JP3162970B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造方
に係り、特に超高周波トランジスタ等における電極配
線の浮遊容量を低減するのに好適な厚い酸化膜の形成方
を備えた半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】高周波トランジスタ、特にギガヘルツ帯
以上で動作する超高周波トランジスタにおいては、PG
(POWER GAIN)特性等の高周波特性の向上のため、電極
配線の浮遊容量の低減が要請されている。特にボンディ
ングパッドの電極直下は、面積が大きいため、その容量
を低減する必要がある。このため、超高周波トランジス
タ等においては、LOCOS法又はシャローエッチング
LOCOS法等で、ボンディングパッド直下の酸化膜の
膜厚を厚くして、浮遊容量を低減している。更に、多層
電極配線構造を採用し、浮遊容量の大きい第一層電極部
分の面積を小さくし、浮遊容量の比較的少ない第二層電
極部分の面積を大きくして対応している。
【0003】しかしながら、LOCOS法で厚い酸化膜
を形成する場合に、バーズビーグ増による欠陥の増大
や、高温で長時間の酸化時間に伴う欠陥の増大という問
題があり、又酸化膜を厚くすることにより段差が増える
という問題がある。これ等の問題点を考慮すると、超高
周波トランジスタに現状で用いることができる酸化膜の
膜厚は12,000Å程度が限界であった。
【0004】又、シャローエッチングLOCOS法を用
いても、段差の低減は図れるものの、膜厚としては、バ
ーズビーグ増による欠陥の増大或いは酸化時間の増大に
伴う欠陥の増大により、同様に膜厚としては12,00
0Å程度が限界であった。又、多層電極配線構造を用い
ると、工程数が増加し、又、層間絶縁膜の緻密性という
点では、窒化膜の使用が望ましいが、窒化膜は誘電率が
高いので、同じ膜厚の酸化膜に比べ浮遊容量が大きく、
膜厚を厚くする必要がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上述した事情
に鑑みて為されたもので、従来のLOCOS法以上の厚
い酸化膜を結晶欠陥等を増大することなく形成する酸化
膜の形成方法、及びその酸化膜を用いることにより、浮
遊容量を更に低減した半導体装置を提供することを目的
とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の酸化膜の形成方
法は、半導体基板上に酸化膜と窒化膜とを被着し、該酸
化膜と窒化膜に開口を設け、該開口より前記基板をエッ
チングすることによりストライプ状の深い溝を形成し、
該深い溝の側表面を酸化することにより、前記ストライ
プ状の基板部分を酸化して、前記溝の深さに相当する厚
みの酸化膜を形成することを特徴とする。
【0007】又、本発明の半導体装置は上述した形成方
法による酸化膜を、少なくともボンディングパッドの下
面に備えたことを特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】上述した本発明の酸化膜の形成方
法によれば、シリコン基板にストライプ状の深い溝を形
成し、その深い溝の側表面を酸化することによりストラ
イプ部分を両側からストライプ全体を酸化することがで
きると共に、ストライプの側表面から成長する酸化膜に
より溝部分を完全に酸化膜で埋めることができる。これ
により、通常のLOCOS法による酸化条件で、ストラ
イプ溝の深さに相当する厚さの酸化膜を形成でき、通常
のLOCOS法による場合と比較して2〜3倍程度、膜
厚の厚い酸化膜を形成することができる。
【0009】又、係る厚い酸化膜を備えた半導体装置
は、少なくともボンディングパッドの下面に2〜3μm
程度の厚い酸化膜を備えることにより、電極配線部分の
浮遊容量を大幅に低減することができる。これにより高
周波特性を大幅に改善することができる。
【0010】
【実施例】以下、本発明の一実施例について添付図面を
参照しながら説明する。尚、各図中同一符号は、同一又
は相当部分を示す。
【0011】図1は、本発明の一実施例の超高周波トラ
ンジスタのパターン図を示す。図2は、図1に示す超高
周波トランジスタの部分断面構造を示す。半導体チップ
11上には、エミッタ領域13及びベース領域12から
なるアクティブ領域を備え、エミッタ領域13には配線
電極14が接続され、ベース領域12には配線電極15
が接続されている。それぞれの配線電極は、ボンディン
グパッド16,17に連通し、図示しないボンディング
ワイヤにより半導体パッケージのリード端子に接続され
る。ボンディングパッド16,17の下面には、LOC
OS法で形成されたフィールド酸化膜20よりも厚い、
以下に詳述する酸化膜18,19を備えている。
