JPS61180447A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPS61180447A
JPS61180447A JP2032385A JP2032385A JPS61180447A JP S61180447 A JPS61180447 A JP S61180447A JP 2032385 A JP2032385 A JP 2032385A JP 2032385 A JP2032385 A JP 2032385A JP S61180447 A JPS61180447 A JP S61180447A
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JP
Japan
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ions
silicon
region
semiconductor device
manufacturing
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Pending
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JP2032385A
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English (en)
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Masabumi Kubota
正文 久保田
Norihiko Tamaoki
徳彦 玉置
Noboru Nomura
登 野村
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • 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

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Local Oxidation Of Silicon (AREA)
  • Element Separation (AREA)

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】 産業上の利用分野 本発明は高密度でかつ高速性を備えた半導体装置の製造
方法に関するものである。
従来の技術 絶縁物上の単結晶シリコン層に半導体集積回路を形成す
る、いわゆるS OI (5ilicon−On −I
nsulator )構造は寄生容量が小さいため高速
性に優れていること、また相補型MO8)ランジスタに
おいてはラッチアップを生じないこと等の点から大規模
集積回路への適用が検討されてきた。
数あるsor技術のなかでも、最も実用化に近いとされ
ている技術の1つがSIMOX(5eparation
−by (mplanted−Oxygen )技術で
ある(例えば、K、Izumi、M、Doken an
dH6ムri7oshi ; xlectron、Le
tt、 、 14(197B)P。693)。この方法
はシリコン基板に酸素イオンを高濃度注入し、埋め込み
酸化膜層を形成することにより基板を絶縁物化する方法
である。第2図ム、Bはその製造工程を示す断面図であ
る。
第2図人はシリコン基板1にエネルギー200kelV
ドーズ量1〜3 X 1018/d程度の酸素イオンの
高濃度イオン注入を行い、不活性ガス中例えばムrガス
中で熱処理を行うことにより注大層を埋め込み酸化膜層
2に変質し、シリコン単結晶基板1からシリコン単結晶
薄膜3を電気的に分離形成したものである。これにより
約0.5μ厚の埋め込み酸化膜2と約0.2μ厚の上部
シリコン層3が形成される。イオン注入後、通常はイオ
ン注入による損傷の比較的小さい表面の極く薄い領域を
種領域として例えば1150’Cアルゴンガス中でアニ
ールし、上部シリコン領域3余再結晶化する。
次に従来のLSI製造工程を用いて選択酸化法によりリ
コン単結晶基板3の一部分を酸化し、シリコン基板から
分離されたシリコン単結晶領域6を得、ここにトランジ
スタ等必要な素子を形成する。(第2図B) 発明が解決しようとする問題点 第2図に示す方法で製造されたものはシリコン単結晶領
域6の底面及び側面が酸化物であり、寄性容量も小さく
なシ良効であるが、次の様な問題点を有している。
(1)1o18/cd程度の酸素の高ドーズイオン注入
を必要とするため、シリコン基板表面の結晶に多数の欠
陥が生じる。また、通常のイオン注入装置では処理時間
がウェハあたり数時間以上が必要となシ、製造コストが
高い。
(2)第2図人におけるシリコン単結晶薄膜3の厚みは
酸素イオン注入のエネルギーとドーズ量で決まシ、通常
のイオン注入装置を用いた場合、注入エネルギーの最大
は300に6Vとすると0.3〜0.4μmが最大値と
なる。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものでSIMO
X技術で用いられている酸素イオン注入よシもはるかに
小さいドーズ量で、よシ深い位置に埋め込み酸化膜層の
形成を可能にするものである。
問題点を解決するだめの手段 本発明の半導体装置の製造方法は、シリコン基板にIQ
”0112程度のイオン注入を行うとイオン注入により
損傷を受けた領域がアモルファス化し、その領域が周囲
