JP3153632B2 - Manufacturing method of SOI structure - Google Patents

Manufacturing method of SOI structure

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JP3153632B2 JP15228192A JP15228192A JP3153632B2 JP 3153632 B2 JP3153632 B2 JP 3153632B2 JP 15228192 A JP15228192 A JP 15228192A JP 15228192 A JP15228192 A JP 15228192A JP 3153632 B2 JP3153632 B2 JP 3153632B2
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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、SOI構造の製造方法
に関する。
The present invention relates to a method for manufacturing an SOI structure.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体集積回路において、一般的には、
シリコン基板の上にエピタキシャル成長層を形成し、こ
のエピタキシャル成長層に回路を形成している。ところ
で、このような構造においては、シリコン基板とエピタ
キシャル成長層がPN接合を形成し、容量を有すること
となる。このPN接合部の容量は、素子の動作速度を低
下させるものである。したがって、高速動作を要求され
る素子の形成には適さない構造であった。
2. Description of the Related Art In a semiconductor integrated circuit, generally,
An epitaxial growth layer is formed on a silicon substrate, and a circuit is formed on the epitaxial growth layer. By the way, in such a structure, the silicon substrate and the epitaxial growth layer form a PN junction and have a capacitance. The capacitance of the PN junction reduces the operation speed of the device. Therefore, the structure is not suitable for forming an element requiring high-speed operation.

【0003】この問題を解決するため、近年、シリコン
基板上に絶縁層を形成し、その上にさらにシリコン単結
晶層を形成すること(SOI(Semiconductor on Insula
tion) 技術)が望まれている。すなわち、シリコン単結
晶層をシリコン基板から絶縁することにより、シリコン
単結晶層とシリコン基板とのPN接合をなくそうとする
ものである。
In order to solve this problem, recently, an insulating layer is formed on a silicon substrate, and a silicon single crystal layer is further formed thereon (SOI (Semiconductor on Insula).
option) technology is desired. That is, the PN junction between the silicon single crystal layer and the silicon substrate is eliminated by insulating the silicon single crystal layer from the silicon substrate.

【0004】図4に、ELO(Epitaxial Lateral Over
growth)法による従来のSOI技術を示す(Lateral Ep
itaxial Overgrowth of Silicon on SiO2:D.Rathmanet.
al.:JOURNAL OF ELECTRON-CHEMICAL SOCIETY SOLID-STA
TE SCIENCE AND THECNOLOGY、1982年10月号、2303
頁)。この方法では、まず半導体基板2の上面にシリコ
ン酸化膜4を成長させる。次に、フォトレジストを用い
てシリコン酸化膜4を選択的にエッチングし、シードウ
ィンドウ6を開ける(図4(a)参照)。さらに、この
シードウィンドウ6から縦方向へ、シリコンの選択エピ
タキシャル成長を行う。これに引き続いて、横方向のエ
ピタキシャル成長を行い、シリコン酸化膜4の上にエピ
タキシャル層8を形成する(図4(b)参照)。このよ
うにすれば、エピタキシャル層8とシリコン基板2との
PN接合面がシードウィンドウ6の大きさまで小さくで
きる。したがって、PN接合容量を小さくすることがで
き、素子動作の高速化を図ることができる。
FIG. 4 shows an ELO (Epitaxial Lateral Over)
growth) method using conventional SOI technology (Lateral Ep)
itaxial Overgrowth of Silicon on SiO 2 : D.Rathmanet.
al.:JOURNAL OF ELECTRON-CHEMICAL SOCIETY SOLID-STA
TE SCIENCE AND THECNOLOGY, October 1982, 2303
page). In this method, first, a silicon oxide film 4 is grown on the upper surface of the semiconductor substrate 2. Next, the silicon oxide film 4 is selectively etched using a photoresist to open a seed window 6 (see FIG. 4A). Further, selective epitaxial growth of silicon is performed in the vertical direction from the seed window 6. Subsequently, lateral epitaxial growth is performed to form an epitaxial layer 8 on the silicon oxide film 4 (see FIG. 4B). By doing so, the PN junction surface between the epitaxial layer 8 and the silicon substrate 2 can be reduced to the size of the seed window 6. Therefore, the PN junction capacitance can be reduced, and the operation speed of the device can be increased.

【0005】また、SENTAXY法と呼ばれる方法も
ある(米原隆大他、新しいSOI-Selective Nucleation E
pitaxy、1987年(秋季)第48回応用物理学会講演予稿
集、19p-Q-15、583 頁)。これは、シリコン酸化膜等の
絶縁層に結晶成長のシリコン核を人工的に複数形成し
て、それぞれの核よりエピタキシャル成長を行う方法で
ある。核として、微小面積のシリコン窒化膜を形成して
用いる方法や、FIB(Focused Ion Beam)法によって核
形成を行う方法等が検討されている。この方法によれ
ば、エピタキシャル層とシリコン基板とを酸化膜によっ
て絶縁することができ、上記のような接合容量の問題を
解決することができる。
[0005] There is also a method called the SENTAXY method (Takahiro Yonehara et al., New SOI-Selective Nucleation E).
pitaxy, Proceedings of the 48th Japan Society of Applied Physics, 1987 (autumn), 19p-Q-15, p. 583). In this method, a plurality of silicon nuclei for crystal growth are artificially formed on an insulating layer such as a silicon oxide film, and epitaxial growth is performed from each nucleus. As a nucleus, a method of forming and using a silicon nitride film having a small area, a method of forming a nucleus by a focused ion beam (FIB) method, and the like are being studied. According to this method, the epitaxial layer and the silicon substrate can be insulated from each other by the oxide film, and the problem of the junction capacitance as described above can be solved.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来のSOI技術には、次のような問題があっ
た。図4に示すELO法においては、接合部が小さくな
っているとは言うものの、完全に接合部がなくなってい
るのではない。したがって、さらなる素子の高速化が阻
まれていた。
However, the above-mentioned conventional SOI technology has the following problems. In the ELO method shown in FIG. 4, although the joints are smaller, the joints are not completely eliminated. Therefore, further speeding up of the element has been hindered.

