JP3402843B2 - 半導体集積回路とその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、島領域と支持基板とを
グラス層で接着する事により製造する半導体集積回路と
その製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】耐圧が数百Ｖを越えるような集積回路を
製造する場合、ＰＮ接合によって素子間分離を行うので
はなく、酸化膜（誘電体）によって分離を行う誘電体分
離構造が用いられている。その製造方法もいくつかの種
類があるが、その一つとして、半導体基板の表面に溝を
形成した後その溝を多結晶シリコンで埋めて支持基板と
し、反対表面を研磨して概研磨面を素子形成面とする手
法が知られている（例えば特開昭５９ー９９７３５
号）。

【０００３】しかし、本願出願人は前記多結晶シリコン
を支持基板とするのではなく、平板状の支持基板を別途
用意し、溝を形成した半導体基板に張り合わせる製造方
法を検討するに至っている。この手法は、製造工程を簡
素化できる他、長時間の熱処理による結晶品質の劣化や
ウェハのそりが無いという点で優れた方法ではあるが、
接着剤として用いるグラス層は表面に酸化膜が成長せず
しかもシリコン酸化膜用のＨＦエッチャントに対してエ
ッチングレートが大きいので、分離溝の部分に急峻な段
差を形成するという欠点を抱えている。そのため本願出
願人は、特願平５ー２９８２１８号に述べたように、分
離溝の表面をポリシリコン層で被覆することを提案して
いる。

【０００４】この技術を図９〜図１４を用いて説明す
る。 ａ）図９Ａに示すように、シリコン基板１の表面にホト
レジスト層２を形成し、基板を異方性エッチングするこ
とによりＶ字、Ｕ字型等の分離溝３を形成する。 ｂ）図９Ｂに示すように、全面にリン等の不純物を拡散
してＮ＋型の埋め込み層４を形成し、表面にシリコン酸
化膜５を形成する。

【０００５】ｃ）図１０Ａに示すように、分離溝を埋め
るようにしてグラス層６を形成し、グラス膜６により単
結晶シリコン等の支持基板７を貼り付ける。 ｄ）図１０Ｂに示すように、半導体基板１を図１０Ａの
図示点線の部分まで研磨することにより、分離溝３で分
離された複数の島領域８を形成する。 ｅ）図１１Ａに示すように、島領域８の表面を熱酸化し
て酸化膜９を形成する。グラス層６表面には酸化膜９が
成長されない。

【０００６】ｆ）図１１Ｂに示すように、分離溝３に露
出するグラス層６の表面をポリシリコン層１０で被覆す
る。 ｇ）図１２Ａに示すように、島領域８表面の酸化膜９に
ホトエッチングにより開口を形成し、拡散源としてリン
グラス膜１１を形成し、島領域８表面に初期拡散層１２
を形成する。

【０００７】ｈ）図１２Ｂに示すように、リングラス膜
１１をＨＦエッチャントにより除去する。このときポリ
シリコン層１０がグラス層６表面をエッチングから保護
する。 ｉ）図１３Ａに示すように、初期拡散層１２を熱拡散し
てコレクタ導出領域１３を形成する。

【０００８】ｊ）図１３Ｂに示すようにベース領域１４
とエミッタ領域１５を形成してＮＰＮトランジスタを形
成する。１６は電極である。このように、分離溝３のグ
ラス膜６をポリシリコン層１０で保護しながら工程を進
めることにより、分離溝３に急峻な段差が生じることを
防止する。また、ポリシリコン層１０を熱酸化膜形成時
のシリコン供給源とする、つまりポリシリコン層１０を
シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）に変換することにより、基
板表面をすべて熱酸化膜で被覆できるので、装置の信頼
性の向上につなげることができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ポリシ
リコン層１０は酸素を取り込んでシリコン酸化膜になる
際、約２倍の体積膨張を伴うものである。ポリシリコン
層１０と島領域８との密着力は高く、一方のグラス膜６
は比較的軟性の素材である。そのため、ポリシリコン層
１０に酸化工程を加えると体積膨張時のストレスが島領
域８に水平方向の力となって加わり、グラス膜６を変形
させて島領域８を水平あるいは垂直方向にずらしてしま
うという欠点があった。これでは以降の工程のマスクあ
わせをすることができない。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記従来の欠点
に鑑みなされたもので、分離溝のグラス膜表面をシリコ
ン窒化膜で被覆し、該シリコン窒化膜の上にポリシリコ
ン層を形成することにより、ポリシリコン層が酸化され
る際の応力による島領域の浮動を防止するものである

【００１１】

【作用】本発明によれば、シリコン窒化膜が分離溝を越
えて島領域表面に密着するので、島領域同士を強固に連
結する。従ってポリシリコン層酸化時の応力に対抗する
ことができ、島領域の浮動を防止できる。

