JPH06163677A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents
Manufacture of semiconductor deviceInfo
- Publication number
- JPH06163677A JPH06163677A JP31225592A JP31225592A JPH06163677A JP H06163677 A JPH06163677 A JP H06163677A JP 31225592 A JP31225592 A JP 31225592A JP 31225592 A JP31225592 A JP 31225592A JP H06163677 A JPH06163677 A JP H06163677A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- insulating film
- opening
- single crystal
- forming
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Element Separation (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、例えば高速MOSト
ランジスタ、SOI型バイポーラトランジスタ、あるい
はSOI型MOSトランジスタ等のような素子を1チッ
プの半導体基板上に形成する、それぞれ異なる膜厚のS
OI基板を高密度に集積するようにした半導体装置の製
造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention forms elements such as a high speed MOS transistor, an SOI type bipolar transistor, or an SOI type MOS transistor on a one-chip semiconductor substrate.
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device in which OI substrates are integrated with high density.
【0002】[0002]
【従来の技術】SOI基板を作成する手段として、ウエ
ハ直接接合法、レーザアニール等による再結晶化法、あ
るいはSIMOX等が知られている。この中でウエハ直
接接合法としては、例えば特開平1−302739号で
示されるように異なる厚さのSOI基板を製造する方法
が知られているが、ここで示された方法にあっては例え
ば500オングストローム厚のSOI基板を有するMO
Sトランジスタのような高速デバイスを形成しようとす
ると、この方法においては研磨工程で時間制御するよう
にしているため、超薄膜のSOI基板の形成が困難であ
る。また、横方向の絶縁分離のためにトレンチ分離法を
用いているものであるため、その工程が複雑化する。2. Description of the Related Art As a means for producing an SOI substrate, a direct wafer bonding method, a recrystallization method such as laser annealing, or SIMOX is known. Among them, as the wafer direct bonding method, there is known a method of manufacturing SOI substrates having different thicknesses as shown in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 1-203739, but in the method shown here, for example, MO with 500 Angstrom thick SOI substrate
In order to form a high-speed device such as an S-transistor, it is difficult to form an ultra-thin film SOI substrate because the polishing step controls the time in this method. Further, since the trench isolation method is used for lateral isolation, the process is complicated.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】この発明は上記のよう
な点に鑑みなされたもので、SOI基板の厚さが研磨工
程の時間制御等によって決定されないようにして、特に
それぞれ厚さが異なる複数のSOI基板が容易に形成さ
れ、特に超薄膜のSOI基板が容易且つ確実に製造でき
るようにすると共に、各素子間の横方向の分離が容易に
行われて高密度の集積化が可能とされるようにした半導
体装置の製造方法を提供しようとするものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above points, and a plurality of SOI substrates having different thicknesses are provided so that the thickness of the SOI substrate is not determined by the time control of the polishing process or the like. The SOI substrate can be easily formed, and in particular, an ultra-thin SOI substrate can be easily and surely manufactured, and lateral separation between elements can be easily performed to enable high-density integration. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device as described above.
【0004】[0004]
【課題を解決するための手段】第1の発明に係る半導体
装置の製造方法にあっては、単結晶基板上に厚い第1の
絶縁膜を形成すると共に、第1の半導体素子形成領域に
対応して前記厚い第1の絶縁膜に前記単結晶基板に至る
第1の開口を形成し、この第1の開口内に第1の厚さで
第1の単結晶半導体層をエピタキシャル成長させて第1
の半導体層を形成する。また、前記第1の絶縁膜および
第1の単結晶半導体層上に薄い第2の絶縁膜を形成し、
第2の半導体素子形成領域に対応して前記第2の絶縁膜
を含み前記第1の絶縁膜に前記単結晶基板に至る第2の
開口を形成するもので、この第2の開口内に第2の厚さ
で第2の単結晶半導体層をエピタキシャル成長させて第
2の半導体層を形成し、前記第1の絶縁膜上および第1
および第2の単結晶半導体層の上に共通に第3の絶縁膜
を形成する。そして、この第3の絶縁膜上に表面が平坦
化された充填物を形成して平坦化層を形成し、この平坦
化層の前記平坦化された面に台となる基板を接合すると
共に、前記単結晶基板を前記第1の絶縁膜が露出される
まで切削研磨し、この研磨によって露出された前記第1
および第2の単結晶半導体層にそれぞれ独立した半導体
素子が形成されるようにしている。In a method of manufacturing a semiconductor device according to a first aspect of the present invention, a thick first insulating film is formed on a single crystal substrate and a first semiconductor element forming region is formed. Then, a first opening reaching the single crystal substrate is formed in the thick first insulating film, and a first single crystal semiconductor layer having a first thickness is epitaxially grown in the first opening to form a first opening.
Forming a semiconductor layer. In addition, a thin second insulating film is formed on the first insulating film and the first single crystal semiconductor layer,
A second opening including the second insulating film is formed in the first insulating film corresponding to the second semiconductor element formation region, and a second opening reaching the single crystal substrate is formed. A second opening is formed in the second opening. A second single crystal semiconductor layer is epitaxially grown to a thickness of 2 to form a second semiconductor layer, and the second semiconductor layer is formed on the first insulating film and the first insulating film.
And a third insulating film is formed in common over the second single crystal semiconductor layer. Then, a filling material whose surface is flattened is formed on the third insulating film to form a flattening layer, and a substrate to be a base is bonded to the flattened surface of the flattening layer, The single crystal substrate is cut and polished until the first insulating film is exposed, and the first exposed by the polishing.
