JPH07335735A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JPH07335735A
JPH07335735A JP12391294A JP12391294A JPH07335735A JP H07335735 A JPH07335735 A JP H07335735A JP 12391294 A JP12391294 A JP 12391294A JP 12391294 A JP12391294 A JP 12391294A JP H07335735 A JPH07335735 A JP H07335735A
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insulating film
oxide film
mask
etching
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啓明 氷見
Yasushi Okayama
靖 岡山
Hitoshi Yamaguchi
仁 山口
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Abstract

PURPOSE:To provide the manufacture of a semiconductor device, in which the lowering of isolation breakdown strength due to a constriction formed between a buried oxide film and a sidewall oxide film is prevented and elements having high breakdown strength are isolated. CONSTITUTION:A silicon support substrate 1 and a silicon substrate 2 are joined through a buried oxide film 3, and an oxide film 4 as a mask is formed onto the surface of the silicon substrate 2. The silicon substrate 2, the buried oxide film 3 and the silicon support substrate 1 are etched by using the mask. The surfaces of the sidewalls of the silicon substrate 2 in an isolation groove 5 and the surface of the silicon support substrate 1 are oxidized through a thermal oxidation method, and oxide films 8 brought into contact with the buried oxide film 3 are formed onto the inwall sections of the isolation groove 5. Lastly, polycrystalline silicon 11 is buried into the isolation groove 5, and flattened.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は素子分離された半導体装
置の製造方法に関するもので、特に高耐圧な素子分離に
関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device having element isolation, and more particularly to element isolation having a high breakdown voltage.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体集積回路の素子間を絶縁分離する
方法として、図10に示すように、第1の半導体基板1
01と第2の半導体基板102との間にサンドイッチ状
の埋め込み酸化膜103を有するSOI(Silicon O
n Insulator)構造基板を用い、第2の半導体基板10
2の主面から埋め込み酸化膜102に到るトレンチ(分
離溝)を形成し、しかる後、そのトレンチ内壁を熱酸化
法等を用いて酸化膜104で覆い、さらにその内部を埋
め込み部材105で埋設し表面を平坦化するようにした
ものが種々提案されている。この埋め込み部材105と
してはシリコン基板との熱膨張係数を考慮して多結晶シ
リコンが多く用いられているがCVDによる酸化シリコ
ン等を用いることもできる。
2. Description of the Related Art As a method for insulating and isolating elements of a semiconductor integrated circuit, as shown in FIG.
01 and a second semiconductor substrate 102, an SOI (Silicon O
n Insulator) structure substrate, and the second semiconductor substrate 10
A trench (separation groove) extending from the main surface of No. 2 to the buried oxide film 102 is formed, and thereafter, the inner wall of the trench is covered with an oxide film 104 by a thermal oxidation method or the like, and the inside thereof is filled with a buried member 105. There have been various proposals for flattening the surface. Polycrystalline silicon is often used as the embedding member 105 in consideration of the coefficient of thermal expansion with the silicon substrate, but silicon oxide by CVD or the like can also be used.

【0003】この方法によれば、逆バイアスされたPN
接合を用いて素子間を分離する方法に比べて、リーク電
流がなくかつ電圧極性の依存性がなくかつ耐圧の高い確
実な分離を行うことができる。しかしながら、この方法
の第1の問題点は、トレンチ内部の酸化時にトレンチ底
部コーナにおいて、2次元形状からくる制約のため、図
10の○印で示すくびれ(エッジ部)が生ずることであ
る。このくびれが生ずる過程は次のように説明できる。
すなわち、トレンチ底部コーナの酸化においては、トレ
ンチ側壁から壁に対して垂直方向に成長する酸化膜と、
トレンチ底面から上方へ成長する酸化膜とがコーナ部に
おいて出会うため、その場所で互いに他の酸化膜の成長
が妨げられ体積膨張ができず、その結果くびれが生ずる
のである。このくびれの先端は鋭いエッジ形状となると
ころから、電界集中がおこり耐圧の低下を招くので問題
である。
According to this method, reverse-biased PN is used.
As compared with the method of separating the elements by using the junction, it is possible to perform reliable separation with no leak current, with no dependence on voltage polarity, and with high breakdown voltage. However, the first problem of this method is that when the inside of the trench is oxidized, a constriction (edge portion) indicated by a circle in FIG. The process of causing this necking can be explained as follows.
That is, in the oxidation of the trench bottom corner, an oxide film that grows from the trench side wall in a direction perpendicular to the wall,
Since the oxide film growing upward from the bottom surface of the trench meets at the corner portion, the growth of the other oxide films is hindered from each other at that position, and the volume expansion cannot be performed, resulting in the constriction. Since the tip of the constriction has a sharp edge shape, electric field concentration occurs and the breakdown voltage is lowered, which is a problem.

【0004】また、第2の問題点は、トレンチ底部コー
ナにおいて酸化の進行に伴い応力集中が起こることであ
る。この理由も先と同様、2次元形状の制約からくるも
のである。応力集中が起きるとそれが原因となって結晶
欠陥が発生し素子の電気特性の低下を招くので問題であ
る。また、同じくSOI基板にトレンチを形成して素子
間を絶縁分離する他の分離方法として特公平5−801
48号公報に開示された方法がある。
A second problem is that stress concentration occurs in the trench bottom corner as oxidation progresses. This reason is also due to the limitation of the two-dimensional shape. When stress concentration occurs, crystal defects occur due to the stress concentration, resulting in deterioration of the electrical characteristics of the device, which is a problem. Also, as another isolation method of forming a trench in an SOI substrate and insulatingly isolating elements from each other, Japanese Patent Publication No.
There is a method disclosed in Japanese Patent No. 48.

【0005】この方法は、図11に示すように埋め込み
酸化膜103に到達するようにトレンチ106を形成
(図11(a))した後に、エッチングに用いた絶縁膜
よりなるマスクおよび埋め込み酸化膜を等方性エッチン
グを用いて適当な量だけエッチングしてトレンチ上部お
よび底部コーナーのシリコンを露出させ(図11
(b))、さらに露出した部分のシリコンを等方的にエ
ッチングし(図11(c))、しかる後、熱酸化法でト
レンチ内壁に酸化膜を形成(図11(d))するもので
ある。この方法ではトレンチコーナ部が丸められる結
果、結晶欠陥の発生が抑制されるという効果がある。
In this method, a trench 106 is formed so as to reach the buried oxide film 103 as shown in FIG. 11 (FIG. 11A), and then a mask made of an insulating film used for etching and the buried oxide film are removed. An appropriate amount of isotropic etching is used to expose the silicon at the top and bottom corners of the trench (see FIG. 11).
(B)), the exposed silicon is isotropically etched (FIG. 11C), and then an oxide film is formed on the inner wall of the trench by a thermal oxidation method (FIG. 11D). is there. This method has the effect of suppressing the occurrence of crystal defects as a result of the trench corners being rounded.

【0006】しかしながら、この方法においても図11
(d)に○印で示すように、えぐれた埋め込み酸化膜の
コーナのところから成長した酸化膜がトレンチ底部から
成長した酸化膜と出会うところで、先ほどの図10で示
したのと同様な鋭いエッジ形状が形成される。従って、
このものにおいても先と同様電界集中が起こり耐圧の低
下を招くことになる。
However, even in this method, FIG.
As indicated by a circle in (d), where the oxide film grown from the corner of the buried oxide film meets the oxide film grown from the bottom of the trench, a sharp edge similar to that shown in FIG. A shape is formed. Therefore,
Also in this case, electric field concentration occurs as in the previous case, and the breakdown voltage is lowered.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題に鑑
みてなされたもので、上記くびれによる分離耐圧の低下
を軽減または防ぎ、もって高耐圧の素子分離された半導
体装置を製造する方法を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and provides a method for manufacturing a semiconductor device having a high breakdown voltage and having a reduced breakdown voltage, which is reduced or prevented. The purpose is to do.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、請求項1に記載の発明においては、第1の半
導体基板の表面上に第1の絶縁膜を介して第2の半導体
基板を接合する工程と、前記第2の半導体基板の表面上
にマスクを形成する工程と、前記マスクを用いて前記第
2の半導体基板をエッチングし、前記第1の絶縁膜に達
する分離溝を形成する工程と、引き続き前記マスクを用
いて前記分離溝内の前記第1の絶縁膜を前記第1の半導
体基板に達するまでエッチングする工程と、引き続き前
記マスクを用いて前記分離溝内の前記第1の半導体基板
をエッチングする工程と、熱酸化法により前記分離溝内
の前記第2の半導体基板の側壁表面および前記第1の半
導体基板の表面を酸化して前記分離溝の内壁部に前記第
1の絶縁膜と接する第2の絶縁膜を形成し、前記第2の
半導体基板に前記分離溝によって絶縁分離された素子形
成領域を形成する工程とを有することを特徴としてい
る。
In order to achieve the above object, the present invention provides a second semiconductor according to the first aspect of the invention, wherein the second semiconductor is formed on the surface of the first semiconductor substrate through the first insulating film. A step of joining the substrates; a step of forming a mask on the surface of the second semiconductor substrate; and a step of etching the second semiconductor substrate using the mask to form a separation groove reaching the first insulating film. Forming, followed by etching the first insulating film in the isolation trench using the mask until the first semiconductor substrate is reached, and subsequently using the mask to etch the first insulating film in the isolation trench. The step of etching the first semiconductor substrate, and the side wall surface of the second semiconductor substrate and the surface of the first semiconductor substrate in the separation groove are oxidized by a thermal oxidation method so that the inner wall portion of the separation groove has the first surface. Contact with the insulating film of 1 Forming a second insulating film, it is characterized by having a step of forming the element formation region dielectrically isolated by the isolation trench on the second semiconductor substrate.

