JPH11251426A - 半導体集積回路装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体集積回路装置およびその製造方法

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JPH11251426A
JPH11251426A JP10053997A JP5399798A JPH11251426A JP H11251426 A JPH11251426 A JP H11251426A JP 10053997 A JP10053997 A JP 10053997A JP 5399798 A JP5399798 A JP 5399798A JP H11251426 A JPH11251426 A JP H11251426A
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JP
Japan
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groove
isolation
oxide film
silicon oxide
soi substrate
Prior art date
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Pending
Application number
JP10053997A
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English (en)
Inventor
Takashi Hashimoto
尚 橋本
Yoshifumi Onishi
良史 大西
Toshiyuki Kikuchi
俊之 菊池
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 アイソレーションの製造工程数を増加させる
ことなく、各々の素子分離領域の素子分離特性に応じた
最適な形状を有するアイソレーションを形成することに
よって、半導体集積回路装置の高性能化を実現すること
のできる技術を提供する。 【解決手段】 窒化シリコン膜12をマスクにして、シ
リコン単結晶層8のみをエッチングする領域と、酸化シ
リコン膜11およびシリコン単結晶層8を順次エッチン
グする領域とを設けることによって、第1の浅溝アイソ
レーションST1を構成する相対的に深い溝と、第2の
浅溝アイソレーションST2 を構成する相対的に浅い溝
とをそれぞれ同時に形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路装
置およびその製造技術に関し、特に、隣接する半導体素
子を互いに電気的に分離する素子分離領域を有する半導
体集積回路装置に適用して有効な技術に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】隣接する半導体素子を互いに電気的に分
離するアイソレーションの一つに、素子分離領域となる
半導体基板に、例えば0. 4μm程度の溝を設け、これ
に絶縁物を埋め込むことにより形成される溝型アイソレ
ーションがある。
【0003】この溝型アイソレーションは、LOCOS
(Local Oxidation of Silicon)アイソレーションで生
ずるLOCOS酸化膜の突起(バーズ・ヘッド)や横方
向への広がり(バーズ・ビーク)がないので、平坦性が
よく、半導体素子を形成する活性領域の面積の減少を防
ぐことができる。さらに、溝型アイソレーションと半導
体基板の境界には反転層防止の不純物が不要なので、溝
型アイソレーションではアイソレーション容量の増加を
抑えることができるなどの利点がある。
【0004】なお、溝型アイソレーションを述べてある
例として、シンポジウム・オン・ブイ・エル・エス・ア
イ・テクノロジー・ダイジェスト・オブ・テクノロジー
・ペーパ(1996 Symposium on VLSI Technology Digest
of Technology Paper, pp.156. A. Chatterjee et. a
l. “A shallow Trench Isolation Study for 0.25/0.1
8μm CMOS Technology and Beyond" )がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明者は、前記溝型
アイソレーションを開発するにあたり、以下の問題点を
見いだした。
【0006】すなわち、溝型アイソレーションは、通
常、隣接する半導体素子を電気的に互いに分離するため
に必要な深さの溝を有している。しかしながら、半導体
集積回路装置を構成する半導体素子の中には、素子分離
領域の直下に電流を流すことによって動作させる半導体
素子もあるため、素子分離領域のすべてに、半導体素子
を電気的に分離するのに必要な深さの溝を有する溝型ア
イソレーションを採用することは難しい。
【0007】そこで、LOCOSアイソレーションを併
用した溝型アイソレーションの検討が行われている。す
なわち、隣接する半導体素子の電気的な分離を必要とす
る素子分離領域に溝型アイソレーションを配置し、隣接
する半導体素子の電気的な導通を必要とする素子分離領
域にLOCOSアイソレーションを配置する方法であ
る。
【0008】LOCOSアイソレーションを併用した溝
型アイソレーションは、まず、LOCOSアイソレーシ
ョンを構成するLOCOS酸化膜を半導体基板の主面上
に形成した後、溝型アイソレーションを形成する素子分
離領域のLOCOS酸化膜および半導体基板を順次エッ
チングして、LOCOS酸化膜および半導体基板に溝型
アイソレーションを構成する溝を形成し、次いで、この
溝に絶縁物を埋め込むことによって形成される。
