JP3157595B2 - 誘電体分離基板 - Google Patents

誘電体分離基板

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JP3157595B2 JP09244492A JP9244492A JP3157595B2 JP 3157595 B2 JP3157595 B2 JP 3157595B2 JP 09244492 A JP09244492 A JP 09244492A JP 9244492 A JP9244492 A JP 9244492A JP 3157595 B2 JP3157595 B2 JP 3157595B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、誘電体分離基板に係
り、特に、高耐圧化と微細化とを両立した誘電体分離基
に関する。
【0002】
【従来の技術】図8は、従来の誘電体分離基板11を利
用したダイオードの断面図である。
【0003】このダイオードは、n- 型多結晶Si支持
基板14の主表面に誘電体薄膜13を介して埋め込まれ
たSi単結晶島12に、ボロン(B)等のp型ドーパン
ドによってp+ 型領域81を形成し、さらに、リン
(P)等のn型ドーパンドによってn+ 型領域82を形
成して構成されている。
【0004】このような構成のダイオードに図示の如く
電圧を印加すると、基板表面の酸化膜16上に形成され
た引き出し配線18の電界効果によって、Si単結晶島
12の主表面に空乏層が広がり、これが誘電体薄膜13
を周回してチャネル(図示せず)を形成してしまう。
【0005】この結果、上記した従来技術では、チャネ
ルによってp型領域81と他の領域とが電気的に接続さ
れてしまったり、電界集中を引き起こして高耐圧が得ら
れないという問題があった。
【0006】そこで、このチャネルを止めるために、S
i単結晶島12の底部および側壁部に不純物濃度の高い
+ 埋込層15を形成する構造が知られている。ところ
が、n+ 埋込層15を形成すると、このn+ 埋込層15
と引き出し配線18とが交差する基板表面部において電
界集中が起こり、耐圧が低下するという問題が新たに生
じてしまう。
【0007】このような問題を解決するためには、配線
18による電界効果の影響を無視できる程度に酸化膜1
6を厚くすればよい。しかしながら、酸化膜16を厚く
すると基板表面の段差が大きくなるので、微細化が難し
くなったり、段差部において断線が起こりやすくなって
信頼性が低下してしまうという問題があった。
【0008】これらの問題点を解決するものとして、例
えば特開昭60-208842 号公報では、図9に示したよう
に、厚い酸化膜16aを、その表面が他の領域の酸化膜
16表面と同一平面となるように、厚い酸化膜16aの
大部分を基板内部に埋設する構造が提案されている。
【0009】図7は、厚い酸化膜16aを基板内部に埋
設して基板表面を平坦化した場合(実線)と、厚い酸化
膜16aを基板表面に突出させた場合(破線)との、酸
化膜16の膜厚と最小加工寸法との関係を表した図であ
る。
【0010】このように、厚い酸化膜16aを基板内部
に埋設する構造を採用することにより、十分な耐圧を維
持しながら、表面段差の小さい基板が得られ、微細化お
よび信頼性の向上が可能になった。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】ところが、本発明の発
明等が更に詳細に検討したところ、上記した構造では酸
化膜16の厚い部分と薄い部分との段差がSi単結晶1
2内において大きくなり、しかも段差部の側面19が基
板の主表面に対して垂直になるため、酸化膜16底部の
角の部分20(図9参照)で電界の集中が生じ、十分な
耐圧が得られないことがわかった。
【0012】本発明の目的は、上記した従来技術の問題
点を解決して、高耐圧化を実現しながら、信頼性の向
上、微細化を可能にした誘電体分離基板を提供すること
にある。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明では、半導体支持基板の主表面に誘電体
薄膜を介して埋め込まれた多数の単結晶島内に半導体素
子を形成してなる誘電体分離基板において、基板表面に
おいて半導体素子と接続され、単結晶島外まで延長され
た引き出し配線と、少なくとも引き出し配線と第1導電
型高濃度埋込層とが交差する基板表面に搾設され、側壁
と基板表面とのなす角度が鈍角である溝と、前記溝内を
含む基板上に形成され、その主表面が略平坦な絶縁膜と
を具備した。
【0014】
【作用】上記した構成によれば、溝内には比較的厚い絶
縁膜が形成されるので引き出し電極が発生する電界によ
る空乏層の発生を防止でき、しかも、単結晶島内部での
厚い絶縁膜の側面と基板表面とのなす角度が鈍角となっ
て電界集中が緩和されるので耐圧が向上する。また、基
板表面が平坦化されて段差がなくなるので信頼性が向上
し、微細化が可能になる。
【0015】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
詳細に説明する。
【0016】図1は、本発明の一実施例であるダイオー
ドの断面図であり、前記と同一の符号は同一または同等
部分を表している。
