JPH06334027A - Manufacture of semiconductor substrate with dielectric isolation structure - Google Patents

Manufacture of semiconductor substrate with dielectric isolation structure

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JPH06334027A
JPH06334027A JP12178493A JP12178493A JPH06334027A JP H06334027 A JPH06334027 A JP H06334027A JP 12178493 A JP12178493 A JP 12178493A JP 12178493 A JP12178493 A JP 12178493A JP H06334027 A JPH06334027 A JP H06334027A
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substrate
polysilicon
oxide film
silicon oxide
manufacturing
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Kazuo Matsuzaki
一夫 松崎
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Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To provide a method of manufacturing a dielectric isolation substrate, in which polysilicon deposition on the surface region of the substrate is suppressed at the time of filling isolation grooves with polysilicon and a high- level surface flatness hardly requiring planarization by etch back, etc., is obtained. CONSTITUTION:In a dielectric isolation substrate in which isolation grooves 6 surrounding element regions 9 are etched after a silicon oxide film 5 is formed as an etching mask layer on the surface of a silicon substrate 1 and the grooves are filled with polysilicon by CVD method after an oxide film 7 is formed on the inner side faces of the isolation grooves, a phosphorus-doped polysilicon layer 10 for hindering the deposition of a polysilicon is previously formed on the surface region of the substrate other than the isolation grooves prior to filling the grooves with polysilicon. Thus, polysilicon 12 deposited on the substrate surface region other than the isolation grooves is suppressed at the time of filling the grooves.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、モノリシックIC回路
などに適用する誘電体分離構造を備えた半導体基板の製
造に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to manufacturing of a semiconductor substrate having a dielectric isolation structure applied to a monolithic IC circuit or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】一枚の半導体基板上に複数の能動素子,
受動素子が集積して形成されているモノリシックIC回
路では、素子領域(アイランド)の相互間を分離するた
めの技術として、PN接合分離法のほかに溝充填分離
法,誘電体分離法などの各種分離法が知られており、特
に誘電体分離法はPN接合分離法と比べて、極めて小さ
な分離容量と大きな分離耐圧,ラッチアップ防止効果,
および高集積密度化が得られることから多く採用されて
いる。
2. Description of the Related Art A plurality of active elements on one semiconductor substrate,
In a monolithic IC circuit formed by integrating passive elements, various techniques such as a groove filling isolation method and a dielectric isolation method are used as techniques for isolating element regions (islands) from each other. Isolation methods are known. In particular, the dielectric isolation method has an extremely small isolation capacitance, a large isolation withstand voltage, and a latch-up prevention effect, as compared with the PN junction isolation method.
It is often used because of its high integration density.

【0003】また、誘電体分離構造を備えた半導体基板
(以下「誘電体分離基板」と呼称する)として、シリコ
ン酸化膜を介して二枚のシリコン基板を張り合わせて形
成したSOI(Silicon on Insulator) ウェハに対し、
その片面に素子領域の周囲を囲んで前記シリコン酸化膜
に達する分離溝をトレンチエッチングにより形成すると
ともに、該分離溝の溝内側面に酸化膜を形成した後に、
CVD法により分離溝内にポリシリコン(多結晶シリコ
ン)を埋め込み、さらに基板表面に堆積したポリシリコ
ンをエッチバック,研磨などにより除去し、基板全体を
平坦化して製造したのものが知られている。
As a semiconductor substrate having a dielectric isolation structure (hereinafter referred to as "dielectric isolation substrate"), an SOI (Silicon on Insulator) formed by bonding two silicon substrates with a silicon oxide film interposed therebetween. For wafer
A trench is formed on one surface of the trench to surround the periphery of the element region and reach the silicon oxide film, and an oxide film is formed on the trench inner side surface of the trench.
It is known that the isolation groove is filled with polysilicon (polycrystalline silicon) by the CVD method, and the polysilicon deposited on the surface of the substrate is removed by etching back, polishing, etc., and the entire substrate is flattened. .

