JPS58122774A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は半導体装置及びその製造方法に関し、詳しくは
絶縁基板上に形成した半導体層を用いて製造する半導体
装置及びその製造方法に係る。

発明の技術的背景及びその間電点 絶縁基板上に形成された半導体装置は例えばｓｏｓ　（
ｓ目Ｉｃｏｎ　　ｏｎ　　５ａｐｐｈｉｒｅ）＄ｆＸと
して知られている。

８０８構造の半導体装置では、通常、素子形−底領域以
外（フィールド領域）のシリコン層は酸化雰囲気中で酸
化して絶縁基板に達するフィールド酸化膜とし、これに
よって素子分離を行っている。最近では、フィールド領
域のシリコン層を酸化する際、素子分離のために絶縁基
板に達、する第１の酸化膜を形成する外、絶縁１板に達
しない第２の酸化膜を形成し、このｊ１２の酸化膜下に
シリコン層を残存させた構造のものが製造されている。

このように厚い第２の酸化膜下に残存したシリコン層は
＄２の酸化膜上に形成された素子や配線等からの影響を
受けにくいため、素子相互を結ぶ配線やトランジスタの
基板電位固定用電極のリード等に有用であり、また不純
物１度を適当に選ぶことにより抵抗素子としても使用で
きる。

ところで、従来、上述した構造の半導体装置。

例えばＩ−Ｒ型インΔ−夕は第１図（１）〜（ｄ）に示
す如き方法により製造される。

まず、プファイア基板Ｉ上にＰ型シリコン層２をエピタ
キシャル戟長させ、この上−に選択「Ｊに耐酸化性マス
ク材、例えば８ムｓ　Ｎ４ＩＩＩ＋！パターンＳを形成
する。この際、後の熱工程でｖ’）コン！ｍ２と８４．
Ｎ、膜パターン３との熱ｌＩＩ張係数の差によりシリコ
ン層２に欠陥が入るのを防止するため両者の間に８１０
．　ｉｌｌ等を形成することもある。つづいて＊　　Ｓ
’ａ　Ｎａ　験□’ターン３をマスクとしてシリコン層
２の霧出した領域４をエツチング除去してその厚さのほ
ぼ半分程度に減少させる（第１図（１）図示）。次いで
、写真蝕刻法により８ｉ１Ｎ４１１１に／母ターン３の
一部を除去し、開口部５を形成する（第１図（ｂ１図示
）。この後、必要があれば開口部５のシリコン層２を備
かにエツチングしてもよい。次に、熱酸化処理を施す、
この際、シリコン層２の厚さの違いにより領域４では前
ｇピサファイア基板１に達する第ｌの酸化ａ！６が、開
口部５ではサファイア越板１に達しない１８２の酸化膜
７が夫々形成され、第２の酸化ＩＩ＋！ｙ下にはシリコ
ンからなる抵抗素子８が形成される（第１図（ｄ区示）
。次いで、８４ｇＮａｍＩ々ターンＪを除去した後、常
法に従い薄い熱酸化膜９、ｒ−ト電−１Ｏを順次形成す
る。次に、ｎ型不純物例えばリンをイオン注入する。

つづいて、全面に０ＶＤ−旧Ｏｔ＄１１を堆積する。こ
の際、イオン注入されたリンが活性化してソース−ドレ
イン領域ｉｚ、ｉｘ及び抵抗取出し部１４が形成される
。つづいて、コンタクトホール１５−を開孔した後、全
面にＡｊ膜を蒸着し、これをノ譬ターニングしてＡｔ配
線１６・・・を形成してｌ−Ｒ型インバータを製造する
（第１図（４）図示）。

上記半導体装置では、第１の酸化膜ｄはサファイア基板
１まで達し、かつ島状のｖ９コン層の端部を侵うように
充分厚く形成されなければならない。一方、第２の酸化
＠ｙはその下に一定厚さのｖ９コンｊｉｉ（例えば抵抗
素子８）を残存させるように形成されなければならない
。この工程において、第２の酸化膜１は第１の酸化膜６
と同時に形成されるため、その厚さは第１の酸化膜６を
形成する酸化時間によって定められる。このため、第２
の酸化膜！下のシリコン層の厚さを一定にするのが内−
であり、抵抗値の制御性が愚いという間融点がある。

