JPH0775245B2 - 誘電体分離基板及びその製造方法 - Google Patents

誘電体分離基板及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、分離溝の側壁を垂直として方形島領域を極大
にすることができるようにした接合型の誘電体分離基板
及びその製造方法に関する。
〔従来の技術〕
従来、半導体集積回路における個々の素子の分離につい
ては、比較的工程が簡単でかつ制御の容易な拡散層によ
るpn接合分離が広く行なわれているが、pn接合部におけ
る分離容量が大きく、集積回路の高周波特性に悪影響を
与え、回路の動作速度が遅くなるという欠点があり、他
の提案として誘電体層で分離する誘電体絶縁分離方式が
ある。この方式は、寄生容量や分離耐圧の点では理想的
な分離法である。
この誘電体分離基板としては、接合型の誘電体分離基板
（例えば、特開昭62−229855号公報等）が知られてい
る。
従来の接合型の誘電体分離基板の製造方法を第13図
（ａ）〜（ｊ）に基づいて説明する。
主表面が（100）面である単結晶シリコンの半導体基板
（接合基板）２（第13図（ａ））の研磨表面にSb又はAs
等のN+ドーパントを埋込拡散させ、さらに該接合基板２
の外面に、例えば熱酸化法により酸化膜（SiO2）の絶縁
膜４を被覆形成する。上記接合基板２と一方の単結晶シ
リコンの半導体基板（支持基板）６（第13図（ａ））と
の相対向する面の鏡面研磨側同士を向けて密着させ、20
0℃以上の温度で熱処理して接合させる（第13図
（ｂ））。この基板接合体８の接合基板２部分を30〜50
μｍの厚さになるまで研削研磨し（第13図（ｃ））、次
いで例えば熱酸化法により接合基板２の表面に0.6μｍ
程度のホトリソグラフィ用酸化膜10を形成する（第13図
（ｄ））。該酸化膜10をホトリソグラフィにより所望の
分離マスクパターンに従って選択的に除去して窓12を開
く（第13図（ｅ））。該窓12を通して該接合基板２の表
面が異方性エッチングされ、断面Ｖ字形の分離溝14が形
成され、この分離溝14によって島領域16が形成される
（第13図（ｆ））。その後、全面に分離酸化膜18を２μ
ｍ程度再び形成し（第13図（ｇ））、その上に多結晶シ
リコン層20を40〜80μｍ堆積させる（第13図（ｈ））。
多結晶シリコン層20側から研削研磨を行い酸化膜18を研
磨ストップ層として利用する（第13図（ｉ））。最後
に、酸化膜18を除去して、誘電体分離基板D1が完成する
（第13図（ｊ）及び第14図）。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記した主表面が（100）面である単結晶シリコン基板
を用いた接合型の誘電体分離基板は、分離溝の断面形状
がＶ字形であるから島領域が小さくなることは避けられ
ず、そしてこの島領域の形状は接合基板が厚くなる程益
々小さくなってしまいうという難点があった。
本発明は、このような接合型の誘電体分離基板の製造に
おける島領域の縮小化による接合基板表面のロスを回避
し、島領域を極大とし集積度を高めることができ、しか
も該島領域の表面形状が従来と同じ方形となるようにし
た誘電体分離基板及びその製造方法を提供することを目
的とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記課題を解決するために、本発明は、絶縁膜で被覆さ
れたシリコン単結晶接合基板とシリコン単結晶支持基板
とを互いに密着させて熱処理して接合する工程と、接合
された該接合基板の表面から所定の厚みを研磨して除去
する工程と、該接合基板の表面にホトリソグラフィ用酸
化膜を形成する工程と、該酸化膜をホトリソグラフィに
より所望の分離マスクパターンに従って選択的に除去し
て窓を開く工程と、該窓を通して該接合基板の表面をエ
ッチングすることによって上記酸化膜に達する分離溝を
設け島領域を形成する工程と、該接合基板の表面を分離
絶縁膜で被覆する工程と、該分離絶縁膜の上に多結晶シ
リコン層を所定の厚さに形成する工程と、該接合基板の
島領域の表面が露出するまで多結晶シリコン層を平面的
に研磨しかつ分離絶縁膜を除去する工程とからなる誘電
体分離基板の製造方法において、上記シリコン単結晶接
合基板として（110）シリコン単結晶基板を用い、該接