【0004】次に、前記誘電体分離基板の一般的な製造
方法を図3(a)〜(e)により説明する。図3(a)
において、1は半導体素子を作り込む単結晶シリコン基
板、2は支持基板としてのシリコン基板、3はシリコン
基板1と2の間に埋めこまれたシリコン酸化膜(SI
2 ) である。まず、シリコン基板1に対し熱酸化によ
り裏面側にシリコン酸化膜3を形成する。続いてシリコ
ン酸化膜3を介してシリコン基板1に支持基板となるシ
リコン基板2を重ね合わせ、さらに熱処理を施してSO
Iウェハ4を形成する。続いてウェハ4に対してシリコ
ン基板1の表面にエッチングマスク層となるシリコン酸
化膜5を形成し、さらに該シリコン酸化膜5に対して、
フォトレジストを塗布した上でフォトリソグラフィ手法
により所定の素子領域9の周囲を囲むようパターン設計
した分離溝形成領域を窓開けする。
Next, a general method of manufacturing the dielectric isolation substrate will be described with reference to FIGS. Figure 3 (a)
In the figure, 1 is a single crystal silicon substrate into which a semiconductor element is built, 2 is a silicon substrate as a supporting substrate, 3 is a silicon oxide film (SI) embedded between the silicon substrates 1 and 2.
O 2 ). First, the silicon oxide film 3 is formed on the back surface side of the silicon substrate 1 by thermal oxidation. Subsequently, the silicon substrate 1 serving as a supporting substrate is superposed on the silicon substrate 1 with the silicon oxide film 3 interposed therebetween, and further heat-treated to obtain SO.
The I wafer 4 is formed. Subsequently, a silicon oxide film 5 serving as an etching mask layer is formed on the surface of the silicon substrate 1 with respect to the wafer 4, and further, with respect to the silicon oxide film 5,
A photoresist is applied, and then a photolithography method is used to open a window for an isolation groove forming region which is designed so as to surround a predetermined element region 9.

【0005】次に、図3(b)のように、エッチングマ
スク層の窓開け部から反応性イオンエッチングなどによ
るトレンチエッチングを施してシリコン酸化膜3に達す
る分離溝6(例えば溝幅20μm,溝深さ50μm)を
形成し、続いて通常のよく知られた熱酸化により、図3
(c)のように分離溝6の溝内側壁に厚さ1μm程度の
薄いシリコン酸化膜7を形成する。
Next, as shown in FIG. 3B, isolation trenches 6 (for example, a trench width of 20 μm, a trench width of 20 μm, trenches are formed from the window opening of the etching mask layer to reach the silicon oxide film 3 by trench etching such as reactive ion etching. Depth of 50 μm), followed by normal well-known thermal oxidation, as shown in FIG.
As shown in (c), a thin silicon oxide film 7 having a thickness of about 1 μm is formed on the inner sidewall of the isolation trench 6.

【0006】次に図3(d)のように、SOIウェハ4
に対しシランを原料ガスとしたCVD法により、シリコ
ン基板1の表面側からポリシリコン8を堆積させて前記
分離溝6を充填する。ここでポリシリコン8の堆積厚さ
が10μmに成長すると、分離溝6の溝内部がポリシリ
コン8で充填されると同時に、ウェハ4の表面側領域上
にも10μm程度のポリシリコン8が堆積するようにな
る。続いてシリコン基板1の表面領域全面にRIE(反
応性イオンエッチング)によるエッチバック,ないしは
研磨を施して基板表面領域に堆積したポリシリコン8を
除去する。これにより、図3(e)で示すように、シリ
コン基板1にはシリコン酸化膜3,7およびポリシリコ
ン層8で分離された素子領域(アイランド)9が形成さ
れることになる。なお、前記誘電体分離基板に対して
は、各素子領域9ごとにトランジスタ,ダイオードなど
の半導体素子を作り込み、さらに各素子間を相互接続す
る配線を形成してモノリシックIC回路を構成する。
Next, as shown in FIG. 3D, the SOI wafer 4
On the other hand, by the CVD method using silane as a source gas, polysilicon 8 is deposited from the surface side of the silicon substrate 1 to fill the separation groove 6. When the deposited thickness of the polysilicon 8 grows to 10 μm, the inside of the separation trench 6 is filled with the polysilicon 8 and at the same time, the polysilicon 8 of about 10 μm is deposited on the surface side region of the wafer 4. Like Subsequently, the entire surface area of the silicon substrate 1 is etched back by RIE (reactive ion etching) or polished to remove the polysilicon 8 deposited on the surface area of the substrate. As a result, as shown in FIG. 3E, element regions (islands) 9 separated by the silicon oxide films 3 and 7 and the polysilicon layer 8 are formed on the silicon substrate 1. In addition, on the dielectric isolation substrate, semiconductor elements such as transistors and diodes are formed in each element region 9, and wirings for interconnecting the elements are formed to form a monolithic IC circuit.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記のよう
な工程を経て製造された誘電体分離基板には次記のよう
な問題点が残る。すなわち、従来技術では基板表面に堆
積したポリシリコンが基板の反り,歪を発生させるほ
か、この反りが原因で分離溝部の平坦化が必ずしも完全
でなくなり、エッチバック,研磨を施した後の状態でも
ポリシリコンを充填した分離溝部の表面に段差が生じ易
くなる。そのために、その後の配線形成の際に分離溝部
を横切って素子の相互間を接続する配線が前記の段差に
起因して断線することかある。
The dielectric isolation substrate manufactured through the above steps has the following problems. That is, in the prior art, the polysilicon deposited on the surface of the substrate causes warping and distortion of the substrate, and the flattening of the separation groove is not always complete due to this warping, and even after etching back and polishing are performed. A step is likely to occur on the surface of the isolation groove portion filled with polysilicon. Therefore, in the subsequent wiring formation, the wiring that connects the elements to each other across the separation groove may be disconnected due to the step.

