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JP2009010087A - Semiconductor device - Google Patents

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Publication number
JP2009010087A
JP2009010087A JP2007168664A JP2007168664A JP2009010087A JP 2009010087 A JP2009010087 A JP 2009010087A JP 2007168664 A JP2007168664 A JP 2007168664A JP 2007168664 A JP2007168664 A JP 2007168664A JP 2009010087 A JP2009010087 A JP 2009010087A
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JP
Japan
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semiconductor device
semiconductor
substrate
semiconductor element
insulator
Prior art date
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Pending
Application number
JP2007168664A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Atsushi Kasahara
淳志 笠原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device which can efficiently radiate heat in a semiconductor element to the outside. <P>SOLUTION: The semiconductor device 10 is formed of an SOI substrate 11 where an element-forming substrate 11c, on which the semiconductor element 12 is formed is laminated and formed on a support substrate 11a through an embedded insulating film 11b. Since an insulating layer 13, formed of diamond whose thermal conductivity is higher than that of silicon oxide film (SiO<SB>2</SB>), is installed between adjacent semiconductor elements 12 and they are insulated and separated, the heat generated in the semiconductor element 12 can be radiated to the external part from a surface of the insulating layer 13 via the insulating layer 13. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

この発明は、半導体素子が形成された素子形成基板が埋込絶縁膜を介して支持基板上に積層形成された半導体基板からなる半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device comprising a semiconductor substrate in which an element formation substrate on which a semiconductor element is formed is laminated on a support substrate via a buried insulating film.

従来より、高速作動し、高集積化が可能な半導体装置として、半導体素子が形成された素子形成基板が埋込絶縁膜を介して支持基板上に積層形成された半導体基板からなる半導体装置が用いられている。
このような半導体装置として、例えば、特許文献1には、シリコンからなる支持基板上にシリコン酸化膜(SiO)からなる絶縁膜を介してシリコンからなる素子形成基板を積層して形成されるSOI(Silicon on Insulator)基板に、シリコン酸化膜(SiO)により絶縁分離して半導体素子を形成した半導体装置が開示されている。
特開平9−306920号公報
2. Description of the Related Art Conventionally, as a semiconductor device that operates at high speed and can be highly integrated, a semiconductor device including a semiconductor substrate in which an element formation substrate on which a semiconductor element is formed is stacked on a support substrate through a buried insulating film is used. It has been.
As such a semiconductor device, for example, Patent Document 1 discloses an SOI formed by stacking an element formation substrate made of silicon on an insulating film made of silicon oxide film (SiO 2 ) on a support substrate made of silicon. A semiconductor device is disclosed in which a semiconductor element is formed on a (Silicon on Insulator) substrate by insulating and separating with a silicon oxide film (SiO 2 ).
JP-A-9-306920

上述のような構造を有する半導体装置において、半導体素子間を絶縁分離するシリコン酸化膜の熱伝導率は、シリコンの熱伝導率の1%程度と非常に小さいため、半導体素子の動作に伴って発生する熱が外部に放熱されにくく、半導体素子の温度が上昇することにより素子特性が変動する、例えばリーク電流が増加する、という問題があった。
この現象は、特に、半導体素子として高速動作を目的としたMOSFETや、大電流スイッチングを目的としたパワー素子を用いた場合に顕著である。
また、近年、リーク電流が小さいなどの優れた特性を有する、素子形成基板が厚さ1μm以下に形成された薄膜SOI基板を用いた半導体装置が提案されているが、このような半導体装置では、半導体素子において熱伝導がよいシリコンが従来のSOI基板より減少するため、半導体素子において発生した熱が放熱しにくい。そのため、上述の問題が顕著に現れるという問題があった。
In the semiconductor device having the above-described structure, the thermal conductivity of the silicon oxide film that insulates and isolates the semiconductor elements is as small as about 1% of the thermal conductivity of silicon. Therefore, there is a problem that the element characteristics are changed by increasing the temperature of the semiconductor element, for example, leakage current is increased.
This phenomenon is particularly noticeable when a MOSFET intended for high-speed operation or a power element intended for large current switching is used as a semiconductor element.
In recent years, a semiconductor device using a thin-film SOI substrate having an element formation substrate having a thickness of 1 μm or less having excellent characteristics such as a small leakage current has been proposed. In such a semiconductor device, Since silicon having good thermal conductivity in the semiconductor element is reduced from the conventional SOI substrate, heat generated in the semiconductor element is difficult to dissipate. For this reason, there is a problem that the above-mentioned problem appears remarkably.

そこで、本発明は、半導体素子において発生する熱を効率的に外部に放熱することができる半導体装置を実現することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to realize a semiconductor device that can efficiently dissipate heat generated in a semiconductor element to the outside.

この発明は、上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、半導体素子が形成された素子形成基板が埋込絶縁膜を介して支持基板上に積層形成された半導体基板からなる半導体装置において、隣接する前記半導体素子の間に、シリコン酸化膜(SiO)より熱伝導率が高い絶縁体を介在させて絶縁分離した、という技術的手段を用いる。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising a semiconductor substrate in which an element formation substrate on which a semiconductor element is formed is laminated on a support substrate via a buried insulating film. In the apparatus, a technical means is used in which an insulating material having a thermal conductivity higher than that of the silicon oxide film (SiO 2 ) is interposed between the adjacent semiconductor elements for insulation isolation.

