JP3588882B2 - 誘電体分離基板の製造方法 - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、低耐圧駆動の制御回路と高耐圧素子を1チップ内に集積するパワーICおよび複数の高耐圧素子を1チップ内に集積する半導体装置を形成する誘電体分離基板の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の誘電体分離基板の製造方法を工程順に図14から図20まで示す。
支持基板31上に第1絶縁膜32を介して半導体層33を有するSOI(Silicon on insulator) 基板にエッチングマスク層34を形成し、図示されていないフォトレジストを用いてパターンニング(ここではフォトレジストのエッチングも含む)を行い、エッチングマスク層34を開口する(図14)。これをマスクとして半導体層33表面から第1絶縁膜32に到達する分離溝となるトレンチ35をリアクティブイオンエッチング(RIE)法(ドライエッチング法)により形成する(図15)。このとき半導体層33の厚さは10μm程度でトレンチ35の溝幅は2〜6μmである。次にエッチングマスク層34をフッ化水素酸水溶液で除去する(図16)。このときトレンチ35の底部の第1絶縁膜32も若干エッチングされるがこの図では省略した。この後、熱酸化により2回目の絶縁膜である第8絶縁膜36(後述の実施例の第6絶縁膜10に相当する)を形成し(図17)、充填層37によりトレンチ35内を充填する(図18)。この際、トレンチ35部以外の第8絶縁膜36上にも充填層37が被着する。第8絶縁層36の厚さは1μmであり、充填層37には多結晶シリコンが用いられ、その厚さは1〜3.5μmである。さらに、プラズマエッチング法により、表面に被着した充填層37をエッチバック(エッチングで除去する)して第8絶縁膜36を露出させる(図19)。その後パターンニングされたフォトレジストをマスクとしてフッ化水素酸水溶液でトレンチ35部とその近傍の第8絶縁膜36を残留させ、それ以外の領域の第8絶縁膜35を除去し、素子形成領域の半導体層33を露出させ誘電体分離基板が完成する(図20)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
図20に示す第8絶縁膜36の除去工程において、フォトレジストによりトレンチ35上部を被覆し、この領域の第8絶縁膜36を残さなければならない。しかし、フォトレジストと第8絶縁膜36との密着性が必ずしも良好でないため、フッ化水素酸水溶液でエッチングすると、フォトレジストと第8絶縁膜36との界面からエッチング液が浸透し、第8絶縁層36はエッチングされ半導体層33の表面とトレンチ35の上部の半導体層33のコーナー部40(円内)が露出してしまう(図21)。このためトレンチ35で分離された対向する半導体層33間の絶縁耐圧すなわち分離耐圧が低下する不都合が生じる。実験によれば、コーナー部40が第8絶縁膜36で被覆される場合に比べ、露出していると分離耐圧は700Vから400V以下へと低下する。高耐圧素子と低耐圧の制御回路を1チップに集積する場合、この分離耐圧の低下により、高耐圧化が困難であり、また本来必要としていた制御回路の機能が得られなくなり、信頼性の低下を招くという不都合が生じる。
【0004】
この発明の目的は、前記の課題を解決して、設計通りの分離耐圧が得られ、高信頼性の半導体装置を製作できる誘電体分離基板の製造方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、支持基板上に第1絶縁膜および半導体層が積層され、該半導体層の主面にバッファ層となる第2絶縁膜、半導体層を酸化から防ぐ耐酸化層となる第3絶縁膜、エッチングストップ層となる第4絶縁膜および素子形成の平面領域を規定する素子領域規定層をそれぞれ積層する前工程と、後工程で素子を形成する領域に素子領域規定層を残留させる工程と、第4絶縁膜上および素子領域規定層上にエッチングマスク層となる第5絶縁膜を被覆する工程と、半導体層に分離溝を形成するために第5絶縁膜、第4絶縁膜、第3絶縁膜および第2絶縁膜のそれぞれを貫通する孔を開ける工程と、第1絶縁膜に到達する分離溝を半導体層に形成する工程と、第5絶縁膜を除去する工程と、素子領域規定層をマスクとして第3絶縁膜を除去する工程と、分離溝の側壁と第2絶縁膜露出部とに第6絶縁膜を形成するための工程と、分離溝を埋めるための充填層を堆積する工程と、分離溝に充填層を残留させる工程とを含む工程とする。