【0009】請求項2に記載の発明においては、第1の
半導体基板の表面上に第1の絶縁膜を介して第2の半導
体基板を接合する工程と、前記第2の半導体基板の表面
上にマスクを形成する工程と、前記マスクを用いて前記
第2の半導体基板をエッチングし、前記第1の絶縁膜に
達する分離溝を形成する工程と、引き続き前記マスクを
用いて前記分離溝内の前記第1の絶縁膜を前記第1の半
導体基板に達するまでエッチングする工程と、熱酸化法
により前記分離溝内の前記第2の半導体基板の側壁表面
および前記第1の半導体基板の表面を酸化して前記分離
溝の内壁部に前記第1の絶縁膜と接する第2の絶縁膜を
形成し、前記第2の半導体基板に前記分離溝によって絶
縁分離された素子形成領域を形成する工程とを有するこ
とを特徴としている。
According to a second aspect of the invention, the step of joining the second semiconductor substrate to the surface of the first semiconductor substrate via the first insulating film, and the step of bonding the second semiconductor substrate to the surface of the second semiconductor substrate. A step of forming a mask on the second semiconductor substrate, a step of etching the second semiconductor substrate using the mask to form a separation groove reaching the first insulating film, and a step of continuously forming a separation groove in the separation groove using the mask. Etching the first insulating film until it reaches the first semiconductor substrate, and oxidizing the sidewall surface of the second semiconductor substrate and the surface of the first semiconductor substrate in the isolation trench by a thermal oxidation method. And then forming a second insulating film in contact with the first insulating film on the inner wall portion of the isolation trench, and forming an element formation region that is insulated and isolated by the isolation trench on the second semiconductor substrate. Characterized by having .

【0010】請求項3に記載の発明では、請求項1又は
2に記載の発明において、前記マスクは、前記複数のエ
ッチング工程において異なるマスクとなるように複数の
マスク層から構成されていることを特徴としている。請
求項4に記載の発明においては、第1の半導体基板の表
面上に第1の絶縁膜を介して第2の半導体基板を接合す
る工程と、前記第2の半導体基板の表面より該第2の半
導体基板および前記第1の絶縁膜を介し、少なくとも前
記第1の半導体基板に達するまでの分離溝を形成する工
程と、熱酸化法により前記分離溝内の前記第2の半導体
基板の側壁表面および前記第1の半導体基板の表面を酸
化して前記分離溝の内壁部に前記第1の絶縁膜と接する
第2の絶縁膜を形成し、前記第2の半導体基板に前記分
離溝によって絶縁分離された素子形成領域を形成する工
程とを有することを特徴としている。
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the mask is composed of a plurality of mask layers so as to be different masks in the plurality of etching steps. It has a feature. In the invention according to claim 4, the step of joining the second semiconductor substrate on the surface of the first semiconductor substrate via the first insulating film, and the step of joining the second semiconductor substrate from the surface of the second semiconductor substrate to the second semiconductor substrate. Forming a separation groove that reaches at least the first semiconductor substrate through the semiconductor substrate and the first insulating film, and a sidewall surface of the second semiconductor substrate in the separation groove by a thermal oxidation method. And oxidizing the surface of the first semiconductor substrate to form a second insulating film in contact with the first insulating film on the inner wall portion of the separation groove, and insulatingly separating the second semiconductor substrate by the separation groove. And a step of forming a formed element formation region.

【0011】請求項5に記載の発明においては、第1の
絶縁膜を介して第1の半導体基板と第2の半導体基板が
接合形成されるともに、前記第2の半導体基板の表面か
ら少なくとも前記第1の絶縁膜に達するまでの分離溝が
形成されており、該分離溝内の前記第2の半導体基板の
側壁表面に第2の絶縁膜が形成されて、前記第1の絶縁
膜との間にエッジ部を形成してなる半導体基板を用意す
る工程と、前記エッジ部の曲率半径を大きくする工程
と、この工程により前記エッジ部の曲率半径を大きくし
た状態で前記分離溝内に埋め込み部材を充填する工程と
を有することを特徴としている。
According to a fifth aspect of the present invention, the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate are bonded and formed via the first insulating film, and at least the surface of the second semiconductor substrate is at least the above. A separation trench is formed to reach the first insulation film, and a second insulation film is formed on the side wall surface of the second semiconductor substrate in the separation trench to form a first insulation film. A step of preparing a semiconductor substrate having an edge portion formed between them; a step of increasing the radius of curvature of the edge portion; and a step of increasing the radius of curvature of the edge portion by this step and embedding a member in the separation groove. And a step of filling.

【0012】請求項6に記載の発明では、請求項5に記
載の発明において、前記半導体基板を用意する工程は、
前記第1の半導体基板の表面上に第1の絶縁膜を介して
第2の半導体基板を接合する工程と、前記第2の半導体
基板の表面より該第2の半導体基板および少なくとも前
記第1の絶縁膜に達するまでの分離溝を形成する工程
と、熱酸化法により前記分離溝内の前記第2の半導体基
板の側壁表面および前記第1の半導体基板の表面を酸化
して前記分離溝の内壁部に前記第1の絶縁膜と接する前
記第2の絶縁膜を形成する工程とを有することを特徴と
している。
According to the invention of claim 6, in the invention of claim 5, the step of preparing the semiconductor substrate comprises:
A step of joining a second semiconductor substrate on the surface of the first semiconductor substrate via a first insulating film, and a step of bonding the second semiconductor substrate from the surface of the second semiconductor substrate and at least the first semiconductor substrate. Forming a separation groove until reaching the insulating film; and oxidizing the side wall surface of the second semiconductor substrate and the surface of the first semiconductor substrate in the separation groove by a thermal oxidation method to form an inner wall of the separation groove. And a step of forming the second insulating film in contact with the first insulating film.

【0013】請求項7に記載の発明では、請求項5又は
6に記載の発明において、前記エッジ部の曲率半径を大
きくする工程は、前記分離溝内にエッチングを施す工程
であることを特徴としている。請求項8に記載の発明で
は、請求項5又は6に記載の発明において、前記エッジ
部の曲率半径を大きくする工程は、前記分離溝内に多結
晶シリコンを堆積し、それを酸化する工程であることを
特徴としている。
The invention according to claim 7 is characterized in that, in the invention according to claim 5 or 6, the step of increasing the radius of curvature of the edge portion is a step of etching the separation groove. There is. In the invention according to claim 8, in the invention according to claim 5 or 6, the step of increasing the radius of curvature of the edge portion is a step of depositing polycrystalline silicon in the separation groove and oxidizing it. It is characterized by being.