Further, independent semiconductor elements are formed in the second single crystal semiconductor layer and the second single crystal semiconductor layer, respectively.
【0005】また第2の発明にあっては、前記第1の開
口が形成されたならば、この第1の開口を含む前記第1
の絶縁膜上に薄い第2の絶縁膜を形成し、第2の半導体
素子形成領域に対応して前記第2の絶縁膜を含む前記第
1の絶縁膜に、前記単結晶基板に至る第2の開口を形成
する。そして、前記第2の絶縁膜をマスクとして前記第
2の開口内に第1の膜厚の第1の単結晶半導体層を形成
した後第2の絶縁膜を除去し、前記第1の開口内および
前記第1の単結晶半導体層の上に第2の膜厚の第2の単
結晶半導体層を形成するもので、この第2の単結晶半導
体層さらに前記第1の絶縁膜上に第3の絶縁膜および充
填物を形成して平坦化し、この平坦化層の平坦化された
面に台となる基板を接合した後、前記第1の単結晶基板
を前記第1の絶縁膜が露出されるまで切削研磨する。Further, in the second invention, if the first opening is formed, the first opening including the first opening is formed.
A thin second insulating film is formed on the second insulating film, and the first insulating film including the second insulating film is formed corresponding to the second semiconductor element forming region, and the second insulating film is formed to reach the single crystal substrate. To form an opening. Then, using the second insulating film as a mask, the second insulating film is removed after the first single crystal semiconductor layer having the first film thickness is formed in the second opening, and the second insulating film is removed in the first opening. And a second single crystal semiconductor layer having a second film thickness is formed on the first single crystal semiconductor layer, and the second single crystal semiconductor layer and the third single crystal semiconductor layer are formed on the first insulating film. Of the first single crystal substrate is exposed to the first insulating film after the insulating film and the filling material are flattened and the flattening surface of the flattening layer is joined to the substrate to be the base. Cutting and polishing until
【0006】[0006]
【作用】この様な第1および第2の発明のいずれにおい
ても、第1および第2の半導体素子形成領域に対応して
第1の絶縁膜に開口が形成され、この開口内に形成しよ
うとする半導体素子で要求される膜厚の単結晶半導体層
が形成され、その開口部でそれぞれ独立した半導体素子
が形成されるようになる。この場合、その各半導体素子
を形成するためのSOI基板の膜厚は、単結晶基板を第
1の絶縁膜をストッパとして研磨することによって決定
されるもので、超薄型に構成することも容易である。ま
た、開口を形成した第1の絶縁膜によって各半導体素子
領域の間が確実に分離され、高密度の集積化も容易に実
現できる。In both of the first and second inventions described above, an opening is formed in the first insulating film corresponding to the first and second semiconductor element forming regions, and an attempt is made to form the opening in this opening. A single crystal semiconductor layer having a film thickness required for the semiconductor element is formed, and independent semiconductor elements are formed in the openings. In this case, the film thickness of the SOI substrate for forming each of the semiconductor elements is determined by polishing the single crystal substrate using the first insulating film as a stopper, and it is easy to make it ultra-thin. Is. In addition, the first insulating film having the openings surely separates the semiconductor element regions from each other, so that high-density integration can be easily realized.
【0007】[0007]
【実施例】以下、図面を参照してこの発明の一実施例を
説明する。図1ないし図4はその製造工程を順次示して
いるもので、まず図1の(A)で示すようにN型の単結
晶シリコン基板11の主表面上に熱酸化膜12を形成する。
この熱酸化膜12は例えば2μmの比較的厚い膜厚で構成
されるもので、この熱酸化膜12部分に囲まれて所定のト
ランジスタが形成されるようになる。まず、比較的厚い
半導体領域が必要とされる例えばバイポーラトランジス
タを形成する第1のトランジスタ形成領域に対応して、
同図の(B)で示すようにホトエッチングによって第1
の開口13を開口する。この開口13は、第1の熱酸化膜12
を貫通してシリコン基板11の面に達する深さで形成され
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 to 4 sequentially show the manufacturing process. First, as shown in FIG. 1A, a thermal oxide film 12 is formed on the main surface of an N-type single crystal silicon substrate 11.
The thermal oxide film 12 has a relatively thick film thickness of 2 μm, for example, and a predetermined transistor is formed surrounded by the thermal oxide film 12 portion. First, corresponding to a first transistor formation region for forming a bipolar transistor, for which a relatively thick semiconductor region is required,
As shown in (B) of FIG.
The opening 13 is opened. This opening 13 is formed in the first thermal oxide film 12
It is formed to a depth that penetrates through and reaches the surface of the silicon substrate 11.
【0008】この様に第1の開口13が形成されたなら
ば、同図の(C)で示すように光CVD等のシリコンエ
ピタキシャル成長法によって、この開口13部の底面に露
出された単結晶シリコン基板11面から第1の単結晶Si
のエピタキシャル成長層14を成長させる。この第1のS
i エピタキシャル成長層14の膜厚は、この領域に形成し
ようとするトランジスタで要求される第1の膜厚に設定
される。When the first opening 13 is formed in this way, the single crystal silicon exposed on the bottom surface of the opening 13 is formed by a silicon epitaxial growth method such as photo-CVD as shown in FIG. From the surface of the substrate 11 to the first single crystal Si
The epitaxial growth layer 14 is grown. This first S
The film thickness of the i epitaxial growth layer 14 is set to the first film thickness required for the transistor to be formed in this region.