【００１２】

【実 施 例】以下に本発明の一実施例を図面を参照しな
がら詳細に説明する。図１は本発明の半導体集積回路を
示す断面図である。図１において、２１はシリコン単結
晶基板からなる支持基板、２２は半導体素子（ここでは
ＮＰＮトランジスタ）形成用の島領域、２３は島領域２
２と支持基板２１とを接着するグラス層、２４は島領域
２２相互を分離する分離溝、２５はシリコン酸化膜、２
６はＮ＋型の埋め込み層、２７はＮ＋埋め込み層２６に
連結するＮ＋型のコレクタ低抵抗領域、２８はＰ型のベ
ース領域、２９はＮ＋型のエミッタ領域、３０は分離溝
２４の表面に露出するグラス膜２３の表面を被覆するシ
リコン窒化膜、３１はシリコン窒化膜の上を被覆する、
酸化されたポリシリコン層、３２は電極である。シリコ
ン窒化膜３０は島領域２２上まで延在し、ポリシリコン
層３１はシリコン窒化膜３０の側面を覆う。シリコン窒
化膜３０は分離溝２４に沿って島領域を囲むようなパタ
ーンに形成される。

【００１３】ポリシリコン層３１は各種酸化膜形成工
程、例えばベース、エミッタなどの拡散工程において酸
化され、熱酸化膜に変換されている。該酸化工程で、島
領域２２の表面では島領域２２からシリコンが供給され
てシリコン熱酸化膜３３を形成する。分離溝２４の上で
は、グラス膜２３はシリコン供給源とはならずしかも耐
酸化性のシリコン窒化膜３０で被覆されているので酸化
膜が成長しない。前述したようにポリシリコン層３１が
シリコン供給源となり熱酸化膜を形成する。酸化された
ポリシリコン層は、島領域２２上を被覆する酸化膜３３
と一体化する。これで、基板の全表面をほぼ一様の膜厚
の熱酸化膜によって被覆することができる。このこと
は、素子間接続のために分離溝２４を越えて延在させる
電極配線のステップカバレジを改善し、断線等を防止で
きることを意味する。

【００１４】また、シリコン窒化膜３０は隣接する島領
域２２の上に形成された酸化膜３３の上を被覆する。常
圧または減圧ＣＶＤ法により６００度程度の温度で形成
した熱窒化膜は、単結晶シリコンあるいはシリコン酸化
膜との密着性に優れる。このようなシリコン窒化膜を、
島領域２２を取り囲む分離溝２４の全表面に形成したの
で、隣接する島領域２２同士を強固に連結するものであ
る。尚、分離溝２４は半導体チップ上で格子状に形成さ
れるので、シリコン窒化膜３０も格子状に形成される。

【００１５】従って、比較的軟性を持つグラス膜２４の
接着力に加えて、シリコン窒化膜３０が島領域２２同士
を連結するので、ポリシリコン層３１酸化したときのス
トレスに耐え、島領域２２が浮動することを防止でき
る。この作用は、ポリシリコン層３１が酸化されるとき
のストレスのみならず、例えば樹脂モールド後の樹脂と
シリコンとの熱膨張係数の差による機械的ストレスな
ど、外的ストレスに対しても有効に働くものである。

【００１６】以下に本発明の半導体集積回路の製造方法
を図２〜図７を用いて説明する。 ａ）まず図２Ａに示すように、結晶方位１００のＮ型シ
リコン半導体基板３１の表面にホトレジスト層３２を形
成し、基板を異方性エッチングすることにより深さ３０
〜１００μのＶ字、Ｕ字型等の分離溝２４を形成する。 ｂ）図２Ｂに示すように、全面にリン等の不純物を拡散
してＮ＋型の埋め込み層２６を形成し、その熱拡散時に
全表面にスチーム酸化を行って膜厚１〜５μのシリコン
酸化膜２５を形成する。埋め込み層２６形成後に分離溝
２４の形成を行ってもよい。

【００１７】ｃ）図３Ａに示すように、分離溝２４を形
成した面に、表面が平坦となるように接着剤としてのグ
ラス膜２３を形成する。グラス膜２３は、ＢＣｌ３ガス
とＳｉＣｌ４ガス、Ｈ２、Ｏ２とのＣＶＤ反応で形成し
た、通常「スート」と称される、Ｓｉ−Ｏ−Ｂ固溶体微
粒子を用いる。酸化膜である。もちろん、沸酸系エッチ
ャントに対して耐性の乏しい、常温で流動性のある加熱
硬化型または常温硬化型の接着剤であってもよい。ま
た、スピンオン塗布法による形成でもよい。その後シリ
コン半導体基板（導電型は問わない）からなる平板状の
支持基板２１をグラス膜２３表面に貼り付け、約１２０
０℃、数十分の熱処理で支持基板２１と基板３１とを押
圧接着する。支持基板としては、シリコン単結晶基板の
他に、ガラス、サファイヤ等の絶縁性基板あるいはガリ
ウム砒素等の半絶縁性基板でもよい。