【0007】一方、SENTAXY法によれば、エピタ
キシャル層とシリコン基板が絶縁されたものを得ること
ができ、上記のような問題はない。しかしながら、SE
NTAXY法によれば、複数設けられたそれぞれの核よ
り成長するエピタキシャル層の面方位が異なっていた。
エピタキシャル層の面方位が異なると、酸化レート等の
特性が異なることとなって、所望の特性を有する素子を
均一に形成できないという問題を生じていた。
On the other hand, according to the SENTAXY method, an epitaxial layer and a silicon substrate in which the silicon substrate is insulated can be obtained, and there is no problem as described above. However, SE
According to the NTAXY method, the plane orientation of the epitaxial layer grown from each of the plurality of nuclei was different.
If the plane orientation of the epitaxial layer is different, the characteristics such as the oxidation rate are different, and there has been a problem that an element having desired characteristics cannot be formed uniformly.

【0008】そこで、本出願人は、先に絶縁層によって
シリコン単結晶層が基板と絶縁されていると共に、面方
位が一様なシリコン単結晶層を有するSOI構造の製造
方法として、図5、6に示す製造方法を提案した。図5
に示す製造方法は、まずシリコン基板2の上にシリコン
酸化層4を形成する(図5(a)参照)。次に、このシ
リコン酸化層4に開口14を設ける(図5(b)参
照)。そして、開口14からわずかに突出するまでシリ
コンを成長させ、シリコン種結晶層16を形成する(図
5(c)参照)。しかる後、シリコン種結晶層16の表
面に窒化膜18を形成した後、酸化を行う(図5(d)
参照)。これにより、シリコン酸化層4が成長してフィ
ールド酸化層20となり、このフィールド酸化層20が
開口14の底部にて結合して、シリコン種結晶層16が
シリコン基板2から絶縁される(図5(e)参照)。そ
の後、このシリコン種結晶層16をエピタキシャル成長
させてシリコン成長層22を得る(図5(f)参照)と
いった方法である。(特願平3−138742号参照) 一方、図6に示す製造方法は、まずシリコン基板2の上
にシリコン酸化層4を形成する(図6(a)参照)。次
に、このシリコン酸化層4に開口14を設ける(図6
(b)参照)。そして、開口14から突出するまで炭化
シリコンを成長させ、炭化シリコン種結晶層16を形成
した後、炭化シリコン種結晶層16の表面を窒化膜18
で覆い(図6(c)(d)参照)、酸化を行う。これに
より、開口14の下部にてフィールド酸化層20が結合
し、炭化シリコン種結晶層16がシリコン基板2から絶
縁される(図6(e)参照)。その後、この炭化シリコ
ン種結晶層16からエピタキシャル成長を行い炭化シリ
コン成長層22を得る(図6(f)参照)というもので
ある。(特願平3−186280号参照) ところが、上記先行技術にあっては、素子形成領域を大
きくとるために、エピタキシャル成長層を大きくする
と、フィールド酸化膜を形成するための素子分離用の酸
化工程が長くなり、下地となるシリコン基板に対するス
トレスが多くなってしまう。一方、ストレスを低減する
ために、酸化時間を短くしようとすると、エピタキシャ
ル成長層を小さくしなければならず、結果的に素子形成
領域が小さくなって、生産性が低下してしまう。
The applicant of the present invention has proposed a method for manufacturing an SOI structure having a silicon single crystal layer in which a silicon single crystal layer is insulated from a substrate by an insulating layer and has a uniform plane orientation, as shown in FIGS. 6 was proposed. FIG.
First, a silicon oxide layer 4 is formed on a silicon substrate 2 (see FIG. 5A). Next, an opening 14 is provided in the silicon oxide layer 4 (see FIG. 5B). Then, silicon is grown to slightly protrude from the opening 14 to form a silicon seed crystal layer 16 (see FIG. 5C). Thereafter, after a nitride film 18 is formed on the surface of the silicon seed crystal layer 16, oxidation is performed (FIG. 5D).
reference). As a result, the silicon oxide layer 4 grows to become the field oxide layer 20, and the field oxide layer 20 is bonded at the bottom of the opening 14, so that the silicon seed crystal layer 16 is insulated from the silicon substrate 2 (FIG. e)). Thereafter, the silicon seed crystal layer 16 is epitaxially grown to obtain a silicon growth layer 22 (see FIG. 5F). (See Japanese Patent Application No. 3-138742) On the other hand, in the manufacturing method shown in FIG. 6, first, a silicon oxide layer 4 is formed on a silicon substrate 2 (see FIG. 6A). Next, an opening 14 is provided in the silicon oxide layer 4 (FIG. 6).
(B)). Then, silicon carbide is grown until it protrudes from opening 14 to form silicon carbide seed crystal layer 16.
(See FIGS. 6C and 6D), and oxidation is performed. Thereby, field oxide layer 20 is bonded below opening 14 and silicon carbide seed crystal layer 16 is insulated from silicon substrate 2 (see FIG. 6E). Thereafter, epitaxial growth is performed from the silicon carbide seed crystal layer 16 to obtain a silicon carbide growth layer 22 (see FIG. 6F). (See Japanese Patent Application No. 3-186280.) However, in the above prior art, when an epitaxial growth layer is enlarged in order to increase an element formation region, an oxidation step for element isolation for forming a field oxide film is performed. This lengthens the stress on the underlying silicon substrate. On the other hand, if an attempt is made to shorten the oxidation time in order to reduce the stress, the epitaxial growth layer must be made smaller, and as a result, the element formation region becomes smaller and the productivity decreases.