【0009】第1の開口13の内部に、この様に第1の膜
厚に制御された第1のSi エピタキシャル成長層14が形
成されたならば、同図の(D)に示すようにこの第1の
Siエピタキシャル成長層14の表面を含み、熱酸化膜12
の表面全体に例えば500オングストロームの比較的薄
い酸化膜15を形成する。この酸化膜15は、次のSi エピ
タキシャル成長に際して、(C)図で形成した第1のS
i エピタキシャル成長層14上にシリコンが形成されない
ように、エピタキシャル成長層14の表面を保護するため
に形成されるもので、その目的が達成できるものであれ
ば、その膜厚は特に限定される必要がない。If the first Si epitaxial growth layer 14 controlled to have the first film thickness is formed inside the first opening 13, as shown in FIG. Including the surface of the Si epitaxial growth layer 14 of No. 1, thermal oxide film 12
A relatively thin oxide film 15 having a thickness of, for example, 500 angstrom is formed on the entire surface of. This oxide film 15 is the first S formed in FIG.
i It is formed to protect the surface of the epitaxial growth layer 14 so that silicon is not formed on the epitaxial growth layer 14, and the film thickness is not particularly limited as long as the purpose can be achieved. .
【0010】この様にして第1の開口13の内部に第1の
Si エピタキシャル成長層14が形成され、その上に酸化
膜15が形成されたならば、図2の(A)で示すように通
常のC−MOSや耐圧の要求されるトランジスタ素子を
基板の領域、すなわち第2のトランジスタ形成領域に対
応して、ドライエッチング等のホトエッチングによっ
て、酸化膜15を含んで第1のシリコン基板11に表面に至
る第2の開口16を形成する。In this way, if the first Si epitaxial growth layer 14 is formed inside the first opening 13 and the oxide film 15 is formed thereon, as shown in FIG. The C-MOS and the transistor element required to withstand the voltage are formed on the first silicon substrate 11 including the oxide film 15 by photoetching such as dry etching corresponding to the substrate region, that is, the second transistor formation region. A second opening 16 reaching the surface is formed.
【0011】この様に第2の開口16が形成されたなら
ば、同図の(B)で示すようにこの第2の開口16内に、
再度シリコンエピタキシャル成長法によって第2の単結
晶Siのエピタキシャル成長層17を形成する。この第2
のSi エピタキシャル成長層17は、この第2の領域に形
成されるトランジスタで要求される膜厚に対応した第2
の膜厚に設定される。When the second opening 16 is formed in this way, the second opening 16 is formed in the second opening 16 as shown in FIG.
The epitaxial growth layer 17 of the second single crystal Si is formed again by the silicon epitaxial growth method. This second
The Si epitaxial growth layer 17 of is a second epitaxial layer 17 corresponding to the film thickness required for the transistor formed in the second region.
It is set to the film thickness of.
【0012】そして、再びこの第2のSi エピタキシャ
ル成長層17の表面を含み、酸化膜15の表面全体に、同図
の(C)で示すように500オングストロームの厚さで
酸化膜18を形成すると共に、例えば通信用高速MOSト
ランジスタを形成する第3のトランジスタ形成領域に対
応して、酸化膜15および18を含んで熱酸化膜12に対して
第1のシリコン基板11の表面に至る第3の開口19をホト
エッチングによって開口する。この第3の開口19内部に
は、通信用高速MOSトランジスタを構成するに適切な
薄い第3の膜厚で、第3の単結晶Si のエピタキシャル
成長層20をエピタキシャル成長により形成する。Then, again including the surface of the second Si epitaxial growth layer 17 and forming an oxide film 18 with a thickness of 500 Å on the entire surface of the oxide film 15 as shown in FIG. , For example, corresponding to a third transistor formation region for forming a high-speed MOS transistor for communication, a third opening including the oxide films 15 and 18 to the thermal oxide film 12 and reaching the surface of the first silicon substrate 11. 19 is opened by photoetching. Inside the third opening 19, a third single crystal Si epitaxial growth layer 20 is formed by epitaxial growth with a thin third film thickness suitable for forming a communication high-speed MOS transistor.
【0013】以上のようにして第1ないし第3の開口1
3、16、および19それぞれに対応してそれぞれ膜厚の異
なる第1ないし第3のSi エピタキシャル成長層14、17
および20が形成されたならば、図3の(A)で示すよう
に希HFで各エピタキシャル成長層表面に形成されてい
る酸化膜15および18を除去し、同図の(B)で示すよう
にそれぞれ露出された各Si エピタキシャル成長層14、
17、20の表面を含み、熱酸化膜12の表面上の全体にSi
熱酸化膜21を形成する。このSi 熱酸化膜21の膜厚は、
1μm程度でよい。As described above, the first to third openings 1
First to third Si epitaxial growth layers 14, 17 having different film thicknesses corresponding to 3, 16, and 19 respectively.
When and 20 are formed, the oxide films 15 and 18 formed on the surface of each epitaxial growth layer are removed with dilute HF as shown in FIG. 3A, and as shown in FIG. Each exposed Si epitaxial growth layer 14,
Si on the entire surface of the thermal oxide film 12 including the surfaces of 17 and 20
A thermal oxide film 21 is formed. The film thickness of the Si thermal oxide film 21 is
It may be about 1 μm.
【0014】Si 熱酸化膜21の表面部の全体には、同図
の(C)で示すように例えば3μmの膜厚でポリシリコ
ン層22を成膜し、このポリシリコン層22の表面を平坦に
研磨する。そして、このポリシリコン層22の平坦化され
た研磨面に、同図の(D)示すように第2のシリコン基
板23を直接接合する(この図ではこれまで示した第1の
シリコン基板11を裏返して示している)。On the entire surface of the Si thermal oxide film 21, a polysilicon layer 22 having a film thickness of, for example, 3 μm is formed as shown in FIG. 3C, and the surface of the polysilicon layer 22 is flattened. To polish. Then, the second silicon substrate 23 is directly bonded to the flattened polished surface of the polysilicon layer 22 as shown in FIG. 4D (the first silicon substrate 11 shown so far in this figure is Shown inside out).
