discrete elements, but also excellent characteristics can be obtained for power ICs or the like in which a power element such as an integrated circuit and a high breakdown voltage element are integrated. For example, electroluminescence (E) used for flat panel displays and the like
L) It can also be used for a driving IC having a high voltage and a plurality of output stages, such as a display and a plasma display.

【0021】次に、このSOI基板1を用いて、パワー
ICである駆動用IC6を形成した場合について図2な
いし図4を参照して簡単に説明する。この駆動用IC6
には、図示のように、例えば論理回路素子としてCMO
S回路素子7が形成されると共にパワー素子としてのL
DMOS(Lateral Double-diffused MOS )トランジス
タ8,9が形成されている。
Next, the case where a driving IC 6 as a power IC is formed using the SOI substrate 1 will be briefly described with reference to FIGS. This driving IC 6
As shown, for example, a CMO as a logic circuit element
The S circuit element 7 is formed and L as a power element
DMOS (Lateral Double-diffused MOS) transistors 8 and 9 are formed.

【0022】図2において、SOI基板1の単結晶シリ
コン薄膜4は、CMOS回路素子7,LDMOSトラン
ジスタ8,9の各形成領域を区画するように表面から酸
化膜3まで達するように形成したトレンチの内部に絶縁
膜10を形成して絶縁分離されている。また、絶縁膜1
0により区画されたCMOS回路素子7,LDMOSト
ランジスタ8,9の形成領域は、周囲の表面がLOCO
S酸化膜11により絶縁分離されている。また、このL
OCOS酸化膜11は、LDMOSトランジスタ8,9
の各ドレイン・ソース間の表面にも形成されている。
In FIG. 2, the single-crystal silicon thin film 4 of the SOI substrate 1 has a trench formed so as to reach the oxide film 3 from the surface so as to divide each formation region of the CMOS circuit element 7 and the LDMOS transistors 8 and 9. An insulating film 10 is formed inside to be insulated and separated. Also, the insulating film 1
0, the peripheral area of the region where the CMOS circuit element 7 and the LDMOS transistors 8 and 9 are formed is LOCO.
It is insulated and separated by the S oxide film 11. Also, this L
The OCOS oxide film 11 is composed of LDMOS transistors 8 and 9
Are also formed on the surface between each drain and source.

【0023】単結晶シリコン薄膜4は、前述したように
n型不純物としてのリンの濃度が0.5×1014cm
−3程度であるから、ほぼ真性半導体であるi層として
機能させることができ、LDMOSトランジスタ8,9
においては、後述するように、電界緩和層として機能す
る。LDMOSトランジスタ8,9の形成領域のそれぞ
れには、低濃度で不純物が所定深さまで導入されたn型
ドリフト層12a,p型ドリフト層12bが設けられて
いる。
As described above, the single-crystal silicon thin film 4 has a phosphorus concentration of 0.5 × 10 14 cm as an n-type impurity.
Since it is about −3 , it can function as an i-layer which is almost an intrinsic semiconductor.
, Functions as an electric field relaxation layer as described later. Each of the formation regions of the LDMOS transistors 8 and 9 is provided with an n-type drift layer 12a and a p-type drift layer 12b in which impurities are introduced at a low concentration to a predetermined depth.

【0024】LDMOSトランジスタ8,9は、それぞ
れnチャンネル型とpチャンネル型とに形成されたもの
で、以下、LDMOSトランジスタ8について代表して
説明するが、LDMOSトランジスタ9については、そ
の添字をaに代えてbとしたもので示し、説明を省略す
る。
The LDMOS transistors 8 and 9 are formed in an n-channel type and a p-channel type, respectively. Hereinafter, the LDMOS transistor 8 will be described as a representative, but the LDMOS transistor 9 has a subscript “a”. Instead, it is shown as b, and the description is omitted.