【0009】しかし、LOCOSアイソレーションを併
用した溝型アイソレーションでは、前記のようにLOC
OSアイソレーションと溝型アイソレーションとを異な
る工程で形成するため、アイソレーションの製造工程数
が増加してしまう。
【0010】本発明の目的は、アイソレーションの製造
工程数を増加させることなく、各々の素子分離領域の素
子分離特性に応じた最適な形状を有するアイソレーショ
ンを形成することによって、半導体集積回路装置の高性
能化を実現することのできる技術を提供することにあ
る。
【0011】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。
【0012】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
次のとおりである。
【0013】(1)本発明の半導体集積回路装置は、半
導体基板の主面上に設けられた複数の素子分離領域が、
互いに異なる深さの溝を有する少なくとも2種類の溝型
アイソレーションによって構成されているものである。
【0014】(2)また、本発明の半導体集積回路装置
は、SOI(Silicon on Insulator)基板を構成する半
導体単結晶層の主面上に設けられた複数の素子分離領域
が、互いに異なる深さの溝を有する少なくとも2種類の
溝型アイソレーションによって構成されており、少なく
とも1種類の溝型アイソレーションを構成する溝が、S
OI基板を構成する絶縁膜に達しているものである。
【0015】(3)また、本発明の半導体集積回路装置
は、前記(1)または(2)の複数の素子分離領域にお
いて、少なくとも1種類の溝型アイソレーションを構成
する溝の底面が、半導体基板の表面またはSOI基板の
表面に対して斜めになっているものである。
【0016】(4)また、本発明の半導体集積回路装置
は、前記(1)、(2)または(3)の複数の素子分離
領域において、互いに異なる深さの溝を有する少なくと
も2種類の溝型アイソレーションが、一つの素子分離領
域に形成されているものである。
【0017】(5)また、本発明の半導体集積回路装置
の製造方法は、まず、SOI基板上に第1の酸化シリコ
ン膜および窒化シリコン膜を順次形成した後、第1の素
子分離領域と第2の素子分離領域とに形成された窒化シ
リコン膜を除去する。次に、第1の素子分離領域に形成
された第1の酸化シリコン膜を除去した後、窒化シリコ
ン膜をマスクにして、第1の素子分離領域の半導体単結
晶層をエッチングして、相対的に深い溝を半導体単結晶
層に形成し、同時に第2の素子分離領域の第1の酸化シ
リコン膜および半導体単結晶層を順次エッチングして、
相対的に浅い溝を半導体単結晶層に形成する。次に、窒
化シリコン膜を除去した後、SOI基板上に第2の酸化
シリコン膜を堆積し、次いで、第2の酸化シリコン膜の
表面を平坦化することによって、上記相対的に深い溝に
第2の酸化シリコン膜を埋め込み、相対的に深い溝から
なる溝型アイソレーションによって構成される第1の素
子分離領域を形成し、同時に上記相対的に浅い溝に第2
の酸化シリコン膜を埋め込み、相対的に浅い溝からなる
溝型アイソレーションによって構成される第2の素子分
離領域を形成するものである。
【0018】(6)また、本発明の半導体集積回路装置
の製造方法は、まず、溝型アイソレーションによって構
成される素子分離領域によって包囲される活性領域に、
半導体単結晶層と同じ導電型の不純物を導入した後、S
OI基板に酸化処理を施すことによって、溝型アイソレ
ーションによって構成される素子分離領域の半導体単結
晶層の表面に、活性領域から離れるに従って次第に薄く
なる第1の酸化シリコン膜を形成する。次に、SOI基
板上に窒化シリコン膜を形成した後、溝型アイソレーシ
ョンによって構成される素子分離領域に形成された窒化
シリコン膜を除去し、次いで、窒化シリコン膜をマスク
にして、溝型アイソレーションによって構成される素子
分離領域の第1の酸化シリコン膜および半導体単結晶層
を順次エッチングして、底面がSOI基板の表面に対し
て斜めになっている溝を半導体単結晶層に形成する。次
に、窒化シリコン膜を除去した後、SOI基板上に第2
の酸化シリコン膜を堆積し、次いで、第2の酸化シリコ
ン膜の表面を平坦化して、底面がSOI基板の表面に対
して斜めになっている溝に第2の酸化シリコン膜を埋め
込むことによって、底面がSOI基板の表面に対して斜
めになっている溝からなる溝型アイソレーションによっ
て構成された素子分離領域を形成するものである。
【0019】(7)また、本発明の半導体集積回路装置
の製造方法は、まず、SOI基板上に第1の酸化シリコ
ン膜および窒化シリコン膜を順次形成した後、第1の溝
型アイソレーションおよび第2の溝型アイソレーション
によって構成される素子分離領域に形成された窒化シリ
コン膜を除去する。次に、第1の溝型アイソレーション
によって構成される素子分離領域に形成された第1の酸
化シリコン膜を除去した後、窒化シリコン膜をマスクに
して、第1の溝型アイソレーションによって構成される
素子分離領域の半導体単結晶層をエッチングして、相対
的に深い溝を半導体単結晶層に形成し、同時に第2の溝
型アイソレーションによって構成される素子分離領域の
第1の酸化シリコン膜および半導体単結晶層を順次エッ
チングして、相対的に浅い溝を半導体単結晶層に形成す
る。次に、窒化シリコン膜を除去した後、SOI基板上
に第2の酸化シリコン膜を堆積し、次いで、第2の酸化
シリコン膜の表面を平坦化して、相対的に深い溝と、相
対的に浅い溝とに第2の酸化シリコン膜を埋め込むこと
によって、SOI基板を構成する絶縁膜に達する相対的
に深い溝からなる第1の溝型アイソレーションおよびS
OI基板を構成する絶縁膜に達しない相対的に浅い溝か
らなる第2の溝型アイソレーションによって構成された
素子分離領域を形成するものである。