【0015】この様に第2のシリコン基板23が接合され
たならば、図4で示すように第1のシリコン基板11をそ
の裏面側から研磨し、この研磨を熱酸化膜12の表面が露
出されるまで行う。すなわち、熱酸化膜12がストッパと
されるようにして第1のシリコン基板11を研磨除去する
もので、この状態で第1ないし第3のSi エピタキシャ
ル成長層14、17および20が表面に露出される。After the second silicon substrate 23 is bonded in this manner, the first silicon substrate 11 is polished from its back surface side as shown in FIG. 4, and this polishing exposes the surface of the thermal oxide film 12. Do it until done. That is, the first silicon substrate 11 is polished and removed by using the thermal oxide film 12 as a stopper. In this state, the first to third Si epitaxial growth layers 14, 17 and 20 are exposed on the surface. .
【0016】この第1ないし第3のSi エピタキシャル
成長層14、17および20は、それぞれ膜厚が異なるように
構成されるもので、その後通常のトランジスタ製造工程
に基づくゲート酸化膜形成工程、ゲートポリシリコン形
成工程、イオン注入工程等によって、図5で示すように
第1ないし第3のSi エピタキシャル成長層14、17およ
び20に対応する第1ないし第3のトランジスタ形成領域
において、それぞれMOSトランジスタおよびバイポー
ラトランジスタ等が形成される。The first to third Si epitaxial growth layers 14, 17 and 20 are formed so as to have different film thicknesses, and thereafter, a gate oxide film forming process and a gate polysilicon film are formed based on a normal transistor manufacturing process. As shown in FIG. 5, MOS transistors and bipolar transistors etc. are respectively formed in the first to third transistor formation regions corresponding to the first to third Si epitaxial growth layers 14, 17 and 20 by the formation step, the ion implantation step, etc. Is formed.
【0017】例えば膜厚500オングストロームのSO
I基板を有するMOSトランジスタによる高速デバイス
を構成しようとする場合には、膜厚500オングストロ
ームの膜厚制御は研磨時間によって制御するようにする
と、実際に超薄型の制御が困難である。また、集積化さ
れる複数の素子間の絶縁分離をトレンチによって行おう
とすると、そのトレンチ形成工程が繁雑となり、高密度
化することが非常に困難となる。For example, SO having a film thickness of 500 angstrom
When a high-speed device including a MOS transistor having an I substrate is to be formed, if the film thickness control of 500 angstrom is controlled by the polishing time, it is actually difficult to control the ultra-thin film. Further, if an attempt is made to perform insulation isolation between a plurality of integrated elements by using a trench, the trench forming process becomes complicated, and it is very difficult to increase the density.
【0018】しかし、実施例で説明したような製造方法
によってSOI基板を製造するようにすれば、各SOI
基板の膜厚は研磨時間によって制御されることなく、エ
ピタキシャル成長の制御によって任意の厚さに設定でき
るようになる。特に、超薄型に構成することが容易とな
り、高速デバイスも簡単に組み込むことができる。また
この研磨工程において、熱酸化膜12がストッパとして機
能されるようになると共に、この熱酸化膜12が各トラン
ジスタ間の絶縁分離膜として機能するようになって、特
にトレンチ分離構成を設ける必要がない。このため、領
域分離のための工程が簡易化されるばかりか、多種のS
OI基板を高密度に集積化することが容易とされる。However, if the SOI substrate is manufactured by the manufacturing method described in the embodiment, each SOI
The film thickness of the substrate can be set to an arbitrary thickness by controlling the epitaxial growth without being controlled by the polishing time. In particular, it becomes easy to form an ultra-thin structure, and a high-speed device can be easily incorporated. Further, in this polishing step, the thermal oxide film 12 comes to function as a stopper, and the thermal oxide film 12 comes to function as an insulating isolation film between each transistor, so that it is particularly necessary to provide a trench isolation structure. Absent. Therefore, not only the process for area separation is simplified, but also various S
It is easy to integrate the OI substrate with high density.
【0019】上記実施例においては、第1ないし第3の
開口13、16、19を形成するために異方性エッチングをエ
ピタキシャル成膜室外で行う必要がある。このため、こ
の実施例の工程においてはエピタキシャル成長工程を3
回に分けて実行するようにしていた。しかし、この厚さ
の異なる3つのエピタキシャル成長層を1回のSi エピ
タキシャル成膜工程で完了させるようにすることもでき
るもので、以下その製造工程の実施例を説明する。In the above embodiment, anisotropic etching must be performed outside the epitaxial film forming chamber in order to form the first to third openings 13, 16 and 19. Therefore, in the process of this embodiment, three epitaxial growth processes are performed.
I was trying to run it in batches. However, it is also possible to complete the three epitaxial growth layers having different thicknesses by a single Si epitaxial film forming process, and an example of the manufacturing process will be described below.
【0020】まず、図1の(A)および(B)で示した
と同様に単結晶の第1のシリコン基板11の表面に2μm
の厚さで熱酸化膜12の層を成膜し、この熱酸化膜12にシ
リコン基板11に至る第1のトランジスタ形成領域に対応
した第1の開口31をホトエッチングにより形成する。こ
の領域は、例えば高速デバイスを形成するための薄いS
OI基板形成領域とされる。First, in the same manner as shown in FIGS. 1A and 1B, 2 μm is formed on the surface of the single crystal first silicon substrate 11.
