JPS5942979B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は複数の島領域が互いに絶縁分離されてなる半導
体装置の製造方法に関する。

従来、半導体装置およびその製造方法において、各素子
間を絶縁分離するのに以下に述べる多孔質シリコンを用
いた誘電体分離法が提案されている。

第１図Ａ−Ｄは前記誘電体分離法による集積回路用基板
構成の工程図を示したものである。まずＰ形シリコン基
板１上に前記゛基板１より高い不純物濃度を有するＰ＋
形シリコン層１’を形成し、さらにその上にＮ形シリコ
ン層２を形成したシリコン基板３を準備する。

そして前記Ｎ形シリコン層２上に酸化硅素膜４を形成し
、フォトエッチング等によつて窓４ａを形成する（同図
Ａ）。次に酸化硅素膜４の窓４ａを通して、−Ｎ形シリ
コン層２にその全厚みを横切る深さを以つてＰ＋形領域
５を形成する。かくしてその底面と側面をｐ＋形領域１
’、５で囲まれた複数のＮ形島領域１０が形成される（
同図Ｂ）。次いで上記基板３を弗化水素酸水溶液に浸漬
し陽極処理を行なうと、上記基板３のＰ＋形領域１’、
５が多孔質化される。

陽極処理時間を適当に選定することにより、Ｎ形島領域
１０の底辺のＰ＋形領域ｆも多孔質化され、Ｎ形島領域
１０を取り囲んで多孔質シリコン１１，１２が形成され
る（同図Ｃ）。その後上記基板３を酸化性雰囲気中で熱
処理すると、前記多孔質シリコン１１，１２は酸化硅素
膜２１になるので、酸化硅素膜２１で囲まれたＮ形島領
域１０を有する集積回路用基板が構成される。

ところが上述した従来方法によると、第１図Ｂに示され
たように多孔質シリコンを形成すべきＰ＋形領域１′，
５はＰ形シリコン基板１上に形成されているので、多孔
質シリコンは第１図Ｃに示されているようには形成され
ず、実際には第２図に示すように形成される。

ここで１はＰ形シリコン基板、１／はＰ形シリコン基板
１上のＰ＋形領域、１０はＮ形島領域、１１は多孔質シ
リコンである。

第１図Ｂに示す基板３を陽極処理すると、まずＰ＋形領
域５が多孔質化される。多孔質化がＮ形島領域１０の厚
みまで進むと、その時点から多孔質化は横方向にも進み
始める。しかし電流通路はＰ＋形領域５から上記基板３
の裏面までとなるので、Ｎ形領域１０の底面のＰ＋形領
域１３には電流通路が存在しない。それ故Ｎ形領域１０
の底面のＰ＋形領域１３は多孔質化されない。さらに、
電流通路はＰ＋形領域５から上記基板３の裏面に向かつ
て存在するので、Ｐ形シリコン基板１内にも多孔質化が
進む。

結局第２図に示すように、多孔質シリコン１１はＮ形島
領域１０の間ではＰ＋形領域５の表面からＰ＋形領域１
′を横切つてＰ形シリコン基板１内へ深く形成される。

ところがＮ形島領域１０の下では端部には多少多孔質シ
リコン１１が形成されるが、中央部には多孔質シリコン
１１は形成されず、Ｐ＋形領域１３が存在する。よつて
第２図に示された基板３を酸化性雰囲気中で熱処理して
得られた集積回路用基板は、多孔質シリコンが不均一な
厚みで形成されているので部分的に歪みが発生し、Ｎ形
島領域１０には著しく応力が加わる。

それ故、上記基板３にはしばしば割れあるいはクラツク
が生じていた。さらにＮ形島領域１０の下部には多孔質
シリコンが形成されなかつたので、複数のＮ形島領域１
０は底部のＰ＋領域１３およびＰ形シリコン基板１を介
して電気的に接続される。それ故誘電体分離の構造とは
成り得なかつた。本発明は上記欠点のない、多孔質シリ
コンを用いた誘電体分離法による半導体装置の製造方法
を提供するものである。

本発明によると複数の半導体島領域の底面および側面は
完全に多孔質シリコンあるいは絶縁物化された多孔質シ
リコンに取り囲まれ、かつ前記多孔質シリコンは均一な
深さでもつて形成される。