【0014】請求項9に記載の発明では、請求項7に記
載の発明において、前記分離溝内の多結晶シリコンの酸
化はその一部分のみ行うものであることを特徴としてい
る。請求項10に記載の発明では、請求項5又は6に記
載の発明において、前記エッジ部の曲率半径を大きくす
る工程は、前記分離溝内に窒化膜を形成する工程である
ことを特徴としている。
The invention according to claim 9 is characterized in that, in the invention according to claim 7, the oxidation of the polycrystalline silicon in the isolation trench is performed only partially. The invention according to claim 10 is characterized in that, in the invention according to claim 5 or 6, the step of increasing the radius of curvature of the edge portion is a step of forming a nitride film in the separation groove. .

【0015】[0015]

【発明の作用効果】請求項1に記載の発明においては、
第1の半導体基板と第2の半導体基板が第1の絶縁膜を
介して接合され、この第2の半導体基板の表面上にマス
クを形成する。そして、このマスクを用いて第2の半導
体基板、第1の絶縁膜、さらに第1の半導体基板をエッ
チングする。そして、熱酸化法により分離溝内の第2の
半導体基板の側壁表面および第1の半導体基板の表面を
酸化して分離溝の内壁部に第1の絶縁膜と接する第2の
絶縁膜を形成する。このことによって、第2の半導体基
板に分離溝によって絶縁分離された素子形成領域が形成
される。
In the invention described in claim 1,
The first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate are bonded together via the first insulating film, and a mask is formed on the surface of the second semiconductor substrate. Then, the second semiconductor substrate, the first insulating film, and the first semiconductor substrate are etched using this mask. Then, the side wall surface of the second semiconductor substrate and the surface of the first semiconductor substrate in the separation groove are oxidized by a thermal oxidation method to form a second insulating film in contact with the first insulating film on the inner wall portion of the separation groove. To do. As a result, an element formation region is formed on the second semiconductor substrate, which is insulated and separated by the separation groove.

【0016】従って、第1の半導体基板内にまで形成さ
れた分離溝を酸化することにより、分離溝内に形成され
る第2の絶縁膜が第1の絶縁膜に滑らかに覆いかぶさる
ように形成される。その結果、上述したくびれに基づく
鋭いエッジが形成されず、よって耐圧の低下を防ぐこと
が可能となる。請求項2、4に記載の発明においては、
第2の半導体基板の表面より第1の絶縁膜を介して、第
1の半導体基板に達するまでの分離溝を形成し、その分
離溝内の第2の半導体基板の側壁表面および第1の半導
体基板の表面を酸化して分離溝の内壁部に第1の絶縁膜
と接する第2の絶縁膜を形成するようにしている。
Therefore, by oxidizing the isolation trench formed in the first semiconductor substrate, the second insulation film formed in the isolation trench is formed so as to smoothly cover the first insulation film. To be done. As a result, a sharp edge due to the above-mentioned constriction is not formed, and thus it is possible to prevent the breakdown voltage from decreasing. In the invention described in claims 2 and 4,
An isolation groove is formed from the surface of the second semiconductor substrate to the first semiconductor substrate through the first insulating film, and the sidewall surface of the second semiconductor substrate and the first semiconductor in the isolation groove are formed. The surface of the substrate is oxidized to form a second insulating film in contact with the first insulating film on the inner wall of the separation groove.

【0017】従って、第1の半導体に達するまで形成さ
れた分離溝を酸化することにより、第2の半導体基板の
側壁表面に形成される酸化膜は、第1の絶縁膜に接する
部分で第1の絶縁膜に滑らかに覆いかぶさるように形成
される。この場合、第1半導体基板の表面に形成される
酸化膜は上方の空間へ向かって成長し第1の絶縁膜との
間でくびれに基づく鋭いエッジが形成されるのである
が、このエッジは第2の半導体基板のコーナおよび底部
からは少なくとも第1の絶縁膜の厚みに等しい距離以上
離れているので、耐圧低下に及ぼす影響を抑えることが
できる。
Therefore, the oxide film formed on the side wall surface of the second semiconductor substrate by oxidizing the isolation trench formed until reaching the first semiconductor has the first oxide film at the portion in contact with the first insulating film. Is formed so as to smoothly cover the insulating film. In this case, the oxide film formed on the surface of the first semiconductor substrate grows toward the upper space, and a sharp edge due to the constriction is formed between the oxide film and the first insulating film. Since the semiconductor substrate of No. 2 is separated from the corner and the bottom of the semiconductor substrate by at least a distance equal to the thickness of the first insulating film, it is possible to suppress the influence on the decrease in breakdown voltage.

【0018】請求項5乃至10に記載の発明において
は、分離溝内の第2の半導体基板の側壁表面に側壁酸化
膜が形成されて、第1の絶縁膜との間にエッジ部を有し
てなる半導体基板に対し、そのエッジ部の曲率半径を大
きくする工程を設け、この工程によりエッジ部の曲率半
径を大きくした状態で分離溝内に埋め込み部材を充填す
るようにしている。
In a fifth aspect of the present invention, a sidewall oxide film is formed on the sidewall surface of the second semiconductor substrate in the isolation trench and has an edge portion between the sidewall oxide film and the first insulating film. A step of increasing the radius of curvature of the edge portion is provided for the semiconductor substrate formed as described above, and by this step, the embedded member is filled in the separation groove with the radius of curvature of the edge portion being increased.

【0019】従って、上述した従来の方法のように丸め
処理した後の酸化ではなく、酸化により側壁酸化膜等を
形成した後に、エッジ部の曲率半径を大きくし埋め込み
部材の充填を行うようにしているから、分離溝内のエッ
ジ部による電界集中を緩和し高耐圧化を図ることができ
る。
Therefore, the side wall oxide film or the like is formed by oxidation instead of oxidation after rounding as in the conventional method described above, and then the radius of curvature of the edge portion is increased to fill the filling member. Therefore, the electric field concentration due to the edge portion in the separation groove can be alleviated and the breakdown voltage can be increased.

【0020】[0020]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。 (第1実施例)図1は本発明の第1実施例に係わる半導
体装置の製造方法を示す工程ごとの断面図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (First Embodiment) FIGS. 1A to 1D are sectional views of respective steps showing a method of manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

【0021】まず、図1(a)に示すように、シリコン
支持基板1(第1の半導体基板)と素子形成用のシリコ
ン基板2(第2の半導体基板)を埋め込み酸化膜3(第
1の絶縁膜)を介して直接接合法により接合する。埋め
込み酸化膜3は、その接合に先立ち、素子形成用基板2
または支持基板1の両方もしくはいずれか一方の基板表
面に例えば熱酸化法等により予め形成しておく。その
後、シリコン基板2の素子形成用主面上に熱酸化法また
はCVD法等により酸化膜4を形成する。この酸化膜4
を所定形状にパターニングし、これをマスクとして反応
性イオンエッチング法を用いたトレンチエッチング技術
によりシリコン基板2を埋め込み酸化膜3に到るまで深
溝状(例えば幅略2μm、深さ略10μm)にエッチン
グ除去し、トレンチ5を形成する。
First, as shown in FIG. 1A, a silicon support substrate 1 (first semiconductor substrate) and a silicon substrate 2 for element formation (second semiconductor substrate) are embedded in an oxide film 3 (first). Bonding is performed by a direct bonding method via an insulating film. The buried oxide film 3 is formed on the element forming substrate 2 prior to the bonding.
Alternatively, it is formed in advance on both or one of the surfaces of the supporting substrate 1 by, for example, a thermal oxidation method. After that, an oxide film 4 is formed on the element-forming main surface of the silicon substrate 2 by a thermal oxidation method, a CVD method, or the like. This oxide film 4
Is patterned into a predetermined shape, and the silicon substrate 2 is etched into a deep groove shape (for example, a width of about 2 μm and a depth of about 10 μm) by the trench etching technique using the reactive ion etching method using this as a mask. Then, the trench 5 is formed.

【0022】次に、図1(b)に示すように、今度は反
応ガスを酸化膜の異方性エッチング用に切り替えて引き
続き異方性エッチングを行い、トレンチ5の底部6が支
持基板1に到達するようにする。次に、図1(c)に示
すように、再び反応ガスをシリコントレンチエッチング
用に切り替えてエッチングを継続し、トレンチ底部6が
支持基板1と埋め込み酸化膜3の界面7より下になるよ
うにする。
Next, as shown in FIG. 1B, this time, the reaction gas is switched to anisotropic etching of the oxide film to continue anisotropic etching, and the bottom portion 6 of the trench 5 becomes the supporting substrate 1. To reach. Next, as shown in FIG. 1C, the reaction gas is switched again to the silicon trench etching to continue the etching so that the trench bottom portion 6 is below the interface 7 between the supporting substrate 1 and the buried oxide film 3. To do.