【0017】本実施例では、引き出し配線18とn+
込層15とが交差する基板表面に、側壁19と主表面と
の成す角度θが鈍角(>90°)の溝10が搾設されて
おり、当該溝10内および単結晶Si島12の主表面に
は、その露出面が略平坦となるように酸化膜26が形成
されている。
【0018】本実施例によれば、引き出し配線18によ
る電界が酸化膜26の厚い部分26aに阻まれ、n+
込層15内に生じる電界集中が緩和されるので耐圧が向
上する。また、酸化膜26aが基板内部に埋設されてい
るので、基板表面の段差が無くなって断線が発生しにく
くなり、信頼性が向上して微細加工も可能になる。
【0019】さらに、溝10の側壁19と主表面との成
す角度θが鈍角なので、溝10底部での酸化膜26端部
への電界集中を緩和することができるようになる。
【0020】図2は、本発明の第2実施例であるダイオ
ードの断面図であり、前記と同一の符号は同一または同
等部分を表している。
【0021】本実施例では、引き出し配線18とn+
込層15とが交差する基板表面に深さが2階段の溝10
aが形成され、当該溝10a内および単結晶Si島12
の主表面に、その露出面が略平坦な酸化膜36が形成さ
れている。
【0022】このような酸化膜36は、後に図3に関し
て詳述するように、例えば、LOCOS(Local Oxidation of
Silicon)法による酸化膜形成を繰り返し行って厚い酸
化膜36aおよび比較的厚い酸化膜36bを形成した
後、さらに基板表面に薄い酸化膜36cを均一に形成す
ることによって得ることができる。
【0023】また、本実施例では、引き出し配線18下
の単結晶島12内に、単結晶島12端部への電界集中を
緩和するためのn+ 拡散層17が形成されている。
【0024】本実施例によれば、前記同様、配線18に
よる電界集中の緩和、基板表面の段差が小さくなること
に起因した信頼線の向上等が達成される。さらに、本実
施例によれば、特に拡散層17を設けたことにより、引
き出し配線18下の単結晶島12端部への電界集中が緩
和されるので、耐圧がさらに向上する。
【0025】図3は、前記図2に関して説明した誘電体
分離基板の製造方法を示した断面図である。ここでは、
従来の誘電体分離基板の製造方法の説明は省き、Si単
結晶島12主面の鏡面研磨が完了した後の工程から説明
する。
【0026】初めに、全面に酸化膜を形成した後に溝1
0を搾設する領域の酸化膜を除去してマスクパターン3
1を形成する[同図(a) ]。
【0027】次いで、例えばKOHのようなアルカリ系
エッチング液でエッチングを行って基板表面に溝10a
を形成する。[100]基板を用いた場合、溝10aの
側壁19と基板主表面との成す角度θは125.3°と
なる。また、溝10aの深さは、後の工程で堆積させる
酸化膜36の膜厚の約55%以上とすることが望まし
い。
【0028】エッチング後、マスク材として使用した酸
化膜31を除去する。この際、誘電体薄膜13の端部1
3aが残るようにエッチング量をコントロールする。こ
れは、誘電体薄膜13の端部13aまでエッチングして
しまうと、この後のLOCOS 法による酸化膜形成時に、酸
化膜の成長速度に差が生じて基板表面に段差が生じてし
まうためである。
【0029】以上のようにして溝10aを形成後、リン
等のn形不純物を打ち込んで熱拡散させ、n形領域17
aを形成する[同図(b) ]。
【0030】次いで、酸素雰囲気中で応力緩和用の酸化
膜34を全面に形成し、更に、基板表面および溝10a
の側壁19、換言すれば、溝10aの底部の除く全面に
保護膜としてナイトライド膜35を形成する[同図(c)
]。
【0031】次いで、LOCOS 法によって厚い酸化膜36
aを溝10a内部に形成する。この長時間の酸化によっ
て、前記打ち込まれたn形不純物17aは更に拡散さ
れ、接合深さの深い拡散層17となる[同図(d) ]。
【0032】次いで、LOCOS 法による酸化膜形成を更に
行い、比較的厚い酸化膜36bを形成する[同図(e)
]。
【0033】以後、従来技術と同様に全面に薄い酸化膜
36cを形成した後、予定箇所に開口部を設けて引き出
し配線18を接続する。
【0034】以上のようなプロセスで作成された基板
は、高耐圧を得るために必要な厚い酸化膜36aを形成
したにもかかわらず、表面段差が非常に小さく微細加工
が可能となる。上記した方法で試作した例では、厚い酸
化膜36aの厚みが約4μm、薄い酸化膜36bの厚み
約2μmの場合、基板表面上の段差を1μm以下に抑え
ることができた。
【0035】図4は、本発明の第3実施例の断面図であ
り、前記と同一の符号は同一または同等部分を表してい
る。
【0036】本実施例では、引き出し配線18の延長方
向に向かって段階的に深くなる溝10cを形成したあ
と、例えばLOCOS 法による酸化膜形成を繰り返すことに
より酸化膜42を形成している。明らかな様に、本実施
例によっても前記と同様の効果が達成される。
【0037】図5は、本発明の第4実施例の断面図であ
り、前記と同一の符号は同一または同等部分を表してい
る。
【0038】本実施例では、溝10d内にLOCOS 法によ
り厚い酸化膜51を形成した後、熱酸化法に比べて成膜
速度が著しく速い化学的蒸着法を用いて絶縁膜52を堆
