JPS5851417B2 - 半導体集積回路装置の製造方法 - Google Patents

半導体集積回路装置の製造方法

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JPS5851417B2
JPS5851417B2 JP17469180A JP17469180A JPS5851417B2 JP S5851417 B2 JPS5851417 B2 JP S5851417B2 JP 17469180 A JP17469180 A JP 17469180A JP 17469180 A JP17469180 A JP 17469180A JP S5851417 B2 JPS5851417 B2 JP S5851417B2
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哲也 高屋敷
太二 臼井
哲真 桜井
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Oki Electric Industry Co Ltd
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Oki Electric Industry Co Ltd
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    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/76Making of isolation regions between components
    • H01L21/762Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers
    • H01L21/76297Dielectric isolation using EPIC techniques, i.e. epitaxial passivated integrated circuit

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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は半導体集積回路装置の製造方法、特に同一基
板に導電型の異なる半導体島領域を有する絶縁物分離型
の半導体集積回路装置の製造方法ご関するものである。
半導体集積回路装置の製造において、同一半導体チップ
上に極性の異なる2種類の半導体素子を形成する必要が
しばしば生じる。
たとえば、p型半導体基板上にPN接合分離されたPN
PおよびNPNバイポーラトランジスタを形成する場合
、製造工程の増加を避けようとすれば、普通、PNP
l−ランジスタはラテラル構造となる。
このラテラル構造のPNP トランジスタは、一般にパ
ーティカル構造のNPN トランジスタに比べて電流利
得、高周波特性などの電気的特性が劣り、相補型回路の
ようにNPNトランジスタと相合せて形成される場合不
都合を生じる。
従来、同一基板上に、良好な電気的特性を有するPNP
およびNPN l−ランジスタを形成するため、絶縁物
分離された、導電型の異なる、島領域を有する半導体基
板が使用されている。
第1a図〜第1f図は従来の絶縁物分離型半導体集積回
路装置の製造方法を示すものである。
第1a図において、たとえば結晶軸が<100>で、p
型の導電型を有する単結晶シリコン基板1の表面に選択
的に形成されたマスク2を用いて異方性エツチングを実
施して、くぼみ部9を形成する。
次に、第1b図のように、シリコン基板1の表面にこの
くぼみ部9の深さと同程度の厚みのn型のシリコンエピ
タキシャル層3を成長させる。
この場合、マスク2は単結晶材料でないため、このマス
ク2の表面には多結晶シリコン層4が形成される。
次に、第1c図のように、基板1の表面を平担にするた
め、エピタキシャル層3および多結晶シリコン層4を機
械的な研摩により除去する。
さらに、マスク2を除去した後、2度のフォトリソ工程
により、基板1の選択された表面に高濃度のn型拡散領
域6およびエピタキシャル層3の選択された表面に高濃
度のn型拡散領域7を拡散形成する。
次は、第1d図のように、エピタキシャル層3を選択的
に異方性エツチング除去してV字溝10を形成する。
次に、第1e図のように、基板1の全表面に熱成長シリ
コン酸化膜5を形成した後、この酸化膜5の全表面に保
持基板となる多結晶シリコン層8を形成する。
次に、第1f図のように、基板1の裏面から酸化膜5が
露出するまで単結晶シリコンを除去して導電型の異なる
島領域を有する絶縁物分離基板を製造する。
しかし、前述した従来の製造方法は以下のような欠点を
有している。
シリコン基板上にエピタキシャル層を成長させる時、多
結晶シリコン層が同時に形成するため、シリコンウェハ
(シリコン基板)の成長面が凹字状になる。
この現象は、単結晶シリコンと多結晶シリコンの物理的
な性質が異なることが原因であると考えられ、特にエピ
タキシャル層の厚みが30μm以上になるとウェハの反
りが顕著になる。
このウェハの反りは、シリコン結晶構造にひずみを与え
るため、バイポーラトランジスタ素子においては電気的
特性、特に低電流頭載での電流増幅率や雑音特性を悪化
させる原因となっている。
また、ウェハの反りによりウェハ内の温度分布がばらつ
くため、エピタキシャル成長膜の厚みの不均一やウェハ
