JPH04188648A

JPH04188648A - 誘電体分離基板の製造方法

Info

Publication number: JPH04188648A
Application number: JP31508190A
Authority: JP
Inventors: Makoto Imura; 誠井村; Kenji Kusakabe; 日下部　兼治
Original assignee: Mitsubishi Materials Silicon Corp; Mitsubishi Electric Corp; Mitsubishi Materials Corp; Japan Silicon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Materials Silicon Corp; Mitsubishi Electric Corp; Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1990-11-19
Filing date: 1990-11-19
Publication date: 1992-07-07

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］この発明は、誘電体分離基板の製造方法に関し、さらに
詳しくは、半導体集積回路装置などに適用される誘電体
分離基板の製造方法に係るものである。

〔従来の技術〕

従来のこの種の誘電体分離基板の製造方法として、こ＼
では、特開昭６３−１４４４９号公報に開示されている
半導体基板の製造方法を工程順に表わしたそれぞれの断
面構成を第４図（ａ）ないしくｆ）に示す。

すなわち、この第４図に示す従来の製造方法においては
、まず、　（１００１面を有する一方のｐ型車結晶シリ
コン基板１を熱酸化処理して当該ｐ型車結晶シリコン基
板ｌの第１．第２の各主面上にそれぞれ酸化膜２ａ、　
２ｂを形成し、かつ第１の主面での最終的に素子分離領
域部分に対応される酸化膜２８の該当部分を、写真製版
法、およびエツチング技術によって選択的にバターニン
グ開口させ、同素子分離領域対応部分の各主面部をそれ
ぞれに露出させる（第４図（ａ））。

ついで、前記バターニング成形によって残された各酸化
膜２ａをエツチングマスクに用い、アルカリ系エツチン
グ液により、当該露出された各主面部のシリコンを選択
的に異方性エツチングして断面Ｖ溝形状のＶ溝部３をそ
れぞれに形成させ（同図（ｂ））、かつこれらの各酸化
膜２ａ、　２ｂを一旦、除去した後、改めて、各Ｖ溝部
３を含むｐ型車結晶シリコン基板１を再度、熱酸化処理
することで、その表面部に各酸化膜４ａ、　４ｂをそれ
ぞれに形成させると共に、第１の主面側の酸化膜４ａ上
にあっては、ＣＶＤ　（化学気相成長）法により、当該
酸化膜４ａを形成させた各Ｖ溝部３が完全に埋め込まれ
るまで、数ｌＯμｍ　％　１００μｍ程度の厚さに多結
晶シリコン層５を堆積させ（同図（Ｃ））だ上で、さら
に、この多結晶シリコン層５を研削し、かつ研磨して高
精度に平滑化された鏡面を形成する（同図（ｄ））。

また次に、前記一方のｐ型車結晶シリコン基板１に重ね
合わせる他方の（１００）シリコン基板１ａを用意して
、当該ｐ型車結晶シリコン基板１ａの重ね合わせ面につ
いては、こ１でも、高精度に平滑化された研磨面に形成
させておき、かつこれらの２つのｐ型車結晶シリコン基
板１．　ｌａを洗浄し、かつ親水性化処理して乾燥させ
た後、それぞれの各研磨面を相互に重ね合わせた状態で
加圧、加熱し、１０００℃〜１２００℃程度で熱処理す
ることにより、これらの両者を完全に貼り合わせ結合さ
せる（同図（ｅ））。

その後、前記ｐ型車結晶シリコン基板ｌａ側を所要部該
当の研削位置６まで、また、ｐ型車結晶シリコン基板１
を同様に所要部該当の研削位置７までそれぞれに研削し
、続いて、これを反転させた状態で、当該ｐ型車結晶シ
リコン基板１側での研削位置７を前記各■溝部３の先端
部に該当する多結晶シリコン層５が一部露出されるまで
高精度に研磨することにより、こＳでは、前記酸化膜４
ａに対応する素子間分離絶縁膜によって完全に周囲と分
離されたｐ型車結晶シリコンからなるランド部８をそれ
ぞれに形成させるもので（同図（ｆ））、このようにし
て所期通りの半導体基板、ひいては、この場合１所要の
誘電体分離基板を製造するのである。

