JPH04280423A - 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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JPH04280423A
JPH04280423A JP4214591A JP4214591A JPH04280423A JP H04280423 A JPH04280423 A JP H04280423A JP 4214591 A JP4214591 A JP 4214591A JP 4214591 A JP4214591 A JP 4214591A JP H04280423 A JPH04280423 A JP H04280423A
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JP
Japan
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polycrystalline silicon
silicon layer
layer
doped
trench
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JP4214591A
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English (en)
Inventor
Tetsukazu Nishimura
哲一 西村
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は絶縁層を介して半導体基
板上に形成された半導体層を利用して製造されるSOI
(Silicon on Insulator) 構造
の半導体装置における前記半導体基板と半導体層の間の
電気的接続手段の形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】高速化, 低消費電力化, および, 
ラッチアップフリーのCMOSが可能であること等の利
点から,SOI構造の半導体装置の実用化が進められて
いるが, このための基板としては, 例えば熱酸化膜
が形成されたシリコンウエハを別のシリコンウエハと張
り合わせ, 一方のシリコンウエハを数μm 程度に薄
くしたもの, さらに, この薄くされたシリコン層上
に数μm 程度のシリコンをエピタキシャル成長させた
もの等が有望視されている。上記薄いシリコン層をトレ
ンチアイソレーション技術を用いて島状の領域に分離し
, 個々の島状シリコン領域に半導体装置を形成する。 この場合, シリコンウエハに所定の電位を印加するた
めの電極を,シリコン層側に設けるために, 下地のシ
リコンウエハとの電気的接続手段(基板コンタクト)が
必要となる。通常は, シリコン層および熱酸化膜を貫
通する溝を形成し,この中にシリコンウエハと同じ導電
型の多結晶シリコンを化学気相成長法により埋め込む方
法が採られる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら, 不純
物をドープした多結晶シリコンが上記溝内に充分に埋め
込まれない場合が生じてきた。これは, 低抵抗化する
ためには上記基板コンタクトの断面積が大きいことが望
ましいが, このために溝の開口面積を大きくすると,
多結晶シリコンの埋め込むために長時間を要し,かつ,
溝の周囲のシリコン層上に堆積する多結晶シリコン層の
厚さが必要以上に大きくなる等の問題がある。したがっ
て, 図4に示すように, 1〜1.5 μm 程度の
開口寸法を有する溝8を複数近接して形成するのである
が, このような開口寸法の溝8内部には, 不純物を
ドープした多結晶シリコン層9のカバレッジが充分でな
く, 空洞が生じた状態になる。その結果, 基板コン
タクトの抵抗が大きくなってしまう問題があった。
【0004】また,通常,溝8内の側壁面には熱酸化膜
(図示省略)が形成されるが,この熱酸化膜をエッチン
グ除去する際のサイドエッチングを利用して,隣接する
溝8間の熱酸化膜2を除去し, この熱酸化膜2が除去
された空間にも上記不純物がドープされた多結晶シリコ
ン層9を埋め込むことにより,シリコン層3とシリコン
ウエハ1との接触面積を大きくすることが目論見られて
いるが, 上述のような理由により,多結晶シリコン層
の埋め込みが極めて困難とされている。なお, 同図に
おいて,符号6は前記島状のシリコン層3を分離するた
めの分離溝である。
【0005】したがって本発明の目的は, 上記基板コ