【0023】以上のエッチング過程を通じて酸化膜4を
シリコン基板2上に所定形状を保って残留するように酸
化膜4の膜厚 toxm を設定する。すなわち、トレンチエ
ッチングにおけるシリコンと酸化膜の選択比をr(単位
時間当たりのシリコンのエッチング量/単位時間当たり
の酸化膜のエッチング量)、シリコン基板2の厚みをt
soi 、埋め込み酸化膜の厚みを tbox 、支持基板1のエ
ッチング深さを tovrとすると、
Through the above etching process, the film thickness t oxm of the oxide film 4 is set so that the oxide film 4 remains on the silicon substrate 2 in a predetermined shape. That is, the selection ratio of silicon and oxide film in the trench etching is r (etching amount of silicon per unit time / etching amount of oxide film per unit time), and the thickness of the silicon substrate 2 is t.
If soi , the thickness of the buried oxide film is t box , and the etching depth of the supporting substrate 1 is t ovr ,

【0024】[0024]

【数1】 toxm ≧( tsoi / r)+ tbox +( tovr / r) となるように酸化膜4の膜厚 toxm を設定する。これは
トレンチエッチングにより埋め込み酸化膜3に到るまで
酸化膜4をマスクとしてシリコン基板2をエッチング
し、次にエッチングガスを切り替えて埋め込み酸化膜3
をエッチング除去し、再び反応ガスをシリコンのトレン
チエッチング用ガスに切り替えて、シリコン基板2上に
残った酸化膜4よりなるマスクをそのままマスクとして
用い支持基板1を所定量だけオーバエッチし得るに足る
最低限の膜厚である。
## EQU1 ## The film thickness t oxm of the oxide film 4 is set so that t oxm ≧ (t soi / r) + t box + (t ovr / r). This is because the silicon substrate 2 is etched by trench etching using the oxide film 4 as a mask until the buried oxide film 3 is reached, and then the etching gas is switched to fill the buried oxide film 3 with the etching gas.
Is removed by etching, the reaction gas is switched to the silicon trench etching gas again, and the support substrate 1 can be overetched by a predetermined amount using the mask made of the oxide film 4 remaining on the silicon substrate 2 as it is. It is the minimum film thickness.

【0025】次に、エッチングを終了した基板を洗浄し
て、トレンチ5側壁の反応生成物を除去すると同時にマ
スク材としての酸化膜4を除去し、その後、熱酸化法に
よりシリコン基板2の表面および溝底部に露出した支持
基板1の表面に酸化膜8(第2の絶縁膜)を埋め込み酸
化膜3に接するように形成する(図1(d))。なお、
マスク材については、工程を簡略化する場合、マスク材
の除去を行わずそのまま酸化膜8を形成するようにして
もよい。
Next, the etched substrate is washed to remove the reaction products on the sidewalls of the trenches 5 and, at the same time, to remove the oxide film 4 as a mask material. An oxide film 8 (second insulating film) is formed on the surface of the support substrate 1 exposed at the bottom of the groove so as to contact the buried oxide film 3 (FIG. 1D). In addition,
Regarding the mask material, when the process is simplified, the oxide film 8 may be directly formed without removing the mask material.

【0026】このようにして、トレンチ5の側壁に形成
された酸化膜8は埋め込み酸化膜3に接する部分9およ
び10で埋め込み酸化膜3端部に滑らかに覆いかぶさる
ように形成される。この結果、図10に○印で示したよ
うな従来技術において電界集中を引き起こすので問題で
あった酸化膜のくびれに基づく鋭いエッジ形状が形成さ
れることがなくなり耐圧の低下を防ぐことが可能とな
る。
In this way, the oxide film 8 formed on the side wall of the trench 5 is formed so as to smoothly cover the end portion of the buried oxide film 3 at the portions 9 and 10 in contact with the buried oxide film 3. As a result, electric field concentration is caused in the prior art as shown by a circle in FIG. 10, so that a sharp edge shape due to the constriction of the oxide film is not formed and it is possible to prevent the breakdown voltage from being lowered. Become.

【0027】この後、図1(e)に示すように、トレン
チ5内部を多結晶シリコン11で埋設、平坦化して通常
のデバイス工程によりシリコン基板2中に素子を形成し
て、個別素子毎もしくはブロック毎に埋め込み酸化膜3
とトレンチ5内部の酸化膜8で絶縁分離され、所期の絶
縁分離耐圧を持つ絶縁体分離半導体装置を得る。なお、
上記実施例においては、トレンチエッチングのマスクと
して用いる絶縁膜として、酸化膜4よりなる単層膜を用
いたが、2つ以上の絶縁膜からなる多層のマスク層を用
い、複数のエッチングに対応して使用するマスクが異な
るようにしてもよい。
Thereafter, as shown in FIG. 1 (e), the inside of the trench 5 is filled with polycrystalline silicon 11, flattened, and elements are formed in the silicon substrate 2 by a normal device process. Buried oxide film 3 for each block
And an insulating film is isolated by the oxide film 8 inside the trench 5 to obtain an insulator-isolated semiconductor device having a desired isolation voltage. In addition,
In the above-mentioned embodiment, a single layer film made of the oxide film 4 is used as an insulating film used as a mask for trench etching, but a multilayer mask layer made of two or more insulating films is used to cope with a plurality of etchings. The masks used may be different.

【0028】例えば、最上層がシリコン酸化膜またはシ
リコン窒化膜、中間層がシリコン、最下層がシリコン酸
化膜またはシリコン窒化膜からなる3層膜を用いること
ができる。ここで、シリコン酸化膜またはシリコン窒化
膜からなる最上層はシリコンのエッチングに対する選択
比が大きな膜であり、シリコン基板2をエッチングする
際のマスクとして用いられる。また、中間層として用い
るシリコンは埋め込み酸化膜3をエッチングする際のマ
スクの役割をするものであり、シリコン(多結晶シリコ
ンもしくは非晶質シリコン)を用いるのは酸化膜に対す
る選択比を大きく設定することができるからである。最
下層に用いるシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜は、
支持基板1をエッチングする際のマスクとなるものであ
る。
For example, a three-layer film in which the uppermost layer is a silicon oxide film or a silicon nitride film, the intermediate layer is silicon, and the lowermost layer is a silicon oxide film or a silicon nitride film can be used. Here, the uppermost layer made of a silicon oxide film or a silicon nitride film is a film having a large selection ratio for etching silicon, and is used as a mask when etching the silicon substrate 2. Further, the silicon used as the intermediate layer serves as a mask when the buried oxide film 3 is etched, and the use of silicon (polycrystalline silicon or amorphous silicon) sets a large selection ratio to the oxide film. Because you can. The silicon oxide film or silicon nitride film used for the bottom layer is
It serves as a mask when the support substrate 1 is etched.

【0029】なお、上記最上層および最下層に用いるマ
スク材料としては、シリコンに対するトレンチエッチン
グの選択比が高いものであれば上記の材料に限定される
ものではない。同様に中間層として用いるマスク材料は
酸化膜に対するエッチングの選択比が高いものであれば
上記の材料に限定されるものではない。また、2層膜を
マスクとして用いた場合にあっては、上層がシリコン酸
化膜、下層がシリコン窒化膜からなる2層膜で構成され
る。上層のシリコン酸化膜は選択比の関係からシリコン
基板2をトレンチエッチングする最のマスクとして、下
層のシリコン窒化膜は埋め込み酸化膜3と支持基板1を
エッチングする際のマスクとして用いるものである。 (第2実施例)図2に本発明の第2実施例を示す。この
第2実施例においては、図1に示す第1実施例と異な
り、図1(b)において酸化膜4をマスクとして支持基
板1に到達するまで埋め込み酸化膜3をエッチングした
後、図1(c)に示したような支持基板1のエッチング
は行わず、直ちに図1(d)に示したのと同様な側壁酸
化工程を行うものである。
The mask material used for the uppermost layer and the lowermost layer is not limited to the above materials as long as it has a high trench etching selection ratio with respect to silicon. Similarly, the mask material used as the intermediate layer is not limited to the above materials as long as it has a high etching selection ratio with respect to the oxide film. When the two-layer film is used as a mask, the upper layer is composed of a silicon oxide film and the lower layer is composed of a silicon nitride film. The upper silicon oxide film is used as the most mask for trench etching the silicon substrate 2 due to the selection ratio, and the lower silicon nitride film is used as the mask for etching the buried oxide film 3 and the supporting substrate 1. (Second Embodiment) FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention. In the second embodiment, unlike the first embodiment shown in FIG. 1, the buried oxide film 3 is etched until reaching the supporting substrate 1 by using the oxide film 4 as a mask in FIG. The etching of the supporting substrate 1 as shown in c) is not performed, and the sidewall oxidation step similar to that shown in FIG. 1D is immediately performed.