【0025】さて、LDMOSトランジスタ8は、横方
向に出力電流を流す高耐圧用パワー素子として設けられ
るもので、その耐圧構造を考慮してドレインコンタクト
領域13aを中心としてソース領域は環状に配置され
る。したがって、図示の状態では、ドレインコンタクト
領域13aを中心として左右両側にチャンネル領域およ
びソース領域が形成されたように示しているが、平面的
にみると、これらは面内で環状に繋がった状態に形成さ
れている。
The LDMOS transistor 8 is provided as a high-breakdown-voltage power element that allows an output current to flow in the lateral direction. The source region is arranged in a ring around the drain contact region 13a in consideration of the breakdown voltage structure. . Therefore, in the illustrated state, the channel region and the source region are shown to be formed on the left and right sides with the drain contact region 13a as the center, but when viewed in plan, they are connected in a ring in the plane. Is formed.

【0026】チャンネル領域として、単結晶シリコン薄
膜4のi層として機能する領域まで達するように形成し
たp型ウェル領域14aが形成され、このp型ウェル領
域14aに一部が重なるようにして低不純物濃度のp型
チャンネル領域15aが形成されている。このp型チャ
ンネル領域15a内には高不純物濃度でn型のソース領
域16aが形成されると共に高不純物濃度でp型のチャ
ンネルコンタクト領域17aが形成されている。
As a channel region, a p-type well region 14a is formed so as to reach a region functioning as an i-layer of the single crystal silicon thin film 4, and a low impurity is formed so as to partially overlap the p-type well region 14a. A p-type channel region 15a having a concentration is formed. An n-type source region 16a with a high impurity concentration and a p-type channel contact region 17a with a high impurity concentration are formed in the p-type channel region 15a.

【0027】ソース領域16aとドレインのドリフト領
域12aとの間のチャンネル領域15aの表面には図示
しないゲート酸化膜を介してポリシリコンからなるゲー
ト電極18aが所定のパターンに形成されている。図示
しない保護膜により表面全体が覆われると共に、その一
部を開口させてアルミニウム膜をパターニングして形成
したソース,ドレイン,ゲートの各電極膜19が形成さ
れている。この電極膜19は、CMOS回路素子7ある
いは他の図示しない回路素子の配線パターンと接続する
ことにより駆動回路を形成している。
On the surface of the channel region 15a between the source region 16a and the drain drift region 12a, a gate electrode 18a made of polysilicon is formed in a predetermined pattern via a gate oxide film (not shown). The entire surface is covered with a protective film (not shown), and a source, drain, and gate electrode film 19 formed by patterning an aluminum film by opening a part thereof is formed. The electrode film 19 forms a drive circuit by connecting to the wiring pattern of the CMOS circuit element 7 or another circuit element (not shown).

【0028】また、CMOS回路素子7は、単結晶シリ
コン薄膜4内に低濃度で不純物を導入して所定深さまで
形成したp型ウェル20,n型ウェル21内に、それぞ
れ高濃度で不純物を導入したソース,ドレイン領域2
2,23が形成されており、p型ウェル20,n型ウェ
ル21がそれぞれチャンネル領域として機能する。この
チャンネル領域に対応して図示しないゲート酸化膜が形
成されると共に、その表面にポリシリコンからなるゲー
ト電極24がパターニングされている。各ソース,ドレ
イン領域にはアルミニウム膜をパターニングして形成し
た電極膜25が形成されており、他の回路素子との電気
的な接続がなされている。
In the CMOS circuit element 7, impurities are introduced at a high concentration into the p-type well 20 and the n-type well 21 formed to a predetermined depth by introducing impurities at a low concentration into the single crystal silicon thin film 4. Source and drain regions 2
2 and 23 are formed, and the p-type well 20 and the n-type well 21 each function as a channel region. A gate oxide film (not shown) is formed corresponding to this channel region, and a gate electrode 24 made of polysilicon is patterned on the surface thereof. An electrode film 25 formed by patterning an aluminum film is formed in each of the source and drain regions, and is electrically connected to other circuit elements.