積させ、絶縁膜を形成している。本実施例によれば、製
造時間が短縮されるので生産性が向上する。
【0039】図6は、本発明の第5の実施例の断面図で
あり、前記と同一の符号は同一または同等部分を表して
いる。
【0040】本実施例では、溝10eの底部に酸化膜6
1を形成した後、保護用の薄い酸化膜62を溝の側壁に
一様に被着し、その上に、熱もしくは化学的処理によっ
て硬化する有機材料、例えばポリイミド63等を塗布し
て絶縁膜を形成している。
【0041】本実施例によれば、熱酸化法に比べて絶縁
膜の堆積が容易であるばかりでなく、絶縁膜が柔らかい
粘性のため表面段差の緩和に大きな効果がある。
【0042】なお、上記した各実施例では、本発明をダ
イオードの形成された誘電体分離基板を例にして説明し
たが、本発明はこれのみに限定されず、MOSトランジ
スタやバイポーラトランジスタなど、他の半導体装置が
単結晶島内に形成される誘電体分離基板にも同様に適用
することが可能である。
【0043】
【発明の効果】上記したように、本発明によれば以下の
ような効果が達成される。 (1) 引き出し配線による電界効果の影響が、厚い酸化膜
により緩和されるので耐圧が向上する。 (2) 厚い酸化膜が基板内部に埋設されているので、基板
表面の段差が無くなって断線が発生しにくくなり、信頼
性が向上して微細加工も可能になる。 (3) 厚い酸化膜が埋設される溝の側壁と主表面との成す
角度θが鈍角なので、溝底部の酸化膜端部への電界集中
が緩和されて耐圧が更に向上する。 (4) 引き出し配線下の単結晶端部に高濃度拡散層を形成
したので、引き出し配線下の単結晶島12端部への電界
集中が緩和されて耐圧がさらに向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施例の断面図である。
【図2】 本発明の第2実施例の断面図である。
【図3】 図2の製造方法を示した断面図である。
【図4】 本発明の第3実施例の断面図である。
【図5】 本発明の第4実施例の断面図である。
【図6】 本発明の第5実施例の断面図である。
【図7】 酸化膜の膜厚と最小加工寸法との関係を示し
た図である。
【図8】 従来技術の断面図である。
【図9】 従来技術の断面図である。
【符号の説明】
10…溝、11…誘電体分離基板、12…n- 形単結晶
領域、13…誘電体薄膜、14…多結晶Si,15…n
+ 埋込層、16、26、36、42、51、61…酸化
膜、17…n形拡散領域、18…引き出し配線、19…
側壁、34…応力緩和用の酸化膜、35…ナイトライド
膜、63…ポリイミド、81…p+ 形領域、82…n+
形領域
フロントページの続き (72)発明者 森 睦宏 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (56)参考文献 特開 平4−64247(JP,A) 特開 昭61−119056(JP,A) 特開 昭61−244024(JP,A) 特開 平3−270230(JP,A) 特開 昭59−217338(JP,A) 特開 平1−196163(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/762 H01L 21/76

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体支持基板の主表面に誘電体薄膜を
    介して埋め込まれた多数の第1導電型半導体単結晶島内
    に半導体素子を形成してなる誘電体分離基板において、前記誘電体薄膜の内側と単結晶島との間に 形成された第
    1導電型高濃度埋込層と、 基板表面において半導体素子と接続され、単結晶島外ま
    で延長された引き出し配線と、 少なくとも前記引き出し配線と第1導電型高濃度埋込層
    とが交差する基板表面に搾設され、その側壁と基板表面
    とのなす角度が鈍角である溝と、 前記溝内を含む基板上に形成され、その主表面が略平坦
    な絶縁膜と 前記引き出し配線下の単結晶島端部の表面に形成された
    第1導電型高濃度拡散層と を具備したことを特徴とする
    誘電体分離基板。
  2. 【請求項2】 前記溝の深さ、引き出し配線の延長方
    向に階段状に深くなることを特徴とする請求項1記載の
    誘電体分離基板。
  3. 【請求項3】 前記絶縁膜は、半導体支持基板の主表面
    より下に埋設された部分の厚みが、主表面より上に露出
    した部分の厚みより厚いことを特徴とする請求項1また
    は2に記載の誘電体分離基板。
  4. 【請求項4】 前記絶縁膜は、溝内に形成された第1の
    絶縁膜と第1の絶縁膜表面を含む基板表面に形成され
    第2の絶縁膜との積層膜であることを特徴とする請求項
    1ないし請求項のいずれかに記載の誘電体分離基板。
  5. 【請求項5】 第2の絶縁膜と溝の側壁との間保護膜
    が形成されたことを特徴とする請求項に記載の誘電体
    分離基板。
  6. 【請求項6】 前記溝の深さ、第1の絶縁膜の膜厚の
    約55%以上であることを特徴とする請求項4または5
    に記載の誘電体分離基板。
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