合基板の表面上にその相対向する二辺の方向が＜111＞
方向に垂直及び＜112＞方向に垂直である略四角形状に
分離マスクパターンを配置してアルカリ性エッチング液
によって異方性エッチングを行い上記絶縁膜まで達する
垂直な分離溝を設け方形島領域を形成するようにしたも
のである。
上記＜111＞方向に垂直な二辺を幅広な長方形状のマス
クパターンによって形成し、上記＜112＞方向に垂直な
二辺を幅狭な長方形状マスクパターンによって形成し、
それぞれのマスクパターンを所定の間隔を介在させて略
四角形状に配置して異方性エッチングを行うようにすれ
ば、さらに好ましい。
上記＜111＞方向に垂直な幅広の長方形状マスクパター
ンと上記＜112＞方向に垂直な幅狭の長方形状マスクパ
ターンとの離間距離Ｘは下記式（１）の範囲に設定する
ことが必要であり、かつ離間距離Ｘはltan19.5゜の値に
できるだけ近い値に設定するのが好ましい。
０＜Ｘ＜ltan19.5゜ ……（１） （式（１）において、ｌは＜111＞方向に垂直な幅広の
長方形状マスクパターンの幅である。） 垂直な分離溝によって分離された島領域を有する誘電体
分離基板によれば、島領域の縮小化は回避され、島領域
を極大とすることができる。
〔作用〕
本発明の誘電体分離基板では面方位によりエッチングレ
ートが異なるという異方性エッチの特性を利用するもの
である。
本発明の接合基板上における垂直溝等の特定幾何学形状
は単結晶シリコン基板の主表面である（110）面上に存
在する＜111＞方向に垂直な２辺と＜112＞方向に垂直な
２辺により構成される分離マスクパターンを用い、例え
ば、水酸化カリウム水溶液等のアルカリエッチング液で
エッチングを行うことによって形成される。
この際長辺方向が＜111＞方向に垂直に配置された分離
マスクパターンの開口部においては、｛111｝面のエッ
チレートが｛110｝面のエッチレートに比べて極端に小
さいという特徴より、深さ方向（＜110＞方向）にはエ
ッチングが速く進むが、横方向（＜111＞方向）には殆
どエッチングは進まない。最終的には、該開口窓幅をほ
ぼ維持し基板表面に対し垂直な（111）面の壁を持つ分
離溝が形成される。
他方、長辺方向が＜112＞方向に垂直に配置された分離
マスクパターンの開口部においては、（112）面のエッ
チレートが（110）面のエッチレートに対して0.2〜0.3
倍であることから、深さ方向（＜110＞方向）のエッチ
レートの0.2〜0.3倍の速さで横方向（＜112＞方向）に
エッチングが進む。最終的には基板表面に対し垂直な
（112）面の壁を持ち該開口窓幅に分離溝深さの0.4〜0.
6倍を加えた幅の垂直溝が形成される。
こうして形成される２組の垂直溝はその形成の最終段階
において初めてその端部が互いに接することが肝要であ
る。なぜならば、異方性エッチングの途中で垂直に位置
する隣あう分離溝が接してしまうと、その角部において
過度にエッチングが進行してしまい、単結晶島が方形と
ならなくなってしまうからである。しかし、本発明では
垂直に位置する隣あう分離マスクパターンの間隔を該マ
スクパターン幅に基づいて調整してあるので、角部にお
ける過度のエッチングは防止される。
この結果、垂直な分離溝によって方形の島領域は互いに
分離され分離溝幅を極端に狭くすることが可能で、更に
方形島の角部の侵食を防止できるため、島面積が極大と
なり、接合基板の素子有効面積は大きくなり集積度を高
めることができる。
〔実施例〕
以下に本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明す
る。
まず、本発明の接合型の誘電体分離基板の製造方法を第
１図（ａ）〜（ｊ）に基づいて説明する。
主表面が（110）面である単結晶シリコンの半導体基板
（接合基板）22（第１図（ａ））の研磨表面にSb又はAs
等のN+ドーパントを埋込拡散させ、さらに該接合基板22
の外面に、例えば熱酸化法により酸化膜（SiO2）の絶縁
膜24を被覆形成する。このように、従来方法における主
表面が（100）面である単結晶シリコンの半導体基板
（接合基板）２の代わりに主表面が（110）面である単
結晶シリコンの半導体基板（接合基板）22を用いるの
が、本発明の大きな特徴である。上記接合基板22と一方
の単結晶シリコンの半導体基板（支持基板）26（第１図
