JPH07130842A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH07130842A
JPH07130842A JP29454993A JP29454993A JPH07130842A JP H07130842 A JPH07130842 A JP H07130842A JP 29454993 A JP29454993 A JP 29454993A JP 29454993 A JP29454993 A JP 29454993A JP H07130842 A JPH07130842 A JP H07130842A
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semiconductor device
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Takenori Morikawa
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 放熱効果を高めると同時に、対基板間容量を
抑制し、高出力および高速化を可能にした半導体装置を
提供する。 【構成】 基板1の絶縁膜2上に選択的に半導体層3,
4を設けて素子領域を形成し、かつこの半導体層の側面
に絶縁膜7,8を形成して前記各絶縁膜2,7,8で囲
まれた領域を素子分離領域として構成する。素子分離領
域には素子領域の側面から素子分離領域の底面にわたる
領域に連続して多結晶シリコン膜9を延在させ、かつこ
の多結晶シリコン膜9で囲まれた領域にBPSG膜等の
絶縁膜10を埋設する。素子領域で発生された熱は、熱
伝導率の高い多結晶シリコン膜9を通して放熱されるた
め、素子領域の放熱効果を高める。また、一方で多結晶
シリコン膜を単独で用いた場合よりも対基板間容量を低
減し、素子の高速化を実現する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置に関し、特に
SOI基板に構成された高速かつ高出力の素子を有する
半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のこの種の半導体装置は、図5に示
すように、例えばP型シリコン基板1上に酸化膜2を形
成し、その上の一部にN+ 型シリコン層3を形成し、か
つその上にN型エピタキシャル層4を形成して素子領域
として構成する。この素子領域には、NPNバイポーラ
トランジスタを構成するP型ベース領域5やN型エミッ
タ領域6が形成される。また、素子領域間に設けられる
絶縁領域として、素子領域の側面に側壁酸化膜7と窒化
膜8を形成し、これらの膜内に絶縁材としてBPSG膜
10を埋設している。あるいは、このBPSG膜10の
代わりに多結晶シリコン膜を埋設したものも提案されて
いる。例えば、特開昭63−142831号公報、或い
は特開平2−184037号公報。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図5に
示した半導体装置では、素子領域がBPSG膜10によ
ってその側面が囲まれているため、素子内部で発生した
熱が外部に伝導し難く、放熱性が低いという問題があ
る。即ち、素子内部で発生した熱は素子領域からBPS
G膜10や下層の酸化膜2を介してP型シリコン基板1
や外部に伝導されて放熱されることになるが、BPSG
膜はシリコンに比較して約2桁程度熱伝導率が低いた
め、素子領域の側面の略全面にわたって形成されている
BPSG膜10を通しての熱の放熱効果が低く、有効な
放熱ができなくなる。このため、素子内部の温度上昇を
増加させる原因となり、特に高出力型の素子を備える半
導体装置の回路動作に不利になるという問題がある。
【0004】また、BPSG膜の代わりに多結晶シリコ
ンを用いたものでは、BPSG膜や他の酸化膜に比較す
ると放熱効果の点は解消されるが、多結晶シリコンは絶
縁膜よりも対基板間容量が大きくなり、回路動作の高速
化に不利なるという問題が生じる。本発明の目的、放熱
効果を高めると同時に、対基板間容量を抑制し、高出力
および高速化を可能にした半導体装置を提供することに
ある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
基板の絶縁層上に選択的に半導体層を設けて素子領域を
形成し、この素子領域の側面に絶縁膜を形成して前記各
絶縁膜で囲まれた領域を素子分離領域として構成した半
導体装置において、素子分離領域には前記素子領域の側
面から素子分離領域の底面にわたる領域に連続して延在
する多結晶シリコン膜と、この多結晶シリコン膜で囲ま
れた領域に埋設された絶縁膜とを有する構成とする。こ
こで、多結晶シリコン膜は不純物を含まないノンドープ
多結晶シリコン膜で構成することが好ましい。また、埋
設絶縁膜はBPSG膜、或いは多結晶シリコン膜の表面
を酸化したシリコン酸化膜とその上に埋設したBPSG
膜の多層構造とする。
【0006】
【作用】素子領域で発生された熱は、熱伝導率の高い多
結晶シリコン膜を通して放熱されるため、素子領域の放
熱効果を高め、高出力素子の実現が可能となる。また、
多結晶シリコン膜上に埋設絶縁膜が存在するため、素子
分離領域の対基板間容量を低く抑え、素子の高速動作を
可能とする。
