JPH03149836A - 張り合わせ基板を用いた半導体装置の製造方法 - Google Patents

張り合わせ基板を用いた半導体装置の製造方法

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JPH03149836A
JPH03149836A JP28940489A JP28940489A JPH03149836A JP H03149836 A JPH03149836 A JP H03149836A JP 28940489 A JP28940489 A JP 28940489A JP 28940489 A JP28940489 A JP 28940489A JP H03149836 A JPH03149836 A JP H03149836A
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JP
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groove
diffusion
substrate
semiconductor device
bonded
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Ken Meguro
目黒 謙
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は張り合わせ基板を用いた半導体装置の製造方法
に関し、特に、誘電体分離層を備えた半導体装置の製造
方法に関するものである。
〔従来の技術〕
従来から高耐圧素子の製造においては、耐圧が高く、寄
生容量も少なく、また活性領域の厚さも充分にとれるこ
とから、誘電体分離技術が用いられている。さらに近年
、ウェハー張り合わせ技術が開発されたことにより、高
精度かつ低コストの誘電体分jII集積#i路が製造可
能となった。
第3図を参照して、高耐圧縦型NPN型バイポーラトラ
ンジスタの製造方法を説明する。第3図(a)に示すよ
うに、2枚のシリコン基板1、 2− を用いる。基板
lは支持用基板であって、片面を鏡面研磨した後、酸化
膜1aが形成されている。
基板2は面方位(100)のシリコン単結晶N型基板で
あり、裏面に番よN°型拡散層2aが形成され、両面は
鏡面研磨した後酸化膜2b、2cが形成されている。
第3図(b)には、基板lと基板2とを張り合わせた複
合基板を示す、各基板1.2は洗浄を十分に行い、11
00°Cで2時間程度の熱処理を施すと容易に接着する
。接着後、研磨等を行なって基板の厚さを調節する。
次に、表面の酸化膜2cにエッチング用の窓明けを行な
う、窓5は、エッチングによって溝の先端が酸化膜2b
に到達するように、その幅が設定されている。第3図(
C)は、窓5により異方性エッチングが進行し、素子分
層用のV字形溝6が形成された状態を示す、異方性エッ
チングは、水酸化カリウム、プロパノール水溶液によっ
て行なわれ、溝が酸化膜2bに到達したときエッチング
を停止する。
 この溝6の内面上に酸化膜3aが形成された後、ポリ
シリコン層7を被覆する(第3図(d))。
その後表面を研磨して第3図(e)に示すように表面を
平坦化する。以上の工程により、基板上の溝6にのみ埋
設された誘電体たるポリシリコン分離層 フ aが残り
、これにより周囲から誘電体分離された島領域15が形
成される。次に第3図(f)に示すように、コレクタ直
列抵抗を低減するため;この島すli15の内にN0型
コレクタウォール拡散層8が他の素子領域より先に単独
で形成される。この拡散は、基板表面から深い領域にま
で到達させる必要があるため、−常1200〜1250
°Cの高温で1−10時間の熱処理を施す。
この後にP型ベース拡散層9.N0型エミッタ拡散層l
Oを順次形成する。最後に電極11,12゜13を形成
する。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記NPNバイポーラトランジスタにおいては、高い算
値電圧を得るために高抵抗のコレクタ層15aをベース
層9の下方に厚くとる必要がある。
しかし、このようにす番とコレクタの直列抵抗を却って
増加させるので、エミッタ・コレクタの飽和電圧が高く
なる。したがって高い降伏電圧を維持しながらコレクタ
の直列抵抗を低くするには、高濃度のコレクタウォール
拡散を深くまで行卒う必要がある。
このような深い拡散をするには、高温かつ長時間の熱処
理を要するが、この熱処理により、例えば、N埋込層の
不純物元素が上方に拡散して高抵抗のコレクタ層15a
の厚さを減少させ、耐圧が劣化したり、ポリシリコン分
離層7aと半導体基板との熱膨張率の違いに起因する熱