なお、第４図（ｆ＋の工程図中、　１９は前記各処理後
のｐ型車結晶シリコン基板１ａに該当する所要の基板部
である。

しかして、前記構成の誘電体分離基板上におけるｐ型車
結晶シリコンの各ランド部８は、酸化膜４ａによって基
板部１９．ならびに他の隣接する各ランド部８とは相互
に絶縁分離されており、こ５では、例えば、該当する１
つのランド部８内に高耐圧トランジスタを形成させ、か
つその周囲の隣接する各ランド部８内に低耐圧トランジ
スタを形成させた場合にあっても、当該高耐圧トランジ
スタによって周囲の低耐圧トランジスタを破壊するよう
な惧れはなく、また一方で、ラッチアップフリーとなる
。

〔発明が解決しようとする課題ｊしかしながら、前記の各工程を経て形成される従来の誘
電体分離基板の製造方法においては、酸化膜２ａをマス
クに用いて、ｐ型車結晶シリコン基板１をアルカリ系エ
ツチング液により異方性エツチング処理して素子分離用
の各断面Ｖ溝部３を形成し、かつマスクの除去後、改め
て全面に酸化膜４ａを形成するようにしているために、
当該各■溝部３と酸化膜２ａとの間に１２５．３”の稜
角部、すなわち、エツジ部１０が形成されることになる
ものであり、この上に再度、酸化膜４ａを形成すると、
当該エツジ部１０に対して、ｐ型車結晶シリコン基板１
と酸化膜４ａとの間に生じた膨張係数の差による内部応
力が集中して、第５図に示されているように、６０°転
位列２０が発生することになる。

そしてまた、これらの転位列２０に沿ってｎ“層１８が
形成されていると、ドナーが増速拡散されてしまい、実
質的に、ランド部８の有効深さが浅くなったのと同じに
なるほか、当該ランド部８の表面に作成されるデバイス
の位置にまで、この６０°転位列２０が達して、ニーで
も、これがリーク電流の原因になるという問題点があっ
た。

この発明は、従来のこのような問題点を解消するために
なされたもので、その目的とするところは、単結晶シリ
コン基板と酸化膜との間に生ずる膨張係数の差による応
力が、アルカリ系エツチング液を用いた異方性エツチン
グで形成されるＶ溝部でのエツジ部に集中するのを防止
し得るようにした。この種の誘電体分離基板の製造方法
を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的を達成するために、この発明に係る誘電体分離
基板の製造方法は、異方性エツチング処理によって単結
晶シリコン基板の表面に形成された素子分離用の溝部を
、等方性エツチング処理することで、当該溝部のエツジ
部をなだらかな円弧面に形成させ、溝部のエツジ部に集
中される内部応力を、当該円弧面の形成により分散させ
得るようにしたものである。

すなわち、この発明は、第１の単結晶シリコン基板の表
面に、異方性エツチング処理によって素子分離用の溝部
を形成させる工程と、当該溝部のエツジ部を等方性エツ
チング処理によりなだらかな円弧面に形成する工程と、
前記溝部を含む基板面に酸化膜を形成させた後、多結晶
シリコン層で埋め込むと共に、当該多結晶シリコン層の
表面を研磨して平坦化させる工程と、第２の単結晶シリ
コン基板を用い、当該第２の単結晶シリコン基板の平坦
化された表面を、前記第１の単結晶シリコン基板の平坦
化された表面に貼り合わせ接合する工程と、前記第１の
単結晶シリコン基板側を前記溝部が露出するまで研磨し
て、前記酸化膜によって分離されたランド部を形成する
工程とを少なくとも含むことを特徴とする誘電体分離基
板の製造方法である。

〔作　　　用〕

従って、この発明に係る誘電体分離基板の製造方法では
、異方炸エツチング処理によって単結晶シリコン基板の
表面に形成された素子分離用の溝部を、等方性エツチン
グ処理によって当該溝部でのエツジ部をなだらかな円弧
面に形成させるようにしたので、溝部のエツジ部に集中
されていた内部応力を、当該円弧面の形成によって分散
させることができ、最終的に得るランド部での素子形成
領域内に、応力集中によって生ずる転位を有効に防止し
得るのである。