【0020】(8)また、本発明の半導体集積回路装置
の製造方法は、まず、第2の溝型アイソレーションによ
って構成される素子分離領域によって包囲される活性領
域に、半導体単結晶層と同じ導電型の不純物を導入した
後、SOI基板に酸化処理を施すことによって、第2の
溝型アイソレーションによって構成される素子分離領域
の半導体単結晶層の表面に、活性領域から離れるに従っ
て次第に薄くなる第1の酸化シリコン膜を形成し、同時
に第1の溝型アイソレーションによって構成される素子
分離領域の半導体単結晶層の表面に、ほぼ均一な厚さの
相対的に薄い第1の酸化シリコン膜を形成する。次に、
SOI基板上に窒化シリコン膜を形成した後、第1の溝
型アイソレーションおよび第2の溝型アイソレーション
によって構成される素子分離領域に形成された窒化シリ
コン膜を除去する。次に、第1の溝型アイソレーション
によって構成される素子分離領域に形成された第1の酸
化シリコン膜を除去した後、窒化シリコン膜をマスクに
して、第1の溝型アイソレーションによって構成される
素子分離領域の半導体単結晶層をエッチングして、相対
的に深い溝を半導体単結晶層に形成し、同時に第2の溝
型アイソレーションによって構成される素子分離領域の
第1の酸化シリコン膜および半導体単結晶層を順次エッ
チングして、底面がSOI基板の表面に対して斜めにな
っている相対的に浅い溝を半導体単結晶層に形成する。
次に、窒化シリコン膜を除去した後、SOI基板上に第
2の酸化シリコン膜を堆積し、次いで、第2の酸化シリ
コン膜の表面を平坦化して、相対的に深い溝と、底面が
SOI基板の表面に対して斜めになっている相対的に浅
い溝とに第2の酸化シリコン膜を埋め込むことによっ
て、SOI基板を構成する絶縁膜に達する相対的に深い
溝からなる第1の溝型アイソレーションおよび底面がS
OI基板の表面に対して斜めになっている相対的に浅い
溝からなる第2の溝型アイソレーションによって構成さ
れた素子分離領域を形成するものである。
【0021】上記した手段によれば、半導体集積回路装
置が有する複数の素子分離領域に、同一の製造工程によ
って、隣接する半導体素子の電気的な分離が可能な溝型
アイソレーション、隣接する半導体素子の導通が可能な
溝型アイソレーション、広い素子分離領域を確保するこ
とのできる溝型アイソレーションなど、それぞれの素子
分離領域の素子分離特性を満足するように最適化された
形状の異なる種々の溝型アイソレーションを形成するこ
とができる。
【0022】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。
【0023】なお、実施の形態を説明するための全図に
おいて同一機能を有するものは同一の符号を付し、その
繰り返しの説明は省略する。
【0024】(実施の形態1)図1〜図4は、本発明の
一実施の形態である半導体基板の表面またはSOI基板
の表面に対して底面がほぼ平行な溝からなる溝型アイソ
レーションの構造を示す半導体基板またはSOI基板の
要部断面図である。
【0025】図1は、浅い溝を有し、素子分離領域の直
下に電流を流すことのできる溝型アイソレーションの構
造を示す半導体基板の要部断面図である。
【0026】図には、互いに深さの異なる2種類の溝型
アイソレーションが示されている。すなわち、半導体基
板1の主面上には、酸化シリコン膜2が埋め込まれた第
1の浅い溝3からなる第1の浅溝アイソレーションST
1 と、酸化シリコン膜2が埋め込まれた第2の浅い溝4
からなる第2の浅溝アイソレーションST2 とが形成さ
れている。
【0027】図2は、浅い溝を有し、素子分離領域の直
下に電流を流すことのできる溝型アイソレーションの構
造と、深い溝を有し、素子分離領域の直下に電流を流す
ことのできない溝型アイソレーションの構造とを示す半
導体基板の要部断面図である。
【0028】図には、互いに深さの異なる3種類の溝型
アイソレーションが示されている。すなわち、半導体基
板1の主面上には、酸化シリコン膜2が埋め込まれた第
1の浅い溝3からなる第1の浅溝アイソレーションST
1 と、酸化シリコン膜2が埋め込まれた第2の浅い溝4
からなる第2の浅溝アイソレーションST2 と、酸化シ
リコン膜2が埋め込まれた深い溝5からなる深溝アイソ
レーションDTとが形成されており、一つの素子分離領
域に第1の浅溝アイソレーションST1 と深溝アイソレ
ーションDTとが併用されている。
【0029】図3は、支持基板6上に設けられた絶縁膜
7を介してシリコン単結晶層8が形成されたSOI基板
に、前記図1に示した第1の浅溝アイソレーションST
1 と第2の浅溝アイソレーションST2 とが形成されて
おり、第1の浅溝アイソレーションST1 を構成する第
1の浅い溝3が、SOI基板を構成する絶縁膜7に達し
ている。
【0030】すなわち、第1の浅溝アイソレーションS
1 と絶縁膜7とによって、完全に半導体素子が形成さ
れる活性領域を囲むことができるので、隣接する半導体
素子を電気的に分離することが可能となる。一方、第2
の浅溝アイソレーションST2 の直下には電流を流すこ
とができるので、隣接する半導体素子を導通させること
が可能となる。
【0031】図4は、SOI基板に、前記図2に示した
第1の浅溝アイソレーションST1と、第2の浅溝アイ
ソレーションST2 と、深溝アイソレーションDTとが
形成されており、深溝アイソレーションDTを構成する
深い溝5が、SOI基板を構成する絶縁膜7に達してい
る。
【0032】すなわち、第1の溝型アイソレーションS
1 と深溝アイソレーションDTと絶縁膜7とによっ
て、完全に半導体素子が形成される活性領域を囲むこと
ができるので、隣接する半導体素子を電気的に分離する
ことが可能となる。一方、第2の浅溝アイソレーション
ST2 の直下には電流を流すことができるので、隣接す