に比べて数倍以上早くエツチングされるという現象を用
いたものである。
すなわち、まずシリコン基板に水素、ヘリウム。
炭素、窒素、酸素、フッ素、ネオン等のイオンを5 X
 10”から1×1017CIPK−2程度高エネルギ
ー注入して、イオンの投影飛程近傍に埋め込まれたアモ
ルファス領域を形成する。次に表面からシリコン基板を
エツチングしてアモルファス領域にaする溝を形成し、
溝を通してアモルファス領域を選択エツチング除去する
。最後にエツチング除去した領域を熱酸化してシリコン
基板から電気的に分離する。
作用 この様な本発明の製造方法によれば、 (1)従来のSIMOX技術に比べてイオン注入のドー
ズ量が1桁またはそれ以下になるので、分離形成される
単結晶島の残留欠陥が少なくなる。
またイオン注入に要する時間も1桁以上短縮できる。
(2)従来のSIMOX技術では表面に分離形成される
単結晶島の厚みはイオン注入した酸素イオンの分布によ
り決まっていたため、厚くすることができず、良質な単
結晶が得られるのは極く薄い表面層に限られていたが、
本発明の製造方法では酸素イオン以外の軽元素、例えば
水素。
ヘリウム、窒素等のイオンを用いることができるので、
分離形成される単結晶島の厚みを必要に応じてよシ厚く
形成できる。
実施例 本発明の半導体装置の製造方法の実施例を第1図を用い
て詳しく説明する。
第1図A−Hは本発明の半導体装置の製造方法の1実施
例を示したものである。まず、シリコン基板1上に熱酸
化処理により約SOO人のシリコン酸化膜6を形成し、
さらに減圧CVD法により約1000人のシリコン窒化
膜7を堆積した。次に基板1から電気的に分離したい領
域の一部分にイオン注入に対してマスクとなる物質8(
例えばCVD法により形成したシリケートガラス約2μ
m)を写真食刻により選択的に形成した。(第1図人)
次にエネルギー100KeV、 ドーズ量5X10”、
イjの水素イオン注入を行った。すると第1図Bに示す
様に表面から深さ約1μmの所に厚み約0.3μmのア
モルファス領域9が形成された。この場合シリケートガ
ラス8の下方にあたる領域1oはイオン注入されないの
でアモルファス化しない。
この実施例では水素イオンを注入した例を示したが、必
ずしも水素である必要はない。すなわち、原子量が比較
的小さく、シリコン中での投影飛程の大きいイオンのう
ちシリコン中で不活性なヘリウム、ネオン、シリコン等
のイオンや、シリコン中ではシリコンと結合して絶縁物
を形成する炭素。
窒素、酸素等のイオンを用いることができる。イオン注
入により生じる損傷の分布はほぼ注入したイオンの分布
に従うため、イオン種、加速エネルギー、ドーズ量を選
ぶことによりアモルファス領域の深さ、厚みを制御でき
る。例えば加速エネルギー100 KeVにおけるイオ
ンの飛程は次表に示す様になる。
表 Siへのイオン注入時の射影飛程 この点は、用いるイオンが酸素イオンに限られていた従
来のSIMOX技術に比べて、本発明の利点の1つであ
る。次にマスク物質8を除去したのち第1図Gに示す様
に島領域として分離する部分を7オトレジスト11で被
い、周知の異方性エツチング、例えば四塩化炭素等のガ
スを用いたりアクティブイオンエツチングを用いてシリ
コン窒化膜7.シリコン酸化膜6.シリコン基板1を工
2テングしアモルファス領域9に達する溝12を形成す
る。フォトレジスト11を除去した後、希釈した弗酸と
過酸化水素水の混合液または希釈した弗酸と硝酸混合液
等の液中に浸し、アモルファス領域9をエツチング除去
する。この場合、アモルファス領域のエツチングレート
は損傷の程度により異るが、単結晶領域の数倍から数1
0倍以上であるので、はとんど選択的にアモルファス領
域9のエツチングが進行する(第1図D)。アモルファ
ス領域のエツチング方法には前述した様なエツチング液
を用いる方法の他に、塩素系又は弗素系のガス中での塩
素系又は弗素系のラジカルとアモルファス領域との反応
を用いることもできる。
次にウェハを熱酸化し、約1μmの酸化膜13を形成し
た。
この際、第1図りのアモルファス化していない領域1o
は酸化され、シリコン基板1から電気的に分離したシリ
コン単結晶島14が形成された(第1図E)。このとき
シリコン基板に形成した溝12が広い場合、第1図Eに
示す様に熱酸化膜に囲まれた溝15が形成される場合が
あった。その場合、凸凹による配線の断線等を防止する
ため基板表面に多結晶シリコン16をLPCVD法によ
り約6000人堆積し、フォトレジスト17をスピンコ
ードしたのち多結晶シリコンと7オトレジストとがほぼ
同一レートでエツチングされる条件でドライエツチング
する。いわゆるエッチバック法により平坦化を行った。
(第1図F、G)さらに溝に残った多結晶シリコン16
′を酸化した後、島領域表面の窒化膜等を除去し、通常
のMO3型集積回路の製造工程を経てMO8型集積回路
を得ることができた。先に述べた本発明の適用例ではア
モルファス化していない領域1o(第1図B参照)は熱
酸化工程で完全に酸化物に変質してしまう場合を示した
が、中央部を未酸化の状態にしておいても良い。すなわ
ちシリコン基板1とシリコン単結晶島14との導電路を
確保しておくことによ)、例えばMO8型集積回路では
基板電位をシリコン基板から供給したシ、同期信号を伝
達したシすることができる。
また、MO5型集積回路以外にもバイポーラ型集積回路
、SIT集積回路等、他の半導体集積回路に適用しても