そこでｓ　ｓｌｍ　Ｎａ　１！ｋ　”ターン３の一部を
除去して開口部５を形成する前に熱酸化処理を施して第
１の酸化８１！ｌを形成し、この後に５ＩｓＮ４躾／譬
ターン３−の一部を除去して開口部５を形成し、再び熱
酸化処理を施して＠２の酸化１１１１ｙを形成するとい
う方法も考えられる。

しかし、この場合には高温で行う熱酸化処理に要する時
間が増加して、サファイア基板ｌからＶヲコンｌｌｌ１
ｚへＵがオートドーピングする等の不都合を生じる。

発明の目的 本発明は素子分離のための１１の酸化膜の形成条件にか
かわらず！！２の酸化膜下に一定厚さの、配線や抵抗素
千尋に利用される半導体装な有する半導体装置及びその
製造方法を提供することを目的とするものである。

発明のＳｔ＊ 本−第ｌの発明は、絶縁基板と、該絶縁晟板上に設けら
れ、第１の酸化膜によって分離された島状の半導体層と
、皺牛導体層表＆１Ｈｉ１分的に設けられた第２の酸化
膜と、該第２の酸化膜底部に前記絶縁基板表面と所定距
離隔てるように設けられた耐酸化性絶縁層とを具備した
ことを特徴とする半導体装置である。

本発明における絶縁基板としては１例えばナファイア、
スピネル、ガーネット、二酸化珪素等が挙げられる。

本発明における半導体層としては例えば８１゜Ｇ・、Ｇ
ａＡｓ、Ｉ＞８ｂ等の一般的な半導体層が挙げられる。

これらは単結晶のものでも多結晶又は非晶質のものでも
よいが、半導体装置の素子性能の山より一般的に単結晶
のものが用いられる。

本発明において、！Ｊ２の酸化膜底部に絶縁基板ｔｌ由
と所定距離隔てるように設けられた耐酸化性絶縁層とし
ては８４．Ｎ４等が挙げられる。この耐酸化性絶縁層は
％後の熱酸化工程において１１４２の酸化膜がそれ以上
酸に′するのを阻止する役目をする。したがって−１本
発明の半導体装置は耐酸化性絶縁層と絶縁基板との間に
一定厚さの半導体層を有しており、高性能化を達成でき
る。

また、本願第２の発明は以下の工程により本願第１の発
明の半導体装置を製造する方法である。

まず、絶縁基板上に半導体層を形成した俵、＃半導体層
上に耐酸化性マスク材を選択的に形成し、とのマスク材
を用いて露出した前記ｈＰ導体層を部分的にエツチング
除去する。ここで、耐酸化性マスク材としては、例えば
５ｊｓＮｉｌｌナターンを挙げることができる。また、
半導体層がｉ７５コン層であり、耐酸化性マスク材が８
ｉ３Ｎ４膜／４ターンである場合、シリコン層と８１１
Ｎ４膜・Ｉターンとの熱膨張係数の差により熱工龜でシ
リフン層に欠陥が生じるのを防止するために、両者の間
にａｔｏｍ＠等を形成することもある。

次に、耐酸化性マスク材の一部を除去して開口部を形成
した後、その開口部を通して前記半導体層に耐酸化性絶
縁層を形成する物質なイオン注入する。ここで、耐酸化
性絶縁層を形成する物質としては、例えば半導体層がシ
リコンの場合は窒素等を挙げることができる。これらは
、後の熱処理工程で反応して８１ａＮ４層となる。耐酸
化性絶縁層と絶縁基板との間の半導体層を例えはトラン
ジスタの基板固定用電極のツー１’％に用いる場合、上
記工程の前又は後に不純物をイオン注入して電導波を上
げることが出来る。

！： また、同様にイオン注入Ｗより抵抗素子として用いる場
合の抵抗値を制御することが出来る。

次に、熱処理の後に熱酸化処理な施すかもしくは一回の
熱酸化処理を施して、前記半導体層のエツチング部に絶
縁基板に達するｓｌの酸化膜、前記牛導体層表伽Ｃ一部
分的にｊＩ２の酸化膜及び皺１８２の酸化膜底部に前記
絶縁基板表面と所定距離隔てて耐酸化性絶縁層を形成す
る。耐酸化性絶縁層は、熱逃還の後に熱酸化処理を施す
場合には熱処理の際に、−同の熱酸化処理を施す場合に
はその初期に形成され、１ｓ２の酸化膜が耐酸化性絶縁
膜を越えて成長するのを阻止する。したがって、１８１
の酸化膜の形成条件にかかわらず耐酸化性絶縁層と絶縁
基板との間に一定厚さの半導体層を有する半導体装置を
製造できる。