【0012】この厚い酸化膜18、19は、シリコン半
導体基板上に極めて薄い酸化膜と窒化膜とを被着し、そ
の酸化膜と窒化膜とに開口を設け、その開口より基板を
エッチングすることによりストライプの深い溝を形成
し、深い溝の側表面を酸化することにより形成した厚い
酸化膜領域である。従って、この厚い酸化膜領域18、
19は、溝の深さに相当する厚さの酸化膜であり、結晶
欠陥や熱歪みを半導体基板中に発生することなくLOC
OS法で形成されたフィールド酸化膜20よりも厚い絶
縁膜領域が得られる。特にボンディングパッド下面の浮
遊容量を大幅に低減することができる。
【0013】図3乃至6は、シリコン半導体基板をエッ
チングすることにより形成した、各種のストライプ状の
深い溝のパターンを示す。符号21は、シリコンの基板
がエッチングされずに残ったストライプ部分を示し、符
号22はシリコン基板がエッチングにより除去された溝
部分を示す。本実施例では、ストライプ部分21とエッ
チングされた溝部分22の幅はそれぞれ約1μ程度であ
り、溝の深さは2μ程度である。厳密には、酸化膜はシ
リコン基板内方に向かって成長する割合と、シリコン基
板外方に向かって成長する割合との比が、 0.9/1.1 である。このため、溝部分の幅Sとストライプ部分の幅
Lとの比を L/S=0.9μm/1.1μm とすることにより、ストライプ部分が両側から丁度酸化
されたときに、ストライプ間の溝部分が外方に成長する
酸化膜で丁度埋められる。
【0014】図3は、ストライプパターンを円環(リン
グ)状に形成したものである。ボンディングパッドの下
面の全体の領域をこのような円環状の幅約1μの溝を形
成し、その後溝側表面を酸化することによりストライプ
を形成した領域の全体全面を厚い酸化膜領域とすること
ができる。図4は同様にストライプパターンを角帯状に
形成した場合である。図5は、ストライプのパターンを
細帯状に形成した場合である。図7はストライプパター
ンをセル・メッシュ状に形成した場合である。尚、スト
ライプのパターンは、ストライプ部分がその両側から丁
度酸化されたときに、丁度溝が酸化膜で埋まるような、
寸法比であればよいので、図3及び図6に示す以外に
も、種々の変形実施例が可能である。
【0015】次に、図7乃至13を参照しながら厚い酸
化膜の形成方法について説明する。図7に示すように、
まずシリコン半導体基板11に薄い酸化膜25を被着
し、同様に窒化膜26を気相成長により被着する。酸化
膜の厚さは500Å程度が、窒化膜の厚さは1000Å
程度が好ましい。次に、図8に示すようにその上にノン
ドープの酸化膜27を同様に気相成長により被着する。
その厚さは、2000〜3000Åであることが好まし
い。
【0016】次に、レジストパターニングを行う。これ
はまずフォトレジスト28を全面に塗布し、前述した図
3及び図6に示すストライプパターンを有するマスクに
従って露光し、現像することにより図9に示すレジスト
パターン28を形成する。このレジストパターンの幅及
び開口部の幅は本実施例においてはそれぞれ1.1/
0.9μm程度である。そして、レジストパターン28
をマスクとしてノンドープ酸化膜27、シリコン窒化膜
26及び酸化膜25をドライエッチングする。そして、
フォトレジスト膜28を除去する。この段階を図10に
示す。
【0017】そして、ノンドープシリコン酸化膜27を
マスクとして、シリコン半導体基板11を異方性エッチ
ングして深さ2μm程度の溝22を形成する。この段階
で、シリコン半導体基板11にストライプ部分21及び
溝部分22が形成される。これを図11に示す。次に酸
化膜27を除去した状態(図12参照)、又は酸化膜を
残した状態(図11参照)で酸化に入る。これらの窒化
膜等は、酸化終了後に除去する。
【0018】そして、ストライプ状に形成されたシリコ
ン基板をLOCOS法と同様なウェット酸化条件により
酸化する。酸化はストライプ21の表面から徐々に進行
し、ストライプ21内部に広がると共に溝22側にも酸
化膜が成長し、図13に示すように溝部分22の幅が徐
々に狭くなる。そして、更に酸化が進行すると図14に
示すように、ストライプ部分21が両側から丁度酸化さ
れると共に、溝部分22が完全に埋まり、厚い酸化膜1
8,19が形成される。この厚い酸化膜18、19は、
その周辺部とほとんど段差が無く、平坦に形成できる。
従って、電極配線を容易に形成できる。
【0019】超高周波トランジスタの製造に当たって
は、ボンディングパッドの配置部分に、前述した厚さ約
2μmの酸化膜をまず形成する。次に通常のLOCOS
法によりフィールド酸化膜を形成する。そして、アクテ
ィブ領域にベース及びエミッタの拡散領域を形成する。
次に、配線電極材料をスパッタリング等により被着し
て、レジストパターニングにより、ボンディングパッド
を含めた配線電極を形成する。