る半導体素子を導通させることが可能となる。
【0033】次に、前記図3に示したアイソレーション
を適用した相補型MOSFET(Complementary Metal
Oxide Semiconductor Field Effect Transistor ;CM
OSFET)の製造方法を図5〜図9を用いて説明す
る。
【0034】まず、図5に示すように、p型シリコン単
結晶で構成された支持基板6上に絶縁膜7を介してシリ
コン単結晶層8を形成する。次に、シリコン単結晶層8
の主面上に自己整合法でp型ウエル9とn型ウエル10
を形成した後、シリコン単結晶層8上に酸化シリコン膜
11および窒化シリコン膜12を順次堆積する。酸化シ
リコン膜11の厚さは、例えば10nmであり、窒化シ
リコン膜12の厚さは、例えば100nmである。
【0035】次に、フォトレジストパターンをマスクに
して、後に第1の浅溝アイソレーションST1 および第
2の浅溝アイソレーションST2 が形成される素子分離
領域の上記窒化シリコン膜12を除去する。次いで、第
2の浅溝アイソレーションST2 を形成する素子分離領
域のシリコン単結晶層8上にフォトレジストパターン1
3を形成する。
【0036】次に、図6に示すように、フォトレジスト
パターン13をマスクにして第1の浅溝アイソレーショ
ンST1 が形成される素子分離領域の酸化シリコン膜1
1を除去する。
【0037】次いで、図7に示すように、窒化シリコン
膜12をマスクにしてシリコン単結晶層8をエッチング
する。この際、シリコン単結晶層8と酸化シリコン膜1
1とのエッチング選択比が20であれば、酸化シリコン
膜11が除去された素子分離領域と、酸化シリコン膜1
1が残存している素子分離領域とで、シリコン単結晶層
8のエッチング量に約200nmの差が生じる。従っ
て、酸化シリコン膜11が除去された素子分離領域に絶
縁膜7に達する第1の浅い溝3が形成されても、酸化シ
リコン膜11が残存している素子分離領域には、絶縁膜
7に達しない第2の浅い溝4が形成される。
【0038】次に、図8に示すように、窒化シリコン膜
12を熱リン酸によって除去した後、シリコン単結晶層
8上に厚さ約800nmの酸化シリコン膜2を堆積し、
次いで、例えば化学的機械研磨(Chemical Mechanical
Polishing ;CMP)法によって酸化シリコン膜2の表
面を平坦化して、前記第1の浅い溝3および前記第2の
浅い溝4に酸化シリコン膜2を埋め込む。すなわち、第
1の浅い溝3に埋め込まれた酸化シリコン膜2によって
第1の浅溝アイソレーションST1 が構成され、第2の
浅い溝4に埋め込まれた酸化シリコン膜2によって第2
の浅溝アイソレーションST2 が構成される。
【0039】次に、図には示さないが、p型ウエル9お
よびn型ウエル10のそれぞれのチャネル領域へp型不
純物、例えばボロンを導入して、しきい値電圧制御層を
形成する。その後、図9に示すように、シリコン単結晶
層8の表面にゲート絶縁膜14を形成し、次いで、例え
ば、リンが導入された多結晶シリコン膜によって構成さ
れるゲート電極15を形成する。
【0040】次に、nチャネル型MISFETQn のソ
ース領域、ドレイン領域を構成する低濃度不純物領域お
よび高濃度不純物領域からなるn型半導体領域16をp
型ウエル9に形成し、同様に、pチャネル型MISFE
TQp のソース領域、ドレイン領域を構成する低濃度不
純物領域および高濃度不純物領域からなるp型半導体領
域17をn型ウエル10に形成する。
【0041】nチャネル型MISFETQn の基板電流
は第2の浅溝アイソレーションST2 の直下を通り、基
板電流の引き上げ端子E1 に流れる。同様にpチャネル
型MISFETQp の基板電流は第2の浅溝アイソレー
ションST2 の直下を通り、基板電流の引き上げ端子E
2 に流れる。
【0042】nチャネル型MISFETQn および基板
電流の引き上げ端子E1 は、第1の浅溝アイソレーショ
ンST1 と絶縁膜7とによって囲まれ、同様にpチャネ
ル型MISFETQp および基板電流の引き上げ端子E
2 は、第1の浅溝アイソレーションST1 と絶縁膜7と
によって囲まれており、nチャネル型MISFETQn
とpチャネル型MISFETQp とは素子分離領域によ
って完全に分離されている。
【0043】次に、図には示さないが、nチャネル型M
ISFETQn のソース領域、ドレイン領域の表面およ
びpチャネル型MISFETQp のソース領域、ドレイ
ン領域の表面にシリサイド膜を形成する。その後、SO
I基板上に堆積した層間絶縁膜にコンタクトホールを開
孔し、次いで、配線層を形成することにより、本実施の
形態1のCMOSFETが完成する。
【0044】このように、本実施の形態1によれば、各
々の素子分離領域の素子分離特性を満足することのでき
るアイソレーションを同一の製造工程で形成することが
できる。
【0045】(実施の形態2)図10は、本発明の他の
実施の形態である底面が半導体基板の表面に対して斜め
になっている溝からなる溝型アイソレーションの構造を
示す半導体基板の要部断面図である。
【0046】図には、互いに深さの異なる3種類の溝型
アイソレーションが示されている。すなわち、半導体基
板1の主面上には、酸化シリコン膜2が埋め込まれた第
1の浅い溝3からなる第1の浅溝アイソレーションST
1 と、酸化シリコン膜2が埋め込まれた第2の浅い溝4
からなる第2の浅溝アイソレーションST2 と、酸化シ
リコン膜2が埋め込まれた第3の浅い溝18からなる第
3の浅溝アイソレーションST3 とが形成されており、
第3の浅溝アイソレーションST3 の底面は半導体基板
1の表面に対して斜めとなっている領域を有している。
【0047】次に、SOI基板に形成されたnpn型バ
イポーラトランジスタに、前記図10に示した第1の浅
溝アイソレーションST1 、第2の浅溝アイソレーショ