【0008】一方、前記問題の解消策として、分離溝部
に埋め込んだポリシリコンの平坦度をその後に形成した
配線に断線が生じないレベルまで高めるようにした方法
が特開昭58−199536号公報に開示されている。
すなわち、分離溝の溝幅をW,溝深さをD,基板の表面
に堆積した溝充填材の膜厚さをHとして、これらの間
で、 1.0≧H/D≧0.1+0.625(W/D)2 の関係が成立するように設定すれば、充填後に行うエッ
チバックによる平坦化で配線に断線の生じないレベルの
平坦度が得られるとされている。
On the other hand, as a solution to the above-mentioned problem, Japanese Patent Laid-Open No. 58-199536 discloses a method in which the flatness of the polysilicon embedded in the isolation trench is increased to a level at which the wiring formed thereafter is not broken. It is disclosed.
That is, assuming that the groove width of the separation groove is W, the groove depth is D, and the film thickness of the groove filling material deposited on the surface of the substrate is H, 1.0 ≧ H / D ≧ 0.1 + 0. If the relationship of 625 (W / D) 2 is established, it is said that the flatness at a level at which the wiring is not broken by the flattening by the etch back performed after the filling is obtained.

【0009】しかしながら、分離溝の溝深さDが大き
く、かつW/Dの比が比較的大きい場合、具体的な数値
としてD=50μm,W=20μmである場合には、前
式は次記のようになる。 1.0≧H/50≧0.2,したがって50≧H≧10 つまり、基板の表面に堆積する溝充填材の層厚さHは少
なくとも10μm以上とすることが必要となる。しかし
ながら基板表面に堆積した溝充填材の層厚が大になる
と、溝充填材が多結晶シリコン(ポリシリコン)である
場合には結晶粒が大きくなるほか、単結晶シリコン領域
と多結晶シリコン領域との熱膨張差によりウェハに反り
が発生し易くなるなどの問題が新たに派生し、これが原
因でその後に行うエッチバックに不均一が生じ、結果と
して配線の断線が生じないレベルの高い平坦度を得るこ
とが極めて困難となる。
However, when the groove depth D of the separation groove is large and the W / D ratio is relatively large, and when D = 50 μm and W = 20 μm as specific numerical values, the above equation is given as follows. become that way. 1.0 ≧ H / 50 ≧ 0.2, therefore 50 ≧ H ≧ 10 That is, the layer thickness H of the groove filling material deposited on the surface of the substrate needs to be at least 10 μm or more. However, when the layer thickness of the groove filling material deposited on the substrate surface becomes large, the crystal grains become large when the groove filling material is polycrystalline silicon (polysilicon), and the single crystal silicon region and the polycrystalline silicon region are Due to the difference in thermal expansion of the wafer, a new problem such as warp is easily generated, which causes non-uniformity in the subsequent etch back, resulting in a high level of flatness that does not cause disconnection of the wiring. It is extremely difficult to obtain.