発明の実施例 本発明を８０８構造のＥ−Ｒ型インバータに適用した一
実施例を第２図（麿ン〜（ｆ）を参照して説明する。

ω　まず、ナファイア基板ＩＩＩ上にｐ型シリコン層ｒ
ａｇを形成し、この上に選択的にｆｉｉｓＮ４腺／臂タ
ーン１０３を形成した０次に、８１ｓＮ４膜ＩリーンＩ
ｏｓをマスクとしてＶリコン層１０２の露出した領域１
０４をエツチング部去してその厚さのほぼ牛分根度に減
少させた（第２図（−）図示）。次に、写真蝕刻法、ニ
ヨリフ、オドレノスト／臂ターｙｘｏｓをマスクとして
８ｉｌＮ４躾パターンｒｏｂの一部な遍択的に除去して
開口部１０ｇを形成し、シリコン層１０１表面を露出さ
せた（Ａ２図（ｋｌ）＃Ａ示）。

ｌ　次いで、開口部Ｅｅｌを通して打込エネルＷ　−１
３０Ｋ＠Ｔ、ドーズ量２Ｘ１０／ｍ　の条件で窒素イオ
ンをイオン注入した（ｓ２図（Ｃ）図示）。つづいて、
フォトレジストＩ４ターンｘａｔｔを除去して高温スチ
ーム中で熱酸化処理を施した。この熱酸化処理の初期の
段階でシリコン層中にイオン注入された窒素は周囲のシ
リコンと反応してａｉｓＮ４層ＩＩＩが形成される。ま
た、領域１０４ではサファイア基板ｔａＸに達するｓｉ
の酸化膜ｌＯ１が形成される。また、開口部１０１１で
は第２の酸化膜１０ｍが形成されるが、８１＠Ｎ４層Ｘ
ＯＶがすでに形成されているので、この８４ｓＮ４層Ｉ
０１を越えて生長することはない。したがって、８ｉｓ
Ｎ４層１０’ｌとサファイア基板ｌＯ１との間には一定
厚さのシリコンからなる抵抗素子１１０が形成される（
第２図（ｄ）図示）。

ドライ酸化を行って露出されたシリコン層表面に５００
ｘの酸化ｌｌ１１１１を形成した。つづいて、全面に多
結晶シリコンを堆積し、写真蝕刻法によりｒ−）電１ｋ
１１１を形成した後、打込エネルギー１５０　Ｋｅｙ、
ドーズ量５Ｘ１０／ｄ　　の条件でリンイオンをイオン
注入した（１ｓ２図（ｅ）図示）。つづいて、全面に厚
さ１　ｆｉｍ　のＣＶＤ−８ｉ０．　　＠　Ｉ　Ｉ　３
を堆積した。この際、リンイオンが活性化してソース・
ドレイン領域１１４．ＩＩＳ及び抵抗取出し部１１ｇが
形成される。つづいて、コンタクトホール１１１・・・
を開孔し、Ｍ　膜を全面に蒸着した後、ノ譬ターニング
してＭ配線１１８・・・を形成した（第２図（ｆ）図示
）。

以上のようにしてｓｏｓｇｌ造の１？−ＲＩＭインノ譬
−夕が製造された。

しかして、上記実施例のｇ−Ｒ型インバータはＩＪ２の
酸化！ｇ！１０９の下にｉｌＮ、層１０７を設けて、８
１．Ｎ４層１０７とｔファイア基板１０１間のシリコン
層を抵抗素子として利用するものであるので、酸化ｌｌ
Ｉ！ＩＩＩ（ｒ−ト駿化膜）を形成する熱酸化処理にお
いても８１Ｎ４層ｔａｒの存在によってＩＩ２の酸化膜
ｒｅりが成長して抵抗素子１１０の厚さが減少するのを
阻止できる。したがって、抵抗素子１１０の抵抗値を維
持することができた。