〔実　施　例］以下、この発明に係る誘電体分離基板の製造方法の実施
例につき、第１図ないし第３図を参照して詳細に説明す
る。

第１図（ａ）ないしくｆ）はこの発明の一実施例を適用
した誘電体分離基板の製造方法の主要な工程を順次模式
的に示すそれぞれに断面図であり、また、第２図は同上
誘電体分離基板に対するデバイス構造の適用例の概要を
模式的に示す断面図、第３図は同上単結晶シリコン基板
への素子間分離用のＶ溝部の形成態様を模式的に示す断
面説明図である。

これらの第１図ないし第３図の実施例各図において、前
記第４図および第５図従来例と同一符号は同一または相
当部分を表わしている。

すなわち、第１図に示すこの発明の一実施例方法におい
ては、まず最初に、　（１００１面を有する一方のｐ型
車結晶シリコン基板１の表面を、希弗酸（例えば、弗酸
：純水＝ｌ　：　１）によってエツチング処理すること
で、同基板表面の自然酸化膜を薄＜（１０Å以下）させ
た後、当該ｐ型車結晶シリコン基板１の第１．第２の各
主面上にあって、ＣＶＤ（化学気相成長）法により、ア
ルカリ系エツチング液によっては酸化膜よりもエツチン
グされ難いシリコン窒化膜９ａ、　９ｂをそれぞれに形
成させ、かつ第１の主面での最終的に素子分離領域部分
に対応される一方の窒化膜９ａの該当部分を、写真製版
法、およびエツチング技術により、選択的にパターニン
グ開口させて、同素子分離領域対応部分の各主面部をそ
れぞれに露出させる（第１図（ａ））。

ついで、前記バターニング成形で残された各窒化膜９ａ
をエツチングマスクに用いて、アルカリ系（ＫＯＨ，Ｎ
ａＯＨなど）のエツチング液９例えば、ＫＯＨ２０％（
重量）により、当該露出された各主面部のシリコンを選
択的に異方性エツチング処理して、各Ｖ溝部３をそれぞ
れに形成させる。このとき、窒化膜９ａと■溝部３との
間には、前記従来例方法の場合と全く同様にして、１２
５．３°のエツジ部ＩＱが形成されることになるのであ
り、これは、　＜ｉｔｉ＞方向のエツチングレートが、
　＜１００＞方向のエツチングレートよりも遅いことに
起因する（同図（ｂ））。

続いて、これらの各窒化膜９ａ、　９ｂを一旦、除去す
ると共に、希弗酸により表面を洗浄してアルカリ性を中
和した後、当該表面に対して、弗酸、硝酸、酢酸、それ
に純水の混合液（例えば、弗酸：硝酸：酢酸：純水＝１
：６：２：１）を用いた等方性エツチング処理を施すこ
とにより、第３図に示されているように、前記ＫＯＨ液
による異方性エツチングで形成されたＶ溝部３でのエツ
ジ部ｌＯをもった断面Ｖ型形状のものが、こ＼での等方
性エツチング処理により、当該Ｖ溝深さ１５のお＼よそ
５％以上、２０％以下の寸法範囲１６に亘って、溝表面
位置１２から同位置１３まで掘り込まれると共に、前記
エツジ部１０がなだらかな円弧面１１に形成されること
になる（同図（Ｃ））。

そして、このときの等方性エツチング処理は、前工程で
マスクに用いた窒化膜９ａを一旦、必ず除去した後に行
なうのが、該当エツジ部１０をなだらかな円弧面１１に
する上で好ましい。一方、■溝深さ１５の２０％を越え
てエツチングすると、当該断面Ｖ溝形状が曲線１４に示
すように形成されてしまい、結果的に、ランド厚さのバ
ラツキが大きくなるために好ましくない。

また、こ＼での等方性エツチング処理によって得られる
各Ｖ溝部１２（もしくは１３）での断面■溝形状の特長
とするところは、窒化膜９ａのマスクを除去した（１０
０）面と、当該■溝部１２の（１１１）面との交線が、
第３図に示す断面形状に形成されることである。すなわ
ち、同図の断面で、半径１７が、Ｖ溝深さ１５の１０％
以上、７０％以下の円弧面１１でつながった形状を呈す
る点である。

次に、前記等方性エツチング処理後、前記ｐ型車結晶シ
リコン基板ｌの各Ｖ溝部１２をもつ表面側からｎ型不純
物を高濃度に拡散させて、該当表面部にｎ゛暦１８を形
成させた後、改めて再度、絶縁分離用の各酸化膜４ａ、
　４ｂを０．５μｍ〜３，０μＩ程度の厚さでそれぞれ
に形成させる（同図（ｄ））。