（ａ））との相対向する面の鏡面研磨側同士を向けて密
着させ、200℃以上の温度で熱処理して接合させる（第
１図（ｂ））。この基板接合体28の接合基板22部分を30
〜50μｍの厚さになるまで研削研磨し（第１図
（ｃ））、次いで例えば熱酸化法により接合基板22の表
面に0.6μｍ程度のホトリソグラフィ用酸化膜30を形成
する（第１図（ｄ））。該酸化膜30をホトリソグラフィ
により所望の分離マスクパターンに従って選択的に除去
して窓32を開く（第１図（ｅ））。該窓32を通して該接
合基板22の表面が異方性エッチングされ、垂直側壁を有
する分離溝34が形成され、この分離溝34によって島領域
36が形成される（第１図（ｆ））。その後、全面に分離
酸化膜38を２μｍ程度再び形成し（第１図（ｇ））、そ
の上に多結晶シリコン層40を40〜80μｍ堆積させる（第
１図（ｈ））。多結晶シリコン層40側から研削研磨を行
い酸化膜38を研磨ストップ層として利用する（第１図
（ｉ））。最後に、酸化膜38を除去して、本発明の誘電
体分離基板D2が完成する（第１図（ｊ）及び第２図）。
本発明の特徴は、上述したごとく、異方性エッチングに
よって垂直側壁を有する分離溝34を設け、方形島領域36
を極大として形成するものである。このように本発明で
は垂直壁面を有する分離溝34を形成するため、従来法の
Ｖ字状の分離溝14を形成する場合に比べて窓開けの幅を
小さくすることができ、素子有効表面を大きくすること
ができるものである。
この本発明の特徴点について以下に詳細に説明する。
（110）シリコン単結晶接合基板22の主表面において、
一対の幅狭な長方形マスクパターン42a,42aと一対の幅
広な長方形マスクパターン42b,42bを略四角形に配置し
て使用する。マスクパターン42a,42aは、＜111＞方向に
所定の間隔をおいて平行に配置される。マスクパターン
42b,42bは、＜111＞方向に所定の間隔をおいて垂直に配
置される。このように配置することによって、第３図に
示すごとく、長方形のマスクパターン42a,42aは＜111＞
方向に一致し、残りの長方形のマスクパターン42b,42b
は＜112＞方向に一致することとなる。
＜111＞方向に垂直な（111）面は（110）シリコン単結
晶接合基板22の主表面に対して90゜の角度をなす位置に
存在している。アルカリ性エッチング液によって異方性
エッチングを行なうと、（111）面のエッチレートは（1
10）面のエッチレートに比較して極端に小さい。よっ
て、上記したごとく、この（111）面にはマスクパター
ン42b,42bによって形成された窓32bに沿ってほぼ垂直面
を有する分離溝34b（第11図及び第12図）が出現する。
一方、＜112＞方向に垂直な（112）面Ｍは（110）シリ
コン単結晶接合基板22の主表面に対して同様に90゜の角
度をなす位置に存在している。（112）面Ｍのエッチレ
ートは（110）面のエッチレートに比較して約0.2〜0.3
倍である。この場合も分離溝34aの壁面は垂直となるも
のであるが、マスクパターン42b,42bによって形成され
た窓32aの幅よりも分離溝34aの幅は広くなり（第４
図）、窓32aの幅に分離溝深さの0.4〜0.6倍を加えた幅
となる。
これに対して（100）シリコン単結晶接合基板２を使用
する第13図に示した従来法では分離溝深さに対して分離
溝幅は と大きい。本発明の誘電体分離基板D2は従来法による誘
電体分離基板D1に比較して有効な単結晶島の面積が広く
なっている。これは、本発明の誘電体分離基板D2と従来
法の誘電体分離基板D1とを示す第２図と第14図との比較
からも明らかである。
本発明においては、上述したごとく、一対の幅狭の長方
形状マスクパターン42a,42aと一対の幅広の長方形状マ
スクパターン42b,42bとを互いに相対向せしめて略四角
形のマスクパターンを用い、分離溝を設けて方形島を形
成するものである。このとき、＜112＞方向に一致して
配置される一対の長方形のマスクパターン42b,42bにお
いては、幅方向はエッチレートの極端に小さい（111）
面であるから、エッチングによってマスクパターン42b,
42bによって形成された窓32bに沿って垂直面を有する分
離溝34bが形成される。しかし、＜111＞方向に一致して
配置される一対の長方形のマスクパターン42a,42aにお