Then, a layer of the thermal oxide film 12 is formed to a thickness of 1, and a first opening 31 corresponding to the first transistor formation region reaching the silicon substrate 11 is formed in the thermal oxide film 12 by photoetching. This area is for example a thin S for forming high speed devices.
It is an OI substrate formation region.
【0021】この様に第1の開口31が形成されたシリコ
ン基板11を用い、図6の(A)で示すように開口31の内
部を含む状態で熱酸化膜12の表面上に500オングスト
ロームの厚さの酸化膜32を熱酸化によって形成する。Using the silicon substrate 11 in which the first opening 31 is formed in this manner, as shown in FIG. 6 (A), 500 angstroms is formed on the surface of the thermal oxide film 12 including the inside of the opening 31. A thick oxide film 32 is formed by thermal oxidation.
【0022】次に同図の(B)で示すように、表面に酸
化膜32が形成された熱酸化膜12を、例えば通常のMOS
トランジスタを形成する第2のトランジスタ形成領域に
対応して、第1のシリコン基板11の表面に至るまでの深
さで、ホトエッチングによって第2の開口33を開口す
る。その後、この第2の開口33の内部を含み酸化膜32の
表面上に、熱酸化により500オングストロームの厚さ
で酸化膜34を再度形成する。そして、同図の(D)で示
すように厚いSOI膜を形成する第3のトランジスタ形
成領域に対応して、酸化膜32および34を含んで熱酸化膜
12に対して第1のシリコン基板11の表面に達する第3の
開口35を形成する。Next, as shown in FIG. 3B, a thermal oxide film 12 having an oxide film 32 formed on the surface thereof is formed by, for example, a normal MOS.
The second opening 33 is opened by photoetching at a depth up to the surface of the first silicon substrate 11 corresponding to the second transistor formation region for forming a transistor. Then, an oxide film 34 having a thickness of 500 Å is formed again on the surface of the oxide film 32 including the inside of the second opening 33 by thermal oxidation. Then, as shown in (D) of the figure, the thermal oxide film including the oxide films 32 and 34 is provided corresponding to the third transistor formation region in which the thick SOI film is formed.
A third opening 35 that reaches the surface of the first silicon substrate 11 is formed for 12.
【0023】このようにして熱酸化膜12に第1ないし第
3の開口31、33、および35が形成されたならば、図7の
(A)に示すように酸化膜34がマスクとして使用される
ようにして、第3の開口35内に光CVD法等のシリコン
エピタキシャル成長法によって第1のエピタキシャル成
長を行い、第1の単結晶Si のエピタキシャル成長層36
を選択的に成膜する。この場合、このエピタキシャル成
長層36の膜厚は例えば1.5μmの第1の膜厚に設定さ
れるようにする。When the first to third openings 31, 33 and 35 are formed in the thermal oxide film 12 in this way, the oxide film 34 is used as a mask as shown in FIG. In this way, the first epitaxial growth is performed in the third opening 35 by the silicon epitaxial growth method such as the photo CVD method, and the first single crystal Si epitaxial growth layer 36 is formed.
Is selectively formed. In this case, the film thickness of the epitaxial growth layer 36 is set to the first film thickness of 1.5 μm, for example.
【0024】この様に第1のSi エピタキシャル成長層
36が形成されたならば、大気にさらすことなく同一のチ
ャンバ内で表面の酸化膜34を、例えば光エッチング法に
よって500オングストロームの厚さでエッチングす
る。Thus, the first Si epitaxial growth layer is formed.
Once 36 is formed, the surface oxide film 34 is etched to a thickness of 500 angstroms, for example, by photoetching in the same chamber without exposure to the atmosphere.
【0025】このエッチングによって、例えば第1のシ
リコン基板11の清浄な表面が現れたならば、具体的には
酸化膜34部分がエッチングされて第2の開口33の底部分
が現れたならば、酸化膜32をマスクとして第2のエピタ
キシャル成長を行い、第3の開口35内の第1のSi エピ
タキシャル成長層36の表面と共に、第2の開口33の内部
にそれぞれ第2の単結晶Si のエピタキシャル成長層37
1 、372 を成膜する。ここで、この第2のSi エピタキ
シャル成長層371 、372 の膜厚は、第1のエピタキシャ
ル成長層36の膜厚とは異なるように設定され、例えば第
1のSi エピタキシャル成長層36よりも薄く設定され
る。By this etching, for example, if a clean surface of the first silicon substrate 11 appears, specifically, if the oxide film 34 portion is etched and the bottom portion of the second opening 33 appears, A second epitaxial growth is performed by using the oxide film 32 as a mask, and the second single crystal Si epitaxial growth layer 37 is formed inside the second opening 33 together with the surface of the first Si epitaxial growth layer 36 in the third opening 35.
1 and 372 are deposited. Here, the film thickness of the second Si epitaxial growth layers 371 and 372 is set to be different from the film thickness of the first epitaxial growth layer 36, and is set to be thinner than that of the first Si epitaxial growth layer 36, for example.
【0026】次に同図の(C)で示すように再び大気に
さらすことなく同一チャンバ内において残った酸化膜32
をエッチングする。このエッチングは500オングスト
ロームの厚さで行われるもので、清浄なシリコン基板11
の面が現れるまで行われるものである。そして、清浄な
シリコン表面が現れたならばさらに第3のエピタキシャ
ル成長を行って、Si エピタキシャル成長層371 、372
の表面と共に、第1の開口31の内部に選択的に第3の単
結晶Si のエピタキシャル成長層381 、382 、383 をそ
れぞれ形成する。Next, as shown in FIG. 3C, the oxide film 32 remaining in the same chamber without being exposed to the atmosphere again.