先に述べた効果が得られることは言うまでもない。
発明の効果 本発明の半導体装置の製造方法はシリコン基板にイオン
注入した際に注入領域がアモルファス化し、その領域が
アモルファス化していない領域よシ極めて早くエツチン
グされるという現象を利用してシリコン基板から分離し
たシリコン島領域を形成するものである。このため従来
のSIMOX茨術に比べて (1)イオン注入が比較的低ドーズで良い(5×101
5〜1017/lri程度)ため、分離したシリコン島
の結晶性が良効である。
(2)低ドーズで良いためにイオン注入装置を専有する
時間が短く済み、低コストである。
(3)  イオン種が酸素イオンのみではなく、水素。
ヘリウム、炭素、窒素、酸素、フッ素、ネオン等のイオ
ンを用いることができるので、分離したシリコン島の厚
みを広範囲に制御できる等の利点を有している。そして
、本発明を集積回路に適用することにより、高速性に優
れかつラッチアップを生じない集積回路の実現が可能と
なる。
【図面の簡単な説明】
第1図ム〜Gは本発明の一実施例における半導体装置の
製造方法を説明するだめの断面図、第2図人、Bは従来
の8IMO!技術を説明するだめの断面図である。 1・・・・・・シリコン基板、6・・・・・・シリコン
酸化膜、7・・・・・・シリコン窒化膜、8・・・・・
・シリケートカラス、9 ・・・・アモルファス領域、
10・・・・・アモルファス化していない領域、12・
・・・・・溝、13・・・・・・シリコン酸化膜、14
・・・・・・シリコン単結晶島、16・・・・・・酸化
膜に囲まれた溝、16,1.6’・・・・・・多結晶シ
リコン0 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第 
1 図 第  1  e                、θ
7モルファズイヒして・I躯\4良成第2図 手続補正書(方式) %式% 特許庁長官殿          ハ 1事件の表示 昭和60年特許願第20323号 2発明の名称 半導体装置の製造方法 3補正をする者 事件との関係      特  許   出   願 
 人任 所  大阪府門真市大字門真1006番地名 
称 (582)松下電器産業株式会社代表者    山
  下  俊  彦 4代理人 〒571 住 所  大阪府門真市大字門真1006番地松下電器
産業株式会社内 ア、補正の内容 明細書第3頁第3行から同第5行の[K、 Izumi
・・・・・・P、593Jを「ケー・イズミ、エム・ド
ーケン及ヒエイチ・アリヨシ;エレクトロン レター。 14(197B)593頁(K、 Izumi 、 M
、 Doken andH,ムriyoshi ; E
lectron、Lett 、、 14 (1978)
P、593)J に補正します。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体基体にイオン注入する工程と、前記半導体
    基体上に形成された耐酸化性被膜をマスクとして前記イ
    オン注入によって形成された損傷領域に達する第1の開
    口部を形成する工程と、前記損傷領域をエッチングして
    第2の開口部を形成する工程と、前記耐酸化性被膜をマ
    スクとして酸化性雰囲気中で前記半導体基体を酸化処理
    して前記第1、第2の開口部に酸化膜を形成する工程と
    を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. (2)酸化物により充たされた第2の開口部が、隣接し
    た第3の開口部と酸化物を介して接続されることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の半導体装置の製造方
    法。
  3. (3)注入イオンが水素イオン、ヘリウムイオン、炭素
    イオン、窒素イオン、酸素イオン、フッ素イオン、ネオ
    ンイオン、シリコンイオンのいずれかであることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の半導体装置の製造方
    法。
  4. (4)損傷領域を形成するためのイオン注入工程におい
    て、イオン注入しない領域を一部に形成し、損傷領域の
    エッチングの際の支持体として用いることを特徴とする
    特許請求の範囲第1項記載の半導体装置の製造方法。
JP2032385A 1985-02-05 1985-02-05 半導体装置の製造方法 Pending JPS61180447A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5232866A (en) * 1991-10-23 1993-08-03 International Business Machines Corporation Isolated films using an air dielectric
EP0703608A1 (en) * 1994-09-23 1996-03-27 Consorzio per la Ricerca sulla Microelettronica nel Mezzogiorno - CoRiMMe Method for forming buried oxide layers within silicon wafers

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