いては、幅方向は（112）面であるからマスクパターン4
2a,42aによって形成された窓32aの幅方向のエッチング
も行なわれ、その幅よりも分離溝34aの幅は大きくなる
（第４図）。従って、＜112＞面における幅方向のエッ
チングの進行を考慮してマスクパターン42aと42bとの配
置を設定することが必要である。例えば、マスクパター
ン42aと42bの端部が離れすぎている場合には、端部同士
が結合せず島領域が形成されず、その反対にマスクパタ
ーン42aと42bの端部が最初からつながっていたり近すぎ
たりしていると単結晶島の四角形の凸の角部のエッチン
グが過度に進み丸みを帯びるとともに単結晶島領域の有
効面積が減少してしまう。
第８図に示すごとく、結晶学的に（110）面と垂直な（1
11）面と約70.5゜の角度をなし、かつ主表面（110）面
と垂直な（111）面Ｎが存在する。本発明におけるマス
クパターン42a,42bによってアルカリ性エッチング液
（例えば、KOH50wt％溶液、80℃）を用いてエッチング
を行なうと、この（111）面Ｎが出現する。（111）面Ｎ
は極端にエッチレートが小さいためにここでエッチスト
ップが起こる。従って、マスクパターン42bの幅ｌとマ
スクパターン42bの端部とマスクパターン42aとの離間距
離Ｘの関係によっては、マスクパターン42aと42bとによ
って形成される分離溝34aと34bとが互いにつながらない
ことがある（第11図）。これは第５図のａの位置で発生
する。この場合、底辺ｌ及び高さをｈとする直角三角形
を想定すると、ｈ＝ltan19.5゜である。マスクパターン
42bの端部とマスクパターン42aとの離間距離Ｘをｈより
も小さく、すなわちＸ＜ltan19.5゜とすれば、マスクパ
ターン42aと42bとによって形成される分離溝34aと34bと
は互いにつながることとなる（第12図）。このとき、
（111）面と（112）面のエッチレート比はほぼ決まって
いるためＸとltan19.5゜の値はできるだけ近く設定する
のがよい。なお、上述したごとく、Ｘ＝０とするとエッ
チングが過度に進行してしまうからＸ＞０であることは
勿論である。
また、第５図のｂの位置では、（100）面と垂直な（11
1）面と約125゜の角度をなす位置から（110）主表面に
対して約35゜の傾きをもつ（111）の斜面Ｐが出現す
る。このｂの位置においても、上述したと全く同様に、
マスクパターン42bの幅ｌとマスクパターン42bの端部と
マスクパターン42aとの離間距離Ｘの関係によっては、
マスクパターン42aと42bとによって形成される分離溝34
aと34bとが互いにつながらないことがある（第11図）。
この場合、底辺ｌ及び高さをｙとする直角三角形を想定
すると、ｙ＝ltan35゜である。マスクパターン42bの端
部とマスクパターン42aとの離間距離Ｘをｙよりも小さ
く、即ちＸ＜ltan35゜とすれば、マスクパターン42aと4
2bとによって形成される分離溝34aと34bとは互いにつな
がることとなる（第12図）。しかし、ｂの位置だけを考
えれば、Ｘ＜ltan35゜でも良いが、ａ及びｂの両方の位
置において分離溝をつながらせなければ島を形成するこ
とはできない。したがって、ltan19.5゜＜ltan35゜であ
ることを考慮して、小さい方の値Ｘ＜ltan19.5゜に統一
することが必要である。
〔発明の効果〕
以上述べたごとく、本発明によれば、方形島面積の縮小
化が回避され極大とすることができるから、接合基板の
表面の素子有効面積を大きくすることができ、集積度を
高めることができるものである。
【図面の簡単な説明】
第１図（ａ）〜（ｊ）は本発明による誘電体分離基板の
製造方法を示す断面図的説明図、第２図は本発明の誘電
体分離基板の拡大した断面図的説明図、第３図はマスク
パターンと結晶方位との関係を示す図面、第４図は本発
明方法における接合基板の（112）面のエッチング状態
を示す＜112＞方向に沿った断面図、第５図はマスクパ
ターンの配置状態を示す上面説明図、第６図は第５図の
円ａ部拡大図、第７図は第５図の円ｂ部拡大図、第８図
は（110）面と（111）面との関係を示す結晶学的説明
図、第９図はａ部においてエッチング中に出現する（11
1）面を示す説明図、第10図はｂ部においてエッチング
中に出現する（111）面を示す説明図、第11図はマスク