【0029】さて、上述のように低不純物濃度の単結晶
シリコン薄膜4を設けるSOI基板1を用いることか
ら、LDMOSトランジスタ8,9においては、特に、
次のような効果を得ることができる。すなわち、この単
結晶シリコン薄膜4をi層として利用することができる
ので、ドリフト層12a,12bよりも低不純物濃度の
層として使用することができる。
Since the SOI substrate 1 on which the single-crystal silicon thin film 4 having a low impurity concentration is used as described above, especially in the LDMOS transistors 8 and 9,
The following effects can be obtained. That is, since the single crystal silicon thin film 4 can be used as an i-layer, it can be used as a layer having a lower impurity concentration than the drift layers 12a and 12b.

【0030】これによって、ソース・ドレイン間に印加
された電圧により内部に発生する電界を、緩和すること
ができるようになり、高耐圧化を図ることができるよう
になる。また、このとき耐圧を単結晶シリコン薄膜4の
i層で確保できるので、ドリフト層12a,12bの不
純物濃度をある程度高めることができるようになり、こ
の結果、オン時の電流に対する電圧降下を決めるオン抵
抗を低く押さえることができ、これによって電流駆動能
力を高めることもできるようになる。
As a result, the electric field generated inside by the voltage applied between the source and the drain can be reduced, and the withstand voltage can be increased. At this time, the breakdown voltage can be ensured by the i-layer of the single-crystal silicon thin film 4, so that the impurity concentration of the drift layers 12a and 12b can be increased to some extent. The resistance can be kept low, so that the current driving capability can be increased.

【0031】図3は、発明者がpチャンネル型LDMO
Sトランジスタ9のソース・ドレイン間に電圧を印加し
た場合の等電位線をシミュレーションにより求めたもの
で、図2の構成では、2点鎖線で囲んだ領域Pの部分を
例にとって行なったものである(この場合、単結晶シリ
コン薄膜4の膜厚を5μmに設定した場合で計算してい
る)。
FIG. 3 shows that the inventor uses a p-channel type LDMO.
The equipotential lines when a voltage is applied between the source and the drain of the S transistor 9 are obtained by simulation. In the configuration of FIG. 2, the region P surrounded by a two-dot chain line is taken as an example. (In this case, the calculation is performed when the thickness of the single-crystal silicon thin film 4 is set to 5 μm).

【0032】この結果からも電界を緩和する機能を持た
せることができることを認識することができる。なお、
図4は、本実施形態の電界緩和の効果を比較して示すた
めに、i層としての単結晶シリコン薄膜4を設けない場
合、つまりi層の部分もドリフト層12bとして設けた
構成の場合における等電位線の分布状態を示すもので、
図中○印で示す部分の等電位線が密になることから電界
が集中していることがわかる。
From this result, it can be recognized that the function of alleviating the electric field can be provided. In addition,
FIG. 4 shows a case where the single-crystal silicon thin film 4 as the i-layer is not provided, that is, a case where the portion of the i-layer is also provided as the drift layer 12b in order to compare and show the effect of the electric field relaxation of the present embodiment. Shows the distribution of equipotential lines,
Since the equipotential lines at the portions indicated by the circles in the figure become dense, it is understood that the electric field is concentrated.

【0033】このような本実施形態によれば、SOI基
板1として、CZシリコン基板2を半導体支持基板とし
て熱酸化膜3を介した状態でFZシリコン基板5を貼り
合わせて研磨することにより単結晶シリコン薄膜4を設
ける構成としたので、機械的強度を高めた状態として割
れの発生を低減しながら大口径化を図りながら、素子形
成を行なう半導体層としての単結晶シリコン薄膜4を低
酸素濃度で且つ低不純物濃度のものとすることができ
る。
According to this embodiment, as the SOI substrate 1, the FZ silicon substrate 5 is bonded and polished with the CZ silicon substrate 2 as the semiconductor support substrate with the thermal oxide film 3 interposed therebetween, and is polished. Since the silicon thin film 4 is provided, the single crystal silicon thin film 4 as a semiconductor layer for forming an element can be formed at a low oxygen concentration while increasing the diameter while reducing the occurrence of cracks while increasing the mechanical strength. In addition, a low impurity concentration can be obtained.