請求項1に記載の発明によれば、半導体素子が形成された素子形成基板が埋込絶縁膜を介して支持基板上に積層形成された半導体基板からなる半導体装置において、隣接する半導体素子の間に、シリコン酸化膜(SiO)より熱伝導率が高い絶縁体を介在させて絶縁分離するため、当該絶縁体を介して、半導体素子における発熱を外部に放熱することができる。
ここで、当該絶縁体は、素子分離の絶縁体として一般的に用いられるシリコン酸化膜(SiO)より熱伝導率が高いため、半導体素子における発熱を効率的に外部に放熱することができる。
According to the first aspect of the present invention, in a semiconductor device including a semiconductor substrate in which an element formation substrate on which a semiconductor element is formed is laminated on a support substrate via a buried insulating film, between adjacent semiconductor elements. In addition, since an insulator having a higher thermal conductivity than that of the silicon oxide film (SiO 2 ) is interposed and separated, heat generated in the semiconductor element can be radiated to the outside through the insulator.
Here, since the insulator has higher thermal conductivity than a silicon oxide film (SiO 2 ) generally used as an insulator for element isolation, heat generated in the semiconductor element can be efficiently radiated to the outside.

請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の半導体装置において、前記半導体基板は、薄膜SOI(Silicon on Insulator)基板である、という技術的手段を用いる。   According to a second aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the first aspect, a technical means is used in which the semiconductor substrate is a thin film SOI (Silicon on Insulator) substrate.

請求項2に記載の発明のように、本発明は、素子形成基板が薄いため半導体素子の発熱の影響が大きくなる薄膜SOI基板を用いた半導体装置に、特に好適に用いることができる。
ここで、薄膜SOI基板とは、素子形成基板の厚さが1μm以下であるSOI基板を示す。
As described in the second aspect of the present invention, the present invention can be particularly suitably used for a semiconductor device using a thin film SOI substrate in which the influence of heat generation of the semiconductor element is increased because the element formation substrate is thin.
Here, the thin film SOI substrate refers to an SOI substrate in which the thickness of the element formation substrate is 1 μm or less.

請求項3に記載の発明では、請求項1または請求項2に記載の半導体装置において、前記絶縁体は、前記支持基板に到達するように形成されている、という技術的手段を用いる。   According to a third aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the first or second aspect, the technical means that the insulator is formed so as to reach the support substrate is used.

請求項3に記載の発明によれば、絶縁体は、支持基板に到達するように形成されているため、半導体素子における発熱を素子形成基板側からだけでなく、熱伝導の良好な支持基板にも放熱することができる。これにより、半導体素子における発熱をより効率的に外部に放熱することができる。   According to the invention described in claim 3, since the insulator is formed so as to reach the support substrate, the heat generated in the semiconductor element is not only from the element formation substrate side, but also to the support substrate having good heat conduction. Can also dissipate heat. Thereby, the heat generated in the semiconductor element can be radiated to the outside more efficiently.

請求項4に記載の発明では、請求項1ないし請求項3のいずれか1つに記載の半導体装置において、前記絶縁体は、ダイヤモンドにより形成されている、という技術的手段を用いる。   According to a fourth aspect of the invention, in the semiconductor device according to any one of the first to third aspects, a technical means is used in which the insulator is formed of diamond.

請求項4に記載の発明によれば、絶縁体をダイヤモンドにより形成することができる。ダイヤモンドは、あらゆる物質の中でも熱伝導率が高い材料であるので、半導体素子における発熱をより効率的に外部に放熱することができる。   According to the invention described in claim 4, the insulator can be formed of diamond. Since diamond is a material having high thermal conductivity among all substances, heat generated in the semiconductor element can be radiated to the outside more efficiently.

請求項5に記載の発明では、請求項1ないし請求項3のいずれか1つに記載の半導体装置において、前記絶縁体は、窒化けい素により形成されている、という技術的手段を用いる。   According to a fifth aspect of the invention, in the semiconductor device according to any one of the first to third aspects, a technical means that the insulator is formed of silicon nitride is used.

請求項5に記載の発明によれば、絶縁体を窒化けい素により形成することができる。窒化けい素は、絶縁体の中でも熱伝導率が高い材料であるので、半導体素子における発熱をより効率的に外部に放熱することができる。
また、薄膜化が容易であるので、特に、薄膜SOI基板からなる半導体装置に好適に用いることができる。
According to the invention of claim 5, the insulator can be formed of silicon nitride. Since silicon nitride is a material having a high thermal conductivity among insulators, heat generated in the semiconductor element can be radiated to the outside more efficiently.
In addition, since thinning is easy, it can be suitably used particularly for a semiconductor device including a thin film SOI substrate.

請求項6に記載の発明では半導体素子が形成された素子形成基板が埋込絶縁膜を介して支持基板上に積層形成された半導体基板からなる半導体装置において、隣接する前記半導体素子の間に、隣接する前記半導体素子の間に、絶縁膜を介してシリコン酸化膜(SiO)より熱伝導率が高い導電体を介在させて絶縁分離した、という技術的手段を用いる。 According to the invention of claim 6, in a semiconductor device comprising a semiconductor substrate in which an element formation substrate on which a semiconductor element is formed is laminated on a support substrate via a buried insulating film, between adjacent semiconductor elements, A technical means is used in which insulation is separated between adjacent semiconductor elements by interposing an electric conductor having a higher thermal conductivity than a silicon oxide film (SiO 2 ) through an insulating film.