【0009】また、下地となるシリコン基板の面方位に
よっては種結晶となるシリコンの横方向の長さが異な
り、種結晶の横方向の成長の制御が困難となっているた
め、素子形成領域の寸法のばらつきが生じ、設計の自由
度が少なくなっている。本発明は、上記に鑑み、酸化時
間を短くでき、しかも精度良く素子形成領域を形成で
き、かつ設計の自由度が増すSOI構造の製造方法の提
供を目的とする。
Further, the lateral length of the seed crystal silicon varies depending on the plane orientation of the underlying silicon substrate, and it is difficult to control the lateral growth of the seed crystal. Variations in dimensions occur, reducing the degree of freedom in design. In view of the above, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing an SOI structure in which an oxidation time can be shortened, an element formation region can be formed with high accuracy, and the degree of freedom in design increases.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明請求項1のSOI
構造の製造方法は、シリコン基板上に酸化シリコン層を
第1の厚みに形成する工程、酸化シリコン層の所定箇所
にトレンチを形成し、トレンチ底部の酸化シリコン層を
第1の厚みよりも十分に薄い第2の厚みに形成する工
程、トレンチを埋め込むよう、全面に窒化シリコン層を
堆積させた後、トレンチ側壁に接触した窒化シリコン層
がサイドウォールとして残るように、かつトレンチ底部
のシリコン基板表面が露出するまでエッチングする工
程、トレンチ底部で露出しているシリコン基板のシリコ
ンを種結晶としてエピタキシャル成長させ、エピタキシ
ャル成長層をトレンチ内で形成する工程、およびエピタ
キシャル成長層下部にフィールド酸化層を成長させて、
シリコン基板とエピタキシャル成長層との接続を断つ工
程を含むことを特徴としている。
According to the first aspect of the present invention, there is provided an SOI device.
The method of manufacturing the structure includes a step of forming a silicon oxide layer on a silicon substrate to a first thickness, forming a trench in a predetermined portion of the silicon oxide layer, and forming the silicon oxide layer at the bottom of the trench sufficiently than the first thickness. Forming a thin second thickness, depositing a silicon nitride layer on the entire surface so as to fill the trench, and then leaving the silicon nitride layer in contact with the trench side wall as a side wall; Etching until exposed, epitaxially growing silicon of the silicon substrate exposed at the bottom of the trench as a seed crystal, forming an epitaxially grown layer in the trench, and growing a field oxide layer below the epitaxially grown layer,
The method is characterized by including a step of disconnecting the connection between the silicon substrate and the epitaxial growth layer.

【0011】請求項2のSOI構造の製造方法は、請求
項1記載のSOI構造の製造方法において、上記シリコ
ン基板とエピタキシャル成長層との接続を断つ工程は、
シリコン基板とエピタキシャル成長層との接続を断つ前
に、酸化シリコン層を全面除去する工程、およびシリコ
ン基板とエピタキシャル成長層との接続を断った後、サ
イドウォールおよびエピタキシャル成長層上の酸化シリ
コンを除去して、エピタキシャル成長層間に酸化シリコ
ンを埋め込む工程を含むことを特徴としている。
According to a second aspect of the present invention, in the method for manufacturing an SOI structure according to the first aspect, the step of disconnecting the silicon substrate from the epitaxial growth layer includes the step of:
Before cutting off the connection between the silicon substrate and the epitaxial growth layer, a step of removing the entire silicon oxide layer, and after cutting off the connection between the silicon substrate and the epitaxial growth layer, removing the silicon oxide on the sidewalls and the epitaxial growth layer, The method is characterized by including a step of embedding silicon oxide between epitaxial growth layers.

【0012】[0012]

【作用】本発明請求項1の製造方法では、トレンチを埋
め込むよう、全面に窒化シリコン層を堆積させた後、ト
レンチ側壁に接触した窒化シリコン層がサイドウォール
として残るように、かつトレンチ底部のシリコン基板表
面がで露出するまでエッチングし、トレンチの底部で露
出しているシリコン基板のシリコンを種結晶としてエピ
タキシャル成長させ、エピタキシャル成長層をトレンチ
内で形成しているので、エピタキシャル成長層の下部、
すなわちシリコン基板との接続部の幅は、エピタキシャ
ル成長層の上部の幅よりも狭くすることができる。
In the manufacturing method according to the first aspect of the present invention, a silicon nitride layer is deposited on the entire surface so as to fill the trench, and then the silicon nitride layer in contact with the trench side wall remains as a sidewall and the silicon at the bottom of the trench is formed. Etching is performed until the surface of the substrate is exposed, and the silicon of the silicon substrate exposed at the bottom of the trench is epitaxially grown as a seed crystal, and the epitaxial growth layer is formed in the trench.
That is, the width of the connection portion with the silicon substrate can be smaller than the width of the upper portion of the epitaxial growth layer.