【0034】また、これによってLDMOSトランジス
タ8,9などの高耐圧素子を一体に設ける駆動用IC6
を形成する場合においても、LDMOSトランジスタ
8,9の耐圧特性を向上させながら駆動能力を高めるこ
とができるSOI基板1を提供することができるように
なる。
In addition, a driving IC 6 integrally provided with high withstand voltage elements such as LDMOS transistors 8 and 9
Is formed, it is possible to provide the SOI substrate 1 capable of improving the driving capability while improving the breakdown voltage characteristics of the LDMOS transistors 8 and 9.

【0035】(第2の実施形態)図5は、本発明の第2
の実施形態を示すもので、第1の実施形態と異なるとこ
ろは、半導体基板26として、絶縁膜3を介在させない
構成としたものとしたところである。すなわち、この場
合には、CZシリコン基板2上に直接FZシリコン基板
5を貼り合わせて一体化し、この後、FZシリコン基板
5の表面を研削,研磨によって所定厚さ寸法となるよう
にしている。
(Second Embodiment) FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention.
This embodiment is different from the first embodiment in that the semiconductor substrate 26 has a configuration in which the insulating film 3 is not interposed. That is, in this case, the FZ silicon substrate 5 is directly bonded and integrated on the CZ silicon substrate 2, and thereafter, the surface of the FZ silicon substrate 5 is ground and polished to have a predetermined thickness.

【0036】これにより、CZシリコン基板2を半導体
支持基板として機械的強度の向上を図りながら、素子形
成を行なう半導体層として低酸素濃度で且つ低不純物濃
度の単結晶シリコン薄膜4を形成したものとすることが
でき、高耐圧素子などを一体に形成する場合においても
耐圧特性に優れたものを形成することができるようにな
る。
Thus, a single-crystal silicon thin film 4 having a low oxygen concentration and a low impurity concentration is formed as a semiconductor layer for element formation while improving mechanical strength using the CZ silicon substrate 2 as a semiconductor support substrate. Therefore, even when a high breakdown voltage element or the like is integrally formed, a device having excellent withstand voltage characteristics can be formed.

【0037】また、貼り合わせによって単結晶シリコン
薄膜4の層を形成しているので、エピタキシャル層など
を形成する場合に比べて、単結晶シリコン薄膜4の膜厚
を厚く設ける場合でも時間的な制約を受けたり、下地と
なる支持基板の特性や結晶欠陥などの悪影響を受けるこ
とがなく形成することができるので、設計の自由度を高
めることができるという利点がある。
Further, since the layer of the single-crystal silicon thin film 4 is formed by bonding, even when the thickness of the single-crystal silicon thin film 4 is set to be thicker than when an epitaxial layer or the like is formed, time constraints are imposed. The structure can be formed without receiving any adverse effects such as the characteristics of the underlying support substrate or crystal defects, and thus has the advantage that the degree of freedom in design can be increased.

【0038】本発明は、上記実施形態にのみ限定される
ものではなく、次のように変形また拡張できる。半導体
層用基板は、バルクのFZシリコン基板5に限らず、こ
のFZシリコン基板5にエピタキシャル層を積層したも
のを貼り合わせることにより、所望の特性の半導体基板
を得ることができるし、また、電気的特性の異なる複数
層を含んだ層を一体に設けることができるようになる。
The present invention is not limited to the above embodiment, but can be modified or expanded as follows. The substrate for the semiconductor layer is not limited to the bulk FZ silicon substrate 5, and a semiconductor substrate having desired characteristics can be obtained by laminating an epitaxial layer on the FZ silicon substrate 5. It is possible to integrally provide a layer including a plurality of layers having different target characteristics.