【0006】
この分離溝に充填層を残留させる工程の後に、充填層の表面を酸化する工程と、第3絶縁膜および第4絶縁膜とを除去する工程とを追加してもよい。
前記の半導体層が単結晶シリコンで形成され、第2絶縁膜および第4絶縁膜が酸化シリコン膜で形成され、第3絶縁膜が窒化シリコン膜で形成され、素子領域規定層および充填層が多結晶シリコンで形成されるとよい。
【0007】
この製造方法を採用することで、前記の半導体層のコーナー部は第6絶縁膜で確実に被覆でき、分離溝部での分離耐圧の低下を防止できる。
【0008】
【発明の実施の形態】
図1から図12まではこの発明の一実施例の製造方法で、工程順に示す。
支持基板1上に第1絶縁膜2を介して形成した半導体層3の主表面上にバッファ層となる第2絶縁膜4、半導体層を酸化から防ぐ耐酸化層となる第3絶縁膜5、エッチングストップ層となる第4絶縁膜6および素子形成の平面領域を規定する素子領域規定層7をそれぞれ積層する(図1)。この実施例においては支持基板1に単結晶シリコン板を用い、半導体層3は単結晶シリコンで10μmの厚みに形成され、第1絶縁膜2は酸化シリコンで2μmの厚さに形成され、第2絶縁膜4は酸化シリコンで35nmの厚さに形成され、第3絶縁膜5は窒化シリコンを減圧CVD法で0.12μmの厚さに堆積させて形成され、第4絶縁膜6は酸化シリコンを減圧CVD法で0.12μmの厚さに堆積させて形成され、素子領域規定層7は多結晶シリコンを減圧CVD法で0.3μmの厚さに堆積させて形成される。
【0009】
つぎにフォトレジストを用いたパターンニングおよびドライエッチングにより素子を形成する領域の半導体層3上の第4絶縁膜6表面に素子領域規定層7を残留させる(図2)。分離溝となるトレンチを形成する際のエッチングマスクとなる第5絶縁膜8(エッチマスク層)は減圧CVD法で1.5μmの酸化シリコンを堆積させて形成される(図3)。トレンチを形成する領域9aにフォトレジストを用いてパターンニングを施し、第5絶縁膜8および第4絶縁膜6、第3絶縁膜5および第2絶縁膜4をそれぞれリアクティブイオンエッチング法(RIE法)で開口する(図4)。このときの開口幅は2μm程度である。
【0010】
つぎに開口した第5絶縁膜8をマスクとして第1絶縁膜2に到達するトレンチ9をリアクティブイオンエッチング法により形成する(図5)。この第5絶縁膜8をフッ化水素酸水溶液またはドライエッチング法で除去する(図6)。このとき素子領域規定層7直下以外の第4絶縁膜6も除去する。
つぎに素子領域規定層7および第4絶縁膜6をマスクとして、130℃に加熱した熱燐酸溶液で第3絶縁膜5を除去し、素子形成領域にのみ第3絶縁膜5を残留させる。その後リアクティブイオンエッチング法により素子領域規定層7を除去する(図7)。このとき素子領域規定層7との選択性の低いドライエッチング条件を用い、第3絶縁膜5と素子領域規定層7の両者を同時に除去してもよい。このとき第3絶縁膜5の実質的なエッチングマスクは第4絶縁膜6として用いた酸化シリコン膜である。
【0011】
つぎに熱酸化法により第3絶縁膜5が除去された半導体層3に第6絶縁膜10を選択的に形成する(図8)。この第6絶縁膜10の膜厚は0.8〜1.0μmである。トレンチ9部の空隙を埋め込むため、充填層11を0.5〜1.0μm堆積する(図9)。充填層11には段差被覆性の優れた減圧CVD法による多結晶シリコンを用いた。つぎにフォトレジストを用いたパターンニングによりトレンチ9部とその上部にのみ充填層11を残留させ、他の領域に被着した充填層11を除去する(図10)。
【0012】
つぎに熱酸化法により前記残留の充填層11の上部を酸化し、第7絶縁膜12を形成する(図11)。最後に表面の第4絶縁膜6をフッ化水素酸水溶液またはドライエッチングにより除去し、さらに第3絶縁膜5をドライエッチング法で除去する(図12)。このとき第7絶縁膜12の表面層もエッチングされ薄くなる。
【0013】
以降は素子形成工程に従い、例えば高耐圧ICを構成する各要素素子および配線を形成する(図13)。同図では一例としてpチャネルMOSFET17とnチャネルMOSFET18が形成された図を示す。ゲート電極14上に層間絶縁膜13を被覆し、金属電極15をソース領域上に形成し、これらの表面を最終保護膜16で被覆する。図示されていないがドレイン電極は金属電極15(ソース電極)と同じ側に形成される。
【0014】