【0013】このように、サイドウォールを利用するこ
とで、エピタキシャル成長層のシリコン基板との接続部
の幅を狭くして酸化距離を短くできるから、熱酸化によ
り、フィールド酸化層をエピタキシャル成長層の下部に
て結合させ、シリコン基板とエピタキシャル成長層との
接続を断つ際の、酸化時間が短くて済み、シリコン基板
に対するストレスを低減することができる。
As described above, by using the sidewalls, the width of the connection between the epitaxial growth layer and the silicon substrate can be narrowed and the oxidation distance can be shortened. Therefore, the field oxide layer is formed under the epitaxial growth layer by thermal oxidation. And a short oxidation time when disconnecting the connection between the silicon substrate and the epitaxial growth layer is required, and the stress on the silicon substrate can be reduced.

【0014】また、素子分離のための酸化時間を短くし
て、シリコン基板に対するストレスを低減させることが
可能となることによって、従来のようにストレスを考慮
にいれてエピタキシャル成長層の大きさを設定する必要
がなくなり、素子形成領域を広くすることができ、生産
性も向上する。エピタキシャル成長工程において、種結
晶をトレンチ内で成長させてエピタキシャル成長層とし
ているので、種結晶の横方向の成長はトレンチの側壁に
設けられたサイドウォールによって抑制され、サイドウ
ォールに沿って縦方向に成長する。そのため、エピタキ
シャル成長層の横方向の寸法精度がよくなる。
Further, the size of the epitaxial growth layer is set in consideration of the stress as in the related art, because the oxidation time for element isolation can be shortened to reduce the stress on the silicon substrate. This eliminates the necessity, so that the element formation region can be widened and the productivity can be improved. In the epitaxial growth step, since the seed crystal is grown in the trench to form an epitaxial growth layer, the lateral growth of the seed crystal is suppressed by the sidewall provided on the side wall of the trench, and the seed crystal grows vertically along the sidewall. . Therefore, the dimensional accuracy in the lateral direction of the epitaxial growth layer is improved.

【0015】サイドウォール形成工程においては、窒化
シリコン層の厚みを制御することで、サイドウォールの
幅を容易に制御することができるので、エピタキシャル
成長層の大きさ、すなわち素子形成領域の大きさを任意
に設定でき、設計の自由度が増す。また、請求項2の製
造方法では、シリコン基板とエピタキシャル成長層との
接続を断つ前に、酸化シリコン層を全面除去し、シリコ
ン基板とエピタキシャル成長層との接続を断った後、サ
イドウォールおよびエピタキシャル成長層上の酸化シリ
コンを除去して、エピタキシャル成長層間に酸化シリコ
ンを埋め込むので、ストレスが少なく、生産性の高い素
子形成領域の広いSOI基板を提供することができる。
In the side wall forming step, the width of the side wall can be easily controlled by controlling the thickness of the silicon nitride layer. To increase the degree of freedom in design. Further, in the manufacturing method according to the second aspect, before cutting off the connection between the silicon substrate and the epitaxial growth layer, the entire surface of the silicon oxide layer is removed, and the connection between the silicon substrate and the epitaxial growth layer is cut off. Since the silicon oxide is removed and the silicon oxide is buried between the epitaxial growth layers, an SOI substrate having a small stress and a wide element formation region with high productivity can be provided.

【0016】[0016]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図1ないし図3に
基づき詳述する。図3は本発明の一実施例に係る製造方
法によって得られたSOI構造を有する半導体装置の一
例を示す断面図である。この半導体装置の構造につい
て、図3を参照しつつ説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to FIGS. FIG. 3 is a sectional view showing an example of a semiconductor device having an SOI structure obtained by a manufacturing method according to one embodiment of the present invention. The structure of the semiconductor device will be described with reference to FIG.

【0017】上記半導体装置は、図3の如く、SOI(S
emiconductor on Insulation) 基板30の素子形成領域
上に、複数(図においては2つ)のMOSFET(metal
oxide semiconductor feild effect trnsistor)31が
設けられたものである。SOI基板30は、面方位(1
00)のP型シリコン基板32と、P型シリコン基板3
2の素子形成領域上に形成された複数(図においては2
つ)のエピタキシャル成長層33と、シリコン基板32
とエピタキシャル成長層33とを完全に分離しているフ
ィールド酸化層34と、エピタキシャル成長層33間の
周囲を絶縁するプラズマ酸化シリコン層(以下、P−S
iO2 層という)35とを備えている。
As shown in FIG. 3, the semiconductor device has an SOI (S
emiconductor on Insulation) A plurality of (two in the figure) MOSFET (metal
oxide semiconductor feild effect trnsistor) 31 is provided. The SOI substrate 30 has a plane orientation (1
00) P-type silicon substrate 32 and P-type silicon substrate 3
2 formed on two element formation regions (2 in FIG.
) Epitaxial growth layer 33 and silicon substrate 32
Field oxide layer 34 which completely separates silicon oxide and epitaxial growth layer 33 from each other, and a plasma silicon oxide layer (hereinafter referred to as P-S
35 (referred to as an iO 2 layer).