請求項6に記載の発明によれば、半導体素子が形成された素子形成基板が埋込絶縁膜を介して支持基板上に積層形成された半導体基板からなる半導体装置において、隣接する半導体素子の間に、絶縁膜を介してシリコン酸化膜(SiO)より熱伝導率が高い導電体を介在させて絶縁分離するため、当該導電体を介して、半導体素子における発熱を外部に放熱することができる。
ここで、当該導電体は、素子分離の絶縁体として一般的に用いられるシリコン酸化膜(SiO)より熱伝導率が高いため、半導体素子における発熱を効率的に外部に放熱することができる。
According to a sixth aspect of the present invention, in a semiconductor device comprising a semiconductor substrate in which an element formation substrate on which a semiconductor element is formed is laminated on a support substrate via a buried insulating film, between adjacent semiconductor elements. In addition, since a conductor having a higher thermal conductivity than that of the silicon oxide film (SiO 2 ) is interposed and insulated through the insulating film, heat generated in the semiconductor element can be radiated to the outside via the conductor. .
Here, since the conductor has higher thermal conductivity than a silicon oxide film (SiO 2 ) generally used as an insulator for element isolation, heat generated in the semiconductor element can be efficiently radiated to the outside.

請求項7に記載の発明では、請求項6に記載の半導体装置において、前記半導体基板は、薄膜SOI(Silicon on Insulator)基板である、という技術的手段を用いる。   According to a seventh aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the sixth aspect, the technical means that the semiconductor substrate is a thin film SOI (Silicon on Insulator) substrate is used.

請求項7に記載の発明のように、素子形成基板が薄いため半導体素子の発熱の影響が大きくなる薄膜SOI基板を用いた半導体装置に、特に好適に用いることができる。
ここで、薄膜SOI基板とは、素子形成基板の厚さが1μm以下であるSOI基板を示す。
As in the seventh aspect of the present invention, the present invention can be used particularly suitably for a semiconductor device using a thin film SOI substrate in which the effect of heat generation of the semiconductor element is increased because the element formation substrate is thin.
Here, the thin film SOI substrate refers to an SOI substrate in which the thickness of the element formation substrate is 1 μm or less.

請求項8に記載の発明では、請求項6または請求項7に記載の半導体装置において、前記導電体は、前記支持基板に到達するように形成されている、という技術的手段を用いる。   According to an eighth aspect of the invention, in the semiconductor device according to the sixth or seventh aspect, a technical means is used in which the conductor is formed so as to reach the support substrate.

請求項8に記載の発明によれば、導電体は、支持基板に到達するように形成されているため、半導体素子における発熱を素子形成基板側からだけでなく、熱伝導の良好な支持基板にも放熱することができる。これにより、半導体素子における発熱をより効率的に外部に放熱することができる。   According to the eighth aspect of the present invention, since the conductor is formed so as to reach the support substrate, the heat generated in the semiconductor element is not only from the element formation substrate side but also to the support substrate having good heat conduction. Can also dissipate heat. Thereby, the heat generated in the semiconductor element can be radiated to the outside more efficiently.

請求項9に記載の発明では、請求項6ないし請求項8のいずれか1つに記載の半導体装置において、前記導電体は、AgまたはAgを主成分とする合金により形成されている、という技術的手段を用いる。   According to a ninth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to any one of the sixth to eighth aspects, the conductor is formed of Ag or an alloy containing Ag as a main component. Use appropriate means.

請求項9に記載の発明によれば、導電体をAgまたはAgを主成分とする合金により形成することができる。AgまたはAgを主成分とする合金は、導電体の中でも熱伝導率が高い材料であるので、半導体素子における発熱をより効率的に外部に放熱することができる。   According to the ninth aspect of the present invention, the conductor can be formed of Ag or an alloy containing Ag as a main component. Since Ag or an alloy containing Ag as a main component is a material having high thermal conductivity among conductors, heat generated in the semiconductor element can be radiated to the outside more efficiently.

請求項10に記載の発明では、請求項6ないし請求項9のいずれか1つに記載の半導体装置において、前記導電体は、前記半導体装置のバスラインである、という技術的手段を用いる。   According to a tenth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to any one of the sixth to ninth aspects, a technical means is used in which the conductor is a bus line of the semiconductor device.

請求項10に記載の発明のように、導電体は、半導体装置の電源用のバスラインとして用いることができる。特に、AgまたはAgを主成分とする合金は導電体の中でも低抵抗であるため、CPUなど高速化が要求される半導体装置に好適に用いることができる。   As in the invention described in claim 10, the conductor can be used as a power supply bus line of the semiconductor device. In particular, Ag or an alloy containing Ag as a main component has a low resistance among conductors, and thus can be suitably used for a semiconductor device such as a CPU that requires high speed.

請求項11に記載の発明では、請求項1ないし請求項10のいずれか1つに記載の半導体装置において、前記半導体素子の少なくとも1つがパワー素子である、という技術的手段を用いる。   According to an eleventh aspect of the present invention, in the semiconductor device according to any one of the first to tenth aspects, a technical means is used in which at least one of the semiconductor elements is a power element.