の裏面に不要なエピタキシャル層または多結晶シリコン
層が成長する原因となる。
一般に絶縁物分離基板の製造方法は複雑であり、エピタ
キシャル成長工程後の機械的な研磨工程の必要は製造コ
ストの一層の上昇を招いた。
この研磨工程にエツチング技術の使用が考えられるが、
エピタキシャル層と多結晶シリコン層のエツチング速度
が異るため、平担な表面を得ることが不可能である。
また、シリコン基板表面およびエピタキシャル層表面に
高濃度不純物領域を形成するため、フォトリソ工程を2
度必要とし、製造工程数が増加する欠点を有している。
この発明の目的は、エピタキシャル成長工程中、半導体
ウェハの反りを防止した工程を含む絶縁物分離型の半導
体集積回路装置を製造する方法を提供することである。
この発明の他の目的は、フォトリソ工程および機械研磨
工程数を減らして製造コストの削減を可能にする半導体
集積回路装置の製造方法を提供することである。
さらに、この発明の他の目的は、島領域の結晶ひずみを
減少して電流増幅率や雑音特性の良好なバイポーラ型半
導体集積回路装置の製造方法を提供することにある。
以下、この発明の第1実施例による製造方法につき、第
2a図ないし第21図を参照して説明する。
第2a図に示すように、不純物濃度1×1014〜5X
IO15/cJ程度の比較的低い不純物濃度を有し、か
つ< 100 >面またはこれに近い面方位を有するp
型の単結晶シリコン基板11の所望表面に酸化膜(Si
O2)または窒化膜(S is N4)からなるマスク
12を被着し、異方性エツチングによって所定の距離だ
け離間させて所望の深さおよび開口寸法をもつ複数のく
ぼみ部19をシリコン基板11の表面から裏面に向って
形成する。
このくぼみ部19の深さは内蔵する半導体素子の耐圧に
よって決定するものであり、たとえば素子耐圧200■
のバイポーラトランジスタでは20μm以上必要である
次に、前記マスク12を除去した後、第2b図に示すよ
うに、シリコン基板11のくぼみ部19を含む全表面に
高濃度(5X1019/−以上)のp型不純物(たとえ
ばボロン)を拡散して、PNP型トランジスタのコレク
タ抵抗の低減用のn型拡散層13を形成する。
さらに、第2c図に示すように、n型拡散層13の表面
に所望の不純物濃度と厚さとを有するn型のエピタキシ
ャル層14を形成する。
このn型のエピタキシャル層14の厚さはシリコン基板
11に形成されたくぼみ部19の深さと同程度であるこ
とが望ましい。
なお、第2c図中、19aはn型のエピタキシャル層1
4のくぼみ部19と対向する部分に新たに形成されたく
ぼみ部である。
その後、第2d図に示すように、n型のエピタキシャル
層14に形成された新たなくぼみ部19aの底の表面に
マスク層15たとえば8102膜を選択的に設ける。
この工程では、数10μmの段差をもつ表面にフォトリ
ソを実施する必要があるが、実用上充分な高精度でパタ
ーニングすることが可能であった。
次に、第2e図に示すように、マスク層15を用いてエ
ピタキシャル層14の異方性エツチングを行うと、約7
0度の角度をもつv字溝20がシリコン基板11の表面
に形成される。
これにより、島領域11aと14aが形成される。
この異方性エツチングに使用されるエツチング液は、ア
ルカリ系エツチング液(たとえばKOH、エチレンジア
ミンピロカテコール)である。
このエツチング液のp型シリコンに対するエツチング速
度は、シリコンの不純物濃度に依存し、特に5X 19
19/−以上の高濃度のp型不純物濃度を有するシリコ
ンに対するエツチング速度は、それ以下の濃度を有する
シリコンに比べて約17100程度に低下するため選択
エツチングが可能となる。
したがって、v字溝20を形成する場合、エピタキシャ
ル層14のエツチングは、高濃度のn型拡散層13で自
動的に停止する。
次に、マスク層15を除去した後、第2f図のように、
n型拡散層13および島領域14aの表面に、n型拡散
層13の濃度より低いがシリコン基板11の島領域14
aの濃度より高い濃度を有するn型不純物(たとえばア
ンチモン、ヒ素)を拡散する。
これにより、島領域14の表面に、NPN型トランジス
タ素子のコレクタ抵抗の低減のための高濃度のn型拡散
層16が形成されるが、拡散層13はp型不純物が高い
のでn型に変換しない。
次に、第2g図に示すように、pおよびn型拡散層13
,16の表面に半導体素子間分離用絶縁物として酸化膜
(S 1o2) 17が形成される。
次に、第2h図に示すように、酸化膜17の表面に絶縁
物分離型集積回路用の支持基板として厚さ数100μm
の多結晶シリコン層18が形成される。
次に、第21図のように、シリコン基板11の裏面が、
酸化膜17が露出するまで研磨され、さらに鏡面仕上げ
されて同一平面に導電型の異なる領域を有する絶縁物分
離基板が形成される。
以後、従来の半導体集積回路装置の製造工程により、島
領域11a、14a内に各々極性の異なるMOSまたは
バイポーラトランジスタ素子が形成される。
次に、この発明の第2実施例による製造方法を第3a図
〜第3e図を参照して説明する。
まず、第3a図に示すように、異方性エツチング技術を
用いて、単結晶シリコン基板21にくぼみ部29を形成
した後、くぼみ部29の底表面にSiO2またはS i
s N、iからなるマスク層22を形成する。
次に、第3b図に示すように、前記シリコン基板21の
露出表面に高濃度のn型拡散層23を形成する。
次に、マスク層22を除去した後、第3c図のように、