【0018】各エピタキシャル成長層33の表層部に
は、各MOSFET31のN型ソース領域36およびN
型ドレイン領域37が、チャネル領域38を挟んでそれ
ぞれ形成されており、各ソース領域36およびドレイン
領域37を橋渡すかたちで、各チャネル領域38上にゲ
ート絶縁膜38がそれぞれ形成されている。各チャネル
領域38上には、ゲート絶縁膜38を介してポリシリコ
ンからなるゲート39が設けられており、ゲート39に
ゲート電極40が接続されている。また、各ソース領域
36にはソース電極41が、各ドレイン領域37にはド
レイン電極42がそれぞれ接続されている。そして、各
電極40,41,42間は、層間絶縁膜43によって絶
縁されており、各ソース電極41、ドレイン電極42
と、P−SiO2 層35との間には絶縁膜44が介在さ
れている。
At the surface of each epitaxial growth layer 33, the N-type source region 36 and the N-type
A mold drain region 37 is formed with a channel region 38 interposed therebetween, and a gate insulating film 38 is formed on each channel region 38 so as to bridge each source region 36 and drain region 37. On each channel region 38, a gate 39 made of polysilicon is provided via a gate insulating film 38, and a gate electrode 40 is connected to the gate 39. A source electrode 41 is connected to each source region 36, and a drain electrode 42 is connected to each drain region 37. The electrodes 40, 41, and 42 are insulated from each other by an interlayer insulating film 43.
And the P-SiO 2 layer 35, an insulating film 44 is interposed.

【0019】上記構成により、シリコン基板32とエピ
タキシャル成長層33とのPN接合がなくなり、素子の
高速動作が可能となる。図1はSOI構造の製造方法を
工程順に示す断面図である。上記SOI構造、すなわち
SOI基板30の製造方法について、図1を参照しつつ
説明する。まず、図1(a)のように、熱酸化により、
面方位(100)のP型シリコン基板32上に、例えば
4500Åの厚みのSiO2 からなる酸化シリコン層5
0Aを形成する。熱酸化条件としては、例えば酸化温度
950℃、酸化時間90分とすればよい。
With the above configuration, the PN junction between the silicon substrate 32 and the epitaxial growth layer 33 is eliminated, and the device can operate at high speed. FIG. 1 is a sectional view showing a method for manufacturing an SOI structure in the order of steps. The method of manufacturing the SOI structure, that is, the SOI substrate 30, will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG.
A silicon oxide layer 5 made of, for example, SiO 2 having a thickness of 4500 ° is formed on a P-type silicon substrate 32 having a plane orientation of (100).
OA is formed. The thermal oxidation conditions may be, for example, an oxidation temperature of 950 ° C. and an oxidation time of 90 minutes.

【0020】そして、図1(b)のように、酸化シリコ
ン層50A上にレジスト51を塗布した後、エッチング
により、素子形成領域の酸化シリコン層50Aを除去し
て、シリコン基板32を露出させたかたちで例えば深さ
5000Åのトレンチ52を形成し、トレンチ52の底
部のシリコン基板32を露出させる。その後、図1
(c)のように、レジスト51を除去した後、熱酸化に
より、トレンチ52の底部で露出しているシリコン基板
32を覆うよう、全面に例えば500Åの厚みのSiO
2 からなる酸化シリコン層50Bを薄く形成する。熱酸
化条件としては、例えば酸化温度900℃、酸化時間3
0分とすればよい。このように、さらに酸化シリコン層
50Bを薄く形成するのは、次工程で窒化シリコン層5
3を4000Å堆積する際において、下地となるシリコ
ン基板32のダメージを減らすためである。
Then, as shown in FIG. 1B, after a resist 51 is applied on the silicon oxide layer 50A, the silicon oxide layer 50A in the element formation region is removed by etching to expose the silicon substrate 32. In this manner, for example, a trench 52 having a depth of 5000 ° is formed, and the silicon substrate 32 at the bottom of the trench 52 is exposed. Then, FIG.
As shown in (c), after removing the resist 51, thermal oxidation is performed to cover the entire surface of the silicon substrate 32 exposed at the bottom of the trench 52 with, for example, a 500-mm thick SiO 2.
A thin silicon oxide layer 50B of 2 is formed. As the thermal oxidation conditions, for example, an oxidation temperature of 900 ° C. and an oxidation time of 3
It may be 0 minutes. As described above, the silicon oxide layer 50B is formed thinner in the next step.
This is to reduce the damage of the underlying silicon substrate 32 when depositing 3 at 4000 °.

【0021】また、トレンチ52の底部の酸化シリコン
層50Bを薄く形成するための他の方法として、エッチ
ングによりトレンチ52を形成する際に、トレンチ52
の深さを制御することで酸化シリコン層50Bを薄く形
成してもよい。なお、以後の説明において、酸化シリコ
ン層50Aおよび酸化シリコン層50Bを総称するとき
は「酸化シリコン層50」という。
Another method for forming a thin silicon oxide layer 50B at the bottom of the trench 52 is to form the trench 52 by etching.
The silicon oxide layer 50B may be formed thin by controlling the depth of the silicon oxide layer 50B. In the following description, the silicon oxide layer 50A and the silicon oxide layer 50B are collectively referred to as “silicon oxide layer 50”.