横方向拡散MOS(LDMOS)や絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)などのパワー素子は発熱量が大きいため、請求項11に記載の発明のように、半導体素子の少なくとも1つがパワー素子である半導体装置に好適に用いることができる。   A power device such as a lateral diffusion MOS (LDMOS) or an insulated gate bipolar transistor (IGBT) generates a large amount of heat. Therefore, as in the invention according to claim 11, a semiconductor device in which at least one of the semiconductor devices is a power device. Can be suitably used.

[第1実施形態]
この発明に係る半導体装置の第1実施形態について、図を参照して説明する。ここでは、薄膜SOI基板に半導体素子が形成された半導体装置を例に説明する。図1は、第1実施形態の半導体装置の断面説明図である。図2は、第1実施形態の半導体装置の変更例を示す断面説明図である。
なお、各図では、説明のために一部を拡大して誇張して示している。
[First Embodiment]
A semiconductor device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Here, a semiconductor device in which a semiconductor element is formed on a thin film SOI substrate will be described as an example. FIG. 1 is a cross-sectional explanatory view of the semiconductor device of the first embodiment. FIG. 2 is an explanatory cross-sectional view illustrating a modification of the semiconductor device of the first embodiment.
In each drawing, for the sake of explanation, a part is enlarged and exaggerated.

図1に示すように、半導体装置10は、SOI(Silicon On Insulator)基板11の素子形成基板11cに、例えば、LDMOSやCMOSのような半導体素子12を複数個備え、各半導体素子12の間に絶縁層13を介在させて絶縁分離して構成されている。ここで、半導体素子12は、公知の構成からなり、内部の構成の図示及び説明を省略する。   As shown in FIG. 1, the semiconductor device 10 includes a plurality of semiconductor elements 12 such as LDMOS and CMOS on an element formation substrate 11 c of an SOI (Silicon On Insulator) substrate 11. The insulating layer 13 is interposed and insulated and separated. Here, the semiconductor element 12 has a known configuration, and illustration and description of the internal configuration are omitted.

SOI基板11は、例えば、Smart Cut法により形成されており、支持基板11a上に埋込絶縁膜11bを介して厚さ約50nmの素子形成基板11cが積層形成された薄膜SOI基板である。
半導体素子12は、公知の半導体プロセスにより形成されている。
The SOI substrate 11 is formed by, for example, a Smart Cut method, and is a thin-film SOI substrate in which an element formation substrate 11c having a thickness of about 50 nm is stacked on a support substrate 11a via a buried insulating film 11b.
The semiconductor element 12 is formed by a known semiconductor process.

絶縁層13は、シリコン酸化膜(SiO)より熱伝導率が高い絶縁体、本実施形態ではダイヤモンドにより、埋込絶縁膜11bと各半導体素子12の側面12aとにより形成された溝部11dを充填して形成されており、各半導体素子12を絶縁分離している。
絶縁層13は、例えば、溝部11dが形成されたSOI基板11の主面にダイヤモンドを約50nmの厚さに蒸着した後に、化学機械研磨(CMP)などにより素子形成基板上のダイヤモンドを除去し、平坦化を行うことにより半導体素子12の表面との段差がない形状に形成される。この工程は、多層配線を行う場合や微細なパターンを形成する場合に適している。
The insulating layer 13 fills the groove 11d formed by the buried insulating film 11b and the side surface 12a of each semiconductor element 12 by an insulator having a higher thermal conductivity than that of the silicon oxide film (SiO 2 ), in this embodiment, diamond. The semiconductor elements 12 are insulated and separated.
The insulating layer 13 is formed by, for example, depositing diamond to a thickness of about 50 nm on the main surface of the SOI substrate 11 in which the groove 11d is formed, and then removing the diamond on the element formation substrate by chemical mechanical polishing (CMP) or the like. By performing the planarization, the semiconductor element 12 is formed in a shape having no step. This process is suitable when multilayer wiring is performed or when a fine pattern is formed.

上述の構成を備えた半導体装置10では、半導体素子12の作動に伴い発生した熱は、側面12aを介して絶縁層13に伝達され、絶縁層13の表面から外部に放熱される。
ここで、ダイヤモンドは、熱伝導率がシリコンの10倍以上(バルクの場合)であり、あらゆる物質の中でも熱伝導率が高い材料であるので、半導体素子12における発熱を絶縁層13により効率的に外部に放熱することができる。
特に、半導体素子12として横方向拡散MOS(LDMOS)や絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)などのパワー素子を備えた半導体装置10では、半導体素子12における発熱量が大きいため、本実施形態の構成を好適に用いることができる。
In the semiconductor device 10 having the above-described configuration, heat generated by the operation of the semiconductor element 12 is transmitted to the insulating layer 13 through the side surface 12a and is radiated to the outside from the surface of the insulating layer 13.
Here, since diamond has a thermal conductivity of 10 times or more (in the case of bulk) of silicon and is a material having a high thermal conductivity among all substances, heat generated in the semiconductor element 12 is more efficiently generated by the insulating layer 13. It can dissipate heat to the outside.
In particular, in the semiconductor device 10 provided with a power element such as a lateral diffusion MOS (LDMOS) or an insulated gate bipolar transistor (IGBT) as the semiconductor element 12, the amount of heat generated in the semiconductor element 12 is large. It can be used suitably.