よつて本発明により製造された半導体装置の互いの島領
域は完全に誘電体分離されており、かつ島領域には応力
は生じない。以下図面に従つて詳細に説明する。

第３図Ａ〜Ｆは本発明の一実施例を示す工程図を示した
ものである。まずＮ形導電形のシリコン基板１０１を準
備し、その表面にＰ形導電形のシリコン層１０２をたと
えばエピタキシヤル成長によつて形成する（同図Ａ）。
次に前記Ｐ形導電形のシリコン層１０２の表面にＮ形導
電形のシリコン層１０３をたとえばエピタキシヤル成長
によつて形成する（同図Ｂ）。次にさらに前記Ｎ形導電
形のシリコン層１０３の表面に拡散マスクとしてたとえ
ば熱酸化により酸化硅素膜１０４を形成し、通常のフオ
トエツチングにより拡散窓１０５を開孔する（同図Ｃ）
。その後、熱拡散法あるいはイオン注入法などにより、
拡散窓１０５からＰ形導電形不純物を拡散しＮ形導電形
のシリコン層１０３を横切つてＰ形導電形のシリコン層
１０２に達するようにＰ形導電形不純物の拡散層１０６
を形成する。

その結果側面および底面をＰ形導電形領域１０２，１０
６に囲まれたＮ形導電形島領域１０７が形成される（同
図Ｄ）。次に上記基板１００を電解液たとえば弗化水素
酸水溶液に浸漬して陽極処理を施こし、前記Ｐ形導電形
領域１０２，１０６のみを多孔質シリコン１１０，１１
１にする。

従来は基板と多孔質化すべき領域が同一導電形であつた
ので前述したような欠点が生じたが、本発明では基板と
多孔質化すべき領域の導電形は異なるので前記欠点は生
じない。すなわち本発明ではシリコン基板１０１と多孔
質化すべき領域１０２，１０６は逆同電形であるので、
多孔質化すべきＰ形導電形領域１０６が多孔質化されて
しまうと、多孔質化はＮ形導電形島領域１０７の下部に
進行し、Ｎ形導電形島領域１０７のパターンの端部から
パターンの中心方向に向かつて横方向に多孔質化が進み
、Ｐ形導電形領域１０２は全て多孔質化されてしまう。

よつてＮ形導電形島領域１０７の底面は全て多孔質化さ
れ、かつ深さ方向の多孔質化はＮ形導電形シリコン基板
１０１とＰ形導電形シリコン層１０２の境界でとまつて
しまうので、一様な深さの多孔質シリコン１１０が得ら
れる。以上の様にして、底面および側面を多孔質シリコ
ンで分離された複数のＮ形導電形島領域１０７を有する
集積回路用基板１０σが構成される（同図Ｅ）。

さらに上記基板１０σを酸化性雰囲気中で熱処理すると
、多孔質シリコン１１０，１１１は酸化硅素膜１１２に
なり、底面および側面を酸化硅素膜１１２で分離された
複数のＮ形導電形島領域１０７を有する集積回路用基板
１００〃が構成される（同図Ｆ）。

上記基板１００〃の複数のＮ形導電形島領域１０７内に
通常の半導体装置の製造方法により、種々の半導体装置
を形成することＢ３可能である。

第４図は上記島領域１０Ｔ内にバイポーラトランジスタ
を製造した場合の一実施例である。ここで１３０はＮ＋
形コレクタ埋め込み層、１３１はＰ形ベース層、１３２
はＮ形エミツタ層、１３３，１３４，１３５はそれぞれ
コレクタ電極，ベース電極，エミツタ電極である。なお
、本実施例ではＮ形導電形シリコン層１０３を形成する
前にあらかじめ島領域１０７にＮ＋形導電形不純物層１
３０を形成した。上述したバイポーラトランジスタのほ
かに上記島領域内には公知の種々の半導体装置たとえば
Ｊ−ＦＥＴ，ＩＬ，ＭＯＳなどを形成することが可能で
あり、それらの半導体装置を形成するために必要であれ
ば、あらかじめ上記島領域内にＮ形導電形シリコン層あ
るいはＰ形導電形シリコン層などを形成しておくことも
可能である。以上の実施例では多孔質シリコンを酸化性
雰囲気で熱処理し、前記多孔質シリコンを酸化硅素膜と
したが、前記熱処理は酸化性雰囲気に限定されるもので
はない。

すなわちアンモニアガス中で熱処理することにより、窒
化硅素膜とすることも可］能である。

しかし前記多孔質シリコンを絶縁物化するのに要する熱
処理時間および熱処理温度は酸化性雰囲気中の方が短か
くてかつ低いので好ましいなお陽極処理として、多孔質
化すべき領域がＰ形導電形であるので、通常の陽極処理
により前記多孔質化すべきＰ形導電形領域の多孔質化が
可能である。