【0007】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。図1は本発明の一実施例の半導体装置の略断面図で
ある。一導電型のシリコン基板、例えばP型シリコン基
板1上に形成されたシリコン酸化膜2上の一部にN+
シリコン層3を形成し、このN+ 型シリコン層3を介し
て成長したN型シリコンエピタキシャル層4で素子領域
を形成する。この素子領域には例えば、NPNバイポー
ラトランジスタのP型ベース領域5とN型エミッタ領域
6が形成される。前記素子領域のN+ 型シリコン層3と
N型エピタキシャル層4の全周側面には側壁シリコン酸
化膜7が形成され、かつこの側壁シリコン酸化膜7と前
記シリコン酸化膜2上に窒化膜8が形成される。そし
て、前記素子領域間において前記窒化膜8で囲まれた凹
部内には、その側面および底面にわたって所要厚さのノ
ンドープ多結晶シリコン膜9が形成され、更にこのノン
ドープ多結晶シリコン膜9で囲まれた凹部内にはBPS
G膜10が埋設され、これらで素子分離領域を形成して
いる。
【0008】図2は図1に示した半導体装置の製造方法
の一例を工程順に示す断面図である。先ず、図2(a)
のように、P型シリコン基板1上に貼り合わせによって
形成されたシリコン酸化膜2上のシリコン層にヒ素を拡
散してN+ 型シリコン層3として構成した後、その上に
所要厚さにN型エピタキシャル層4を成長する。更に、
このN型エピタキシャル層4の表面に酸化膜と窒化膜を
順次形成し、フォトリソグラフィ技術を用いてこれらの
膜のパターニングすることで、素子領域となる部分に下
敷酸化膜11と窒化膜12を選択的に形成する。次い
で、図2(b)のように、前記下敷酸化膜11と窒化膜
12をマスクにして前記N型エピタキシャル層4とN+
型シリコン層3をエッチングし、素子分離領域のシリコ
ンを除去することで、素子領域を島状に形成する。そし
て、前記N型エピタキシャル層4とN+ 型シリコン層3
を表面酸化して素子領域の側面と上面に側壁シリコン酸
化膜7を形成し、続いてCVD法等により全面にシリコ
ン窒化膜8を成長する。
【0009】更に、図2(c)のように、全面に膜厚
0.2μm程度のノンドープ多結晶シリコン膜9を成長
し、続いて全面にBPSG膜10を堆積し、1000
℃,60分の熱処理を施すことで素子分離領域をリフロ
ーして平坦化する。その後、ノンドープ多結晶シリコン
膜9をストッパとしてケミカル・メカニカル・ポリッシ
ングによりBPSG膜10の表面の研磨を行い、表面を
平坦化する。更に、ウェットエッチングにより素子領域
上のノンドープ多結晶シリコン膜9を除去した後、更に
ポリッシングを行い、前記窒化膜8と側壁酸化膜7を順
次除去し、素子領域と素子分離領域の表面を平坦化す
る。しかる上で、素子領域にP型ベース領域5とN型エ
ミッタ領域6を公知のプロセスにより形成することで、
図1の半導体装置が形成される。
【0010】したがって、図1の構成の半導体装置で
は、素子領域のバイポーラトランジスタで発生した熱
は、同図に矢線で示すように、N型エピタキシャル層4
とN+ 型シリコン層3を通してその一部は下層のシリコ
ン酸化膜2に伝導され、他はその側面に延在されるノン
ドープ多結晶シリコン膜9に伝達され、このノンドープ
多結晶シリコン膜9を通して素子分離領域直下のシリコ
ン酸化膜2に伝導される。そして、それぞれ伝導された
熱はP型シリコン基板1を通して放熱される。このと
き、ノンドープ多結晶シリコン膜9は前記したようにB
PSG膜10に比較して約2桁熱伝導率が大きいため、
高い放熱効果を得ることができ、素子の温度上昇を抑制
する。これにより、高出力素子を用いた半導体装置の回
路動作を改善することが可能となる。また、一方では素
子領域はその側面部と下面部にのみノンドープ多結晶シ
リコン膜9が形成され、他の部分にはBPSG膜10が
埋設されているため、多結晶シリコン膜を単独で素子分
離領域を形成した場合に比較して、対基板間容量が大き
くなり、回路動作の高速化に有利となる。
【0011】図3は本発明の第二実施例の半導体装置の
断面図である。この実施例の半導体装置は、P型シリコ
ン基板1上に形成されたシリコン酸化膜2上の一部にN
+ 型シリコン層3を介して成長したN型シリコン層4で
素子領域を形成する点、及び前記素子領域の側面と上面
を酸化して側壁シリコン酸化膜7を形成し、かつ素子分
離領域のシリコン酸化膜2上に窒化膜8を形成し、更に
この上にカバレッジ良くノンドープ多結晶シリコン膜9
を形成している点は、前記第一実施例と同様である。
【0012】前記第一実施例と異なる点は、ノンドープ
多結晶シリコン膜9の表面部分を酸化して形成した埋設
シリコン酸化膜13を有する点である。そして、この埋
設シリコン酸化膜13で囲まれた凹部に第一実施例と同
様にBPSG膜10を埋設して素子分離領域を形成して
いる。なお、バイポーラトランジスタはN型エピタキシ
ャル層4に従来のプロセスを用いることでベース領域5
とエミッタ領域6を拡散して形成される。
【0013】次に、図3の半導体装置の製造方法を図4
を用いて工程順に説明する。先ず、図4(a)のよう
に、第一実施例と同様に、P型シリコン基板1上にシリ
コン酸化膜2及びN+ 型シリコン層3を形成し、かつN
型エピタキシャル層4を成長する。そして、その表面に
下敷酸化膜11と窒化膜12を選択的に形成する。次い
で、図4(b)のように、下敷酸化膜11と窒化膜12
をマスクにしてエッチングを行い、素子分離領域のN型