【0010】また、かかる問題は上記した具体数値例に
限定されたものではなく、一般に溝深さDが大きい分離
溝(Dが大きくなると、高アスペクト比D/Wを得るこ
とが困難となり、自ずとW/Dの比は比較的大きな値と
なってHの下限値が大きくなる)についての共通な問題
である。本発明は上記の点にかんがみなされたものであ
り、その目的は前記課題を解決し、エッチバックなどに
よる付加的な平坦化処理を殆ど必要としない程度の高レ
ベルな表面平坦度が得られるようにした誘電体分離基板
の製造方法を提供することにある。
Further, such a problem is not limited to the above-mentioned specific numerical examples, and generally, a separation groove having a large groove depth D (when D becomes large, it becomes difficult to obtain a high aspect ratio D / W, and naturally, it becomes difficult. The W / D ratio becomes a relatively large value, and the lower limit value of H becomes large). The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to solve the above problems and to obtain a high level surface flatness that hardly requires additional flattening treatment such as etch back. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing the dielectric isolation substrate.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記目的は、本発明によ
り、ポリシリコンの充填工程に先立って、分離溝以外の
基板表面にポリシリコンの堆積を阻害する抑制層を被覆
形成することにより達成される。ここで、分離溝に充填
するポリシリコンをノンドープのポリシリコンとし、基
板表面領域に形成したノンドープポリシリコンの堆積抑
制層はリンドープのポリシリコン層する。
According to the present invention, the above-mentioned object is achieved by forming a suppression layer for inhibiting the deposition of polysilicon on the surface of the substrate other than the isolation groove, prior to the polysilicon filling step. It Here, the polysilicon that fills the isolation trench is non-doped polysilicon, and the non-doped polysilicon deposition suppressing layer formed in the substrate surface region is a phosphorus-doped polysilicon layer.

【0012】そして、前記のノンドープポリシリコンの
抑制層の具体的な形成方法としては、シリコン基板の表
面に分離溝形成用のエッチングマスクとなるシリコン酸
化膜を形成した後、さらに該シリコン酸化膜の表面に、
フォスフィンを原料ガスとしたCVD法により、抑制層
として機能するリンドープのポリシリコン層を形成する
方法、あるいはシリコン基板の表面に分離溝形成用のエ
ッチングマスクとしてシリコン酸化膜を形成した後、該
シリコン酸化膜の表面にリン酸水溶液を接触させ、さら
に熱処理を施して抑制層として機能するリンドープのシ
リコン酸化膜層を形成する方法などがある。
As a specific method of forming the non-doped polysilicon suppressing layer, a silicon oxide film serving as an etching mask for forming a separation groove is formed on the surface of a silicon substrate, and then the silicon oxide film is further formed. On the surface,
A method of forming a phosphorus-doped polysilicon layer that functions as a suppression layer by a CVD method using phosphine as a source gas, or a silicon oxide film is formed as an etching mask for forming a separation groove on the surface of a silicon substrate, and then the silicon oxide film is formed. There is a method in which a phosphoric acid aqueous solution is brought into contact with the surface of the film and further heat-treated to form a phosphorus-doped silicon oxide film layer which functions as a suppression layer.

【0013】[0013]

【作用】上記方法のように、本発明は、半導体基板の表
面にあらかじめ形成しておいた分離溝のエッチングマス
ク層に対し、その表面にノンドープのポリシリコンの堆
積を抑制するリンドープのポリシリコン層,ないしはリ
ンドープのシリコン酸化膜層(リンガラス:PSG)の
薄膜を被覆形成しておくと、CVD法による分離溝の充
填工程の際に基板の表面領域に堆積するノンドープのポ
リシリコンの堆積厚さが極端に少なくなり、分離溝のみ
にポリシリコンが充填されるのを利用するものである。
As in the above method, the present invention provides a phosphorus-doped polysilicon layer which suppresses the deposition of non-doped polysilicon on the surface of an etching mask layer of an isolation groove formed in advance on the surface of a semiconductor substrate. , Or a thin film of a phosphorus-doped silicon oxide film layer (phosphorus glass: PSG) is formed by coating, the deposition thickness of non-doped polysilicon deposited on the surface region of the substrate during the step of filling the separation groove by the CVD method. Is extremely reduced, and the fact that only the isolation trench is filled with polysilicon is utilized.