しかし、陽極処理時に半導体基板に光を照射することに
より、陽極処理電圧が小さくなり、かつ半導体基板内の
多孔質化は光を照射しない場合に比べて、著しく均一に
進行する。また、本実施例ではＰ形導電形シリコン層１
０２，Ｎ形導電形シリコン層１０３はエピタキシヤル成
長によつて、Ｐ形不純物拡散層１０６は熱拡散法あるい
はイオン注入法によつて形成したが、上記シリコン層１
０２，１０３，拡散層１０６の形成方法は限定されるも
のではなく、本発明の目的を達する上では、公知のどの
ような方法あるいはそれらの組み合わせでも用いること
が可能である。

以上の実施例では誘電体分離された複数の島状Ｎ形導電
形シリコン層の製造方法および上記島領域内に半導体装
置を形成した場合を述べたが、不純物濃度によつて多孔
質化速度が異なるという性質を利用することにより、島
状Ｐ形導電形シリコン層を形成することも可能である。

第５図Ａ−Ｅは島状Ｐ形導電形シリコン層を得るための
本発明の他の実施例である。

まずＮ形導電形シリコン基板２０１を準備し、その表面
にＰ形導蹴形シリコン層２０２をたとえばエビタキシヤ
ル成長によつて形成する（同図Ａ）。次に前記Ｐ形導電
形シリコン層２０２の表面に前記Ｐ形導電形シリコン層
２０２よりも不純物濃度が低濃度のＰ形（以下Ｐ一形と
記す）導電形シリコン層２０３をたとえばエビタキシヤ
ル成長により形成する（同図Ｂ）。次に前記Ｐ一形導電
形シリコン層２０３の表面の島領域を形成すべき所定領
域２０４に耐陽極処理被膜、たとえぱ窒化硅素膜２０５
を選択的に被着する（同図Ｃ）。次いで同図Ｃで得られ
た基板２０６を、電解液、たとえば弗化水素酸水溶液に
浸漬して陽極処理を施こす。

電圧を印加するとまず表面が前記窒化硅素膜２０５で覆
われていない領域の前記Ｐ一形導電形シリコン層２０３
が深さ方向に多孔質化され、前記Ｐ形導電形シリコン層
２０２も多孔質化される。次いで多孔質化が前記Ｎ形導
電形シリコン基板２０１の境界に達すると、多孔質化は
横方向に進行し始める。ところが、Ｐ形導電形シリコン
層の多孔質化速度は不純物濃度に比例するので、前記Ｐ
一形導電形シリコン層２０３ではほとんど横方向に多孔
質化は進まなく、前記Ｐ形導電形シリコン層２０２では
横方向に多孔質化が遠く進行する。それ故、底面および
側面を多孔質シリコン２１０で分離された複数の島状Ｐ
一形導電形シリコン層２０７を有した集積回路用基板２
０８が構成される（同図Ｄ）。その後、前記基板２０８
を酸化性雰囲気中で熱処理して、前記多孔質シリコン２
１０を酸化硅素膜２１１に変える（同図Ｅ）。

そうすることにより、通常の半導体装置の製造方法によ
り前記島状Ｐ一形導電形シリコン層２０７内に種々の半
導体装置を形成することが可能である。以上の実施例に
おけるＰ形・Ｐ一形導電形シリコン層２０２，２０３の
形成方法は限定されるものではなく、イオン注入法ある
いは熱拡散法など公知な方法あるいはそれらの組み合わ
せを用いても同様の効果が得られ、本発明の目的を達す
る上での限定要件でない。

さらにＰ一形導電形シリコン層２０３形成後に島領域を
形成すべき所定領域２０４外の領域に前記Ｐ一形導電形
シリコン層２０３よりも不純物濃度の高いＰ形導電形シ
リコン層を前記Ｐ形導電形シリコン層２０２に達するよ
うに、あるいは達することなく形成しても良い。この場
合には前記Ｐ一形導電形シリコン層２０３の横方向の多
孔質化領域Ｂ５減少する。なお、耐陽極処理被膜として
は前記実施例で用いた窒化硅素膜の他にフオトレジスト
なども使用可能である。