【0039】研磨工程によりFZシリコン基板5を所定
膜厚となるように研磨するようにしたが、研磨により除
去することに限らず、エッチングにより除去する方法
や、あるいは水素イオンなどをイオン注入により所定深
さ寸法に高濃度で導入し、熱処理を行なってこの水素イ
オン層を剥離面として剥離することにより形成する方法
を用いることもできる。
Although the FZ silicon substrate 5 is polished so as to have a predetermined film thickness in the polishing step, the method is not limited to the polishing, but may be a method of removing by etching, or a method of implanting hydrogen ions or the like by ion implantation. It is also possible to use a method of introducing a hydrogen ion layer at a high concentration in the depth dimension, performing heat treatment, and separating the hydrogen ion layer as a separation surface.

【0040】LDMOSトランジスタに限らず、通常の
DMOSトランジスタや、VMOSトランジスタ、ある
いはバイポーラパワートランジスタや、IGBTなどの
パワー素子にも適用することができる。
The present invention can be applied not only to LDMOS transistors but also to power devices such as ordinary DMOS transistors, VMOS transistors, bipolar power transistors, and IGBTs.

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

【図1】本発明の第1の実施形態を示す模式的断面図FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a first embodiment of the present invention.

【図2】パワーIC素子に適用した場合の模式的断面図FIG. 2 is a schematic cross-sectional view when applied to a power IC element.

【図3】電位分布を比較して示す作用説明図(その1)FIG. 3 is an operation explanatory diagram showing a comparison of potential distributions (part 1);

【図4】電位分布を比較して示す作用説明図(その2)FIG. 4 is an operation explanatory view showing a comparison of potential distributions (part 2);