ンST2 および第3の浅溝アイソレーションST3 を適
用した際のnpn型バイポーラトランジスタの製造方法
を図11〜図14を用いて説明する。
【0048】まず、図11に示すように、p型シリコン
単結晶で構成された支持基板19上に絶縁膜20を介し
て形成されたn型のエピタキシャル層21の表面近傍の
一部に、n型の不純物を導入することによって高濃度不
純物領域22を形成する。この高濃度不純物領域22
は、コレクタ引き上げ領域であり、例えば5×1015
-2の濃度のリンイオンを約50KeVの加速エネルギ
ーでエピタキシャル層21に打ち込むことによって形成
される。なお、図には示していないが、エピタキシャル
層21の深い領域にn型のコレクタ埋め込み層を形成し
てもよい。
【0049】次に、エピタキシャル層21の結晶性を回
復させるために、例えば950℃の温度で約10分間、
SOI基板に窒素雰囲気中で熱処理を施した後、エピタ
キシャル層21の表面を酸化処理することによって、エ
ピタキシャル層21の表面に酸化シリコン膜23を形成
する。
【0050】この際、上記高濃度不純物領域22上に形
成される酸化シリコン膜23aの厚さは、高濃度不純物
領域22以外の領域上に形成される酸化シリコン膜23
の厚さよりも厚くなる。最も薄い酸化シリコン膜23b
の厚さを例えば約10nmとすると、酸化シリコン膜2
3aの厚さは約30nmとなる。さらに、エピタキシャ
ル層21の結晶性を回復させるためにSOI基板に施さ
れる上記熱処理によって、高濃度不純物領域22を構成
する不純物は周辺に徐々に拡散するため、酸化シリコン
膜23の厚さは、高濃度不純物領域22からその周辺に
かけて徐々に薄くなる。
【0051】次に、エピタキシャル層21上に窒化シリ
コン膜24を約100nm堆積した後、フォトレジスト
パターンをマスクにしてこの窒化シリコン膜24を加工
し、活性領域となるエピタキシャル層21上に窒化シリ
コン膜24を残す。次いで、第1の浅溝アイソレーショ
ンST1 が形成される素子分離領域の酸化シリコン膜2
3を除去する。
【0052】次に、図12に示すように、窒化シリコン
膜24をマスクにして酸化シリコン膜23およびエピタ
キシャル層21を順次エッチングすることによって、第
2の浅い溝4および第3の浅い溝18を形成する。この
際、エピタキシャル層21と酸化シリコン膜23とのエ
ッチング選択比が20あれば、酸化シリコン膜23が約
10nm形成された領域と、酸化シリコン膜23が約3
0nm形成された領域とで、エピタキシャル層21のエ
ッチング量に約200nmの差が生じる。
【0053】従って、酸化シリコン膜23が約10nm
形成された素子分離領域のエピタキシャル層21には、
底面がエピタキシャル層21の表面とほぼ平行な第2の
浅い溝4が形成されるが、酸化シリコン膜23が約10
〜30nm形成された素子分離領域のエピタキシャル層
21には、酸化シリコン膜23の膜厚に依存した深さを
有する第3の浅い溝18が形成される。すなわち、高濃
度不純物領域22からその周辺にかけて、酸化シリコン
膜23の厚さが徐々に薄くなっているので、第3の浅い
溝18は、高濃度不純物領域22から離れるに従って徐
々に深くなっている。
【0054】さらに、第2の浅い溝4および第3の浅い
溝18を形成すると同時に、エピタキシャル層21のみ
をエッチングすることによって、絶縁膜20に達する第
1の浅い溝3が形成される。
【0055】次に、図13に示すように、窒化シリコン
膜24を熱リン酸によって除去した後、SOI基板上に
厚さ約800nmの酸化シリコン膜25を堆積し、次い
で、例えばCMP法によって、上記酸化シリコン膜25
の表面を平坦化して、第1の浅い溝3、第2の浅い溝4
および第3の浅い溝18に酸化シリコン膜25を埋め込
む。すなわち、第1の浅い溝3に埋め込まれた酸化シリ
コン膜25によって第1の浅溝アイソレーションST1
が構成され、第2の浅い溝4に埋め込まれた酸化シリコ
ン膜25によって第2の浅溝アイソレーションST2
構成され、第3の浅い溝18に埋め込まれた酸化シリコ
ン膜25によって第3の浅溝アイソレーションST3
構成される。
【0056】次に、SOI基板上にp型の不純物、例え
ばボロンが添加された多結晶シリコン膜26および酸化
シリコン膜27を順次堆積する。次いで、フォトレジス
トパターンをマスクにして酸化シリコン膜27および多
結晶シリコン膜26を順次エッチングし、ベース引き出
し領域以外の酸化シリコン膜27および多結晶シリコン
膜26を除去する。加工された多結晶シリコン膜26は
ベース引き出し電極を構成する。
【0057】この後、p型の不純物、例えばフッ化ボロ
ンをイオン打ち込み法によってエピタキシャル層21へ
導入する。次いで、SOI基板に熱処理を施すことによ
って、エピタキシャル層21に上記p型の不純物によっ
て構成される真性ベース領域28が形成される。同時に
多結晶シリコン膜26に添加されたp型の不純物(ボロ
ン)がエピタキシャル層21へ拡散してp型の外部ベー
ス拡散層29を形成する。
【0058】バイポーラトランジスタの全ては、第1の
浅溝アイソレーションST1 と絶縁膜20とによって囲
まれており、周辺の半導体素子とは完全に分離されてい
るが、真性ベース領域28は、第3の溝型アイソレーシ
ョンST3 下のエピタキシャル層21を介してコレクタ
引き上げ領域と接している。
【0059】次に、SOI基板上に酸化シリコン膜30
を堆積した後、この酸化シリコン膜30を、例えばRI
E(Reactive Ion Etching)法でエッチングして、酸化
シリコン膜27および多結晶シリコン膜26の側壁に酸
化シリコン膜30からなるサイドウォールスペーサを形
成する。
【0060】次に、真性ベース領域28の表面を露出し
た後、SOI基板上にn型の不純物、例えばリンが添加
された多結晶シリコン膜31を堆積し、次いで、フォト