【００１８】ｄ）図３Ｂに示すように、全体を上下反転
して、半導体基板３１の接着面とは反対側の面をグラス
膜２３が露出するまで、つまり図３Ａの図示点線の位置
まで研削、ポリッシュを行う。この工程で、周囲をグラ
ス膜２３と酸化膜２５で囲まれ分離された複数の島領域
２２が形成される。 ｅ）図４Ａに示すように、島領域２２の表面を熱酸化し
て酸化膜３３を形成する。グラス層２３表面には酸化膜
が形成されないので、酸化膜３３はＮ＋埋め込み層２６
表面と酸化膜２５の表面を含む島領域２２表面に形成さ
れる。

【００１９】ｆ）図４Ｂに示すように、全面に膜厚０．
０５〜１．０μのシリコン窒化膜を常圧または減圧ＣＶ
Ｄ法により堆積し、これをホトエッチングすることによ
り分離溝２４の表面を被覆するシリコン窒化膜３０を形
成する。シリコン窒化膜３０は先の工程で形成した酸化
膜３３の上を分離溝２４の両側に５μ程延在する。分離
溝２４は島領域２２を形成するために格子状に形成され
るので、シリコン窒化膜のパターンも格子状となる。

【００２０】尚、先の工程において酸化膜３３を意図的
に形成せず、ポリッシュ後の島領域２２の上に直接シリ
コン窒化膜３０を形成しても良い。 ｇ）図５Ａに示すように、全面に膜厚数千オングストロ
ームのノンドープのポリシリコンをＣＶＤ法により形成
し、これをホトエッチングすることによりシリコン窒化
膜３０の上を被覆するポリシリコン層３１を形成する。
ポリシリコン層３１はシリコン窒化膜３０の側面を被覆
し、Ｎ＋埋め込み層２６を超えて島領域２２のＮ型層表
面まで延在する。

【００２１】その後、酸化膜３３の厚みを選択拡散に適
した厚みに増大させるために表面をスチーム酸化し、そ
の膜厚を２０００から１００００オングストロームとす
る。この時ポリシリコン層３１の一部は酸化されて周囲
の酸化膜３３と一体化する。 ｈ）図５Ｂに示すように、酸化膜３３およびポリシリコ
ン層３１上にホトレジスト層を形成し、露光、現像によ
ってレジストマスク３４を形成し、酸化膜３３をＨＦエ
ッチャントでエッチングすることによりコレクタ低抵抗
領域２７形成用の開口を形成する。この時開口の一端が
ポリシリコン層３１で決定されるようにすれば、コレク
タ低抵抗領域２７と分離溝２４との距離を狭められるの
で微細化に有利である。

【００２２】ｉ）図６Ａに示すように、レジストマスク
３４を除去し、表面に拡散源としてのリングラス膜３５
を形成する。熱処理を加えることにより前記開口を通し
てＮ型不純物を導入し、島領域２２表面にコレクタ低抵
抗領域２７の初期拡散層３６を形成する。 ｊ）図６Ｂに示すように、リングラス膜３５をＨＦ溶液
で除去する。この時ポリシリコン層３１がＨＦ溶液に曝
されることになるが、表面が酸化膜に変換されており、
またポリシリコンはＨＦ溶液に対して耐性を持つので、
過剰な食刻はない。従って分離溝２４のグラス膜２３は
ＨＦ溶液から保護される。

【００２３】ｋ）図７Ａに示すように、全体に１１００
℃、数時間の熱処理を加えることにより初期拡散層３６
を拡散してＮ＋埋め込み層２６に連結するコレクタ低抵
抗領域２７を形成する。熱拡散工程内でスチーム酸化を
行い、島領域２２表面の酸化膜３３を再度成長させる。
ポリシリコン層３１表面ではポリシリコン層３１がシリ
コンの供給源となるので酸化膜が成長する。