【0014】すなわち、ウェハの表面領域に形成したエ
ッチングマスク層の表面がノンドープのポリシリコンで
ある場合と、例えばフォスフィンを添加したリンドープ
のポリシリコンである場合を比較すると、同一成長条件
下でのCVD法による基板表面領域への溝充填材(ノン
ドープポリシリコン)の成長速度は、エッチングマスク
層の表面がノンドープのポリシリコンである場合の成長
速度をGRn 、リンドープのポリシリコンである場合の
成長速度をGRd とすると、GRd /GRn ≒0.05程
度となる。つまり、エッチングマスク層の表面をノンド
ープのポリシリコンとしておくことにより、溝充填材で
あるノンドープポリシリコンの堆積厚さは極小さくな
る。この成長速度の違いは、基板側の表面に吸着してい
るフォスフィン分子、あるいは表面のリンと気中の水素
が結合した状態にあれば、その後のCVD法による溝充
填工程の際に基板表面領域へのシラン分子の吸着を阻害
することによって顕れる。なお、前記した成長速度の違
い,およびそのメカニズムについては、例えばJ.Electr
rochem Soc,Vol131,No10,p2361〜2368,October,1984に
開示されている。
That is, comparing the case where the surface of the etching mask layer formed in the surface region of the wafer is non-doped polysilicon and the case where it is phosphorus-doped polysilicon with phosphine added, for example, CVD under the same growth conditions The growth rate of the groove filling material (non-doped polysilicon) on the substrate surface region by the method is GR n when the surface of the etching mask layer is non-doped polysilicon, and the growth rate when it is phosphorus-doped polysilicon. Let GR d be GR d / GR n ≈0.05. That is, by making the surface of the etching mask layer non-doped polysilicon, the deposition thickness of the non-doped polysilicon that is the groove filling material becomes extremely small. The difference in the growth rate is that if the phosphine molecules adsorbed on the surface on the substrate side or the phosphorus on the surface and hydrogen in the air are bound, the substrate surface area will be increased during the subsequent groove filling process by the CVD method. Revealed by inhibiting the adsorption of silane molecules onto the. Regarding the difference in the growth rate and the mechanism thereof, as described in J. Electr,
rochem Soc, Vol131, No10, p2361-2368, October, 1984.

【0015】したがって、分離溝をノンドープのポリシ
リコンで充填するに先立って、溝部以外の基板表面領域
にポリシリコンが堆積するのを阻害するように、あらか
じめ基板表面に形成しておいた分離溝のエッチングマス
ク層(シリコン酸化膜)に対し、その表面を被覆してリ
ンドープのポリシリコン層,あるいはリンドープの酸化
膜層を形成しておくことにより、基板の表面領域にはポ
リシリコンの堆積が殆ど発生せず、分離溝へのポリシリ
コン充填後はエッチバックなどによる表面の平坦化処理
を殆ど必要としない程度の平坦な状態となる。これによ
り、基板に反りが殆ど発生せず、またエッチバックなど
による表面平坦化工程の省略が可能となるほか、その後
の配線形成時に分離溝部の凹凸段差に起因して生じる配
線の断線トラブルを良好に回避できる。
Therefore, prior to filling the isolation trench with non-doped polysilicon, the isolation trench previously formed on the substrate surface is prevented so as to prevent polysilicon from being deposited on the substrate surface region other than the trench. By depositing a phosphorus-doped polysilicon layer or a phosphorus-doped oxide film layer on the surface of the etching mask layer (silicon oxide film), almost all of the polysilicon is deposited in the surface region of the substrate. However, after the isolation trench is filled with polysilicon, the surface becomes a flat state to the extent that the surface flattening process such as etching back is hardly required. As a result, there is almost no warpage on the substrate, and it is possible to omit the surface flattening process such as etching back. Also, it is possible to prevent wiring disconnection problems caused by uneven steps in the separation groove during subsequent wiring formation. It can be avoided.