【0022】次に、図1(d)のように、例えばCVD
(chemical vapor deposition) 法等により、トレンチ5
2を埋め込むよう、全面に例えばSi3 4 からなる窒
化シリコン層53を4000Å堆積させる。その後、図
1(e)のように、トレンチ52の側壁に接触する窒化
シリコン層53がサイドウォール54状に残るよう、か
つトレンチ52の底部のシリコン基板32の表面が露出
するように、例えばRIE(reactive ion etching)等の
異方性エッチングにてエッチバックする。サイドウォー
ル54の幅は、エッチング時間、反応ガス流量で自由に
設定できるが、0.1〜0.4μm程度が好ましい。も
し、この工程において、下地の酸化シリコン層50Bが
残るようなら、例えばHF等によるウェットエッチング
により、酸化シリコン層50Bを除去すればよい。
Next, as shown in FIG.
(chemical vapor deposition) method, etc.
Then, a silicon nitride layer 53 made of, for example, Si 3 N 4 is deposited to a thickness of 4000 ° over the entire surface so as to bury the layer 2. Thereafter, as shown in FIG. 1E, for example, RIE is performed so that the silicon nitride layer 53 in contact with the sidewall of the trench 52 remains in the shape of the sidewall 54 and the surface of the silicon substrate 32 at the bottom of the trench 52 is exposed. Etch back by anisotropic etching such as (reactive ion etching). The width of the side wall 54 can be freely set by the etching time and the reaction gas flow rate, but is preferably about 0.1 to 0.4 μm. If the underlying silicon oxide layer 50B remains in this step, the silicon oxide layer 50B may be removed by, for example, wet etching using HF or the like.

【0023】つづいて、図1(f)のように、トレンチ
52の底部で露出しているシリコン基板32のシリコン
を種結晶として、縦方向に例えば5000Åの厚みにな
るまでエピタキシャル成長させ、トレンチ内24にエピ
タキシャル成長層33を形成する。エピタキシャル成長
条件は、例えば反応ガスSiCl4 を使用して、成長温
度1150℃程度とできるだけ低温で行うのが好まし
い。このように、低温でエピタキシャル成長を行うこと
により、エピタキシャル成長層33の積層欠陥を抑制で
きるからである。
Subsequently, as shown in FIG. 1 (f), silicon of the silicon substrate 32 exposed at the bottom of the trench 52 is epitaxially grown to a thickness of, for example, 5000.degree. Next, an epitaxial growth layer 33 is formed. It is preferable that the epitaxial growth is performed at a temperature as low as possible at a growth temperature of about 1150 ° C. using, for example, a reaction gas SiCl 4 . This is because stacking faults in the epitaxial growth layer 33 can be suppressed by performing epitaxial growth at a low temperature in this manner.

【0024】そして、図1(g)のように、例えばHF
等によるウェットエッチングにより、酸化シリコン層5
0を全面除去する。次に、図1(h)のように、熱酸化
により、素子形成領域、すなわちエピタキシャル成長層
33の下部のシリコン基板32のシリコンを酸化し、S
iO2 からなるフィールド酸化層34を横方向に成長さ
せてエピタキシャル成長層33の下部にて結合させ、シ
リコン基板32とエピタキシャル成長層33との接続を
断つ。このとき、エピタキシャル成長層33の上部も酸
化され、酸化シリコン層55となる。熱酸化条件として
は、例えば酸化温度1000℃、酸化時間90分が好ま
しい。
Then, for example, as shown in FIG.
Silicon oxide layer 5 by wet etching
0 is entirely removed. Next, as shown in FIG. 1H, the silicon of the silicon substrate 32 under the element formation region, that is, the epitaxial growth layer 33 is oxidized by thermal oxidation.
A field oxide layer 34 of iO 2 is grown laterally and bonded below the epitaxial growth layer 33 to cut off the connection between the silicon substrate 32 and the epitaxial growth layer 33. At this time, the upper part of the epitaxial growth layer 33 is also oxidized to become the silicon oxide layer 55. As the thermal oxidation conditions, for example, an oxidation temperature of 1000 ° C. and an oxidation time of 90 minutes are preferable.

【0025】その後、図1(i)のように、例えばCD
E(chemical dry etching)等のエッチングにより、サイ
ドウォール(Si3 4 )54を除去する。そして、例
えばプラズマCVD法により、P−SiO2 を5000
Å、SOGを3000Å順次堆積させた後、アニーリン
グおよび異方性エッチングによるエッチバックを行い、
P−SiO2 層35を平坦化する。このとき、エピタキ
シャル成長層33の上部の酸化シリコン層55も除去さ
れる。
Then, for example, as shown in FIG.
The sidewalls (Si 3 N 4 ) 54 are removed by etching such as E (chemical dry etching). Then, for example, P-SiO 2 is 5,000 by a plasma CVD method.
{Circle around (3)}, SOG is sequentially deposited, and then etched back by annealing and anisotropic etching.
The P-SiO 2 layer 35 is flattened. At this time, the silicon oxide layer 55 on the epitaxial growth layer 33 is also removed.