【0030】この結果、トレンチ5内部の形状は図2に
示すようになる。すなわち、シリコン基板2の表面に酸
化膜8が埋め込み酸化膜3に接するように形成される。
このようにしてトレンチ5側壁に形成された酸化膜8は
埋め込み酸化膜3に接する部分9では第1実施例と同
様、埋め込み酸化膜3端部に滑らかに覆いかぶさるよう
に形成されるが、底部コーナ部分12では埋め込み酸化
膜3端部の下へ潜り込むような形状となる。その結果、
底部コーナ部分12では埋め込み酸化膜3のくびれに基
づく鋭いエッジが形成されるのであるが、トレンチ5底
部が埋め込み酸化膜3を取り除き支持基板1に到達する
ように形成されているので、上記エッジは素子形成用シ
リコン基板2のコーナおよび底部からは少なくとも埋め
込み酸化膜3の厚みに等しい距離以上離れている。従っ
て、この第2実施例によれば耐圧低下におよぼす影響を
最小限に抑えることができる。
As a result, the shape of the inside of the trench 5 becomes as shown in FIG. That is, the oxide film 8 is formed on the surface of the silicon substrate 2 so as to be in contact with the buried oxide film 3.
The oxide film 8 thus formed on the side wall of the trench 5 is formed so as to smoothly cover the end portion of the buried oxide film 3 at the portion 9 in contact with the buried oxide film 3, as in the first embodiment. The corner portion 12 is shaped so as to go under the edge of the buried oxide film 3. as a result,
A sharp edge is formed in the bottom corner portion 12 based on the constriction of the buried oxide film 3. However, since the bottom of the trench 5 is formed so as to remove the buried oxide film 3 and reach the support substrate 1, the above-mentioned edge is formed. It is separated from the corner and the bottom of the element forming silicon substrate 2 by at least a distance equal to the thickness of the buried oxide film 3. Therefore, according to the second embodiment, it is possible to minimize the effect on the breakdown voltage.

【0031】なお、上記第2実施例にあってはトレンチ
エッチングのマスクとして用いる絶縁膜として、酸化膜
4よりなる単層膜を用いたが、多層膜で最上層がシリコ
ン酸化膜またはシリコン窒化膜、中間層がシリコン、最
下層がシリコン窒化膜からなる3層膜か、もしくは上層
がシリコン酸化膜、下層がシリコン窒化膜からなる2層
膜を用いるというように、複数のエッチングに対応して
使用するマスクが異なるようにしてもよい。
In the second embodiment, a single layer film made of the oxide film 4 is used as an insulating film used as a mask for trench etching. However, the uppermost layer is a silicon oxide film or a silicon nitride film in a multilayer film. Used for multiple etchings, such as a three-layer film in which the intermediate layer is silicon and the bottom layer is a silicon nitride film, or a two-layer film in which the upper layer is a silicon oxide film and the lower layer is a silicon nitride film. Different masks may be used.

【0032】すなわち、最上層のシリコン酸化膜または
シリコン窒化膜をマスクとしてシリコン基板2のトレン
チエッチングを行い、次に中間層のシリコン(多結晶シ
リコンもしくは非晶質シリコン)をマスクとして埋め込
み酸化膜3のエッチングを行う。最下層のシリコン窒化
膜は、シリコン基板2と、マスクとして用いたシリコン
の境界を区別するために挿入したものであって、埋め込
み酸化膜3のエッチングが終了した後に、シリコン窒化
膜が露出するように多層膜の膜厚を設定しておく。こう
することによって埋め込み酸化膜3のエッチングが終了
した後、シリコン窒化膜をリン酸等を用いて選択的にエ
ッチング除去することにより、所期の形状を得る。
That is, trench etching of the silicon substrate 2 is performed using the uppermost silicon oxide film or silicon nitride film as a mask, and then the buried oxide film 3 is used using the intermediate layer silicon (polycrystalline silicon or amorphous silicon) as a mask. Etching is performed. The lowermost silicon nitride film is inserted to distinguish the boundary between the silicon substrate 2 and the silicon used as a mask, and the silicon nitride film is exposed after the etching of the buried oxide film 3 is completed. The film thickness of the multilayer film is set in advance. After the etching of the buried oxide film 3 is completed in this way, the silicon nitride film is selectively removed by etching with phosphoric acid or the like to obtain a desired shape.

【0033】また、2層膜を用いた場合にあっては、上
層のシリコン酸化膜をマスクとしてシリコン基板2のト
レンチエッチングを行い、下層のシリコン窒化膜をマス
クとして埋め込み酸化膜3のエッチングを行う。この
後、シリコン窒化膜をリン酸等を用いて選択的にエッチ
ング除去することにより、所期の形状を得る。なお、こ
の第2実施例において用いられるマスク材料は上記第1
実施例のところで述べたのと同様の基準に基づいて選択
されるものであって、被エッチング対象に対する選択比
が高くいものであれば上記実施例に記載された材料に限
定されるものではない。 (第3実施例)次に、上述した埋め込み酸化膜3のくび
れに基づく鋭いエッジに対し、そのエッジ部の曲率半径
を増加させるようにして絶縁耐圧を向上させるようにし
た第3実施例について説明する。
When a two-layer film is used, trench etching of the silicon substrate 2 is performed by using the upper silicon oxide film as a mask, and the buried oxide film 3 is etched by using the lower silicon nitride film as a mask. . After that, the silicon nitride film is selectively removed by etching with phosphoric acid or the like to obtain a desired shape. The mask material used in this second embodiment is the same as the first one.
The materials are not limited to the materials described in the above-mentioned embodiments as long as they are selected based on the same criteria as described in the embodiments and have a high selection ratio with respect to the object to be etched. (Third Embodiment) Next, a description will be given of a third embodiment in which the dielectric strength is improved by increasing the radius of curvature of the sharp edge due to the constriction of the buried oxide film 3 described above. To do.

【0034】図3に第3実施例の製造方法を示す。ま
ず、図3(a)に示すように、支持基板1と素子形成用
のシリコン基板2を埋め込み酸化膜3を介して直接接合
法により接合し、酸化膜4を形成した後、この酸化膜4
を所定形状にパターニングし、これをマスクとして反応
性イオンエッチング法を用いたトレンチエッチング技術
によりシリコン基板2を埋め込み酸化膜3に到るまで深
溝状にエッチング除去し、トレンチ5を形成する。
FIG. 3 shows a manufacturing method of the third embodiment. First, as shown in FIG. 3A, the supporting substrate 1 and the silicon substrate 2 for element formation are bonded by the direct bonding method through the buried oxide film 3 to form the oxide film 4, and then the oxide film 4 is formed.
Is patterned into a predetermined shape, and using this as a mask, the silicon substrate 2 is etched and removed in a deep groove shape to reach the buried oxide film 3 by a trench etching technique using a reactive ion etching method to form a trench 5.

【0035】次に、マスク材としての酸化膜4を除去し
た後、熱酸化法等を用いて、トレンチ5側壁に酸化膜8
を形成し、図3(b)の構成を得る。この状態において
は、トレンチ5の底部形状は図に示すように鋭いエッジ
部(このエッジ部が形成されている部分を凸部空洞部と
いう)を有するものとなっている。次に、希HF溶液
で、エッチングし、図3(c)に示すように、上記エッ
ジの曲率半径を大きくし、最後に図1(e)と同様、ト
レンチ5内を多結晶シリコン11で埋設、平坦化する
(図3(d))。
Next, after removing the oxide film 4 as the mask material, the oxide film 8 is formed on the side wall of the trench 5 by using a thermal oxidation method or the like.
Are formed to obtain the structure shown in FIG. In this state, the shape of the bottom portion of the trench 5 has a sharp edge portion (the portion where the edge portion is formed is called a convex hollow portion) as shown in the figure. Next, etching is performed with a dilute HF solution to increase the radius of curvature of the edge as shown in FIG. 3C, and finally, as in FIG. 1E, the trench 5 is filled with polycrystalline silicon 11. , Flattening (FIG. 3D).