【００２４】ｌ）図７Ｂに示すように、同様のホトエッ
チングと選択拡散を行うことにより、島領域２２表面に
ベース領域２８とエミッタ領域２９を形成してＮＰＮト
ランジスタを形成する。その後酸化膜３３にコンタクト
ホールを形成し、アルミ電極３２を形成する。分離溝２
４付近の拡大断面図を図８に示す。コレクタ低抵抗領域
２７の表面にはエミッタ拡散によってコンタクト領域３
７が重畳している。ポリシリコン層３１は全ての酸化雰
囲気中の熱処理工程においてシリコン酸化膜に変質され
ている。具体的には、コレクタ低抵抗領域２７の形成工
程、ベース及びエミッタ領域２８、２９の形成工程であ
る。シリコン酸化膜はＨＦエッチャントにエッチングさ
れるので、ポリシリコン層３１の膜厚はこれらの全ての
エッチング工程に耐えられる厚みでなければならない。
また、酸化工程が全て終了した段階で膜厚の全てがシリ
コン酸化膜に変質するような膜厚とする。変換されたシ
リコン酸化膜は島領域２２からシリコンの供給を受けた
酸化膜３３と一体化する。従ってポリシリコン層３１の
膜厚を適宜選択すれば、島領域２２上に形成する熱酸化
膜の膜厚と分離溝２４の上に形成される熱酸化膜の膜厚
をほぼ同じ膜厚に形成できる。このことは分離溝２４上
に段差を形成することがなく、電極配線３２の断線など
を防止できるものである。

【００２５】以上に説明した本発明によれば、シリコン
窒化膜３０を分離溝２４を越えてポリシリコン層３１形
成前に形成した酸化膜３３の表面あるいは島領域２２の
表面に延在させたので、これらの表面と強固に密着する
シリコン窒化膜３０が隣接する島領域２２の間を接着す
る。よってポリシリコン層３１の酸化に伴う膨張ストレ
スに耐え、島領域２２の浮動を防止しながら工程を進め
ることができる。

【発明の効果】以上に説明したとおり、本発明によれば
シリコン窒化膜３０が島領域２２間の密着力を補強する
ので、ポリシリコン層３１酸化時のストレスによる島領
域２２の浮動を防止できる利点を有する。よってマスク
あわせに支障を来すことなく工程を進めることができ
る。

【００２６】また、ポリシリコン層３１を酸化膜に変質
させることにより、チップの全表面を熱酸化膜で被覆で
き、デバイスの信頼性を確保できる利点を有する。さら
に、ポリシリコン層３１をシリコンの供給源として酸化
する事により、分離溝２４上と島領域２２上とで酸化膜
の膜厚をほぼ一定の厚みに形成することができ、段差を
形成せずにすむので、電極配線の信頼性を向上できる利
点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を説明する断面図である。

【図２】本発明の製造方法を説明する断面図である。

【図３】本発明の製造方法を説明する断面図である。

【図４】本発明の製造方法を説明する断面図である。

【図５】本発明の製造方法を説明する断面図である。

【図６】本発明の製造方法を説明する断面図である。

【図７】本発明の製造方法を説明する断面図である。

【図８】本発明を説明するための拡大断面図である。

【図９】従来の製造方法を説明する断面図である。

【図１０】従来の製造方法を説明する断面図である。

【図１１】従来の製造方法を説明する断面図である。

【図１２】従来の製造方法を説明する断面図である。

【図１３】従来の製造方法を説明する断面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 27/082 Ｈ０１Ｌ 21/94 Ｚ 27/12 27/08 １０１Ｂ (56)参考文献 特開 平５−299496（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−74927（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/8222 H01L 27/08 331 H01L 27/082 H01L 21/762 H01L 21/02 H01L 21/31 H01L 27/12 H01L 29/72 H01L 21/331

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 分離溝により電気的に分離された半導体
   素子を形成する複数の島領域と、 前記分離溝を満たし、前記複数の島領域を共通の支持基
   板に接着するグラス層と、 前記分離溝表面のグラス層の表面を被覆するシリコン窒
   化膜と、 前記シリコン窒化膜の上を被覆するポリシリコン層とを
   具備し、前記ポリシリコン層が酸化したときの体積膨張
   によるストレスを前記シリコン窒化膜で前記島領域が浮
   動することを防止することを特徴とする半導体集積回
   路。
2. 【請求項２】 前記ポリシリコン層が最終的にシリコン
   酸化膜に酸化されていることを特徴とする請求項１に記
   載の半導体集積回路。
3. 【請求項３】 一導電型の半導体基板に分離溝を形成す
   る工程と、 前記溝を埋めるようにグラス膜を形成し、前記半導体基
   板を一枚の支持基板に接着する工程と、 前記半導体基板を前記分離溝を埋めるグラス膜が露出す
   るまで除去して、前記分離溝により電気的に分離された
   複数の島領域を形成する工程と、 前記露出したグラス膜の表面をシリコン窒化膜で被覆す
   る工程と、 前記窒化膜の上をポリシリコン層で被覆する工程と、 前記島領域の表面に拡散領域を形成し、同時に前記ポリ
   シリコン層を酸化する工程とを具備することを特徴とす
   る半導体集積回路の製造方法。
4. 【請求項４】 前記ポリシリコン層を最終的に熱酸化膜
   に酸化することを特徴とする請求項３記載の半導体集積
   回路の製造方法。