パターンの端部の離間距離が広すぎるためエッチングに
よって分離溝を設けても島を形成できない場合を示す説
明図で、（ａ）はエッチング前、（ｂ）はエッチング後
を示す図面、第12図はマスクパターンの端部の離間距離
を好適に設定してエッチングによって分離溝を設け島を
形成した場合を示す説明図で、（ａ）はエッチング前、
（ｂ）はエッチング後を示す図面、第13図（ａ）〜
（ｊ）は従来法による誘電体分離基板の製造方法を示す
断面図的説明図、第14図は従来法による誘電体分離基板
の拡大した断面図的説明図である。 2,22……シリコン半導体基板（接合基板）、4,24……絶
縁膜、6,26……シリコン半導体基板（支持基板）、8,28
……基板接合体、10,30……ホトリソグラフィ用酸化
膜、12,32,32a,32b……窓、14,34,34a,34b……分離溝、
16,36……島領域、18,38……分離酸化膜、20,40……多
結晶シリコン層、42a,42b……マスクパターン、D1,D2…
…誘電体分離基板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大木 好 群馬県安中市磯部２丁目13番１号 信越半 導体株式会社半導体磯部研究所内 (72)発明者 杉田 充 群馬県安中市磯部２丁目13番１号 信越半 導体株式会社半導体磯部研究所内 (56)参考文献 特開 平２−260442（ＪＰ，Ａ)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】絶縁膜で被覆されたシリコン単結晶接合基
    板とシリコン単結晶支持基板とを互いに密着させて熱処
    理して接合する工程と、接合された該接合基板の表面か
    ら所定の厚みを研磨して除去する工程と、該接合基板の
    表面にホトリソグラフィ用酸化膜を形成する工程と、該
    酸化膜をホトリソグラフィにより所望の分離マスクパタ
    ーンに従って選択的に除去して窓を開く工程と、該窓を
    通して該接合基板の表面をエッチングすることによって
    上記酸化膜に達する分離溝を設け島領域を形成する工程
    と、該接合基板の表面を分離絶縁膜で被覆する工程と、
    該分離絶縁膜の上に多結晶シリコン層を所定の厚さに形
    成する工程と、該接合基板の島領域の表面が露出するま
    で多結晶シリコン層を平面的に研磨しかつ分離絶縁膜を
    除去する工程とからなる誘電体分離基板の製造方法にお
    いて、上記シリコン単結晶接合基板として（110）シリ
    コン単結晶基板を用い、該接合基板の表面上にその相対
    向する二辺の方向が＜111＞方向に垂直及び＜112＞方向
    に垂直である略四角形状に分離マスクパターンを配置し
    てアルカリ性エッチング液によって異方性エッチングを
    行い上記絶縁膜まで達する垂直な分離溝を設け方形島領
    域を形成することを特徴とする誘電体分離基板の製造方
    法。
  2. 【請求項２】上記＜111＞方向に垂直な二辺を幅広な長
    方形状マスクパターンによって形成し、上記＜112＞方
    向に垂直な二辺を幅狭な長方形状マスクパターンによっ
    て形成し、それぞれのマスクパターンを所定の間隔を介
    在させて略四角形状に配置して異方性エッチングを行い
    上記絶縁膜まで達する垂直な分離溝を設け方形島領域を
    形成することを特徴とする請求項（１）記載の誘電体分
    離基板の製造方法。
  3. 【請求項３】上記＜111＞方向に垂直な幅広の長方形状
    マスクパターンと上記＜112＞方向に垂直な幅狭の長方
    形状マスクパターンとの離間距離Ｘを下記式（１）の範
    囲に設定することを特徴とする請求項（２）記載の誘電
    体分離基板の製造方法。 ０＜Ｘ＜ltan19.5゜ ……（１） （式（１）において、ｌは＜111＞方向に垂直な幅広の
    長方形状マスクパターンの幅である。）
  4. 【請求項４】請求項（１）〜（３）のいずれか１項に記
    載の方法によって製造される誘電体分離基板であり、垂
    直な分離溝によって分離された島領域を有することを特
    徴とする誘電体分離基板。
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