また、第１の主面側、つまり、各Ｖ溝部１２を有する主
面対応側での酸化膜４ａ上にあって、ＣＶＤ法により、
当該酸化膜４ａを形成させた各Ｖ溝部１２が完全に埋め
込まれるまで、多結晶シリコン層５を溝深さにプラス５
μｌＩ〜５０ｕｍ程度の厚さに堆積させる（同図（ｅ）
）。

続いて、前記多結晶シリコン層５の表面凹凸を平坦化さ
せるために、研削かつ研磨することで高精度な［Ｔ　Ｔ
　Ｖ　（Ｔｏｔａｌ　Ｔｈ１ｃｋｎｅｓｓ　Ｖａｒｉａ
ｔｆｏｎ　）≦２μ鳳〕面に仕上げ、かつ洗浄してパー
ティクルを除去する。そして、この除去面にっては、親
水性面になるように洗浄し、また、このように処理され
た一方のｐ型車結晶シリコン基板１に対して、同様に、
高平滑化、平坦度で、かつパーティクルフリーな親水性
面をもつ他方の　（１００）シリコン基板１９を用意し
て重ね合わせ、ついで、９００℃〜１２５０℃程度の温
度で熱処理を行なうことによって、こぎでは、脱水縮合
反応、貼り合わせ界面から、多結晶シリコン層５．シリ
コン基板１９へ格下間酸素の拡散が生じて、これらの多
結晶シリコン層５とシリコン基板１９とが直接、接合さ
れる。

その後、これを反転させた状態で、前記単結晶シリコン
基板Ｉ側から各Ｖ溝部１２の先端に該当する多結晶シリ
コン層５が一部露出されるまで、高精度に研削かつ研磨
して、こ＼では、前記酸化膜４ａ対応の素子間分離絶縁
膜で完全に分離されるところの、単結晶シリコン基板１
からなる各ランド部８をそれぞれに形成させることがで
きるもので（同図（ｆ））、このようにして所期通りの
半導体基板、ひいては、この場合、誘電体分離基板を得
るのである。

しかして、前記のようにして製造された誘電体分離基板
を用い、第２図に示されているように、ランド部８内に
あって、２重拡散のうちのｐ型拡散層２４．およびｎ°
型型数散層２５２６と、多結晶シリコンゲート２２とを
それぞれに形成させ、かつこれらの各Ａβ配線２２．２
３を施すことにより、こ＼では、横型ＤＭＯ３構造を構
成させ得るもので５このように構成された横型ＤＭＯ３
においては、前記した従来例の場合とは全く異なって、
ランド部８の底部からの６Ｃ３転位などが発生せず、高
耐圧特性の構成が得られるのである。

すなわち、この実施例の誘電体分離基板では、前記第１
図（Ｃ）工程においてＶ溝のエツジ該当部をなめらかな
円弧状に形成させているので、同第１図（ｄ）工程で表
面酸化膜を形成しても、従来のような６Ｃ３転位を発生
することがない。これは。

素子分離用酸化膜４ａの形成に際して、単結晶シリコン
基板ｌとの間で熱膨張係数差によって生ずる応力の集中
部分としての、従来のエツジ部１０が、円弧面１１にさ
れていて応力分散がなされるためである。

そして、従来の場合、前記素子分離用酸化膜４ａの形成
後、多結晶シリコン層５の堆積で、より一層の応力が発
生してエツジ部ｌＯでの６Ｃ３転位が、さらに大きく成
長してしまい、ランド部８に対して、例えば、横型ＤＭ
Ｏ３を構成させたときの耐圧が設計値通りに得られない
ものであったが、この実施例でのように、■溝部のエツ
ジ部をして、弗酸、硝酸系の等方性エツチングにより、
なめらかな円弧面１１にすることで、製造時に発生する
応力の分散が可能になって６Ｃ３転位が解消され、ラン
ド部８に横型ＤＭＯＳを構成させた場合でも、その耐圧
特性を容易に確保し得るのである。