(変更例)
図2に示すように、溝部11dを埋込絶縁膜11bを貫通して支持基板11aに到達するように形成し、絶縁層13を支持基板11aに到達するように形成してもよい。この構成によれば、半導体素子における発熱を素子形成基板11c側からだけでなく、熱伝導の良好な支持基板11aにも放熱することができるので、半導体素子12における発熱をより効率的に外部に放熱することができる。
(Example of change)
As shown in FIG. 2, the groove 11d may be formed so as to penetrate the buried insulating film 11b and reach the support substrate 11a, and the insulating layer 13 may be formed so as to reach the support substrate 11a. According to this configuration, heat generated in the semiconductor element can be dissipated not only from the element forming substrate 11c side but also to the support substrate 11a having good heat conduction. It can dissipate heat.

絶縁層13は、シリコン酸化膜(SiO)より熱伝導率が高ければ、ダイヤモンド以外の材料により形成することができる。例えば、窒化けい素や酸化アルミニウムにより形成することができる。
特に、窒化けい素は薄膜化が容易であり、絶縁材料の中でも熱伝導率が高い材料であるため、薄膜SOI基板をSOI基板11として用いた半導体装置10に好適に用いることができる。
The insulating layer 13 can be formed of a material other than diamond as long as the thermal conductivity is higher than that of the silicon oxide film (SiO 2 ). For example, it can be formed of silicon nitride or aluminum oxide.
In particular, silicon nitride can be easily formed into a thin film and has a high thermal conductivity among insulating materials. Therefore, silicon nitride can be suitably used for the semiconductor device 10 using a thin film SOI substrate as the SOI substrate 11.

絶縁層13は、溝部11dを充填して形成されていれば、表面形状は任意である。例えば、表面を凹凸状に形成することにより、表面積が増大するため、放熱効率を向上させることができる。   As long as the insulating layer 13 is formed so as to fill the groove 11d, the surface shape is arbitrary. For example, since the surface area is increased by forming the surface uneven, the heat dissipation efficiency can be improved.

本発明は、素子形成基板11cの厚さが10μm程度のSOI基板11を用いた半導体装置10に適用することもできる。支持基板11aとしては、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、炭化けい素などの基板材料により形成された基板を用いることができる。また、半導体素子12として、パワー素子、非パワー素子を問わず各種半導体素子を用いることができる。   The present invention can also be applied to the semiconductor device 10 using the SOI substrate 11 in which the element formation substrate 11c has a thickness of about 10 μm. As the support substrate 11a, a substrate formed of a substrate material such as aluminum oxide, aluminum nitride, or silicon carbide can be used. Various semiconductor elements can be used as the semiconductor element 12 regardless of whether it is a power element or a non-power element.

[第1実施形態の効果]
(1)本実施形態の半導体装置10によれば、半導体素子12が形成された素子形成基板11cが埋込絶縁膜11bを介して支持基板11a上に積層形成されたSOI基板11からなる半導体装置10において、隣接する半導体素子12の間に、シリコン酸化膜(SiO)より熱伝導率が高い絶縁層13を介在させて絶縁分離するため、絶縁層13を介して、半導体素子12における発熱を外部に放熱することができる。
ここで、絶縁層13は、ダイヤモンドにより形成されており、素子分離の絶縁体として一般的に用いられるシリコン酸化膜(SiO)より熱伝導率が高いため、半導体素子12における発熱を効率的に外部に放熱することができる。
素子形成基板11cが薄いため半導体素子12の発熱の影響が大きくなる薄膜SOI基板をSOI基板11として用いた半導体装置10に、特に好適に用いることができる。
[Effect of the first embodiment]
(1) According to the semiconductor device 10 of this embodiment, the semiconductor device includes the SOI substrate 11 in which the element formation substrate 11c on which the semiconductor element 12 is formed is laminated on the support substrate 11a via the embedded insulating film 11b. 10, an insulating layer 13 having a higher thermal conductivity than that of the silicon oxide film (SiO 2 ) is interposed between adjacent semiconductor elements 12 for insulation isolation, and thus heat generation in the semiconductor element 12 is generated via the insulating layer 13. It can dissipate heat to the outside.
Here, since the insulating layer 13 is made of diamond and has higher thermal conductivity than a silicon oxide film (SiO 2 ) generally used as an insulator for element isolation, heat generation in the semiconductor element 12 is efficiently performed. It can dissipate heat to the outside.
Since the element formation substrate 11c is thin, the thin film SOI substrate in which the influence of heat generation of the semiconductor element 12 is large can be used particularly suitably for the semiconductor device 10 using the SOI substrate 11.

(2)絶縁層13が支持基板11aに到達するように形成されている構成によれば、半導体素子12における発熱を素子形成基板11c側からだけでなく、熱伝導の良好な支持基板11aにも放熱することができる。これにより、半導体素子12における発熱をより効率的に外部に放熱することができる。 (2) According to the configuration in which the insulating layer 13 is formed so as to reach the support substrate 11a, the heat generated in the semiconductor element 12 is not only from the element formation substrate 11c side but also to the support substrate 11a having good heat conduction. It can dissipate heat. Thereby, the heat generated in the semiconductor element 12 can be radiated to the outside more efficiently.