【0016】[0016]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。なお、各実施例において、図3に対応する同一部
材には同じ符号が付してある。 実施例1:図1(a)〜(d)は誘電体分離基板の製造
工程を示すものであり、まず図1(a)でSOIウェハ
4に対してシリコン基板1の表面にエッチングマスク層
となる膜厚さ1μm程度のシリコン酸化膜5を形成した
上で、さらに該シリコン酸化膜5に対しフォスフィンを
原料ガスとして減圧CVD法により、ノンドープポリシ
リコンの堆積を阻害する抑制層として機能する薄膜のリ
ンドープポリシリコン層10を形成する。この場合に
は、その膜の形成後にウェハ4をフォスフィンの雰囲気
中にしばらく放置しておくと、膜の表面にフォスフィン
が多く吸着されるのでより一層効果的である。しかし、
ことときに敢えてフォスフィンを膜表面に吸着させなく
ても、リンがドープされていれば、その後の工程で自然
と表面のリンと気中の水素とが結合された状態になるの
で、前記の抑制効果を発揮するようになる。次いで、図
1(b)のようにリンドープポリシリコン層10の表面
にフォトレジスト11を塗布し、フォトリゾグラフィ手
法により所定の素子領域の周囲を囲む分離溝6の形成領
域を窓開けしてエッチングマスク(シリコン酸化膜5,
リンドープポリシリコン層10)を成形した上で、該エ
ッチングマスク(5,10)間の窓開け部を通じてシリ
コン基板1にウェハ4のシリコン酸化膜3まで達する分
離溝6をトレンチエッチングする。続いてフォトレジス
ト11を全面除去した上で、さらに図1(c)のよう
に、分離溝6の溝内側壁にシリコン酸化膜7を形成す
る。次に、ウェハ4の表面側からCVD法によりノンド
ープポリシリコン12を堆積させると、前記エッチング
マスク(5,10)の表面にはノンドープポリシリコン
12が殆ど堆積せずに、図1(d)のように分離溝6の
みにノンドープポリシリコン12が充填されるととも
に、このままの状態で基板表面が比較的高レベルの平坦
度が得られるようになる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In each embodiment, the same members corresponding to those in FIG. 3 are designated by the same reference numerals. Example 1 FIGS. 1A to 1D show a manufacturing process of a dielectric isolation substrate. First, in FIG. 1A, an etching mask layer was formed on the surface of a silicon substrate 1 for an SOI wafer 4. A silicon oxide film 5 having a thickness of about 1 μm is formed, and a thin film functioning as a suppression layer that inhibits the deposition of non-doped polysilicon is further formed on the silicon oxide film 5 by a low pressure CVD method using phosphine as a source gas. A phosphorus-doped polysilicon layer 10 is formed. In this case, if the wafer 4 is left in the phosphine atmosphere for a while after the film is formed, a large amount of phosphine is adsorbed on the surface of the film, which is more effective. But,
Even if the phosphine is not adsorbed on the film surface at this time, if phosphorus is doped, the phosphorus on the surface and the hydrogen in the air are naturally bound in the subsequent steps. It will be effective. Next, as shown in FIG. 1B, a photoresist 11 is applied to the surface of the phosphorus-doped polysilicon layer 10, and a region for forming the isolation trench 6 surrounding the periphery of a predetermined device region is opened by a photolithography method. Etching mask (silicon oxide film 5,
After forming the phosphorus-doped polysilicon layer 10), the isolation trench 6 reaching the silicon oxide film 3 of the wafer 4 is trench-etched in the silicon substrate 1 through the window opening between the etching masks (5, 10). Subsequently, the photoresist 11 is entirely removed, and then, as shown in FIG. 1C, a silicon oxide film 7 is formed on the inner sidewall of the isolation trench 6. Next, when the non-doped polysilicon 12 is deposited from the front surface side of the wafer 4 by the CVD method, the non-doped polysilicon 12 is hardly deposited on the surface of the etching mask (5, 10), and the non-doped polysilicon 12 shown in FIG. Thus, only the isolation trench 6 is filled with the non-doped polysilicon 12, and in this state as it is, a relatively high level flatness of the substrate surface can be obtained.

【0017】この結果、分離溝6をポリシリコン12で
充填した後は、図3の製造方法で述べたようなエッチバ
ック,研磨などによる表面平坦化の処理工程の省略が可
能となる。したがって、各領域表面のリンドープポリシ
リコン層10をエッチングにより除去した後に、そのま
ま各素子領域9への素子作り込み,および配線形成工程
に移行することができる。
As a result, after the isolation trench 6 is filled with the polysilicon 12, it is possible to omit the processing step of surface flattening by etching back, polishing, etc. as described in the manufacturing method of FIG. Therefore, after the phosphorus-doped polysilicon layer 10 on the surface of each region is removed by etching, it is possible to directly proceed to the process of forming the device in each device region 9 and the wiring forming process.