ンタクト用の溝および溝間の熱酸化膜を除去した空間に
,不純物ドープした多結晶シリコンを埋め込むことを可
能とし,これにより低抵抗の基板コンタクトを有するS
OI 構造の半導体装置を製造可能とする方法を提供す
ることである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的は, 導電性を
有する半導体基板の一表面に絶縁層を介して半導体層を
形成したのち該半導体層および絶縁層を貫通して該基板
表面に達する溝を形成し, 該溝の内壁にノンドープの
第1の多結晶シリコン層を形成し, 該第1の多結晶シ
リコン層に所定の不純物を導入して該第1の多結晶シリ
コン層に所定の導電性を付与し, 該溝内にノンドープ
の第2の多結晶シリコン層を成長させて該溝を埋め込む
諸工程を含むことを特徴とする本発明に係る半導体装置
の製造方法, または, 導電性を有する半導体基板の
一表面に絶縁層を介して半導体層を形成したのち該半導
体層および絶縁層を貫通して該基板表面に達する溝を形
成し, 該溝の内壁に所定の不純物を導入し, 該溝内
にノンドープの多結晶シリコン層を成長させて該溝を埋
め込み, 該溝の内壁に導入した該不純物を該ノンドー
プの多結晶シリコン層中に拡散させて該多結晶シリコン
層に所定の導電性を付与する諸工程を含むことを特徴と
する本発明に係る半導体装置の製造方法, または, 
上記において, 前記溝を互いに近接させて複数形成し
, 近接した該溝間に残留する前記半導体層の直下の前
記絶縁層を除去する工程を含むことを特徴する本発明に
係る半導体装置の製造方法のいずれかによって達成され
る。
【0007】
【作用】不純物がドープされていない多結晶シリコンを
, 微細な開口面積を有する溝および溝間の隙間に化学
気相成長させる。不純物がドープされていない多結晶シ
リコン層はカバレッジが良好なため, 微細な開口面積
を有する溝内にも良好に成長する。次いで, この多結
晶シリコンに所定の不純物を気相拡散させることによっ
て低抵抗化した基板コンタクトを得ることができる。な
お, 多結晶シリコンの化学気相成長の前に, あらか
じめ溝の内壁に所定不純物を気相拡散させておいてもよ
い。
【0008】
【実施例】図1および図2は本発明の一実施例の工程説
明図であって,既掲の図面における部分と同じものは,
同一符号を付してある。
【0009】図1(a) を参照して,シリコンウエハ
1と,厚さ約0.5 〜1μm の熱酸化膜2を介して
シリコンウエハ1と張り合わせたシリコンウエハを研磨
して形成された厚さ3μm 程度のシリコン層3から成
るSOI 基板を準備する。但し, シリコン層3上に
は, 厚さ1〜1.5 μm 程度のシリコン層4がエ
ピタキシャル成長させてある。このSOI 基板に対し
て, 周知のLOCOS(Local Oxidati
on of Silicon) 技術を用いて分離酸化
膜5を形成し, 次いで, 分離酸化膜5を貫通して熱
酸化膜2に達する分離溝6を形成すると同時に, 基板
コンタクト領域に溝8を形成する。そして, 溝6およ
び8内に表出するシリコン層3および4の側面に熱酸化
膜7を形成する。なお, 溝8の幅と配列ピッチは, 
共に0.5 〜1.5 μm 程度である。
【0010】次いで, 周知のリソグラフ技術を用いて
, 同図(b) に示すように, 溝8の内壁面を覆っ
ている熱酸化膜2をエッチングして除去する。この場合
, 等方性のエッチング方法を用いる。その結果, サ
イドエッチングが生じ, 図示のように, 隣接する溝
8の底部を連絡する空洞が形成される。
【0011】次いで, 周知のCVD(化学気相成長)
 法を用いて, 図2(c) に示すように, ノンド
ープの多結晶シリコン層11を堆積する。多結晶シリコ
ン層11の厚さは, 溝8が埋め込まれない程度であれ
ばよく, 例えば0.2 〜0.5 μm とする。多
結晶シリコン層11はノンドープであるので, 溝8の
底部側面はもちろん, 熱酸化膜2がサイドエッチング
されて形成された空間の壁面にも容易に堆積する。
【0012】次いで, 多結晶シリコン層11に不純物
をドープする。この方法は,例えばシリコンウエハ1が
n型である場合には, 同図(d) に示すように, 
上記SOI 基板を,例えば三塩化燐(PCl3)雰囲
気中, 約 900℃で熱処理する。図において符号1
0を付した矢印は, 上記気相拡散による不純物の導入
を模式的に示す。上記気相拡散は, 多結晶シリコン層
11を成長させるためのCVD 装置に導入するガスを
不純物原料ガスに切り換えることによって行うことがで