【0036】ここで、上記図3(b)に示すエッジ部の
曲率半径は0.02μm程度であるが、この状態から図
3(c)に示すようにHFエッチングを行うことによ
り、トレンチ5内は等方的にエッチングされるので、凸
状空洞部の曲率半径は、もともとの曲率半径0.02μ
m程度+HFエッチング量の和となる。また、HFエッ
チング量はHFエッチング時間に比例するので、HF溶
液の濃度をパラメータとして、曲率半径とエッチング時
間は図4に示す関係となる。
Here, the radius of curvature of the edge portion shown in FIG. 3B is about 0.02 μm. In this state, HF etching is performed as shown in FIG. Is isotropically etched, the radius of curvature of the convex cavity is 0.02μ.
It is the sum of about m + HF etching amount. Further, since the HF etching amount is proportional to the HF etching time, the radius of curvature and the etching time have the relationship shown in FIG. 4 with the concentration of the HF solution as a parameter.

【0037】ここで、HFエッチング条件を変え、曲率
半径を変化させたときの破壊強度(=絶縁耐圧/側壁酸
化膜厚×2)を実際に測定した結果を図5に示す。曲率
半径が小さくなるにつれ破壊強度が低下することがわか
る。側壁酸化膜8の膜厚は、エッチングにより、エッチ
ングする前の酸化膜厚−HFエッチング量となるから、
絶縁耐圧は、破壊強度×(エッチングする前の酸化膜厚
−HFエッチング量)×2となる。
FIG. 5 shows the result of actual measurement of the breakdown strength (= dielectric strength / sidewall oxide film × 2) when the HF etching conditions are changed and the radius of curvature is changed. It can be seen that the fracture strength decreases as the radius of curvature decreases. The film thickness of the side wall oxide film 8 becomes the oxide film thickness before etching-the amount of HF etching by etching.
The breakdown voltage is the breakdown strength × (oxide film thickness before etching−HF etching amount) × 2.

【0038】従って、破壊強度を図5から求めることに
より、絶縁耐圧を予想することができる。例えば、エッ
チングする前の酸化膜厚を0.7μmとした場合、凸状
空洞部の曲率半径と絶縁耐圧の関係は図6に示すように
なる。この図から、HFエッチングにより曲率半径を約
0.07μmにした場合、絶縁耐圧が従来構造(曲率半
径が約0.02μmの場合)より約10%向上すること
がわかる。さらに、曲率半径を0.05〜0.10μm
にすることにより、耐圧が5%向上し、0.04〜0.
13μmにすることで、耐圧が3%向上する。
Therefore, the breakdown voltage can be predicted by obtaining the breaking strength from FIG. For example, when the oxide film thickness before etching is 0.7 μm, the relationship between the radius of curvature of the convex cavity and the withstand voltage is as shown in FIG. From this figure, it is understood that when the radius of curvature is set to about 0.07 μm by HF etching, the withstand voltage is improved by about 10% as compared with the conventional structure (when the radius of curvature is about 0.02 μm). Furthermore, the radius of curvature is 0.05 to 0.10 μm.
With this, the breakdown voltage is improved by 5%, and 0.04 to 0.
By setting the thickness to 13 μm, the breakdown voltage is improved by 3%.

【0039】この第3実施例においては、従来技術のよ
うにトレンチ内のエッジの丸め処理を行った後に側壁酸
化膜の形成を行うものでなく、側壁酸化膜8の形成後に
トレンチ内のエッジ部の曲率半径の増加を行うものであ
るため、最終的に鋭いエッジ形状が形成されず、従って
電界集中による耐圧の低下といった問題を解消すること
ができる。 (第4実施例)この第4実施例は、図3(b)に示す側
壁酸化膜8の形成後、多結晶シリコンを推積し、それを
酸化してトレンチ5内の酸化膜を厚くするようにしたも
のである。
In the third embodiment, the sidewall oxide film is not formed after rounding the edge in the trench as in the prior art, but the edge portion in the trench is formed after the sidewall oxide film 8 is formed. Since the radius of curvature is increased, a sharp edge shape is not finally formed, so that the problem of reduction in breakdown voltage due to electric field concentration can be solved. (Fourth Embodiment) In the fourth embodiment, after forming the sidewall oxide film 8 shown in FIG. 3B, polycrystalline silicon is deposited and oxidized to thicken the oxide film in the trench 5. It was done like this.

【0040】すなわち、図3(b)に示す、側壁酸化膜
8の形成後、トレンチ5内に多結晶シリコン13を推積
させる(図7(a))。多結晶シリコン13は減圧CV
Dを用いることによりカバレッジ性が良好となり、すき
まなく推積することが可能である。この多結晶シリコン
13をすべて熱酸化させることにより、図7(b)のよ
うに凸部空洞部の曲率半径を大きくすることができ、そ
の結果電界集中が低減し、絶縁耐圧を向上させることが
できる。最後に図1(e)と同様、トレンチ5内を多結
晶シリコン11で埋設、平坦化する。
That is, after forming the sidewall oxide film 8 shown in FIG. 3B, polycrystalline silicon 13 is deposited in the trench 5 (FIG. 7A). Polycrystalline silicon 13 is depressurized CV
By using D, the coverage property becomes good, and it is possible to accumulate without gaps. By thermally oxidizing all of this polycrystalline silicon 13, the radius of curvature of the convex cavity can be increased as shown in FIG. 7B, and as a result, electric field concentration can be reduced and dielectric strength can be improved. it can. Finally, as in FIG. 1E, the trench 5 is filled with polycrystalline silicon 11 and planarized.

【0041】この実施例によれば、凸部空洞部の曲率半
径を大きくするのみならず、側壁酸化膜厚自体も厚くな
るので、電界集中の緩和と酸化膜厚の増加との2つのす
ぐれた効果がある。例えば、多結晶シリコン13を0.
05μm以上推積させ、この多結晶シリコン13を酸化
させた場合、破壊強度(多結晶シリコン酸化膜厚を考慮
して算出した)が大きくなることが確認できた。これ
は、酸化膜厚の増加のみならず、凸状空洞部の曲率半径
が大きくなったため電界集中が緩和された効果によるも
のといえる。 (第5実施例)上記第4実施例では、多結晶シリコン1
3を全て熱酸化させるようにするものを示したが、多結
晶シリコン13の一部のみ酸化するようにしてもよい。
すなわち、図3(b)に示す側壁酸化膜8の形成後、多
結晶シリコン13を推積し、その一部のみ酸化して多結
晶シリコン酸化膜13aを形成し、図8に示す構成を得
る。この後、図1(e)と同じくトレンチ5内に多結晶
シリコン11を推積させる。
According to this embodiment, not only the radius of curvature of the convex cavity is increased, but also the side wall oxide film itself is thickened, so that there are two excellent features: relaxation of electric field concentration and increase of oxide film thickness. effective. For example, the polycrystalline silicon 13 may be replaced by 0.
It was confirmed that the breakdown strength (calculated in consideration of the polycrystalline silicon oxide film thickness) was increased when the polycrystalline silicon 13 was oxidized to a thickness of 05 μm or more and oxidized. It can be said that this is due to not only the increase in the oxide film thickness but also the effect that the electric field concentration is alleviated because the radius of curvature of the convex hollow portion is increased. (Fifth Embodiment) In the fourth embodiment, the polycrystalline silicon 1 is used.
Although all of 3 are thermally oxidized, only a part of the polycrystalline silicon 13 may be oxidized.
That is, after forming the side wall oxide film 8 shown in FIG. 3B, the polycrystalline silicon 13 is deposited, and only a part thereof is oxidized to form the polycrystalline silicon oxide film 13a to obtain the structure shown in FIG. . After that, the polycrystalline silicon 11 is deposited in the trench 5 as in FIG.