【0020】尚、フィールド酸化膜の形成は、本発明の
厚い酸化膜の形成時に、ストライプパターンの形成に利
用した窒化膜を用いて、同時に行うようにしてもよい。
係る製造工程によれば、ストライプパターンの溝部形成
の工程が増加するだけで、本発明の厚い酸化膜を備えた
半導体装置を製造することができる。
【0021】尚、以上の実施例の説明はストライプ部分
及び溝部分の幅を約1μm程度としたが、微細加工技術
の進歩によりストライプ部分の幅及び溝部分の幅をより
を狭くすることにより、更に酸化時間が短縮され、結晶
欠陥の発生等の問題を低減することができる。
【0022】又、上述した実施例においては、シリコン
基板のエッチングを、ノンドープ酸化膜をマスクとして
行う例について説明したが、シリコン窒化膜/酸化膜を
エッチングする時のレジストをマスクとしてエッチング
するようにしても勿論良い。
【0023】又、上述した実施例ではボンディングパッ
ドの部分のみを本発明の厚い酸化膜で形成したが、電極
配線の下部全体、或いはアクティブ領域を除くチップ全
体にわたって本発明の厚い酸化膜としても良い。このよ
うにすることによって、チップの表面が平坦化され、段
差が無くなることにより微細パターンの電極配線が容易
となる。
【0024】
【発明の効果】以上に説明したように本発明の厚い酸化
膜の形成方法によれば、ストライプ部分の溝の深さのコ
ントロールにより、必要な酸化膜の厚さを稼ぐことがで
きる。そして、この時の酸化条件は、本実施例では通常
のLOCOS法による12000Å成長時の酸化時間で
よく、高温長時間の酸化に伴う結晶欠陥の発生は、通常
のLOCOS酸化法におけるのと同程度に抑えることが
できる。
【0025】又、本発明の厚い酸化膜の形成方法によれ
ば、酸化がストライプ部分の表面から基板の表面方向に
進行するため、基板の上面方向への盛り上がり成長がほ
とんど無い。このため、本発明の酸化方法を用いること
により、厚い酸化膜を、その周辺に対してほぼ平坦な面
に形成することができる。
【0026】又、本発明の厚い酸化膜を用いた超高周波
トランジスタ等の半導体装置は、比較的面積が大きいボ
ンディングパッド部分の下部に、上述した厚い酸化膜を
用いることにより、電極配線の浮遊容量を著しく低減す
ることができ、パワーゲイン特性等の高周波特性を改善
することができる。そして、表面が平坦で、且つ十分な
厚さの酸化膜を得ることができることから、電極配線は
単層構造で十分であり、製造工程を簡素化することがで
きる。
【0027】更に、ボンディングパッド直下以外のフィ
ールド領域を通常のLOCOS酸化法で得る場合には、
フィールド領域の酸化膜厚を従来の厚さの半分程度で十
分な高周波特性が得られる。このため、酸化時間、温度
等を低減することができ、バーズビーグによる結晶欠陥
等の発生を抑制することができる。総じて本発明によれ
ば、厚い酸化膜を備えることにより高周波特性の改善さ
れた超高周波トランジスタ等を、より高い品質で製造す
ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の超高周波トランジスタチッ
プのパターン図。
【図2】図1における超高周波トランジスタの部分断面
図。
【図3】本発明の一実施例の円環状のストライプパター
ンの説明図。
【図4】本発明の一実施例の角帯状のストライプパター
ンの説明図。
【図5】本発明の一実施例の細帯状のストライプパター
ンの説明図。
【図6】本発明の一実施例の酸化前のセル・メッシュ状
のストライプパターンの説明図。
【図7】本発明の一実施例の厚い酸化膜を形成する工程
の説明図。
【図8】本発明の一実施例の厚い酸化膜を形成する工程
の説明図。
【図9】本発明の一実施例の厚い酸化膜を形成する工程
の説明図。
【図10】本発明の一実施例の厚い酸化膜を形成する工
程の説明図。
【図11】本発明の一実施例の厚い酸化膜を形成する工
程の説明図。
【図12】本発明の一実施例の厚い酸化膜を形成する工
程の説明図。
【図13】本発明の一実施例の厚い酸化膜を形成する工
程の説明図。
【図14】本発明の一実施例の厚い酸化膜を形成する工
程の説明図。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板上に酸化膜と窒化膜とを被着
    し、該酸化膜と窒化膜に開口を設け、該開口より前記基
    板をエッチングすることによりストライプ状の深い溝を
    形成し、該深い溝の側表面を酸化することにより、前記
    ストライプ状の基板部分を酸化して、前記溝の深さに相
    当する厚みの酸化膜を形成し、その上部にボンディング
    パッドを形成することを特徴とした半導体装置の製造方
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