きる。上記不純物導入を低温で行い,こののち拡散のた
めの熱処理を行ってもよい。
【0013】次いで, 再びCVD 法を用いて, ノ
ンドープの多結晶シリコンの成長を行い, 同図(e)
 に示すように, 溝8内部を多結晶シリコン層11に
よって埋め込む。 この場合に堆積する多結晶シリコンもノンドープである
から, 狭い空間の壁面にも容易に堆積し, 溝8内や
溝8間の空間は多結晶シリコン層11によって完全に埋
め込まれ, 空洞が残らない。
【0014】上記ののち, 導入された不純物を多結晶
シリコン層11中に拡散させるための熱処理を行う。こ
のようにして, 溝8内や溝8間の空間に埋め込まれた
多結晶シリコン層11によって, シリコンウエハ1と
シリコン層3および4とを接続する低抵抗の基板コンタ
クトが形成される。なお, 分離溝6内部も溝8内部と
同時に多結晶シリコン層11によって完全に埋め込まれ
る。
【0015】上記実施例においては, 多結晶シリコン
層11を成長させる期間を中断し,この間に気相からの
不純物10を導入する期間を設ける3段階の工程を採っ
たが, 溝8の内壁面の熱酸化膜7を選択除去したのち
, 該内壁面に不純物10を導入し, そののち多結晶
シリコン層11を成長させて溝8を完全に埋め込むとと
もに前記導入不純物10を多結晶シリコン層11に拡散
させる2段階の工程を採ってもよい。
【0016】図3は本発明を適用して作製されたSOI
 構造のバイポーラトランジスタの要部断面図であり,
 以下にNPN 型バイポーラトランジスタとして説明
する。シリコンウエハ1はシリコン層3とはn+型であ
り, シリコン層3上にエピタキシャル成長したシリコ
ン層4はn− 型である。分離酸化膜5を形成したのち
シリコン層4上に堆積された多結晶シリコン層をパター
ニングしてベース引き出し電極13が形成される。この
多結晶シリコン層は, 符号14で示すように, 基板
コンタクト形成領域上にも残される。符号15は, ベ
ース引き出し電極13を構成する領域の多結晶シリコン
層に選択的に注入した不純物が拡散して形成されたp+
 型の外部ベース領域である。一方, 多結晶シリコン
層14には, シリコンウエハ1と同じ導電型, すな
わち,n型不純物が選択的に注入され, これによりシ
リコン層4にn+ 型の拡散領域16が形成される。な
お, ベース引き出し電極13のパターニングを行った
のち, ベース引き出し電極13の開口部からp型不純
物を注入してp− 型のベース領域(図示省略)が形成
されている。
【0017】次に層間絶縁層18を形成し, これに所
定の開口を形成したのち, ベース電極21, エミッ
タ電極22, コレクタ電極23, および, 基板電
極24を形成する。これらの電極は例えば同一のアルミ
ニウム層をパターニングして形成される。なお, 符号
26および27は, それぞれ, エミッタ領域12お
よびコレクタコンタクト領域17を形成するためのn+
 型不純物拡散源となる多結晶シリコン層である。
【0018】上記のようにして, 分離溝6によって分
離されたSOI 構造のバイポーラトランジスタが形成
されるのであるが, このSOI 基板を構成するシリ
コンウエハ1は,前記溝8内に埋め込まれた多結晶シリ
コン層11を通じて基板電極24に接続され,他の電極
21〜23等と同一側に取り出し可能となる。なお, 
上記においては,NPN型のバイポーラトランジスタを
形成する例を示したが, シリコン層3および4をp型
とするPNP 型のバイポーラトランジスタを形成する
ことも可能であることは言うまでもない。また, バイ
CMOS集積回路を作製するために, 分離溝6による
分離された一部の領域にCMOSトランジスタを形成可
能であることも言うまでもない。さらに, 上記におい
ては, シリコンウエハ1がn型である場合を示したが
, トランジスタの型に無関係にシリコンウエハ1の導
電型を選ぶことができる。要は,前記のように, 溝8
内を埋め込む多結晶シリコン層にドープする不純物をシ
リコンウエハ1の導電型と同一に選択することが必要な
のである。
【0019】
【発明の効果】本発明によれば, 不純物をドープされ
た多結晶シリコンを開口面積の小さな溝内に埋め込みこ
とができ,SOI構造の半導体装置における低抵抗の基
板コンタクトを容易に形成可能となり,SOI構造の採
用による高速, 低消費電力, 耐ラッチアップ特性等
の長所を備えた半導体集積回路の実用化を促進する効果
がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】  本発明の一実施例の工程説明図(その1)