【0042】この場合も上記第4実施例と同様、トレン
チ5内の全体の酸化膜を厚くして絶縁耐圧を向上させる
ことができる。この場合、多結晶シリコン13の熱酸化
する膜厚は、電界集中による絶縁耐圧の低下分を補う分
あればよい。例えば、凸状空洞部の曲率半径が0.02
μm、側壁酸化膜8の膜厚が0.7μmの場合、絶縁耐
圧=破壊強度×(側壁酸化膜厚×2)であるから、絶縁
耐圧は約530Vとなる。多結晶シリコン酸化膜13a
の膜厚の破壊強度が約5MV/CM とすると、多結晶シリコ
ン酸化膜13aの膜厚が約0.18μm以上であれば凸
状空洞部での電界集中を補うことができる。
Also in this case, as in the case of the fourth embodiment described above, the dielectric strength voltage can be improved by thickening the entire oxide film in the trench 5. In this case, the film thickness of the polycrystalline silicon 13 that is thermally oxidized may be enough to compensate for the decrease in the dielectric strength due to the electric field concentration. For example, the radius of curvature of the convex cavity is 0.02
When the thickness of the side wall oxide film 8 is 0.7 μm and the dielectric strength is breakdown strength = breakdown strength × (side wall oxide film × 2), the dielectric strength is about 530V. Polycrystalline silicon oxide film 13a
When the breakdown strength of the film thickness is about 5 MV / CM, if the film thickness of the polycrystalline silicon oxide film 13a is about 0.18 μm or more, the electric field concentration in the convex cavity can be compensated.

【0043】この第5実施例では、耐圧を向上させるこ
とができるのみならず、以下に示すような効果がある。
第1に、同じ酸化膜厚であってもデバイスを形成するS
i(シリコン基板2)に与える応力を低減することがで
きることである。一般に、シリコン酸化膜(SiO2
とSiとの間にはその膨張係数の差から応力が残留して
いる。この応力によりSiに欠陥が発生し、デバイス性
能を劣化させるといった問題を引き起こしている。この
実施例では、絶縁耐圧を受け持つ酸化膜厚は側壁酸化膜
8と多結晶シリコン酸化膜13aの合計の膜厚となる
が、Siに応力を発生させる酸化膜は側壁酸化膜8のみ
となり、耐圧を確保しながら、Siに発生する欠陥を少
なくすることができる。
In the fifth embodiment, not only the breakdown voltage can be improved, but also the following effects are obtained.
First, S that forms a device with the same oxide film thickness
That is, the stress applied to i (silicon substrate 2) can be reduced. Generally, silicon oxide film (SiO 2 )
Between Si and Si, stress remains due to the difference in the expansion coefficient. This stress causes defects in Si, causing a problem of degrading device performance. In this embodiment, the oxide film thickness that bears the dielectric breakdown voltage is the total film thickness of the sidewall oxide film 8 and the polycrystalline silicon oxide film 13a, but the sidewall oxide film 8 is the only oxide film that generates stress in Si, and It is possible to reduce defects generated in Si while ensuring the above.

【0044】第2に、この実施例では耐圧を側壁酸化膜
8と多結晶シリコン酸化膜13aの2つで受け持つた
め、どちらか一方の酸化膜が絶縁破壊したとしても、も
う一方の酸化膜で耐圧を確保することが出来る。従っ
て、第4実施例のような1つの酸化膜により耐圧を持た
せるものより、絶縁破壊の起こる確率を小さくすること
ができる。 (第6実施例)この実施例は、上記第4実施例の多結晶
シリコン13の堆積の代わりに、図9に示すように窒化
膜(SiN膜)14を堆積させるようにしたものであ
る。この実施例においても上記第4実施例と同じく凸状
空洞部にSiN膜14が埋め込まれ電界集中が緩和され
ることになる。SiN膜14は絶縁体であるので、この
方法では電界集中の緩和のみならず絶縁体の膜厚(Si
2 膜厚+SiN膜厚)の増加による絶縁耐圧の向上と
いう効果を有する。
Secondly, in this embodiment, the breakdown voltage is taken care of by the sidewall oxide film 8 and the polycrystalline silicon oxide film 13a. Therefore, even if one of the oxide films is dielectrically broken down, the other oxide film is used. Withstand voltage can be secured. Therefore, it is possible to reduce the probability of dielectric breakdown as compared with the case where a single oxide film has a withstand voltage as in the fourth embodiment. (Sixth Embodiment) In this embodiment, a nitride film (SiN film) 14 is deposited as shown in FIG. 9 instead of depositing the polycrystalline silicon 13 of the fourth embodiment. In this embodiment, as in the fourth embodiment, the SiN film 14 is embedded in the convex cavity to relax the electric field concentration. Since the SiN film 14 is an insulator, this method not only alleviates the electric field concentration but also the thickness of the insulator (Si
This has the effect of improving the withstand voltage by increasing the (O 2 film thickness + SiN film thickness).

【0045】なお、上記第3実施例以降の実施例におい
ては、上記したような、支持基板1と素子形成用のシリ
コン基板2を埋め込み酸化膜3を介して接合し、その後
に分離溝および側壁酸化膜8を形成するものに限らず、
特開平2ー966350号公報に示すように、予め素子
形成用のシリコン基板に分離溝を形成するとともにそれ
に酸化膜を形成し、その後に支持基板1と接合して図3
(b)に示すような半導体基板を形成するようにしたも
のを用いるようにしてもよい。
In the third and subsequent embodiments, the support substrate 1 and the silicon substrate 2 for element formation as described above are bonded via the buried oxide film 3, and then the isolation trench and the sidewall are formed. Not only the one that forms the oxide film 8,
As shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-966350, a separation groove is formed in advance on a silicon substrate for element formation, an oxide film is formed on the separation groove, and thereafter, the separation groove is bonded to the supporting substrate 1 to form a separation groove.
You may make it use what formed the semiconductor substrate as shown in (b).

【0046】さらに、それらの実施例において、分離溝
を埋め込み酸化膜3に達するものについて示したが、そ
れに限らず埋め込み酸化膜3内にまで分離溝を形成する
ようにしたものであってもよい。
Further, in those embodiments, the case where the isolation trench reaches the buried oxide film 3 is shown, but the invention is not limited to this, and the isolation trench may be formed even in the buried oxide film 3. .

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

【図1】本発明の第1実施例を示す各工程毎の断面図で
ある。
FIG. 1 is a sectional view of each step showing a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2実施例を示す断面図である。FIG. 2 is a sectional view showing a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3実施例を示す各工程毎の断面図で
ある。
FIG. 3 is a sectional view of each step showing the third embodiment of the present invention.

【図4】凸状空洞部の曲率半径とエッチング時間との関
係を示す特性図である。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a relationship between a radius of curvature of a convex cavity and etching time.

【図5】凸状空洞部の曲率半径と破壊強度との関係を示
す特性図である。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing a relationship between a radius of curvature of a convex hollow portion and a breaking strength.

【図6】凸状空洞部の曲率半径と絶縁耐圧との関係を示
す特性図である。
FIG. 6 is a characteristic diagram showing the relationship between the radius of curvature of a convex cavity and the withstand voltage.

【図7】本発明の第4実施例を示す部分的工程の断面図
である。
FIG. 7 is a sectional view of a partial process, showing a fourth embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第5実施例を示す断面図である。FIG. 8 is a sectional view showing a fifth embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第6実施例を示す断面図である。FIG. 9 is a sectional view showing a sixth embodiment of the present invention.

【図10】従来の半導体装置の構成を示す断面図であ
る。
FIG. 10 is a sectional view showing a configuration of a conventional semiconductor device.