レジストパターンをマスクにしてこの多結晶シリコン膜
31をエッチングする。
【0061】次に、SOI基板上にパッシベーション膜
(図示せず)を堆積した後、SOI基板に熱処理を施す
ことによって、多結晶シリコン膜31に添加されたn型
の不純物をエピタキシャル層21へ拡散させて、n型の
エミッタ領域32を形成する。
【0062】次に、図には示さないが、フォトレジスト
パターンをマスクにしてパッシベーション膜をエッチン
グすることにより、高濃度不純物領域22上と、多結晶
シリコン膜31上と、多結晶シリコン膜26上とにそれ
ぞれコンタクトホールを形成した後、SOI基板上に金
属膜を堆積する。次いで、フォトレジストパターンをマ
スクにしてこの金属膜をエッチングし、コンタクトホー
ルを通して高濃度不純物領域22に接するコレクタ電極
Cと、エミッタ領域32上の多結晶シリコン膜31に接
するエミッタ電極Eと、外部ベース拡散層29を介して
真性ベース領域28に接続されたベース引き出し電極
(多結晶シリコン膜26)に接するベース電極Bをそれ
ぞれ形成することにより、npn型バイポーラトランジ
スタが完成する。
【0063】このように、本実施の形態2によれば、底
面がSOI基板の表面に対して斜めになっている溝から
なる第3の浅溝アイソレーションST3 を形成すること
ができ、これをnpn型バイポーラトランジスタのコレ
クタ電極が形成される活性領域の周辺に設けられる素子
分離領域に適用することによって、コレクタ引き出し領
域が広くなり、コレクタ・ベース間の寄生容量およびコ
レクタ寄生抵抗を低減することができて、npn型バイ
ポーラトランジスタの遅延時間を短くすることができ
る。
【0064】以上、本発明者によってなされた発明を発
明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は
前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を
逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでも
ない。
【0065】
【発明の効果】本願によって開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。
【0066】本発明によれば、互いに形状の異なる2種
類以上のアイソレーションを同一の製造工程にて形成す
ることが可能となるので、製造工程数を増加させること
なく、各々の素子分離領域の素子分離特性に応じた最適
な形状を有するアイソレーションを形成することができ
て、半導体集積回路装置の高性能化を実現することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態である半導体基板に形成
された溝型アイソレーションを示す半導体基板の要部断
面図である。
【図2】本発明の一実施の形態である半導体基板に形成
された溝型アイソレーションを示す半導体基板の要部断
面図である。
【図3】本発明の一実施の形態であるSOI基板に形成
された溝型アイソレーションを示す半導体基板の要部断
面図である。
【図4】本発明の一実施の形態であるSOI基板に形成
された溝型アイソレーションを示すSOI基板の要部断
面図である。
【図5】本発明の一実施の形態であるSOI基板に形成
された溝型アイソレーションを適用したCMOSFET
の製造方法を示すSOI基板の要部断面図である。
【図6】本発明の一実施の形態であるSOI基板に形成
された溝型アイソレーションを適用したCMOSFET
の製造方法を示すSOI基板の要部断面図である。
【図7】本発明の一実施の形態であるSOI基板に形成
された溝型アイソレーションを適用したCMOSFET
の製造方法を示すSOI基板の要部断面図である。
【図8】本発明の一実施の形態であるSOI基板に形成
された溝型アイソレーションを適用したCMOSFET
の製造方法を示すSOI基板の要部断面図である。
【図9】本発明の一実施の形態であるSOI基板に形成
された溝型アイソレーションを適用したCMOSFET
の製造方法を示すSOI基板の要部断面図である。
【図10】本発明の他の実施の形態である半導体基板に
形成された溝型アイソレーションを示す半導体基板の要
部断面図である。
【図11】本発明の他の実施の形態であるSOI基板に
形成された溝型アイソレーションを適用したnpn型バ
イポーラトランジスタの製造方法を示すSOI基板の要
部断面図である。
【図12】本発明の他の実施の形態であるSOI基板に
形成された溝型アイソレーションを適用したnpn型バ
イポーラトランジスタの製造方法を示すSOI基板の要
部断面図である。
【図13】本発明の他の実施の形態であるSOI基板に
形成された溝型アイソレーションを適用したnpn型バ
イポーラトランジスタの製造方法を示すSOI基板の要
部断面図である。
【図14】本発明の他の実施の形態であるSOI基板に
形成された溝型アイソレーションを適用したnpn型バ
イポーラトランジスタの製造方法を示すSOI基板の要
部断面図である。
【符号の説明】
1 半導体基板 2 酸化シリコン膜 3 第1の浅い溝 4 第2の浅い溝 5 深い溝 6 支持基板 7 絶縁膜 8 シリコン単結晶層 9 p型ウエル 10 n型ウエル 11 酸化シリコン膜 12 窒化シリコン膜 13 フォトレジストパターン 14 ゲート絶縁膜 15 ゲート電極 16 n型半導体領域 17 p型半導体領域 18 第3の浅い溝 19 支持基板 20 絶縁膜 21 エピタキシャル層 22 高濃度不純物領域 23 酸化シリコン膜 23a 酸化シリコン膜 23b 酸化シリコン膜 24 窒化シリコン膜 25 酸化シリコン膜 26 多結晶シリコン膜 27 酸化シリコン膜 28 真性ベース領域 29 外部ベース拡散層 30 酸化シリコン膜 31 多結晶シリコン膜 32 エミッタ領域 ST1 第1の浅溝アイソレーション ST2 第2の浅溝アイソレーション ST3 第3の浅溝アイソレーション DT 深溝アイソレーション Qn nチャネル型MISFET Qp pチャネル型MISFET E1 基板電流の引き上げ端子 E2 基板電流の引き上げ端子 C コレクタ電極 B ベース電極 E エミッタ電極