なお、前記実施例においては、等方性エツチング溶液で
の混合比を、弗酸：硝酸：酢酸：純水＝１：６：２：ｌ
としているが、この混合比は、例えば、１：５：２：２
．または、１：６：３：０であってもよい。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、この発明によれば、第１の単結晶
シリコン基板の表面に、異方性エツチング処理によって
素子分離用の溝部を形成させた上で、当該溝部のエツジ
部を等方性エツチング処理によりなだらかな円弧面に形
成させ、また、溝部を含む基板面に酸化膜を形成させる
と共に、多結晶シリコン層により埋め込んだ後、その表
面を研磨して平坦化させておき、さらに、第２の単結晶
シリコン基板の平坦化された表面を、第１の単結晶シリ
コン基板の平坦化された表面に貼り合わせ接合し、かつ
第１の単結晶シリコン基板側を溝部が露出するまで研磨
して、酸化膜によって分離されたランド部を形成するよ
うにしたので、従来の場合、溝部のエツジ部に集中され
ていた内部応力を、当該円弧面の形成により分散させる
ことができて、ランド部での素子形成領域内に生ずる転
位を有効に防止し得るもので、結果的に、当該素子形成
領域内に設けられる素子構造の耐圧性保持が可能になり
、装置構成の信頼性を格段に向上させることができ、し
かも、方法自体が極めて簡単で容易に実施できるなどの
優れた特長を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）ないしくｆ）はこの発明の一実施例を適用
した誘電体分離基板の製造方法の主要な工程を順次模式
的に示すそれぞれに断面図、第２図は同上誘電体分離基
板に対するデバイス構造の適用例の概要を模式的に示す
断面図、第３図は同上単結晶シリコン基板への素子間分
離用のＶ溝部の形成態様を模式的に示す断面説明図であ
り、また、第４図（ａ）ないしくｆ）は従来例による誘
電体分離基板の製造方法の主要な工程を順次模式的に示
すそれぞれに断面図、第５１！Ｉは同上素子間分離用の
Ｖ溝部における６０°転位列の発生態様を模式的に示す
断面説明図である。１・・・・ｐ型車結晶シリコン基板、３・・・・エツジ部をもつＶ溝部、４ａ、　４ｂ・・・・絶縁分離用酸化膜、５・・・・多
結晶シリコン層、８・・・・ランド部、９ａ、　９ｂ・・・・シリコン窒化膜、ＩＯ・・・・エ
ツジ部、１．１・・・・なだらかな円弧面、１２、１３・・・・エツジ部をなだらかな円弧面にした
Ｖ溝部、ｌ５・・・・Ｖ溝深さ、１６・・・・等方性エツチングによるエツチング深さ、１７・・・・円弧面の半径、１８・・・・ｎ゛拡散層、
１９・・・・シリコン基板、２１．２３・・・・ＡＪ２
配線、２２・・・・多結晶シリコンゲート、２４・・・・ｐ型拡散層、　２５．２６・・・・ｎ゛拡
散層。代理人　　大　　岩　　増　　雄第１図（０）１　　ｐ〜１噴１否島シリコ〉暮報９ａ、９ｂ　　シ１１コ＞９化順第　１　図（ｂ）３　工・ｌシ’−ｗｃ）を毛つＶ淳（や１０、慎ヅジ゛
智第１図（ｄ）第　１　図（ｅ）５：多Ｐ″轟シリコン層８：″７ンｙ＠１９、し１１−３ンｔギ（ｈ　　　　　　　　　　　■ 第３図第４図（ａ）第　４　図（ｂ）第４図（ｃ）第４図（ｄ）第４図（ｅ）第５図

Claims

【特許請求の範囲】第１の単結晶シリコン基板の表面に、異方性エッチング
処理によって素子分離用の溝部を形成させる工程と、当該溝部のエッジ部を等方性エッチング処理によりなだ
らかな円弧面に形成する工程と、前記溝部を含むシリコン基板面に酸化膜を形成させた後
、多結晶シリコン層で埋め込むと共に、当該多結晶シリ
コン層の表面を研磨して平坦化させる工程と、第２の単結晶シリコン基板を用い、当該第２の単結晶シ
リコン基板の平坦化された表面を、前記第１の単結晶シ
リコン基板の平坦化された表面に貼り合わせ接合する工
程と、前記第１の単結晶シリコン基板側を前記溝部が露出する
まで研磨して、前記酸化膜によって分離されたランド部
を形成する工程とを、少なくとも含むことを特徴とする誘電体分離基板の製造
方法。