また、上記方法によれば１８２の酸化膜ＩＯりの成長が
８１．Ｎ、層ｔａｒによって阻止されるので、ｉＪｌの
酸化膜Ｘａａの形成条件にかかわらず、旧Ｉ　ＮＪ層ｘ
ａｒとサファイア基板ＩＯ１との間に一定厚さのシリコ
ンからなる抵抗素子１１１１を有するＢ−Ｒ型インバー
タが精度よく製造でき高性能化を達成することができた
。また、−回の熱酸化処理で第１．第２の酸化膜なお、
耐酸化性絶縁膜と絶縁基板との間のシリコン層は上記実
施例の如く抵抗素子として用いる場合に限らず、例えば
トランジスタの基板電位固定用電極のリード等としても
用いることができる。こうした場合、通常耐酸化性絶縁
膜を形成する物質のイオン注入の前又は後に不純物をイ
オン注入する。イオン注入された不純物は熱酸化処理の
際に活性化して拡散するが、耐酸化性絶縁膜を越えて拡
散することはないので、シリコン層の抵抗値を精度よく
制御することができる。

また、上記実施例ではｎ型不純物としてリンを用いｎｆ
チャネル素子製造したが、飄型不純物として砒素やアン
チモンを用いてもよい、ｔだ、ｐ全不純物としてアルミ
ニウム、Ｉロン。

ガリウム、インジウム等を用いてｐチャネル素子を製造
することもできる。

発明の効果 本発明によれば素子分離のための第１の酸化膜の形成条
件にかかわらず、耐酸化性絶縁膜と絶縁基板との間に一
定厚さの配線や抵抗素子等に利用される半導体層を形成
でき、高性能化を遵成し得る半導体ａｍ及びその製造方
法を提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（１）〜（（０は従来のａＯＳ構造の嶌−１型イ
ンバータの製造方法な工ｓｌ［に示す断面図、ＪＩＺ図
（１）〜（ｆ）は本発明の実施例におけるＳ０８構造の
Ｉｔ−１ｔ型インバータの製造方法な工１１１ＩＩＮに
示す断面図である。 １０１・・・サファイア基板、ＸＯＸ・・・シリコン層
、　　１０　Ｊ・８１ｓＮＪ膜／ｌ　９−７　、ｌ　Ｏ
Ｆ　””８輸Ｎ４層、１ｇ１ｇ・・・第１の酸化膜、ｇ
ｏり・・・第２の酸化膜％　１１０・・・抵抗素子、１
１１・・・酸化膜、ｒｒＪ・・・ｌ’−）電極、１１３
・ＣＶＤ　−８１０３膜、１１４．１１６・・・ソース
１ドレイン領域、ＩＩ−・・・抵抗取出し部、１１１°
・・コンタクトホール、１１Ｂ・・・Ａ７　配線。 出−人代理人　　升迷士　鈴　性成　彦第１図 ２図 Ｎ。 ↓　↓　↓　↓　↓　↓　↓　↓　↓

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　絶縁基板と、該絶縁基板上に設けられ、第１
   の酸化膜によって分離された島状の半導体層と、骸半導
   体層表向に部分的に設けられた第２の酸化膜と、該ｓ２
   の酸化膜底部に前記絶縁基板表面と所定距離隔てるよう
   に設けられた耐酸化性絶縁層とを具備したことを特徴と
   する半導体装置。
2. （２）絶縁基板上に半導体層を形成する工程と、該半導
   体層上に耐酸化性マスク材を選択的に形成する工程と、
   このマスク材を用いて露出した前記半導体層を部分的に
   エツテンダ除去する工程と、耐酸化性マスク材の一部を
   除去して開口部を形成した後、その開口部を通して前記
   半導体層（−耐酸化性絶縁層を形成する物質をイオン注
   入する工程と、熱処理の後に熱鍍化処理を施すかもしく
   は一回の熱酸化処理を施して、１記牛辱体層のエツチン
   グ部に前記絶縁＆板に達する第１の酸化膜、１紀半導体
   層表面に部分的に第２の酸化膜及び該第２の酸化ｍ底部
   に前記絶＃１１基板表向と所走拒離隔てて耐酸化性絶縁
   層を形成する工程とを具備したことを特徴とする半導体
   装置の製造方法。
3. （３）半導体層の成分がシリコンであり、耐酸化性絶縁
   層を形成する物質がｗ！素であることを特徴とする特許
   請求の範囲第２項記載の半導体装置の製造方法。