To etch. This etching is performed to a thickness of 500 angstroms and a clean silicon substrate 11
Is performed until the surface of appears. Then, if a clean silicon surface appears, a third epitaxial growth is further performed, and Si epitaxial growth layers 371, 372 are formed.
The third single crystal Si epitaxial growth layers 381, 382 and 383 are selectively formed inside the first opening 31 together with the surface of the above.
【0027】この様な第1ないし第3のエピタキシャル
成長を行うことによって、第1の開口31の内部には第3
のエピタキシャル成長による第3のSi エピタキシャル
成長層383 一層のエピタキシャル成長膜が形成され、第
2の開口33の内部には第2のSi エピタキシャル成長層
372 と第3のSi エピタキシャル成長層382 の2層の厚
さによるエピタキシャル成長膜が形成され、さらに第3
の開口35内には第1ないし第3のエピタキシャル成長そ
れぞれによる第1ないし第3のSi エピタキシャル成長
層36、371 、381 の3層のエピタキシャル成長膜が形成
される。By performing the first to third epitaxial growths as described above, the third opening is formed inside the first opening 31.
The third Si epitaxial growth layer 383 is formed by the epitaxial growth of the second Si epitaxial growth layer 383, and the second Si epitaxial growth layer is formed inside the second opening 33.
372 and the third Si epitaxial growth layer 382, an epitaxial growth film having a thickness of two layers is formed.
In the opening 35, three epitaxial growth films of the first to third Si epitaxial growth layers 36, 371 and 381 are formed by the first to third epitaxial growth, respectively.
【0028】すなわち、第1ないし第3のトランジスタ
形成領域それぞれに対応して、それぞれ厚さが異なり且
つ膜厚制御されたSOI膜が形成されるようになる。そ
の後同図の(D)に示すように、基板部と絶縁分離する
ための酸化膜39を0.5μm(5000オングストロー
ム)の厚さで全面に形成する。That is, an SOI film having a different thickness and a controlled film thickness is formed corresponding to each of the first to third transistor formation regions. Thereafter, as shown in (D) of the same figure, an oxide film 39 for insulation separation from the substrate portion is formed on the entire surface to a thickness of 0.5 μm (5000 angstrom).
【0029】この様に酸化膜39が形成されたならば、図
8の(A)で示すように酸化膜39の表面にポリシリコン
層40を3μmの厚さで形成し、その表面を研磨して平坦
化する。そして、この平坦化されたポリシリコン層40の
平坦面に、同図の(B)で示すように第2のシリコン基
板23を接合し、さらに同図の(C)で示すように第1の
シリコン基板11を熱酸化膜12が露出されるまで研磨する
ことにより、同一チップ内に、それぞれ膜厚の異なる3
つのSOI領域が形成されるようになる。After the oxide film 39 is formed in this way, a polysilicon layer 40 having a thickness of 3 μm is formed on the surface of the oxide film 39 as shown in FIG. 8A, and the surface is polished. Flatten. Then, the second silicon substrate 23 is bonded to the flat surface of the flattened polysilicon layer 40 as shown in FIG. 7B, and the first silicon substrate 23 is further bonded as shown in FIG. By polishing the silicon substrate 11 until the thermal oxide film 12 is exposed, three different film thicknesses are formed in the same chip.
Two SOI regions are formed.
【0030】[0030]
【発明の効果】以上のようにこの発明に係る半導体装置
の製造方法によれば、同一チップ内にそれぞれ厚さの異
なる複数のSOI領域が形成されるようになり、それぞ
れその厚さに応じた機能が設定される半導体素子が形成
されるようになる。この様な製造方法において、各SO
I領域の厚さの制御はそれぞれエピタキシャル成長によ
って制御されるものであり、研磨により制御されること
がない。したがって、例えば高速デバイスのような特に
薄いSOI膜が要求される場合においても、これに容易
に対応できるようになる。また、同一チップ内に形成さ
れるようになる複数の素子領域は、その各領域に対応し
て開口の形成される熱酸化膜によって確実に絶縁分離さ
れているものであり、容易且つ確実に集積密度の向上が
図れる。As described above, according to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, a plurality of SOI regions having different thicknesses are formed in the same chip, and the SOI regions are formed in accordance with the thicknesses thereof. A semiconductor element having a set function is formed. In such a manufacturing method, each SO
The control of the thickness of the I region is controlled by epitaxial growth and is not controlled by polishing. Therefore, even when a particularly thin SOI film is required such as a high-speed device, this can be easily dealt with. Further, the plurality of element regions to be formed in the same chip are surely insulated and separated by the thermal oxide film having the openings formed corresponding to the respective regions, and are easily and surely integrated. The density can be improved.
【図1】(A)〜(D)はこの発明の一実施例に係るS
OI基板の製造過程を順次説明する断面構成図。1A to 1D are S according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional configuration diagram for sequentially explaining the manufacturing process of the OI substrate.
【図2】(A)〜(D)は図1の過程に続く製造過程を
順次説明する断面構成図。2A to 2D are sectional configuration diagrams sequentially illustrating a manufacturing process subsequent to the process of FIG.
【図3】(A)〜(D)はさらに図2の過程に続く製造
過程を順次説明する断面構成図。3A to 3D are sectional configuration diagrams sequentially explaining a manufacturing process subsequent to the process of FIG.