以上説明したように、この発明の製造方法では、第6絶縁膜10を選択的に形成するため、前記で説明した分離溝と隣接する半導体層のコーナー部40(図12の円内)が露出することはなく、必ず第6絶縁膜10で被覆されているため、分離耐圧は設計通りの700Vが得られた。尚、この第6絶縁膜10は半導体層3に形成される要素素子の活性領域以外の領域を被覆する絶縁膜(例えば層間絶縁膜など)としても利用できる。
【0015】
この実施例では誘電体分離基板を製造する工程と、各要素素子形成の不純物拡散工程とを分けているが、要素素子としての所望の拡散深さや表面濃度が得られるならば、分離溝であるトレンチ9を形成する前に、要素素子形成のための不純物をイオン注入する工程を入れてもよい。
【0016】
【発明の効果】
この発明において、分離溝であるトレンチ部の壁面とそれに隣接する半導体層のコーナー部に第6絶縁膜を選択酸化法で形成することで、コーナー部が確実に第6絶縁膜で被覆され、設計通りの分離耐圧を得ることができる。そのため、この製造方法で製作された誘電体分離基板を使用することで、高耐圧素子と低耐圧の制御回路を1チップに集積する場合でも必要とする機能が設計通りに得られ、半導体装置の高信頼化が図れる。また半導体装置の高耐圧化も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例の製造方法を示す工程図
【図2】図1に続く製造方法を示す工程図
【図3】図2に続く製造方法を示す工程図
【図4】図3に続く製造方法を示す工程図
【図5】図4に続く製造方法を示す工程図
【図6】図5に続く製造方法を示す工程図
【図7】図6に続く製造方法を示す工程図
【図8】図7に続く製造方法を示す工程図
【図9】図8に続く製造方法を示す工程図
【図10】図9に続く製造方法を示す工程図
【図11】図10に続く製造方法を示す工程図
【図12】図11に続く製造方法を示す工程図
【図13】要素素子を形成した要部断面図
【図14】従来の製造方法を示す工程図
【図15】図14に続く製造方法を示す工程図
【図16】図15に続く製造方法を示す工程図
【図17】図16に続く製造方法を示す工程図
【図18】図17に続く製造方法を示す工程図
【図19】図18に続く製造方法を示す工程図
【図20】図19に続く製造方法を示す工程図
【図21】従来の製造方法で半導体層のコーナー部が露出した図
【符号の説明】
1 支持基板
2 第1絶縁膜
3 半導体層
4 第2絶縁膜
5 第3絶縁膜
6 第4絶縁膜
7 素子領域規定層
8 第5絶縁膜
9 トレンチ
10 第6絶縁膜
11 充填層
12 第7絶縁膜
13 層間絶縁膜
14 ゲート電極
15 金属電極
16 最終保護膜
17 pチャネルMOSFET
18 nチャネルMOSFET
31 支持基板
32 第1絶縁膜
33 半導体層
34 エッチングマスク層
35 トレンチ
36 第8絶縁膜
37 充填層
40 半導体層のコーナー部

Claims (3)

  1. 支持基板上に第1絶縁膜および半導体層が積層され、該半導体層の主面にバッファ層となる第2絶縁膜、半導体層を酸化から防ぐ耐酸化層となる第3絶縁膜、エッチングストップ層となる第4絶縁膜および素子形成の平面領域を規定する素子領域規定層をそれぞれ積層する前工程と、後工程で素子を形成する領域に素子領域規定層を残留させる工程と、第4絶縁膜上および素子領域規定層上にエッチングマスク層となる第5絶縁膜を被覆する工程と、半導体層に分離溝を形成するために第5絶縁膜、第4絶縁膜、第3絶縁膜および第2絶縁膜のそれぞれを貫通する孔を開ける工程と、第1絶縁膜に到達する分離溝を半導体層に形成する工程と、第5絶縁膜を除去する工程と、素子領域規定層をマスクとして第3絶縁膜を除去する工程と、分離溝の側壁と第2絶縁膜露出部とに第6絶縁膜を形成するための工程と、分離溝を埋めるための充填層を堆積する工程と、分離溝に充填層を残留させる工程とを含むことを特徴とする誘電体分離基板の製造方法。
  2. 分離溝に充填層を残留させる工程の後に、充填層の表面を酸化する工程と、第3絶縁膜および第4絶縁膜とを除去する工程とを含む請求項1記載の誘電体分離基板の製造方法。
  3. 半導体層が単結晶シリコンで形成され、第2絶縁膜および第4絶縁膜が酸化シリコン膜で形成され、第3絶縁膜が窒化シリコン膜で形成され、素子領域規定層および充填層が多結晶シリコンで形成されることを特徴とする請求項1記載の誘電体分離基板の製造方法。
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