エピタキシャル層4とN+ 型シリコン層3を選択的に除
去し、残されたこれらのシリコン層で素子領域を形成す
る。そして、素子領域の表面を酸化して側壁シリコン酸
化膜7を形成し、かつ全面に窒化膜8を形成する。
【0014】更に、図4(c)のように、全面に膜厚
0.3μm程度のノンドープ多結晶シリコン膜9を成長
し、その後表面酸化を行い約0.2μmの埋設シリコン
酸化膜13を形成する。その後、BPSG膜10を堆積
して、1000℃60分の熱処理を施すことで、素子分
離領域をリフローして平坦化する。以下、BPSG膜1
0の平坦化と、素子領域上の埋設シリコン酸化膜13の
除去をノンドープ多結晶シリコン膜9をストッパとして
行い、更に素子領域部のノンドープ多結晶シリコン膜9
と窒化膜8、下敷酸化膜7をウェットエッチングする。
また、素子領域にバイポーラトランジスタのベース領域
5とエミッタ領域6を形成することで、図3の半導体装
置が製造される。
【0015】この第二実施例においても、素子分離領域
に形成したノンドープ多結晶シリコン膜9の高熱伝導率
によって、素子領域に形成した素子の放熱効果を高め、
高出力素子の実現が可能となる。また、素子分離領域に
形成したノンドープ多結晶シリコン膜9の表面を酸化し
て埋設シリコン酸化膜13を形成しているため、BPS
G膜10を埋設する部分が小さくなり、リフローによる
平坦化を容易に行うことができる。また、拡散プロセス
中にBPSG膜10からボロンやリンがノンドープ多結
晶シリコン膜9へ拡散するのを埋設シリコン酸化膜13
によって防ぐことができるため、ノンドープ多結晶シリ
コン膜のドーピングによる容量増加はなくなり、対基板
間容量の低減に有利である。
【0016】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、SOI構
造の半導体装置の素子分離領域に、素子領域の側面から
素子分離領域の底面にわたる領域に連続して延在する多
結晶シリコン膜と、この多結晶シリコン膜で囲まれた領
域に埋設された絶縁膜とを設けているので、素子領域で
発生された熱は、熱伝導率の高い多結晶シリコン膜を通
して放熱されるため、素子領域の放熱効果を高め、高出
力素子の実現が可能となる。また、多結晶シリコン膜上
に埋設絶縁膜が存在するため、素子分離領域の対基板間
容量を低く抑え、素子の高速動作を可能とする。ここ
で、多結晶シリコン膜は不純物を含まないノンドープ多
結晶シリコン膜で構成することで、対基板間容量を低く
する上で有利となる。また、埋設絶縁膜として、多結晶
シリコン膜の表面を酸化したシリコン酸化膜とその上に
埋設したBPSG膜の多層構造とすることで、シリコン
酸化膜により不純物が多結晶シリコン膜にドープされる
ことが防止でき、対基板間容量を更に低く抑えることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の断面図である。
【図2】図1の半導体装置の製造方法を工程順に示す断
面図である。
【図3】本発明の第二実施例の断面図である。
【図4】図3の半導体装置の製造方法を工程順に示す断
面図である。
【図5】従来のSOI型半導体装置の一例の断面図であ
る。
【符号の説明】
1 P型シリコン基板 2 シリコン酸化膜 3 N+ 型シリコン層 4 N型エピタキシャル層 7 側壁シリコン酸化膜 8 窒化膜 9 ノンドープ多結晶シリコン膜 10 BPSG膜 13 埋設シリコン酸化膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/73 H01L 29/72

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板の絶縁膜上に選択的に半導体層を設
    けて素子領域を形成し、かつ、この素子領域の側面に絶
    縁膜を形成し、前記各絶縁膜で囲まれた領域を素子分離
    領域として構成した半導体装置において、前記素子分離
    領域には前記素子領域の側面から前記素子分離領域の底
    面にわたる領域に連続して延在する多結晶シリコン膜
    と、この多結晶シリコン膜で囲まれた領域に埋設された
    絶縁膜とを有することを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 多結晶シリコン膜が不純物を含まないノ
    ンドープ多結晶シリコン膜である請求項1の半導体装
    置。
  3. 【請求項3】 埋設絶縁膜がBPSG膜である請求項1
    または2の半導体装置。
  4. 【請求項4】 埋設絶縁膜が多結晶シリコン膜の表面を
    酸化したシリコン酸化膜と、その上に埋設したBPSG
    膜の多層構造である請求項1または2の半導体装置。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6333839A (ja) * 1986-07-28 1988-02-13 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体装置の製造方法
JPH05109884A (ja) * 1991-10-18 1993-04-30 Fujitsu Ltd 半導体装置の製造方法

Patent Citations (2)

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