【図5】本発明の第2の実施形態を示す図1相当図FIG. 5 is a view corresponding to FIG. 1, showing a second embodiment of the present invention;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1はSOI基板(半導体基板)、2はCZシリコン基板
(半導体支持基板)、3は熱酸化膜(絶縁膜)、4は単
結晶シリコン薄膜(半導体層)、5はFZシリコン基
板、6は駆動用IC、7はCMOS回路素子、8はnチ
ャンネル型LDMOSトランジスタ(高耐圧素子)、9
はpチャンネル型LDMOSトランジスタ(高耐圧素
子)、10は絶縁膜、11はLOCOS酸化膜、12
a,12bはドリフト層、13a,13bはドレインコ
ンタクト領域、15a,15bはチャンネル領域、16
a,16bはソース領域、17a,17bはチャンネル
コンタクト領域、18a,18bはゲート電極、19は
電極膜、20はpウェル領域、21はnウェル領域、2
2,23はソース,ドレイン領域、24はゲート電極、
25は電極膜、26は半導体基板である。
1 is an SOI substrate (semiconductor substrate), 2 is a CZ silicon substrate (semiconductor support substrate), 3 is a thermal oxide film (insulating film), 4 is a single crystal silicon thin film (semiconductor layer), 5 is an FZ silicon substrate, and 6 is driving IC, 7 is a CMOS circuit element, 8 is an n-channel LDMOS transistor (high breakdown voltage element), 9
Is a p-channel LDMOS transistor (high breakdown voltage element), 10 is an insulating film, 11 is a LOCOS oxide film, 12
a and 12b are drift layers; 13a and 13b are drain contact regions; 15a and 15b are channel regions;
a and 16b are source regions, 17a and 17b are channel contact regions, 18a and 18b are gate electrodes, 19 is an electrode film, 20 is a p-well region, 21 is an n-well region, 2
2, 23 are source and drain regions, 24 is a gate electrode,
25 is an electrode film, 26 is a semiconductor substrate.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 CZ(Czochralsky )法により形成され
た半導体支持基板(2)上にFZ(Floating Zone )法
により形成された素子形成用の半導体層(4)を所定膜
厚で設けたことを特徴とする半導体基板。
1. A semiconductor layer (4) for element formation formed by an FZ (Floating Zone) method with a predetermined thickness is provided on a semiconductor support substrate (2) formed by a CZ (Czochralsky) method. Characteristic semiconductor substrate.
【請求項2】 CZ(Czochralsky )法により形成され
た半導体支持基板(2)上に酸素濃度が1×1017
−3以下程度に形成された素子形成用の半導体層
(4)を所定膜厚で設けたことを特徴とする半導体基
板。
2. An oxygen concentration of 1 × 10 17 c on a semiconductor supporting substrate (2) formed by a CZ (Czochralsky) method.
A semiconductor substrate, wherein a semiconductor layer (4) for forming an element formed to a thickness of about m- 3 or less is provided with a predetermined thickness.
【請求項3】 請求項2に記載の半導体基板において、 前記半導体層(4)は、不純物濃度が1×1014cm
−3以下程度に形成されていることを特徴とする半導体
基板。
3. The semiconductor substrate according to claim 2, wherein said semiconductor layer has an impurity concentration of 1 × 10 14 cm.
A semiconductor substrate characterized by being formed to about -3 or less.
【請求項4】 請求項1ないし3のいずれかに記載の半
導体基板において、 前記半導体支持基板(2)と前記半導体層(4)との間
に設けられた絶縁膜(3)を備えたことを特徴とする半
導体基板。
4. The semiconductor substrate according to claim 1, further comprising an insulating film (3) provided between said semiconductor support substrate (2) and said semiconductor layer (4). A semiconductor substrate characterized by the above-mentioned.
【請求項5】 請求項1ないし3のいずれかに記載の半
導体基板(26)を製造する方法において、 前記半導体支持基板(2)に前記半導体層(4)を形成
するための半導体層用基板(5)を貼り合わせる工程
(S2)と、 貼り合わせられた状態の半導体層用基板(2,5)を所
定膜厚まで研磨する研磨工程(S3)とを有することを
特徴とする半導体基板の製造方法。
5. The method for manufacturing a semiconductor substrate (26) according to claim 1, wherein the semiconductor layer (4) is formed on the semiconductor support substrate (2). (5) a bonding step (S2); and a polishing step (S3) of polishing the bonded semiconductor layer substrates (2, 5) to a predetermined thickness. Production method.
【請求項6】 請求項4に記載の半導体基板(1)を製
造する方法において、 前記半導体支持基板(2)と前記半導体層(4)を形成
するための半導体層用基板(5)を貼り合わせる場合の
貼り合わせる面の少なくとも一方に絶縁膜(4)を形成
する絶縁膜形成工程(S1)と、 前記半導体支持基板(2)に前記半導体層用基板(5)
を貼り合わせる工程(S2)と、 貼り合わせられた状態の半導体層用基板(2,5)を所
定膜厚まで研磨する研磨工程(S3)とを有することを
特徴とする半導体基板の製造方法。
6. The method for manufacturing a semiconductor substrate (1) according to claim 4, wherein the semiconductor support substrate (2) and a semiconductor layer substrate (5) for forming the semiconductor layer (4) are attached. An insulating film forming step (S1) of forming an insulating film (4) on at least one of the surfaces to be bonded when bonding, and the semiconductor layer substrate (5) on the semiconductor support substrate (2).
A bonding step (S2) and a polishing step (S3) of polishing the bonded semiconductor layer substrates (2, 5) to a predetermined film thickness (S3).
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002094032A (en) * 2000-09-12 2002-03-29 Fuji Electric Co Ltd Semiconductor substrate and its manufacturing method, and semiconductor device using the substrate and its manufacturing method
JP2011049384A (en) * 2009-08-27 2011-03-10 Fuji Electric Systems Co Ltd Method of manufacturing semiconductor device

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