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 隣接する半導体素子を互いに電気的に分
    離する複数の素子分離領域が半導体基板の主面上に設け
    られた半導体集積回路装置であって、前記複数の素子分
    離領域は、互いに異なる深さの溝を有する少なくとも2
    種類の溝型アイソレーションによって構成されているこ
    とを特徴とする半導体集積回路装置。
  2. 【請求項2】 隣接する半導体素子を互いに電気的に分
    離する複数の素子分離領域がSOI基板を構成する半導
    体単結晶層の主面上に設けられた半導体集積回路装置で
    あって、前記複数の素子分離領域は、互いに異なる深さ
    の溝を有する少なくとも2種類の溝型アイソレーション
    によって構成されており、少なくとも1種類の溝型アイ
    ソレーションを構成する溝が、前記SOI基板を構成す
    る絶縁膜に達していることを特徴とする半導体集積回路
    装置。
  3. 【請求項3】 請求項1または2記載の半導体集積回路
    装置において、少なくとも1種類の溝型アイソレーショ
    ンを構成する溝の底面が、前記半導体基板または前記S
    OI基板の表面に対して斜めになっていることを特徴と
    する半導体集積回路装置。
  4. 【請求項4】 請求項1、2または3記載の半導体集積
    回路装置において、互いに異なる深さの溝を有する少な
    くとも2種類の溝型アイソレーションが、一つの素子分
    離領域に形成されていることを特徴とする半導体集積回
    路装置。
  5. 【請求項5】 隣接する半導体素子を互いに電気的に分
    離する複数の素子分離領域が溝型アイソレーションによ
    って構成されたバイポーラトランジスタを有し、前記バ
    イポーラトランジスタがSOI基板を構成する半導体単
    結晶層の主面上に設けられた半導体集積回路装置であっ
    て、前記バイポーラトランジスタを構成するコレクタ引
    き出し領域を包囲する素子分離領域は、前記コレクタ引
    き出し領域から離れるに従って次第に深くなる溝からな
    る溝型アイソレーションによって構成されており、前記
    バイポーラトランジスタの全てを包囲する素子分離領域
    は、前記SOI基板を構成する絶縁膜に達する溝からな
    る溝型アイソレーションによって構成されていることを
    特徴とする半導体集積回路装置。
  6. 【請求項6】 隣接する半導体素子を互いに電気的に分
    離する複数の素子分離領域がSOI基板を構成する半導
    体単結晶層の主面上に設けられており、前記複数の素子
    分離領域は、前記SOI基板を構成する絶縁膜に達する
    相対的に深い溝からなる溝型アイソレーションによって
    構成された第1の素子分離領域と、前記SOI基板を構
    成する絶縁膜に達しない相対的に浅い溝からなる溝型ア
    イソレーションによって構成された第2の素子分離領域
    とを有する半導体集積回路装置の製造方法であって、
    (a).前記SOI基板上に第1の酸化シリコン膜および窒
    化シリコン膜を順次形成する工程と、(b).前記第1の素
    子分離領域と前記第2の素子分離領域とに形成された前
    記窒化シリコン膜を除去する工程と、(c).前記第1の素
    子分離領域に形成された前記第1の酸化シリコン膜を除
    去する工程と、(d).前記窒化シリコン膜をマスクにし
    て、前記第1の素子分離領域の前記半導体単結晶層をエ
    ッチングして、前記相対的に深い溝を前記半導体単結晶
    層に形成し、同時に前記第2の素子分離領域の前記第1
    の酸化シリコン膜および前記半導体単結晶層を順次エッ
    チングして、前記相対的に浅い溝を前記半導体単結晶層
    に形成する工程と、(e).前記窒化シリコン膜を除去する
    工程と、(f).前記SOI基板上に第2の酸化シリコン膜
    を堆積した後、前記第2の酸化シリコン膜の表面を平坦
    化して、前記相対的に深い溝と、前記相対的に浅い溝と
    に前記第2の酸化シリコン膜を埋め込む工程とを有する
    ことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
  7. 【請求項7】 隣接する半導体素子を互いに電気的に分
    離する複数の素子分離領域がSOI基板を構成する半導
    体単結晶層の主面上に設けられており、前記複数の素子
    分離領域は、底面が前記SOI基板の表面に対して斜め
    になっている溝からなる溝型アイソレーションによって
    構成された素子分離領域を有する半導体集積回路装置の
    製造方法であって、(a).前記溝型アイソレーションによ
    って構成される素子分離領域によって包囲される活性領
    域に、前記半導体単結晶層と同じ導電型の不純物を導入
    する工程と、(b).前記SOI基板に酸化処理を施すこと
    によって、前記溝型アイソレーションによって構成され
    る素子分離領域の前記半導体単結晶層の表面に、前記活
    性領域から離れるに従って次第に薄くなる第1の酸化シ
    リコン膜を形成する工程と、(c).前記SOI基板上に窒
    化シリコン膜を形成した後、前記溝型アイソレーション