歪により素子内の欠陥を発生させ、接合リークを生じさ
せたりする。
したがって、従来の製造方法によれば、降伏電圧と直列
抵抗とが相互に連動してしまい、高耐圧且つ低飽和−圧
の実現には二律背反的に自ずと限界があった。
そこで、本発明は、上記問題点を解決するものであり、
その課題は、高温長時間の熱処理を施さずに、深い領域
に不純物を直接拡散させることにより、高い降伏電圧と
低い直列抵抗を同時に実現できる張り会わせ基板を用い
た半導体装置の製造方法を従供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記の課題を解決するために、張り合わせ界面の少なく
とも一部の領域に絶縁層を有する張り合わせ基板を用い
た半導体装置の製造方法において、本発明の講じた手段
は、その張り合わせに係る半導体基板の表面上に素子分
離用窓とこの窓よりも狭い幅の素子領域用窓とを備えた
エッチング用マスクを形成した後、異方性エッチングを
施して前記絶縁層に達する素子分離用溝とこの溝の深さ
に比べて浅い素子拡散用溝とを同時に形成し、該素子分
離用溝内に誘電体を埋設して誘電体分離層を設けてから
、該素子拡散用溝を介して不純物を半導体基板内の深い
領域に拡散させて、素子活性領域を形成するものである
また、素子活性領域を形成する工程は、素子拡散用溝を
介して前記不純物を半導体基板内の深い。
領域に拡散させた後、更に、−前記拡散用溝に同型不純
物を高濃度に含む物質を埋設し、しかる後この埋設物質
から不純物をさらにその周囲に拡散する。
その埋設物質を埋設する工程としては、高濃度に不純物
を含む塗布物を塗布した後、この塗布物が前記素子拡散
用溝内にのみ残るまで平、坦化処理を施す。
張り合わせに係る半導体基板を第1の導電型とすれば、
前記不純物はこれと同型の第1導電型不純物である場合
や逆型の第2導電型不純物である場合もある。
〔作用〕
上記の手段によれば、以下の作用が発揮される。
張り合わせ基板を用いているために、厚く均一性のよい
SOI構造を簡単に形成でき、また異方性エッチングを
用いているために、エッチングマスクの窓幅を調節する
ことにより予め設定した深さの素子拡散用溝を容易に得
ることができるが、この素子拡散用溝は素子分離用溝と
同時に形成されるため、新たに素子拡散用溝を形成する
単独工程を別途付加する必要がない、更に、誘電体分離
層の形成によって、寄生容量が少なく高耐圧の分離領域
が得られることは勿論であるが、予め掘られた素子拡散
用溝を介して不純物を拡散させることにより、より低温
短時間の熱処理でも拡散深さは浅いながら基板深部に高
濃度の拡散領域が形成される。したがって、高温長時間
の熱拡散工程を排除できるので、他の素子領域の濃度・
規模に悪影響を及ぼさずに済み、それ故、コレクタ直列
抵抗の低減、高耐圧等の素子特性を独立に制御すること
ができる。
また、拡散用溝内に不純物を埋設した場合には、他の領
域形成のための熱処理工程中において、埋設された物質
が不純物供給源として拡散が並列的に進行し、さらに高
濃度の深い拡散層が形成されると共に、この埋設不純物
自体が電極形成の下地に利用される。
更に、塗布法による不純物理設によれば、素子拡散用溝
の埋め込みが容易である。
〔実施例〕
次に、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
第1図に本発明の実施例を示す、本実施例においても従
来と同様な張り合わせ基板が用いられ、その支持用基板
lは少なくとも片面が鏡面研磨され、その上に酸化膜1
aが形成されている。一方、素子領域が形成されるべき
半導体基板2は、CZ法によって得られたシリコン単結
晶基板であり、面方位(100)、抵抗率10〜20Ω
1のものが用いられる。基板2は、その片面にアンチモ
ンを拡散して形成したシート抵抗が10〜30Ω/口で
、厚さ3〜5amのN埋込層2aと絶縁膜たる酸化膜2
bが形成されている。基板lと基板2は従来技術と同様
にして張り合わせ、半導体基板2を約20pmの厚さに
研磨した後、表面を厚さ0.5〜lpmの酸化膜2cで
被覆する。
次に、フォトリソグラフィ一等により、酸化膜2cにエ
ッチング用の窓明けを行なう(第1図(b))、このと
き、窓幅Aとエッチング溝の深さTとの関係式 7− −  t a nθ リ チングによって形成されるV字型溝の深さTとの関係を
示す、この実施例では、面方位(100)のシリコン単
結晶基板を水酸化カリウム・プロパノール水溶液でエッ
チングし、エッチング溝の側面と水平面との角度θは約
54.ブとした。
絶縁膜たる酸化膜2bは基板表面から約20amの深さ
にあるため、形成すべき素子分離用溝の先端が充分に酸
化膜2bまで達するように、素子分離窓5の幅は約40