第６図Ａ−Ｆは本発明による更に他の実施例における島
状領域の製造工程図である。

まずＮ形導電形シリコン基板３０１を準備し、その表面
にＰ形導電形シリコン層３０２をたとえばエピタキシヤ
ル成長によつて形成し、更にその表面に島領域３０３内
の外周部の窓領域３０４を除いた所定領域３０５および
分離領域３０６に拡散用マスクたとえば酸化硅素膜３０
７を被着する（同図Ａ）。次に前記窓領域３０４よりＮ
形導電形不純物をたとえば熱拡散法により拡散し、前記
Ｐ形導電形シリコン層３０２内に前記所定領域３０５を
取り囲むようにＮ形導電形不純物拡散層３０８を形成す
る（同図Ｂ）。次いで前記酸化硅素膜３０７を除去した
後、少なくとも島領域３０３内の所定領域３０５を覆う
ように耐陽極処理被膜、たとえば窒化硅素膜３０９を選
択的に被着する（同図Ｃ）。次に前記基板３１０を弗化
水素酸水溶液に浸漬し、たとえば光を照射しながら陽極
処理を行なうと、島領域３０３の底面および側面の前記
Ｐ形導電形シリコン層３０２が多孔質化され、底面およ
び側面が多孔質シリコン３１１で囲まれ、周囲ｔ）｛Ｎ
形導電形不純物拡散層３０８で取り囲まれ内部にＰ形導
電形シリコン層３０２を有する島状シリコン層３１２が
形成される。第６図Ｄで得られた基板３１３を酸化性雰
囲気中で熱処理して、前記多孔質シリコン３１１を酸化
硅素膜３１４に変えると、周囲にＮ形導電形不純物拡散
層３０８を有し、内部にＰ形導電形シリコン層３０２を
有した複数の島状シリコン層３１２をもつ集積回路用基
板３１５が構成される。

また本実施例で形成された島状シリコン層３１２はそれ
自体で電極を設けるのみでダイオードを構成するという
特徴を有するものである。以下説明してきたように本発
明は、島状の半導体層の側面および底面が絶縁物からな
る分離領域により包囲され、かつＮ形導電形半導体基板
に前記分離領域の底面が相接してなる半導体装置の製造
方法を提供するものであり、Ｎ形，Ｐ一形あるいはＮ形
導電形拡散層に囲まれるＰ形導電形半導ノ体層からなる
島状領域を包囲するように、Ｎ形導電形半導体基板上に
形成されたＰ形導電形半導体層を絶縁物化することによ
り分離領域を形成する半導体装置の製造方法であるので
、島領域の誘電体分離が完全に行なわれ、また多孔質化
される領１域の深さは基板に制限されて均一となり、島
領域には何等応力が加わらず、割れやタラツクは生じる
ことはない。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ−Ｄは従来例による集積回路用基板のフ製造工
程図、第２図は従来例により得られた集積回路用基板の
断面図、第３図Ａ−Ｆ，第５図Ａ〜Ｅ，第６図Ａ−Ｅは
本発明の各実施例を示す集積回路基板の製造工程図、第
４図は第３図Ａ−Ｆで得られた島領域内に素子を形成し
た一実施例における半導体装置の要部断面図である。 １０１，２０１，３０１・・・・・・Ｎ形導電形シリコ
ン基板、１０２，２０２，３０２・・・・・・Ｐ形導電
形シリコン層、１０３・・・・・・Ｎ形導電形シリコン
層、１０６・・・・・・Ｐ形導電形不純物拡散層、１０
７・・・・・・Ｎ形島領域、１１０，２１０，３１１・
・・・・・多孔質シリコン、１１２，２１１，３１４・
・・・・・酸化硅素膜、２０３・・・・・・Ｐ一形導電
形シリコン層、２０７・・・・・・Ｐ一形島領域、３０
８・・・・・・Ｎ形導電形不純物拡散層、３１２・・・
・・・島領域。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ｎ形導電形半導体基板上に形成されたＰ形導電形半
   導体層に、Ｎ形導電形島状単結晶半導体領域を形成する
   工程と、前記基板と前記半導体層とのＰＮ接合界面に、
   電流を流す陽極処理により前記半導体層を多孔質化する
   工程と、前記多孔質化された半導体層を絶縁物化する工
   程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。 ２ Ｎ形導電形半導体基板上に形成されたＰ形導電形半
   導体層に前記半導体層より低濃度のＰ形導電形島状単結
   晶半導体領域を形成する工程と、前記基板と前記半導体
   層とのＰＮ接合界面に電流を流す陽極処理により前記半
   導体層を多孔質化する工程と、前記多孔質化された半導
   体層を絶縁物化する工程とを備えたことを特徴とする半
   導体装置の製造方法。 ３ Ｎ形導電形半導体基板上にＰ形導電形半導体層を形
   成する工程と、前記Ｐ形導電形半導体層内の所定領域を
   取り囲むようにＮ形導電形不純物拡散層を形成する工程
   と、少なくとも前記所定領域を覆うように耐陽極処理被
   膜を前記Ｐ形導電形半導体層上に形成する工程と、陽極
   処理により、前記Ｎ形導電形不純物拡散層で取り囲まれ
   た前記所定領域を除く前記Ｐ形導電形半導体層を多孔質
   化する工程と、前記多孔質化された半導体層を熱処理に
   より絶縁物化する工程とを備えたことを特徴とする半導
   体装置の製造方法。