n型拡散層およびくぼみ部29の表面にn型エピタキシ
ャル層24を成長させる。
次に、第3d図に示すように、くぼみ部29内のエピタ
キシャル層24の表面にマスク層(たとえば5iO2)
25を設けて、エピタキシャル層24を選択エツチング
して、v字溝30を形成する。
このV字溝30により、島領域21aと24aが形成さ
れる。
次に、マスク層25を除去した後、島領域24aの表面
に高濃度のn型拡散層26が形成される。
以後、第1実施例の第2g図〜第21図と同様な工程に
より絶縁物分離基板が形成される。
この第2実施例の特徴は、n型島領域24aとシリコン
基板21の界面に高濃度のn型拡散層が存在しないので
、製造工程中、p型不純物がn型島領域24a中に拡散
されてn型島領域24aの表面がp型変換される可能性
が解消されることである。
以上説明したように、この発明によれば、エピタキシャ
ル工程中のウェハの反りによる単結晶内の歪の発生が防
止されるので、集積回路装置の特性が向上する利点を有
する。
また、この発明によれば、機械研磨工程が1回で済むの
で製造コストが低減する利点を有する。
この発明は、100V以上の高耐圧を必要とする電話加
入者回路やオーディオ用の絶縁物分離型のバイポーラ集
積回路装置に特に効果的であるが、MO8集積回路、特
に完全にラッチ現象を防止した相補型MO8集積回路の
製造に用いても有効である。
【図面の簡単な説明】
第1a図ないし第1f図は従来例の半導体集積回路装置
の製造方法を工程順に示す断面図、第2a図ないし第2
1図はこの発明の第1実施例による製造方法を工程順に
示す断面図、第3a図ないし第3e図はこの発明の第2
実施例による製造方法を工程順に示す断面図である。 11・・・・・・シリコン基板、11a・・・・・・島
領域、13・・・・・・n型拡散層、14・・・・・・
n型エピタキシャル層、14a・・・・・・島領域、1
5・・・・・・マスク層、16・・・・・・n型拡散層
、17・・・・・・酸化膜、18・・・・・・多結晶シ
リコン層、19・・・・・・くぼみ部、20・・・・・
・V字溝、21・・・・・・シリコン基板、21a・・
・・・・島領域、22・・・・・・マスク層、23・・
・・・・n型拡散層、24・・・・・・n型エピタキシ
ャル層、24a・・・・・・島領域、25・・・マスク
層、29・・・・・・くぼみ部、30・・・・・・V字
溝。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 第1導電型の単結晶シリコン基板の表面に所望の深
    さおよび開口寸法を有するくぼみ部を形成する工程と、
    前記シリコン基板および前記くぼみ部の表面に高濃度の
    第1導電型の拡散層を形成する工程と、前記第1導電型
    の拡散層の表面に第2導電型のエピタキシャル層を形成
    する工程と、前記くぼみ部上の前記エピタキシャル層の
    選択された表面へマスク層を形成する工程と、前記マス
    ク層の真下および近傍以外の前記エピタキシャル層を除
    去して前記くぼみ部へ第2導電型の島領域を形成する工
    程と、前記マスク層を除去した後に前記島領域の露出表
    面へ高濃度の第2導電型の拡散層を形成する工程と、前
    記第1導電型の拡散層の表面および前記第2導電型の拡
    散層の表面へ酸化膜を形成する工程と、この酸化膜の表
    面へ多結晶シリコン層を形成する工程と、前記シリコン
    基板の裏面から前記酸化膜が露出するまで前記基板単結
    晶シリコンを除去する工程とを含むことを特徴とする半
    導体集積回路装置の製造方法。 2 前記第1導電型がp型であり、第2導電型がn型で
    あることを特徴とする特許請求の範囲第1゜項記載の半
    導体集積回路装置の製造方法。 3 第1導電型の単結晶シリコン基板の表面に所望の深
    さおよび開口寸法を有するくぼみ部を形成する工程と、
    前記くぼみ部の底面に第1のマスク層を形成する工程と
    、前記シリコン基板の露出表面に高濃度の第1導電型の
    拡散層を形成する工程と、前記第1のマスク層を除去し
    た後に前記第1導電型の拡散層の表面および前記くぼみ
    部底面に延在する第2導電型のエピタキシャル層を形成
    する工程と、前記くぼみ部上の前記エピタキシャル層の
    選択された表面へ第2のマスク層を形成する工程と、前
    記第2のマスク層の真下およびこれらの近傍以外の前記
    エピタキシャル層を除去して前記くぼみ部内へ第2電導
    型の島領域を形成する工程と、前記第2のマスク層を除
    去した後に前記島預域の露出表面へ高濃度の第2導電型
    の拡散層を形成する工程と、前記第1導電型の拡散層の
    表面および前記第2導電型の拡散層の表面へ酸化膜を形
    成する工程と、この酸化膜表面へ多結晶シリコン層を形
    成する工程と、前記シリコン基板の裏面から前記酸化膜
    が表出するまで前記基板単結晶シリコンを除去する工程
    とを含むことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方
    法。 4 前記第1導電型がp型であり、第2導電型がn型で
    あることを特徴とする特許請求の範囲第3項記載の半導
    体集積回路装置の製造方法。
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