    によって構成される素子分離領域に形成された前記窒化
    シリコン膜を除去する工程と、(d).前記窒化シリコン膜
    をマスクにして、前記溝型アイソレーションによって構
    成される素子分離領域の前記第1の酸化シリコン膜およ
    び前記半導体単結晶層を順次エッチングして、底面が前
    記SOI基板の表面に対して斜めになっている前記溝を
    前記半導体単結晶層に形成する工程と、(e).前記窒化シ
    リコン膜を除去する工程と、(f).前記SOI基板上に第
    2の酸化シリコン膜を堆積した後、前記第2の酸化シリ
    コン膜の表面を平坦化して、底面が前記SOI基板の表
    面に対して斜めになっている前記溝に前記第2の酸化シ
    リコン膜を埋め込む工程とを有することを特徴とする半
    導体集積回路装置の製造方法。
  8. 【請求項8】 隣接する半導体素子を互いに電気的に分
    離する複数の素子分離領域がSOI基板を構成する半導
    体単結晶層の主面上に設けられており、前記複数の素子
    分離領域は、前記SOI基板を構成する絶縁膜に達する
    相対的に深い溝からなる第1の溝型アイソレーションお
    よび前記SOI基板を構成する絶縁膜に達しない相対的
    に浅い溝からなる第2の溝型アイソレーションによって
    構成された素子分離領域を有する半導体集積回路装置の
    製造方法であって、(a).前記SOI基板上に第1の酸化
    シリコン膜および窒化シリコン膜を順次形成する工程
    と、(b).前記第1の溝型アイソレーションおよび前記第
    2の溝型アイソレーションによって構成される素子分離
    領域に形成された前記窒化シリコン膜を除去する工程
    と、(c).前記第1の溝型アイソレーションによって構成
    される素子分離領域に形成された前記第1の酸化シリコ
    ン膜を除去する工程と、(d).前記窒化シリコン膜をマス
    クにして、前記第1の溝型アイソレーションによって構
    成される素子分離領域の前記半導体単結晶層をエッチン
    グして、前記相対的に深い溝を前記半導体単結晶層に形
    成し、同時に前記第2の溝型アイソレーションによって
    構成される素子分離領域の前記第1の酸化シリコン膜お
    よび前記半導体単結晶層を順次エッチングして、前記相
    対的に浅い溝を前記半導体単結晶層に形成する工程と、
    (e).前記窒化シリコン膜を除去する工程と、(f).前記S
    OI基板上に第2の酸化シリコン膜を堆積した後、前記
    第2の酸化シリコン膜の表面を平坦化して、前記相対的
    に深い溝と、前記相対的に浅い溝とに前記第2の酸化シ
    リコン膜を埋め込む工程とを有することを特徴とする半
    導体集積回路装置の製造方法。
  9. 【請求項9】 隣接する半導体素子を互いに電気的に分
    離する複数の素子分離領域がSOI基板を構成する半導
    体単結晶層の主面上に設けられており、前記複数の素子
    分離領域は、前記SOI基板を構成する絶縁膜に達する
    相対的に深い溝からなる第1の溝型アイソレーションお
    よび底面が前記SOI基板の表面に対して斜めになって
    いる相対的に浅い溝からなる第2の溝型アイソレーショ
    ンによって構成された素子分離領域を有している半導体
    集積回路装置の製造方法であって、(a).前記第2の溝型
    アイソレーションによって構成される素子分離領域によ
    って包囲される活性領域に、前記半導体単結晶層と同じ
    導電型の不純物を導入する工程と、(b).前記SOI基板
    に酸化処理を施すことによって、前記第2の溝型アイソ
    レーションによって構成される素子分離領域の前記半導
    体単結晶層の表面に、前記活性領域から離れるに従って
    次第に薄くなる第1の酸化シリコン膜を形成し、同時に
    前記第1の溝型アイソレーションによって構成される素
    子分離領域の前記半導体単結晶層の表面に、ほぼ均一な
    厚さの相対的に薄い第1の酸化シリコン膜を形成する工
    程と、(c).前記SOI基板上に窒化シリコン膜を形成し
    た後、前記第1の溝型アイソレーションおよび前記第2
    の溝型アイソレーションによって構成される素子分離領
    域に形成された前記窒化シリコン膜を除去する工程と、
    (d).前記第1の溝型アイソレーションによって構成され
    る素子分離領域に形成された前記第1の酸化シリコン膜
    を除去する工程と、(e).前記窒化シリコン膜をマスクに
    して、前記第1の溝型アイソレーションによって構成さ
    れる素子分離領域の前記半導体単結晶層をエッチングし
    て、前記相対的に深い溝を前記半導体単結晶層に形成
    し、同時に前記第2の溝型アイソレーションによって構
    成される素子分離領域の前記第1の酸化シリコン膜およ
    び前記半導体単結晶層を順次エッチングして、底面が前
    記SOI基板の表面に対して斜めになっている前記相対
    的に浅い溝を前記半導体単結晶層に形成する工程と、
    (f).前記窒化シリコン膜を除去する工程と、(g).前記S
    OI基板上に第2の酸化シリコン膜を堆積した後、前記
    第2の酸化シリコン膜の表面を平坦化して、前記相対的
    に深い溝と、底面が前記SOI基板の表面に対して斜め
    になっている前記相対的に浅い溝とに前記第2の酸化シ
    リコン膜を埋め込む工程とを有することを特徴とする半
    導体集積回路装置の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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