【図4】前記製造過程によって製造されたSOI基板を
示す断面構成図。FIG. 4 is a cross-sectional configuration diagram showing an SOI substrate manufactured by the manufacturing process.
【図5】上記SOI基板を用いて製造される半導体装置
の断面構成図。FIG. 5 is a cross-sectional configuration diagram of a semiconductor device manufactured using the SOI substrate.
【図6】(A)〜(D)はこの発明の他の実施例に係る
SOI基板の製造過程を順次説明する断面構成図。6A to 6D are cross-sectional configuration diagrams sequentially illustrating a manufacturing process of an SOI substrate according to another embodiment of the present invention.
【図7】(A)〜(D)は図6の過程に続く製造過程を
順次説明する断面構成図。7A to 7D are sectional configuration diagrams sequentially explaining a manufacturing process subsequent to the process of FIG.
【図8】(A)〜(C)はさらに図7の過程に続く製造
過程を順次説明する断面構成図。8A to 8C are sectional configuration diagrams sequentially explaining a manufacturing process subsequent to the process of FIG.
11…第1のシリコン基板、12…熱酸化膜、13、16、19、
31、33、35…開口、15、18、32、34…酸化膜、14、17、
20、36、371 、372 、381 〜383 …Si エピタキシャル
成長層、22、40…ポリシリコン層、23…第2のシリコン
基板。11 ... First silicon substrate, 12 ... Thermal oxide film, 13, 16, 19,
31, 33, 35 ... Opening, 15, 18, 32, 34 ... Oxide film, 14, 17,
20, 36, 371, 372, 381 to 383 ... Si epitaxial growth layer, 22, 40 ... Polysilicon layer, 23 ... Second silicon substrate.
Claims (2)
する第1の絶縁膜形成工程と、 第1の半導体素子形成領域に対応して前記厚い第1の絶
縁膜に前記単結晶基板に至る第1の開口を形成する第1
の開口形成工程と、 前記第1の開口内に第1の厚さで第1の単結晶半導体層
をエピタキシャル成長させる第1の半導体層形成工程
と、 前記第1の絶縁膜および第1の単結晶半導体層上に薄い
第2の絶縁膜を形成する第2の絶縁膜形成工程と、 第2の半導体素子形成領域に対応して前記第2の絶縁膜
を含み前記第1の絶縁膜に前記単結晶基板に至る第2の
開口を形成する第2の開口形成工程と、 前記第2の開口内に第2の厚さで第2の単結晶半導体層
をエピタキシャル成長させる第2の半導体層形成工程
と、 前記第1の絶縁膜上および第1および第2の単結晶半導
体層の上に共通に第3の絶縁膜を形成する第3の絶縁膜
形成工程と、 前記第3の絶縁膜上に表面が平坦化された充填物を形成
する平坦化層形成工程と、 前記平坦化層の前記平坦化された面に、台となる基板を
接合する基板接合工程と、 前記単結晶基板を前記第1の絶縁膜が露出されるまで切
削研磨する基板研磨工程とを備え、 この研磨工程で露出された前記第1および第2の単結晶
半導体層にそれぞれ独立した半導体素子が形成されるよ
うにしたことを特徴とする半導体装置の製造方法。1. A first insulating film forming step of forming a thick first insulating film on a single crystal substrate, and the single crystal formed on the thick first insulating film corresponding to a first semiconductor element formation region. First forming a first opening to the substrate
An opening forming step, a first semiconductor layer forming step of epitaxially growing a first single crystal semiconductor layer with a first thickness in the first opening, the first insulating film and the first single crystal A second insulating film forming step of forming a thin second insulating film on the semiconductor layer; and including the second insulating film corresponding to a second semiconductor element forming region in the first insulating film. A second opening forming step of forming a second opening reaching the crystal substrate; and a second semiconductor layer forming step of epitaxially growing a second single crystal semiconductor layer with a second thickness in the second opening. A third insulating film forming step of commonly forming a third insulating film on the first insulating film and on the first and second single crystal semiconductor layers, and a surface on the third insulating film. A flattening layer forming step of forming a flattened filling material, and the flattening of the flattening layer. A substrate bonding step of bonding a substrate to be a base to the patterned surface, and a substrate polishing step of cutting and polishing the single crystal substrate until the first insulating film is exposed are provided. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein independent semiconductor elements are formed in the first and second single crystal semiconductor layers.