【図2】  本発明の一実施例の工程説明図(その2)
【図3】  本発明を適用したSOI 構造のバイポー
ラトランジスタの要部断面図
【図4】  従来の問題点説明図
【符号の説明】
1  シリコンウエハ               
         13  ベース引き出し電極 2,7  熱酸化膜                
          15  外部ベース領域 3,4  シリコン層               
         16  拡散領域 5  分離酸化膜                 
           17  コレクタコンタクト領
域 6  分離溝                   
             18  層間絶縁層 8  溝                     
               21  ベース電極 9, 11, 14, 26, 27  多結晶シリコ
ン層      22 エミッタ電極 10  気相拡散不純物              
          23  コレクタ電極 12  エミッタ領域               
           24  基板電極

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  導電性を有する半導体基板の一表面に
    絶縁層を介して半導体層を形成したのち該半導体層およ
    び絶縁層を貫通して該基板表面に達する溝を形成する工
    程と,該溝の内壁にノンドープの第1の多結晶シリコン
    層を形成する工程と,該第1の多結晶シリコン層に所定
    の不純物を導入して該第1の多結晶シリコン層に所定の
    導電性を付与する工程と,該溝内にノンドープの第2の
    多結晶シリコン層を成長させて該溝を埋め込む工程とを
    含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】  前記溝内壁に形成されている酸化膜を
    前記ノンドープの第1の多結晶シリコン層の形成前に除
    去することを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製
    造方法。
  3. 【請求項3】  導電性を有する半導体基板の一表面に
    絶縁層を介して半導体層を形成したのち該半導体層およ
    び絶縁層を貫通して該基板表面に達する溝を形成する工
    程と,該溝の内壁に所定の不純物を導入する工程と,該
    溝内にノンドープの多結晶シリコン層を成長させて該溝
    を埋め込む工程と,該溝の内壁に導入した該不純物を該
    ノンドープの多結晶シリコン層中に拡散させて該多結晶
    シリコン層に所定の導電性を付与する工程とを含むこと
    を特徴とする半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】  前記溝の内壁に形成されている酸化膜
    を前記溝の内壁に所定の前記不純物を導入する前に除去
    することを特徴とする請求項3記載の半導体装置の製造
    方法。
  5. 【請求項5】  前記溝を互いに近接させて複数形成す
    る工程と,近接した該溝間に残留する前記半導体層の直
    下の前記絶縁層を除去する工程とを含むことを特徴する
    請求項1乃至4記載の半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項6】  前記不純物の導入は気相拡散法によっ
    て行うことを特徴とする請求項1乃至5記載の半導体装
    置の製造方法。
JP4214591A 1991-03-08 1991-03-08 半導体装置の製造方法 Withdrawn JPH04280423A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2031652A2 (de) * 2007-08-31 2009-03-04 ATMEL Germany GmbH Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung, Verwendung und Halbleiteranordnung
JP2012175061A (ja) * 2011-02-24 2012-09-10 Rohm Co Ltd 半導体装置およびその製造方法

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