【0018】実施例2:図2は本発明の異なる実施例の
製造方法を示すものであり、この実施例においては、S
OIウェハ4に対して、図2(a)で示すようにシリコ
ン基板1の表面に図3で述べた製造方法と同様にエッチ
ングマスク層となるシリコン酸化膜5を形成し、さらに
図2(b)のようにエッチングマスク層の窓開け,分離
溝6のトレンチエッチング,分離溝6に対する溝内側壁
へのシリコン酸化膜7の形成を行った後、図2(c)の
ようにSOIウェハ4を逆さに向けてシリコン酸化膜5
の表面をリン酸水溶液13の液面に浸し、さらに温度8
00℃で30分程度の熱処理(アニール)を施す。これ
により図2(d)で示すように、分離溝6を除く基板の
表面領域でシリコン酸化膜5の表面にはノンドープポリ
シリコンの抑制層として機能するリンドープのシリコン
酸化膜(リンガラス)が薄く成形される。このリンガラ
ス表面のリンは前述のように気中の水素と即時に結合状
態となる。そして、この状態でCVD法により分離溝6
にノンドープのポリシリコン12を堆積させると、図2
(e)で示すようにリン酸処理された基板の表面領域に
はポリシリコン12が殆ど堆積せずに、分離溝6にのみ
埋め込まれ、かつ基板全体で平坦度の高いな表面状態が
得られる。
Embodiment 2 FIG. 2 shows a manufacturing method of a different embodiment of the present invention. In this embodiment, S
As shown in FIG. 2A, a silicon oxide film 5 serving as an etching mask layer is formed on the surface of the silicon substrate 1 on the OI wafer 4 as in the manufacturing method described with reference to FIG. 2), a window of the etching mask layer is opened, trenches of the isolation trench 6 are etched, and a silicon oxide film 7 is formed on the sidewall of the trench with respect to the isolation trench 6, and then the SOI wafer 4 is removed as shown in FIG. 2C. Silicon oxide film 5 upside down
Dip the surface of the solution in the liquid surface of the phosphoric acid aqueous solution 13, and
Heat treatment (annealing) is performed at 00 ° C. for about 30 minutes. As a result, as shown in FIG. 2D, the phosphorus-doped silicon oxide film (phosphorus glass) that functions as a non-doped polysilicon suppressing layer is thin on the surface of the silicon oxide film 5 in the surface region of the substrate excluding the isolation trench 6. Molded. As described above, the phosphorus on the surface of the phosphorus glass is immediately bound to hydrogen in the air. Then, in this state, the separation groove 6 is formed by the CVD method.
When undoped polysilicon 12 is deposited on FIG.
As shown in (e), the polysilicon 12 is hardly deposited on the surface region of the phosphoric acid-treated substrate, is embedded only in the separation groove 6, and a surface state with high flatness is obtained over the entire substrate. .

【0019】[0019]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、誘
電体分離基板に形成した分離溝をCVD法によりノンド
ープのポリシリコンで充填するに先立って、分離溝以外
の基板表面領域にリンドープのポリシリコン層,リンド
ープのシリコン酸化膜層などの抑制層を形成しておくこ
とにより、次の溝充填工程でノンドープのポリシリコン
が基板の表面領域に堆積するのを阻害できるようにな
り、分離溝にポリシリコンを充填した後は、従来方法の
ように基板表面に対してエッチバックなどの平坦化処理
を行わなくても比較的平坦度の高い表面状態が得られ
る。これにより、基板製造上での平坦化工程の削減ない
し簡略化が図れるほか、その後の配線形成時には段差に
起因する配線の断線を防止できるなどの利点が得られ
る。
As described above, according to the present invention, prior to filling the isolation trench formed in the dielectric isolation substrate with non-doped polysilicon by the CVD method, the substrate surface region other than the isolation trench is phosphorus-doped. By forming the suppression layer such as the polysilicon layer of the above, the phosphorus-doped silicon oxide film layer, etc., it becomes possible to prevent the non-doped polysilicon from being deposited on the surface region of the substrate in the next groove filling step, and the isolation layer is separated. After filling the trench with polysilicon, a relatively flat surface state can be obtained without performing a flattening process such as an etch back on the substrate surface as in the conventional method. As a result, it is possible to reduce or simplify the flattening step in manufacturing the substrate, and it is possible to prevent the disconnection of the wiring due to the step during the subsequent wiring formation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例1による誘電体分離基板の製造
方法の説明図であり、(a)〜(d)は製造工程順に表
した誘電体分離基板の断面図
FIG. 1 is an explanatory diagram of a method for manufacturing a dielectric isolation substrate according to a first embodiment of the present invention, in which (a) to (d) are cross-sectional views of the dielectric isolation substrate shown in the order of manufacturing steps.

【図2】本発明の実施例2による誘電体分離基板の製造
方法の説明図であり、(a)〜(e)は製造工程順に表
した誘電体分離基板の断面図
FIG. 2 is an explanatory diagram of a method for manufacturing a dielectric isolation substrate according to a second embodiment of the present invention, in which (a) to (e) are cross-sectional views of the dielectric isolation substrate shown in the order of manufacturing steps.