#mとする。一方、素子領域用窓20の幅は約5#mと
する。
エッチングは、素子分離用溝6が酸化膜2bに達するま
で施される。素子分離用溝6が酸化膜2bに達すると、
酸化1!2b自体がエッチングストッパーとなる。素子
拡散用溝21は、上式の関係によって深さが定まり、約
4.pmの深さとなる。
エッチングが終了し、両溝が形成された状態を第1図(
C)に示す。
次に、溝6と溝21の内面を酸化膜3aで被覆し、その
上に誘電体分離のためのポリシリコン成長を行なう、そ
の後表面を研磨し、溝6.21にのみポリシリコンを残
し、第1図(d)に示すように、ポリシリコン分離層7
aを形成する。このようにして、島(アイソレイション
)領域16は周囲から完全に絶縁される。
次に、基板表面に再び酸化膜3bを被覆してその上に素
子拡散用溝21の直上に窓明けした選択エッチング用マ
スク22を形成した後、素子拡散用溝21内のポリシリ
コンをエッチング除去し、再び満21を開孔する(第1
図(e))。
開孔した素子拡散用溝21の内面からドナー不純物元業
をドープする。例えば、POCj!、ソースによる拡散
によってリンを高濃度にドーピングし、溝内面周囲にN
oコレクタウォール拡散層23を形成する(第1図(f
))。
−更に、第1図(g)に示すように、リン又はアンチモ
ンを高濃度に含有した塗布剤を基板表面に塗布し、エッ
チングにより溝21内にのみ塗布剤をし、これを溝埋込
層24とする。
この後、P型ベース拡散9を、Bイオン注入によりシー
ト祇抗150Ω/日程度、深さ3am程度になるように
施し、一次に、N°型エミッタ拡散lOを、シート抵抗
3〜5Ω/口、−深さ2am程度に施す、最後に電極1
1,12.13を形成する。これらの拡散工程や電極形
成工程中にも溝埋込層24を拡散源とするコレクタウォ
ール拡散が進行するので、最終的にはコレクタウォール
拡散層23は、シート祇抗30〜50Ω/口、深さ6〜
B#mになる。
このように、異方性エッチングによりエッチングマスク
の8幅を調節して、容易にエッチング溝の深さを設定す
ることができる。また、予め深さを設定した素子拡散用
溝21を素子分離用溝6と同時並列的に形成するから、
素子拡散用溝21のみを形成する単独工程が不要である
。さらに、この異方性エッチングのエッチング時間につ
いては、素子分離用溝6が絶縁層たる酸化膜2bに達す
るのに充分な時間を設定するだけでよく、素子拡散用溝
2Iの形成のためのみの時間設定は不要である。
また素子拡散用溝21の内面から直接にリンを拡散する
ため、低温短時間で深い部位にコレクタウォール拡散領
域を形成できる。したがって高温長時間の熱処理が原因
となるNo埋込112aの上方拡散や熱板の熱歪が生じ
に(い。
その上、リン又はアンチモンを高濃度に含む塗布剤を塗
布することにより、P型ベース拡散層よびN型エミッタ
拡散等の熱処理中にも、溝埋込層24を拡散源とする拡
散が好都合にも進むため、上記のコレクタウォール拡散
のみの熱処理時間をさらに短縮させることができる。
したがって、降伏電圧の低下その他の素子特性の悪化の
原因となる高温長時間の熱処理を行なわないので、降伏
電圧を高く維持することができ、同時に深いコレクタウ
ォールを形成できるので、コレクタ直列抵抗の低減を図
ることができる。
上記の実施例はNPNバイポーラトランジスタのコレク
タウォール拡散層への適用例であるが、例えば複数の素
子拡散用溝を複数異なった深さに形成し、ベース拡散や
エミッタ拡散に利用してもよい、また、素子拡散用溝に
塗布剤を塗布するかわりに、高濃度N型ポリシリコンを
成長させてもよい。さらに本発明は、他のパワー素子、
例えばパワーMOS F ET等の製造に用いることも
できる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明は、素子拡散用溝を異方性
エッチングにより素子分離用溝と同時に形成し、この素
子拡散用溝を介して不純物を拡散することに特徴を有す
るから、以下の効果を奏する。
■ 素子拡散用溝を介して不純物を拡散させることから
、拡散長を短くできるため、高濃度かつ深部拡散層を従
来よりも低温短時間の熱処理で形成できる。したがって
熱処理による高抵抗層への不純物拡散や熱歪による素子
特性の悪化を少なくすることができる。すなわち、熱処
理による悪影響を抑えながら基板表面側から深い領域に
高濃度領域を作り込むことができる。それ故、コレクタ
直列抵抗の低減や飽和電圧の低減を両立されることが可
能となる。
■ 素子拡散用溝は素子分離用溝の形成と同時に形成さ
れるため、素子拡散用溝を形成する工程を別途導入する
必要がないから、その分、工数の増加を抑制できる。