[第2実施形態]
この発明に係る半導体装置の第2実施形態について、図を参照して説明する。図3は、第2実施形態の半導体装置の断面説明図である。図4及び図5は、第2実施形態の半導体装置の製造工程を示す断面説明図である。
なお、第1実施形態と同様の構成については、同じ符号を使用するとともに説明を省略する。
[Second Embodiment]
A second embodiment of the semiconductor device according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a cross-sectional explanatory view of the semiconductor device of the second embodiment. 4 and 5 are cross-sectional explanatory views showing the manufacturing process of the semiconductor device of the second embodiment.
In addition, about the structure similar to 1st Embodiment, while using the same code | symbol, description is abbreviate | omitted.

図3に示すように、第2実施形態の半導体装置20では、溝部11dに絶縁膜21を介して導電層22が充填されている点において、第1実施形態の半導体装置10と異なっている。   As shown in FIG. 3, the semiconductor device 20 of the second embodiment is different from the semiconductor device 10 of the first embodiment in that the conductive layer 22 is filled in the groove 11 d via the insulating film 21.

絶縁膜21は、絶縁材料により半導体素子12の側面12aを覆うように形成されている。絶縁膜21を形成する絶縁材料としては、酸化アルミニウムなど半導体プロセスにより成膜可能な材料を用いることができ、本実施形態ではシリコン酸化膜を用いる。   The insulating film 21 is formed so as to cover the side surface 12a of the semiconductor element 12 with an insulating material. As an insulating material for forming the insulating film 21, a material that can be formed by a semiconductor process such as aluminum oxide can be used. In this embodiment, a silicon oxide film is used.

導電層22は、導電材料により半導体素子12の表面と段差がない形状に形成されている。導電層22を形成する導電材料はシリコン酸化膜より熱伝導率が高く、AlまたはAlを主成分とする合金、誘電率の低いLow―K材料などを用いることができる。本実施形態では、導電層22を形成する導電材料として、CuまたはCuを主成分とする合金を用いる。   The conductive layer 22 is formed of a conductive material so as not to have a step difference from the surface of the semiconductor element 12. The conductive material for forming the conductive layer 22 has higher thermal conductivity than the silicon oxide film, and Al, an alloy containing Al as a main component, a low-K material having a low dielectric constant, or the like can be used. In the present embodiment, Cu or an alloy containing Cu as a main component is used as the conductive material for forming the conductive layer 22.

上述の構成を備えた半導体装置20では、絶縁膜21を介してシリコン酸化膜より熱伝導率が高い導電層22を介在させて絶縁分離するため、導電層22を介して、半導体素子12における発熱を外部に放熱することができる。   In the semiconductor device 20 having the above-described configuration, since the insulating layer 21 is interposed and insulated through the conductive layer 22 having a higher thermal conductivity than the silicon oxide film, the semiconductor element 12 generates heat through the conductive layer 22. Can be radiated to the outside.

ここで、導電層22は、放熱部材以外の効果を奏することもでき、例えば、隣接する半導体素子12のクロストークを防止するためのノイズや帯電に対するシールド層や電源用のバスラインとして用いることができる。   Here, the conductive layer 22 can also have an effect other than the heat dissipation member. For example, the conductive layer 22 can be used as a shield layer against noise or charging for preventing crosstalk between adjacent semiconductor elements 12 or a power supply bus line. it can.

この半導体装置20の製造方法について、図4及び図5を参照して説明する。
まず、図4(A)に示すように、SOI基板11の表面に、公知の方法により酸化膜31、窒化膜32及びAP−シリコン酸化膜33をこの順に積層して形成する。
A method for manufacturing the semiconductor device 20 will be described with reference to FIGS.
First, as shown in FIG. 4A, an oxide film 31, a nitride film 32, and an AP-silicon oxide film 33 are stacked in this order on the surface of the SOI substrate 11 by a known method.

次に、図4(B)に示すように、後の工程により形成される溝部11dの形状に対応する部分が開口するように、フォトリソグラフィ法により、酸化膜31、窒化膜32及びAP−シリコン酸化膜33をパターニングする。   Next, as shown in FIG. 4B, the oxide film 31, the nitride film 32, and the AP-silicon are formed by photolithography so that a portion corresponding to the shape of the groove 11d formed in the subsequent process is opened. The oxide film 33 is patterned.

続いて、図4(C)に示すように、開口が形成された酸化膜31、窒化膜32及びAP−シリコン酸化膜33をマスクとして用いて、素子形成基板11cにトレンチエッチングを行い、素子形成基板11cに溝部11dを形成する。   Subsequently, as shown in FIG. 4C, trench etching is performed on the element formation substrate 11c using the oxide film 31, the nitride film 32, and the AP-silicon oxide film 33 in which the opening is formed as a mask, thereby forming the element. A groove 11d is formed in the substrate 11c.

続いて、図5(A)に示すように、溝部11dの側面、つまり、半導体素子12の側面12aを熱酸化などにより酸化して、シリコン酸化膜からなる絶縁膜21を形成する。   Subsequently, as shown in FIG. 5A, the side surface of the groove 11d, that is, the side surface 12a of the semiconductor element 12 is oxidized by thermal oxidation to form an insulating film 21 made of a silicon oxide film.