【0026】上記図1(d)〜(g)の工程において、
トレンチ52を埋め込むよう、全面に窒化シリコン層5
3を堆積させた(図1(d)参照)後、トレンチ52側
壁に接触した窒化シリコン層53がサイドウォール54
として残るように、かつトレンチ52の底部のシリコン
基板32の表面が露出するまでエッチングし(図1
(e)参照)、トレンチ52の底部で露出しているシリ
コン基板32のシリコンを種結晶としてエピタキシャル
成長させ、エピタキシャル成長層33をトレンチ52内
に形成し(図1(f)参照)、エッチングにより、酸化
シリコン層50を全面除去(図1(g)参照)している
ので、図2の如く、エピタキシャル成長層33の下部、
すなわちシリコン基板32との接続部の幅W2は、エピ
タキシャル成長層33の上部の幅W1よりも狭くするこ
とができる。なお、図2は図1(g)の工程終了時の拡
大断面図である。
In the steps shown in FIGS. 1D to 1G,
A silicon nitride layer 5 is formed on the entire surface so as to fill trench 52.
3 is deposited (see FIG. 1D), the silicon nitride layer 53 in contact with the side wall of the trench 52 is
Etching until the surface of the silicon substrate 32 at the bottom of the trench 52 is exposed (FIG. 1).
(See FIG. 1E), epitaxial growth is performed using the silicon of the silicon substrate 32 exposed at the bottom of the trench 52 as a seed crystal, and an epitaxial growth layer 33 is formed in the trench 52 (see FIG. 1F). Since the entire surface of the silicon layer 50 is removed (see FIG. 1G), as shown in FIG.
That is, the width W2 of the connection portion with the silicon substrate 32 can be smaller than the width W1 of the upper portion of the epitaxial growth layer 33. FIG. 2 is an enlarged sectional view at the end of the step of FIG.

【0027】このように、サイドウォール54を利用す
ることで、エピタキシャル成長層33のシリコン基板3
2との接続部の幅W2を狭くして酸化距離を短くできる
から、図1(h)の工程で、熱酸化により、フィールド
酸化層34をエピタキシャル成長層33の下部にて結合
させ、シリコン基板32とエピタキシャル成長層33と
の接続を断つ際の、酸化時間が短くて済む。よって、シ
リコン基板32に対するストレスを低減することができ
る。
As described above, by utilizing the side walls 54, the silicon substrate 3 of the epitaxial growth layer 33 is formed.
Since the oxidation distance can be shortened by narrowing the width W2 of the connection portion with the silicon substrate 32, the field oxide layer 34 is bonded under the epitaxial growth layer 33 by thermal oxidation in the step of FIG. Oxidation time when disconnecting the connection with the epitaxial growth layer 33 is short. Therefore, stress on the silicon substrate 32 can be reduced.

【0028】また、素子分離のための酸化時間を短くし
て、シリコン基板32に対するストレスを低減させるこ
とが可能となることによって、従来のようにストレスを
考慮にいれてエピタキシャル成長層33の大きさを設定
する必要がなくなり、素子形成領域を広くすることがで
きる。よって、生産性も向上する。さらに、図1(f)
のエピタキシャル成長工程において、種結晶をトレンチ
52内で成長させてエピタキシャル成長層33としてい
るので、種結晶の横方向の成長はトレンチ52の側壁に
設けられたサイドウォール54によって抑制され、サイ
ドウォール54に沿って縦方向に成長する。そのため、
エピタキシャル成長層33の横方向の寸法精度がよくな
る。
Further, since the oxidation time for element isolation can be shortened and the stress on the silicon substrate 32 can be reduced, the size of the epitaxial growth layer 33 can be reduced in consideration of the stress as in the related art. This eliminates the need for setting, and the element formation region can be widened. Therefore, productivity is also improved. Further, FIG.
In the epitaxial growth step, the seed crystal is grown in the trench 52 to form the epitaxial growth layer 33, so that the lateral growth of the seed crystal is suppressed by the sidewall 54 provided on the side wall of the trench 52, and along the side wall 54. Grow vertically. for that reason,
The dimensional accuracy in the lateral direction of the epitaxial growth layer 33 is improved.

【0029】上記図1(d)(e)のサイドウォール形
成工程においては、窒化シリコン層53の厚みを制御す
ることで、サイドウォール54の幅を容易に制御するこ
とができるので、エピタキシャル成長層33の大きさ、
すなわち素子形成領域の大きさを任意に設定できる。よ
って、設計の自由度が増す。なお、本発明は、上記実施
例に限定されるものではなく、本発明の範囲内で多くの
変更または修正を加え得ることは勿論である。
1D and 1E, the width of the side wall 54 can be easily controlled by controlling the thickness of the silicon nitride layer 53. The size of
That is, the size of the element formation region can be arbitrarily set. Therefore, the degree of freedom in design increases. It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that many changes or modifications can be made within the scope of the present invention.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上の説明から明らかな通り、本発明請
求項1の製造方法においては、サイドウォールを利用す
ることで、エピタキシャル成長層のシリコン基板との接
続部の幅を狭くして酸化距離を短くできるから、熱酸化
により、フィールド酸化層をエピタキシャル成長層の下
部にて結合させ、シリコン基板とエピタキシャル成長層
との接続を断つ際の、酸化時間が短くて済み、シリコン
基板に対するストレスを低減することができる。
As is apparent from the above description, in the manufacturing method according to the first aspect of the present invention, by utilizing the sidewall, the width of the connection portion between the epitaxial growth layer and the silicon substrate is reduced to reduce the oxidation distance. Since it can be shortened, the field oxidation layer is bonded under the epitaxial growth layer by thermal oxidation, and the oxidation time when disconnecting the silicon substrate from the epitaxial growth layer can be shortened, and the stress on the silicon substrate can be reduced. it can.