■ 素子拡散用溝を介して不純物を拡散した後、素子拡
散用溝内に高濃度に不純物を含む物質を埋設した場合に
は、他の領域のための熱処理工程中にもこれが拡散源と
なってさらに高濃度で深い拡散層が形成されると共に、
埋設不純物自体が電極形成の下地となる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)乃至(h)は本発明に係る実施例による縦
型NPNバイポーラトランジスタの製造方法を示す断面
図である。 第2図(a)、(b)は同実施例において用いる異方性
エッチングによる溝形状を示す断面図である。 第3図(a)71+至(f)は従来の張り合わせ基板を
用いた縦型NPNバイポーラトランジスタの製造方法を
示す断面図である。 〔符号の説明〕 l・・・支持用基板 la・・・酸化膜 2・・・半導体基板 2a・・・N埋込層 2b、2c・・・酸化膜 3a、3b・・・酸化膜 5・−・素子分離用窓 6・・・素子分離用溝 7・・・ポリシリコン層 7a・・・ポリシリコン分離層 8・・・N゜コレクタウォール拡散層 9・・・ベース拡散層 10−−・エミッタ拡散層 11.12.13・・・電極 15.1口−・・島領域 20−・・素子領域用窓 21・・・素子拡散用溝 22−・・選択エッチング用マスク 23・・・N9コレクタウォール拡散層2c酸化膜 、6 ご″″):′ニー1□ 第  1  図 (その1) (22選択エッチング用マ、、、21 、7a、2./
23°″9′”−JbttfI&1m第1図(その2) (′u 第2図 1         )    N         
1第  3  図 (その1》

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)張り合わせ界面の少なくとも一部の領域に絶縁層
    を有する張り合わせ基板を用いた半導体装置の製造方法
    において、 その張り合わせに係る半導体基板の表面上に素子分離用
    窓とこの窓よりも狭い幅の素子領域用窓とを備えたエッ
    チング用マスクを形成する工程と、次に、異方性エッチ
    ングを施して前記絶縁層に達する素子分離用溝とこの溝
    の深さに比べて浅い素子拡散用溝とを同時に形成する工
    程と、 該素子分離用溝内に誘電体を埋設して誘電体分離層を形
    成する工程と、 該素子拡散用溝を介して不純物を半導体基板内の深い領
    域に拡散させて、素子活性領域を形成する工程と、 を有することを特徴とする張り合わせ基板を用いた半導
    体装置の製造方法。
  2. (2)前記素子活性領域を形成する工程は、前記素子拡
    散用溝を介して前記不純物を半導体基板内の深い領域に
    拡散させた後、更に、前記素子拡散用溝に同型不純物元
    素を高濃度に含む物質を埋設し、しかる後、この埋設物
    質から不純物元素を更にその周囲に拡散させることを特
    徴とする請求項第1項に記載の張り合わせ基板を用いた
    半導体装置の製造方法。
  3. (3)前記埋設物質を埋設する工程は、高濃度に不純物
    を含む塗布物を塗布した後、この塗布物が前記素子拡散
    用溝内にのみ残るまで平坦化処理を施すことを特徴とす
    る請求項第2項に記載の張り合わせ基板を用いた半導体
    装置の製造方法。
  4. (4)前記張り合わせに係る半導体基板は第1の導電型
    であり、前記不純物は第1の導電型不純物であることを
    特徴とする請求項第1項から第3項までのいずれか1項
    に記載の張り合わせ基板を用いた半導体装置の製造方法
  5. (5)前記張り合わせに係る半導体基板は第1の導電型
    であり、前記不純物は第2の導電型不純物であることを
    特徴とする請求項第1項から第3項までのいずれか1項
    に記載の張り合わせ基板を用いた半導体装置の製造方法
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1993008596A1 (en) * 1991-10-14 1993-04-29 Nippondenso Co., Ltd. Method for fabrication of semiconductor device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO1993008596A1 (en) * 1991-10-14 1993-04-29 Nippondenso Co., Ltd. Method for fabrication of semiconductor device
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