する第1の絶縁膜形成工程と、 第1の半導体素子形成領域に対応して前記厚い第1の絶
縁膜に前記単結晶基板に至る第1の開口を形成する第1
の開口形成工程と、 前記第1の開口を含む前記第1の絶縁膜上に薄い第2の
絶縁膜を形成する第2の絶縁膜形成工程と、 第2の半導体素子形成領域に対応して前記第2の絶縁膜
を含む前記第1の絶縁膜に、前記単結晶基板に至る第2
の開口を形成する第2の開口形成工程と、 前記第2の絶縁膜をマスクとして前記第2の開口内に第
1の膜厚の第1の単結晶半導体層を形成する第1の半導
体層形成工程と、 前記第2の絶縁膜を除去し、前記第1の開口内および前
記第1の単結晶半導体層の上に第2の膜厚の第2の単結
晶半導体層を形成する第2の半導体層形成工程と、 前記第1および第2の開口それぞれに対応して形成され
た前記第2の単結晶半導体層さらに前記第1の絶縁膜上
に第3の絶縁膜および充填物を形成し、その表面を平坦
化する平坦化層形成工程と、 前記平坦化層の前記平坦化された面に、台となる基板を
接合する基板接合工程と、 前記単結晶基板を前記第1の絶縁膜が露出されるまで切
削研磨する基板研磨工程とを備え、 この研磨工程で露出された前記第1および第2の開口内
の単結晶半導体層にそれぞれ独立した半導体素子が形成
されるようにしたことを特徴とする半導体装置の製造方
法。2. A first insulating film forming step of forming a thick first insulating film on a single crystal substrate, and the single crystal formed on the thick first insulating film corresponding to a first semiconductor element formation region. First forming a first opening to the substrate
Corresponding to the second semiconductor film forming region, the second insulating film forming process of forming a thin second insulating film on the first insulating film including the first opening, A second insulating film including the second insulating film, a second insulating film reaching the single crystal substrate,
A second opening forming step of forming a second opening, and a first semiconductor layer forming a first single crystal semiconductor layer having a first film thickness in the second opening using the second insulating film as a mask. Forming step, and removing the second insulating film to form a second single crystal semiconductor layer having a second thickness in the first opening and on the first single crystal semiconductor layer; And the second single crystal semiconductor layer formed corresponding to each of the first and second openings, and further forming a third insulating film and a filling material on the first insulating film. And a flattening layer forming step of flattening the surface thereof, a substrate joining step of joining a substrate to be a stand to the flattened surface of the flattening layer, and the single crystal substrate to the first insulating layer. A substrate polishing step of cutting and polishing until the film is exposed. And a method of manufacturing a semiconductor device in which the second semiconductor element independent on the single crystal semiconductor layer in the opening, characterized in that it has to be formed.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31225592A JPH06163677A (en) | 1992-11-20 | 1992-11-20 | Manufacture of semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31225592A JPH06163677A (en) | 1992-11-20 | 1992-11-20 | Manufacture of semiconductor device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06163677A true JPH06163677A (en) | 1994-06-10 |
Family
ID=18027039
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP31225592A Pending JPH06163677A (en) | 1992-11-20 | 1992-11-20 | Manufacture of semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06163677A (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6930359B2 (en) | 1999-11-18 | 2005-08-16 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
US6979866B2 (en) | 2002-09-04 | 2005-12-27 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device with SOI region and bulk region and method of manufacture thereof |
JP2007194315A (en) * | 2006-01-18 | 2007-08-02 | Seiko Epson Corp | Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device |
US7611928B2 (en) | 2002-04-16 | 2009-11-03 | Infineon Technologies Ag | Method for producing a substrate |
JP2010529666A (en) * | 2007-06-06 | 2010-08-26 | エス・オー・アイ・テック・シリコン・オン・インスレーター・テクノロジーズ | Method for manufacturing a hybrid component |
-
1992
- 1992-11-20 JP JP31225592A patent/JPH06163677A/en active Pending
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6930359B2 (en) | 1999-11-18 | 2005-08-16 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
US7588973B2 (en) | 1999-11-18 | 2009-09-15 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
US7611928B2 (en) | 2002-04-16 | 2009-11-03 | Infineon Technologies Ag | Method for producing a substrate |
US6979866B2 (en) | 2002-09-04 | 2005-12-27 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device with SOI region and bulk region and method of manufacture thereof |
JP2007194315A (en) * | 2006-01-18 | 2007-08-02 | Seiko Epson Corp | Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device |
US7847352B2 (en) | 2006-01-18 | 2010-12-07 | Seiko Epson Corporation | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
JP2010529666A (en) * | 2007-06-06 | 2010-08-26 | エス・オー・アイ・テック・シリコン・オン・インスレーター・テクノロジーズ | Method for manufacturing a hybrid component |
US8871607B2 (en) | 2007-06-06 | 2014-10-28 | S.O.I. Tec Silicon On Insulator Technologies | Method for producing hybrid components |
KR101525611B1 (en) * | 2007-06-06 | 2015-06-03 | 꼼미사리아 아 레네르지 아또미끄 에 오 에네르지 알떼르나띠브스 | Method for producing hybrid components |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2831745B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JPH0671043B2 (en) | Method for manufacturing silicon crystal structure | |
KR19980071515A (en) | Laminated substrate manufactured from semiconductor wafers bonded to each other without contact between insulating layer and semiconductor layer and manufacturing method thereof | |
JPH04137723A (en) | Manufacturing method of semiconductor laminated substrate | |
US5387537A (en) | Process for manufacturing isolated semiconductor components in a semiconductor wafer | |
JPH06163677A (en) | Manufacture of semiconductor device | |
US20080045023A1 (en) | Method for manufacturing semiconductor device, and semiconductor device | |
JP2008028359A (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
JP2812013B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
JPS6276646A (en) | Manufacture of semiconductor device | |
JPS61172346A (en) | Semiconductor integrated circuit device | |
JP2643015B2 (en) | Method of manufacturing complete dielectric isolation substrate | |
US7525157B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP2603623B2 (en) | Manufacturing method of three-dimensional semiconductor integrated circuit | |
JPH09223730A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JPH05129424A (en) | Semiconductor device and manufacture thereof | |
JPH06204193A (en) | Manufacture of soi substrate | |
JP2002118263A (en) | Method for fabricating semiconductor device | |
JPH1050824A (en) | Manufacture of soi board | |
JP2002118262A (en) | Semiconductor device and its fabricating method | |
JPH04299859A (en) | Manufacture of semiconductor device | |
JPH08107192A (en) | Manufacture of semiconductor device | |
JPH0521767A (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
JPS60117748A (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
JPH07249634A (en) | Gettering and semiconductor integrated circuit device |