【図3】誘電体分離基板の従来における製造方法の説明
図であり、(a)〜(e)は製造工程順に表した誘電体
分離基板の断面図
FIG. 3 is an explanatory diagram of a conventional method for manufacturing a dielectric isolation substrate, in which (a) to (e) are cross-sectional views of the dielectric isolation substrate shown in the order of manufacturing steps.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン基板 2 シリコン基板(支持基板) 3 シリコン酸化膜 4 SOIウェハ 5 シリコン酸化膜(エッチングマスク層) 6 分離溝 7 溝内側壁のシリコン酸化膜 9 素子領域 10 ノンドープポリシリコン層 12 リンドープポリシリコン 13 リン酸水溶液 14 リンドープシリコン酸化膜 1 Silicon Substrate 2 Silicon Substrate (Supporting Substrate) 3 Silicon Oxide Film 4 SOI Wafer 5 Silicon Oxide Film (Etching Mask Layer) 6 Separation Groove 7 Silicon Oxide Film on Inner Side Wall 9 Element Area 10 Non-Doped Polysilicon Layer 12 Phosphorus-Doped Polysilicon 13 Phosphoric Acid Aqueous Solution 14 Phosphorus-Doped Silicon Oxide Film

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】シリコン酸化膜を挟んで二枚のシリコン基
板を張り合わせた半導体基板に対し、その片面に素子領
域の周囲を囲んで前記シリコン酸化膜に達する分離溝を
形成するとともに、該分離溝の溝内側面に酸化膜を形成
した上でCVD法により溝内にポリシリコンを充填し、
さらに基板の表面に堆積したポリシリコンを除去した後
に基板全体を平坦化する誘電体分離構造を備えた半導体
基板の製造方法において、ポリシリコンの充填に先立っ
て、分離溝以外の基板表面領域にポリシリコンの堆積を
阻害する抑制層を被覆形成したことを特徴とする誘電体
分離構造を備えた半導体基板の製造方法。
1. A semiconductor substrate in which two silicon substrates are bonded together with a silicon oxide film sandwiched between them, and a separation groove is formed on one surface of the semiconductor substrate so as to surround the element region and reach the silicon oxide film. After forming an oxide film on the inner side surface of the groove, the inside of the groove is filled with polysilicon by the CVD method,
Furthermore, in a method of manufacturing a semiconductor substrate having a dielectric isolation structure in which the polysilicon deposited on the surface of the substrate is removed and then the entire substrate is planarized, prior to filling with polysilicon, a polysilicon is formed in a substrate surface region other than the isolation trench. A method of manufacturing a semiconductor substrate having a dielectric isolation structure, characterized in that a suppression layer that inhibits deposition of silicon is formed by coating.
【請求項2】請求項1記載の製造方法において、分離溝
に充填するポリシリコンがノンドープのポリシリコン、
基板表面領域上のノンドープポリシリコンの堆積抑制層
がリンドープのポリシリコン層であることを特徴とする
誘電体分離構造を備えた半導体基板の製造方法。
2. The manufacturing method according to claim 1, wherein the polysilicon with which the isolation groove is filled is non-doped polysilicon,
A method of manufacturing a semiconductor substrate having a dielectric isolation structure, wherein the non-doped polysilicon deposition suppressing layer on the substrate surface region is a phosphorus-doped polysilicon layer.
【請求項3】請求項1,2記載の製造方法において、シ
リコン基板の表面に分離溝形成用のエッチングマスクと
なるシリコン酸化膜を形成した後、さらに該シリコン酸
化膜の表面に、フォスフィンを原料ガスとしたCVD法
により、抑制層として機能するリンドープのポリシリコ
ン層を形成したことを特徴とする誘電体分離構造を備え
た半導体基板の製造方法。
3. The manufacturing method according to claim 1, wherein after forming a silicon oxide film as an etching mask for forming a separation groove on the surface of the silicon substrate, phosphine is used as a raw material on the surface of the silicon oxide film. A method of manufacturing a semiconductor substrate having a dielectric isolation structure, wherein a phosphorus-doped polysilicon layer functioning as a suppression layer is formed by a CVD method using gas.
【請求項4】請求項1,2記載の製造方法において、シ
リコン基板の表面に分離溝形成用のエッチングマスクと
してシリコン酸化膜を形成した後、該シリコン酸化膜の
表面にリン酸水溶液を接触させ、さらに熱処理を施して
抑制層として機能するリンドープのシリコン酸化膜層を
形成したことを特徴とする誘電体分離構造を備えた半導
体基板の製造方法。
4. The manufacturing method according to claim 1, wherein after forming a silicon oxide film on the surface of the silicon substrate as an etching mask for forming a separation groove, a phosphoric acid aqueous solution is brought into contact with the surface of the silicon oxide film. A method for manufacturing a semiconductor substrate having a dielectric isolation structure, further comprising heat treatment to form a phosphorus-doped silicon oxide film layer functioning as a suppression layer.
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