【0031】このように、素子分離のための酸化時間を
短くして、シリコン基板に対するストレスを低減させる
ことが可能となることによって、従来のようにストレス
を考慮にいれてエピタキシャル成長層の大きさを設定す
る必要がなくなり、素子形成領域を広くすることができ
ため、生産性も向上する。エピタキシャル成長工程にお
いて、種結晶の横方向の成長はトレンチの側壁に設けら
れたサイドウォールによって抑制され、サイドウォール
に沿って縦方向に成長するため、エピタキシャル成長層
の横方向の寸法精度がよくなる。
As described above, it is possible to reduce the stress on the silicon substrate by shortening the oxidation time for element isolation, and thereby to reduce the size of the epitaxial growth layer in consideration of the stress as in the related art. This eliminates the need for setting, and the element formation region can be widened, so that productivity is also improved. In the epitaxial growth step, the lateral growth of the seed crystal is suppressed by the sidewall provided on the sidewall of the trench, and the seed crystal grows vertically along the sidewall, so that the lateral dimensional accuracy of the epitaxial growth layer is improved.

【0032】サイドウォール形成工程においては、窒化
シリコン層の厚みを制御することで、サイドウォールの
幅を容易に制御することができるので、エピタキシャル
成長層の大きさ、すなわち素子形成領域の大きさを任意
に設定でき、設計の自由度が増す。また、請求項2の製
造方法によると、ストレスが少なく、生産性の高い素子
形成領域の広いSOI基板を提供することができる。
In the side wall forming step, the width of the side wall can be easily controlled by controlling the thickness of the silicon nitride layer. Therefore, the size of the epitaxial growth layer, that is, the size of the element forming region can be arbitrarily set. To increase the degree of freedom in design. Further, according to the manufacturing method of the second aspect, it is possible to provide an SOI substrate having a small stress and a wide element formation region with high productivity.

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

【図1】本発明の一実施例に係るSOI構造の製造方法
を工程順に示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing an SOI structure according to an embodiment of the present invention in the order of steps.

【図2】図1(g)の工程終了時の拡大断面図である。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view at the end of the step in FIG.

【図3】本発明の一実施例に係る製造方法によって得ら
れたSOI構造を有する半導体装置の一例を示す断面図
である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of a semiconductor device having an SOI structure obtained by a manufacturing method according to one embodiment of the present invention.

【図4】従来のELO法によるSOI技術を示す図であ
る。
FIG. 4 is a diagram showing an SOI technique by a conventional ELO method.

【図5】先行技術にによるSOI構造の製造方法を工程
順に示す断面図である。
FIG. 5 is a sectional view showing a method for manufacturing an SOI structure according to the prior art in the order of steps.

【図6】他の先行技術にによるSOI構造の製造方法を
工程順に示す断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a method of manufacturing an SOI structure according to another prior art in the order of steps.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

30 SOI基板 32 シリコン基板 33 エピタキシャル成長層 34 フィールド酸化層 50,50A,50B 酸化シリコン層 52 トレンチ 53 窒化シリコン層 54 サイドウォール Reference Signs List 30 SOI substrate 32 Silicon substrate 33 Epitaxial growth layer 34 Field oxide layer 50, 50A, 50B Silicon oxide layer 52 Trench 53 Silicon nitride layer 54 Side wall

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 29/786 H01L 29/78 621 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI H01L 29/786 H01L 29/78 621

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】シリコン基板上に酸化シリコン層を第1の
厚みに形成する工程、 酸化シリコン層の所定箇所にトレンチを形成し、トレン
チ底部の酸化シリコン層を第1の厚みよりも十分に薄い
第2の厚みに形成する工程、 トレンチを埋め込むよう、全面に窒化シリコン層を堆積
させた後、トレンチ側壁に接触した窒化シリコン層がサ
イドウォールとして残るように、かつトレンチ底部のシ
リコン基板表面が露出するまでエッチングする工程、 トレンチ底部で露出しているシリコン基板のシリコンを
種結晶としてエピタキシャル成長させ、エピタキシャル
成長層をトレンチ内で形成する工程、およびエピタキシ
ャル成長層下部にフィールド酸化層を成長させて、シリ
コン基板とエピタキシャル成長層との接続を断つ工程を
含むことを特徴とするSOI構造の製造方法。
A step of forming a silicon oxide layer on a silicon substrate to a first thickness, forming a trench in a predetermined portion of the silicon oxide layer, and making the silicon oxide layer at the bottom of the trench sufficiently thinner than the first thickness. Forming a silicon nitride layer on the entire surface so as to fill the trench, so that the silicon nitride layer in contact with the trench sidewall remains as a sidewall, and the silicon substrate surface at the bottom of the trench is exposed Etching the silicon substrate exposed at the bottom of the trench as a seed crystal, forming an epitaxially grown layer in the trench, and growing a field oxide layer below the epitaxially grown layer. Including a step of disconnecting the connection with the epitaxial growth layer Manufacturing method of OI structure.
【請求項2】請求項1記載のSOI構造の製造方法にお
いて、 上記シリコン基板とエピタキシャル成長層との接続を断
つ工程は、 シリコン基板とエピタキシャル成長層との接続を断つ前
に、酸化シリコン層を全面除去する工程、およびシリコ
ン基板とエピタキシャル成長層との接続を断った後、サ
イドウォールおよびエピタキシャル成長層上の酸化シリ
コンを除去して、エピタキシャル成長層間に酸化シリコ
ンを埋め込む工程を含むことを特徴とするSOI構造の
製造方法。
2. The method for manufacturing an SOI structure according to claim 1, wherein the step of disconnecting the silicon substrate from the epitaxial growth layer includes removing the entire silicon oxide layer before disconnecting the silicon substrate from the epitaxial growth layer. Manufacturing an SOI structure, comprising cutting off the connection between the silicon substrate and the epitaxial growth layer, removing the silicon oxide on the sidewalls and the epitaxial growth layer, and embedding the silicon oxide between the epitaxial growth layers. Method.
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