【図11】従来の半導体装置を製造する方法を示す工程
毎の断面図である。
FIG. 11 is a sectional view of each step showing a method for manufacturing a conventional semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン支持基板(第1の半導体基板) 2 シリコン基板(第2の半導体基板) 3 埋め込み酸化膜(第1の絶縁膜) 4 酸化膜(マスク) 5 トレンチ(分離溝) 8 酸化膜(第2の絶縁膜) 11 多結晶シリコン(埋め込み部材) 1 Silicon support substrate (first semiconductor substrate) 2 Silicon substrate (second semiconductor substrate) 3 Embedded oxide film (first insulating film) 4 Oxide film (mask) 5 Trench (separation groove) 8 Oxide film (second) Insulating film) 11 Polycrystalline silicon (embedded member)

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1の半導体基板の表面上に第1の絶縁
膜を介して第2の半導体基板を接合する工程と、 前記第2の半導体基板の表面上にマスクを形成する工程
と、 前記マスクを用いて前記第2の半導体基板をエッチング
し、前記第1の絶縁膜に達する分離溝を形成する工程
と、 引き続き前記マスクを用いて前記分離溝内の前記第1の
絶縁膜を前記第1の半導体基板に達するまでエッチング
する工程と、 引き続き前記マスクを用いて前記分離溝内の前記第1の
半導体基板をエッチングする工程と、 熱酸化法により前記分離溝内の前記第2の半導体基板の
側壁表面および前記第1の半導体基板の表面を酸化して
前記分離溝の内壁部に前記第1の絶縁膜と接する第2の
絶縁膜を形成し、前記第2の半導体基板に前記分離溝に
よって絶縁分離された素子形成領域を形成する工程とを
有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
1. A step of joining a second semiconductor substrate to the surface of the first semiconductor substrate via a first insulating film, and a step of forming a mask on the surface of the second semiconductor substrate, Etching the second semiconductor substrate using the mask to form an isolation trench reaching the first insulating film; and subsequently using the mask to etch the first insulating film in the isolation trench. Etching until reaching the first semiconductor substrate, subsequently etching the first semiconductor substrate in the separation groove using the mask, and the second semiconductor in the separation groove by thermal oxidation. The side wall surface of the substrate and the surface of the first semiconductor substrate are oxidized to form a second insulating film in contact with the first insulating film on the inner wall portion of the separation groove, and the separation is performed on the second semiconductor substrate. Isolated by the groove The method of manufacturing a semiconductor device characterized by a step of forming an element formation region.
【請求項2】 第1の半導体基板の表面上に第1の絶縁
膜を介して第2の半導体基板を接合する工程と、 前記第2の半導体基板の表面上にマスクを形成する工程
と、 前記マスクを用いて前記第2の半導体基板をエッチング
し、前記第1の絶縁膜に達する分離溝を形成する工程
と、 引き続き前記マスクを用いて前記分離溝内の前記第1の
絶縁膜を前記第1の半導体基板に達するまでエッチング
する工程と、 熱酸化法により前記分離溝内の前記第2の半導体基板の
側壁表面および前記第1の半導体基板の表面を酸化して
前記分離溝の内壁部に前記第1の絶縁膜と接する第2の
絶縁膜を形成し、前記第2の半導体基板に前記分離溝に
よって絶縁分離された素子形成領域を形成する工程とを
有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. A step of joining a second semiconductor substrate on the surface of the first semiconductor substrate via a first insulating film, and a step of forming a mask on the surface of the second semiconductor substrate. Etching the second semiconductor substrate using the mask to form an isolation trench reaching the first insulating film; and subsequently using the mask to etch the first insulating film in the isolation trench. Etching until reaching the first semiconductor substrate, and oxidizing the side wall surface of the second semiconductor substrate and the surface of the first semiconductor substrate in the separation groove by a thermal oxidation method to form an inner wall portion of the separation groove. A second insulating film in contact with the first insulating film, and forming an element formation region that is insulated and separated by the separation groove in the second semiconductor substrate. Manufacturing method.
【請求項3】 前記マスクは、前記複数のエッチング工
程において異なるマスクとなるように複数のマスク層か
ら構成されていることを特徴とする請求項1又は2に記
載の半導体装置の製造方法。
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the mask is composed of a plurality of mask layers so as to be different masks in the plurality of etching steps.
【請求項4】 第1の半導体基板の表面上に第1の絶縁
膜を介して第2の半導体基板を接合する工程と、 前記第2の半導体基板の表面より該第2の半導体基板お
よび前記第1の絶縁膜を介し、少なくとも前記第1の半
導体基板に達するまでの分離溝を形成する工程と、 熱酸化法により前記分離溝内の前記第2の半導体基板の
側壁表面および前記第1の半導体基板の表面を酸化して
前記分離溝の内壁部に前記第1の絶縁膜と接する第2の
絶縁膜を形成し、前記第2の半導体基板に前記分離溝に
よって絶縁分離された素子形成領域を形成する工程とを
有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. A step of joining a second semiconductor substrate on the surface of the first semiconductor substrate via a first insulating film; and a step of joining the second semiconductor substrate and the second semiconductor substrate from the surface of the second semiconductor substrate. Forming a separation groove at least through the first insulating film to reach the first semiconductor substrate; and a side wall surface of the second semiconductor substrate in the separation groove and the first groove in the separation groove by a thermal oxidation method. A surface of a semiconductor substrate is oxidized to form a second insulating film in contact with the first insulating film on an inner wall portion of the isolation groove, and an element formation region is isolated and isolated by the isolation groove on the second semiconductor substrate. And a step of forming a semiconductor device.
【請求項5】 第1の絶縁膜を介して第1の半導体基板
と第2の半導体基板が接合形成されるともに、前記第2
の半導体基板の表面から少なくとも前記第1の絶縁膜に
達するまでの分離溝が形成されており、該分離溝内の前
記第2の半導体基板の側壁表面に第2の絶縁膜が形成さ
れて、前記第1の絶縁膜との間にエッジ部を形成してな
る半導体基板を用意する工程と、 前記エッジ部の曲率半径を大きくする工程と、 この工程により前記エッジ部の曲率半径を大きくした状
態で前記分離溝内に埋め込み部材を充填する工程とを有
することを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. A first semiconductor substrate and a second semiconductor substrate are bonded together via a first insulating film, and the second semiconductor substrate is formed.
A separating groove is formed from the surface of the semiconductor substrate to at least the first insulating film, and a second insulating film is formed on the side wall surface of the second semiconductor substrate in the separating groove, A step of preparing a semiconductor substrate having an edge portion formed between the first insulating film, a step of increasing the radius of curvature of the edge portion, and a state of increasing the radius of curvature of the edge portion by this step And a step of filling a filling member in the separation groove.
【請求項6】 前記半導体基板を用意する工程は、 前記第1の半導体基板の表面上に第1の絶縁膜を介して
第2の半導体基板を接合する工程と、 前記第2の半導体基板の表面より該第2の半導体基板お
よび少なくとも前記第1の絶縁膜に達するまでの分離溝
を形成する工程と、 熱酸化法により前記分離溝内の前記第2の半導体基板の
側壁表面および前記第1の半導体基板の表面を酸化して
前記分離溝の内壁部に前記第1の絶縁膜と接する前記第
2の絶縁膜を形成する工程とを有することを特徴とする
請求項4に記載の半導体装置の製造方法。
6. The step of preparing the semiconductor substrate, the step of joining a second semiconductor substrate on the surface of the first semiconductor substrate via a first insulating film, and the step of preparing the second semiconductor substrate. Forming a separation groove from the surface to reach the second semiconductor substrate and at least the first insulating film; and a sidewall surface of the second semiconductor substrate in the separation groove by the thermal oxidation method and the first insulation film. 5. The step of oxidizing the surface of the semiconductor substrate to form the second insulating film in contact with the first insulating film on the inner wall portion of the separation groove. Manufacturing method.
【請求項7】 前記エッジ部の曲率半径を大きくする工
程は、前記分離溝内にエッチングを施す工程であること
を特徴とする請求項5又は6に記載の半導体装置の製造
方法。
7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the step of increasing the radius of curvature of the edge portion is a step of etching the isolation trench.
【請求項8】 前記エッジ部の曲率半径を大きくする工
程は、前記分離溝内に多結晶シリコンを堆積し、それを
酸化する工程であることを特徴とする請求項5又は6に
記載の半導体装置の製造方法。
8. The semiconductor according to claim 5, wherein the step of increasing the radius of curvature of the edge portion is a step of depositing polycrystalline silicon in the isolation trench and oxidizing it. Device manufacturing method.
【請求項9】 前記分離溝内の多結晶シリコンの酸化は
その一部分のみ行うものであることを特徴とする請求項
7に記載の半導体装置の製造方法。
9. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the polycrystalline silicon in the isolation trench is oxidized only partially.
【請求項10】 前記エッジ部の曲率半径を大きくする
工程は、前記分離溝内に窒化膜を形成する工程であるこ
とを特徴とする請求項5又は6に記載の半導体装置の製
造方法。
10. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the step of increasing the radius of curvature of the edge portion is a step of forming a nitride film in the isolation trench.
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WO2005036638A1 (en) * 2003-10-10 2005-04-21 Tokyo Institute Of Technology Semiconductor substrate, semiconductor device and process for producing semiconductor substrate

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