続いて、図5(B)に示すように、スパッタ、蒸着、電解めっきなどの公知の方法により溝部11d及び溝部11dの上部の空隙にCuを充填する。   Subsequently, as shown in FIG. 5B, Cu is filled into the groove 11d and the space above the groove 11d by a known method such as sputtering, vapor deposition, or electrolytic plating.

そして、図5(C)に示すように、化学機械研磨(CMP)により、素子形成基板11cより上方の酸化膜31、窒化膜32、AP−シリコン酸化膜33及びCuを除去して平坦化を行うことにより導電層22を形成する。
上述の工程を経て、所定の配線等を施し、半導体装置20を製造することができる。
Then, as shown in FIG. 5C, the oxide film 31, the nitride film 32, the AP-silicon oxide film 33, and the Cu above the element formation substrate 11c are removed by chemical mechanical polishing (CMP) and planarized. By doing so, the conductive layer 22 is formed.
Through the above-described steps, the semiconductor device 20 can be manufactured by applying predetermined wiring or the like.

(変更例)
導電層22は、溝部11dを充填して形成されていれば、表面形状は任意である。例えば、表面を凹凸状に形成することにより、表面積が増大するため、放熱効率を向上させることができる。
(Example of change)
The surface shape of the conductive layer 22 is arbitrary as long as it is formed by filling the groove 11d. For example, since the surface area is increased by forming the surface uneven, the heat dissipation efficiency can be improved.

溝部11dを埋込絶縁膜11bを貫通して支持基板11aに到達するように形成し、導電層22を支持基板11aに到達するように形成してもよい。こことき、溝部11dの底部にも絶縁膜21を形成する。この構成によれば、半導体素子における発熱を素子形成基板11c側からだけでなく、熱伝導の良好な支持基板11aにも放熱することができるので、半導体素子12における発熱をより効率的に外部に放熱することができる。   The groove 11d may be formed so as to penetrate the buried insulating film 11b and reach the support substrate 11a, and the conductive layer 22 may be formed so as to reach the support substrate 11a. At this time, the insulating film 21 is also formed on the bottom of the groove 11d. According to this configuration, heat generated in the semiconductor element can be dissipated not only from the element forming substrate 11c side but also to the support substrate 11a having good heat conduction. It can dissipate heat.

導電層22として、AgまたはAgを主成分とする合金を用いると、導電体の中でも熱伝導率が高い材料であるので、半導体素子12における発熱をより効率的に外部に放熱することができる。また、AgまたはAgを主成分とする合金は導電体の中でも低抵抗であるため、導電層22をバスラインとして用いることにより、CPUなど高速化が要求される半導体装置20に好適に用いることができる。   When the conductive layer 22 is made of Ag or an alloy containing Ag as a main component, it is a material having a high thermal conductivity among the conductors. Therefore, heat generated in the semiconductor element 12 can be radiated to the outside more efficiently. Further, since Ag or an alloy containing Ag as a main component has a low resistance among conductors, it is preferable to use the conductive layer 22 as a bus line for a semiconductor device 20 that requires high speed such as a CPU. it can.

導電層22として、AlまたはAlを主成分とする合金を用いる場合には、図5(A)に示す工程に代えて、図5(B)に示す工程で、溝部11d及び溝部11dの上部の空隙にAlまたはAlを主成分とする合金を充填した後に、熱酸化して半導体素子12との界面に酸化膜を形成することができる。この酸化膜が絶縁膜21として作用する。   In the case where Al or an alloy containing Al as a main component is used as the conductive layer 22, in the step shown in FIG. 5B instead of the step shown in FIG. After filling the voids with Al or an alloy containing Al as a main component, the oxide film can be formed at the interface with the semiconductor element 12 by thermal oxidation. This oxide film acts as the insulating film 21.

[第2実施形態の効果]
(1)第2実施形態の半導体装置20によれば、半導体素子12が形成された素子形成基板11cが埋込絶縁膜11bを介して支持基板11a上に積層形成されたSOI基板11からなる半導体装置20において、隣接する半導体素子12の間に、絶縁膜21を介してシリコン酸化膜(SiO)より熱伝導率が高い導電層22を介在させて絶縁分離するため、導電層22を介して、半導体素子12における発熱を外部に放熱することができ、第1実施形態の半導体装置10と同様の効果を奏することができる。
[Effects of Second Embodiment]
(1) According to the semiconductor device 20 of the second embodiment, a semiconductor including the SOI substrate 11 in which the element formation substrate 11c on which the semiconductor element 12 is formed is stacked on the support substrate 11a via the embedded insulating film 11b. In the apparatus 20, the conductive layer 22 having a higher thermal conductivity than the silicon oxide film (SiO 2 ) is interposed between the adjacent semiconductor elements 12 via the insulating film 21. The heat generated in the semiconductor element 12 can be radiated to the outside, and the same effect as the semiconductor device 10 of the first embodiment can be obtained.

(2)導電層22をAgまたはAgを主成分とする合金により形成する構成によれば、AgまたはAgを主成分とする合金は、導電体の中でも熱伝導率が高い材料であるので、半導体素子12における発熱をより効率的に外部に放熱することができる。 (2) According to the configuration in which the conductive layer 22 is formed of Ag or an alloy containing Ag as a main component, since the alloy containing Ag or Ag as a main component is a material having a high thermal conductivity among conductors, Heat generated in the element 12 can be radiated to the outside more efficiently.

(3)導電層22を半導体装置20の電源用のバスラインとして用いることができる。特に、AgまたはAgを主成分とする合金は導電体の中でも低抵抗であるため、CPUなど高速化が要求される半導体装置20に好適に用いることができる。 (3) The conductive layer 22 can be used as a power supply bus line of the semiconductor device 20. In particular, Ag or an alloy containing Ag as a main component has a low resistance among conductors, and thus can be suitably used for a semiconductor device 20 such as a CPU that requires high speed.

[その他の実施形態]
SOI基板11として、埋込絶縁膜11bと素子形成基板11cとの間にSiGe層を設け、素子形成基板11cに歪を導入した歪みシリコン基板を用いることができる。SiGeは熱伝導率が低く、放熱性が悪いため、本発明を好適に適用することができる。
[Other embodiments]
As the SOI substrate 11, a strained silicon substrate in which a SiGe layer is provided between the buried insulating film 11b and the element formation substrate 11c and strain is introduced into the element formation substrate 11c can be used. Since SiGe has low thermal conductivity and poor heat dissipation, the present invention can be suitably applied.

第1実施形態の半導体装置の断面説明図である。1 is a cross-sectional explanatory view of a semiconductor device according to a first embodiment. 第1実施形態の半導体装置の変更例を示す断面説明図である。It is a cross-sectional explanatory view showing a modification of the semiconductor device of the first embodiment. 第2実施形態の半導体装置の断面説明図である。It is a section explanatory view of the semiconductor device of a 2nd embodiment. 第2実施形態の半導体装置の製造工程を示す断面説明図である。It is sectional explanatory drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device of 2nd Embodiment. 第2実施形態の半導体装置の製造工程を示す断面説明図である。It is sectional explanatory drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device of 2nd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

10、20 半導体装置
11 薄膜SOI基板
11a 支持基板
11b 埋込絶縁膜
11c 素子形成基板
12 半導体素子
13 絶縁層
21 絶縁膜
22 導電層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 20 Semiconductor device 11 Thin-film SOI substrate 11a Support substrate 11b Embedded insulating film 11c Element formation substrate 12 Semiconductor element 13 Insulating layer 21 Insulating film
22 Conductive layer

Claims (11)

半導体素子が形成された素子形成基板が埋込絶縁膜を介して支持基板上に積層形成された半導体基板からなる半導体装置において、
隣接する前記半導体素子の間に、シリコン酸化膜(SiO)より熱伝導率が高い絶縁体を介在させて絶縁分離したことを特徴とする半導体装置。
In a semiconductor device comprising a semiconductor substrate in which an element formation substrate on which a semiconductor element is formed is laminated on a support substrate via a buried insulating film,
A semiconductor device characterized in that an insulating material having a higher thermal conductivity than that of a silicon oxide film (SiO 2 ) is interposed between the adjacent semiconductor elements for insulation isolation.
前記半導体基板は、薄膜SOI(Silicon on Insulator)基板であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor substrate is a thin film SOI (Silicon on Insulator) substrate. 前記絶縁体は、前記支持基板に到達するように形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the insulator is formed so as to reach the support substrate. 前記絶縁体は、ダイヤモンドにより形成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1つに記載の半導体装置。   4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the insulator is made of diamond. 前記絶縁体は、窒化けい素により形成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1つに記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the insulator is made of silicon nitride. 半導体素子が形成された素子形成基板が埋込絶縁膜を介して支持基板上に積層形成された半導体基板からなる半導体装置において、
隣接する前記半導体素子の間に、隣接する前記半導体素子の間に、絶縁膜を介してシリコン酸化膜(SiO)より熱伝導率が高い導電体を介在させて絶縁分離したことを特徴とする半導体装置。
In a semiconductor device comprising a semiconductor substrate in which an element formation substrate on which a semiconductor element is formed is laminated on a support substrate via a buried insulating film,
Insulating separation is performed between the adjacent semiconductor elements with a conductor having higher thermal conductivity than the silicon oxide film (SiO 2 ) interposed between the adjacent semiconductor elements via an insulating film. Semiconductor device.
前記半導体基板は、薄膜SOI(Silicon on Insulator)基板であることを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 6, wherein the semiconductor substrate is a thin-film SOI (Silicon on Insulator) substrate. 前記導電体は、前記支持基板に到達するように形成されていることを特徴とする請求項6または請求項7に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 6, wherein the conductor is formed to reach the support substrate. 前記導電体は、AgまたはAgを主成分とする合金により形成されていることを特徴とする請求項6ないし請求項8のいずれか1つに記載の半導体装置。   9. The semiconductor device according to claim 6, wherein the conductor is made of Ag or an alloy containing Ag as a main component. 前記導電体は、前記半導体装置のバスラインであることを特徴とする請求項6ないし請求項9のいずれか1つに記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 6, wherein the conductor is a bus line of the semiconductor device. 前記半導体素子の少なくとも1つがパワー素子であることを特徴とする請求項1ないし請求項10のいずれか1つに記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein at least one of the semiconductor elements is a power element.
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