JPS6262466B2

JPS6262466B2 -

Info

Publication number: JPS6262466B2
Application number: JP13305780A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Kawamata; Yoshitaka Sugawara
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1980-09-26
Filing date: 1980-09-26
Publication date: 1987-12-26
Also published as: JPS5758338A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、高耐圧で、集積度を高くすることの
できる半導体集積装置に係り、特にこのための電
気配線のクロスオーバ配線の改良に関するもので
ある。

近年、半導体集積装置は、高集積化がかはられ
ている一方で、各種産業機器、事務機器及び家電
品の主稼動部や電磁リレー等を直接制御できる高
耐圧ICが要望されている。

このような高耐圧半導体集積装置の素子間の絶
縁分離には誘電体分離技術が好適である。誘電体
分離技術は、pn接合分離に比べて製法が煩雑で
ある反面、寄生効果を回路上支障のない程度に減
少でき、また電気的干渉をうけないようにできる
という利点がある。

また、半導体集積装置の配線としては、クロス
オーバ配線が一般に用いられる。クロスオーバ配
線の手法としては、第１と第２の金属配線間に絶
縁膜を介在させて形成する方法が知られている。

しかし、前記の方法では、高耐圧素子の場合の
絶縁膜が厚くなり、例えば400Vの耐圧では３μ
ｍ以上必要である。このため段差が急峻になり、
断線が生じ易くなつて配線の信頼性が著しく悪く
なる。

誘電体分離技術を適用した高耐圧半導体集積装
置のクロスオーバ配線は、各種機能素子を形成し
た半導体基板の単結晶シリコン島に、主表面から
第１の配線の拡散導電層を設け、この拡散導電層
上に絶縁膜を形成し、この絶縁膜にコンタクト孔
を設け、拡散導電層から外部に配線を引き出し、
絶縁膜５上に独立した別の第２の金属配線を第１
の拡散導電層配線上に延在して設けることにより
形成される。

第１図は誘電体分離技術を適用したクロスオー
バ配線の従来構造の一例を示す縦断面図である。
図において、１０は誘電体分離基板、１３は分離
溝、１４Ａはｐ形拡散配線、１４Ｂはチヤンネル
ストツパ、１５は多結晶シリコン、１６は単結晶
シリコン島、１７は表面保護膜、１７Ａは配線間
絶縁膜、１８は引出用配線、１９は金属配線であ
る。

まずｎ形の単結晶シリコン島１６を公知のホト
リソ技術とシリコンの異方性エツチングで形成す
る。そして、分離用絶縁膜１２で被覆する。次に
前記絶縁膜１２上に多結晶シリコン１５を堆積し
主表面側に多結晶シリコン１５と絶縁膜１２が現
われるまで、研磨あるいはエツチングで削除す
る。

以上の工程によつて、絶縁膜１２で互に分離さ
れた複数の単結晶シリコン島１６を主表面に有す
る誘電体分離基板１０が得られる。さらに、単結
晶シリコン島１６内には、選択拡散技術でトラン
ジスタ、ダイオード、抵抗等が組込まれる。

クロスオーバ配線が設けられる単結晶シリコン
島１６には、トランジスタのベース層拡散時に、
同時に配線用のｐ形拡散配線１４Ａが形成され
る。その後、ｐ形拡散配線１４Ａの両端に引出し
用配線１８を形成し、拡散配線とする。ｐ形拡散
配線１４Ａ上に、配線間絶縁膜１７Ａを介して、
独立した第２の金属配線１９を形成する。

前記のようなクロスオーバ構造において、ｐ型
拡散配線１４Ａ上の絶縁膜１７Ａの膜厚は、拡散
深さが２〜３μｍと浅い接合では、拡散時間が短
かいため、0.5μｍ程度である。

もつとも、水蒸気中での拡散によれば、成長膜
厚は約１μｍ程度のものが得られるが、この場合
は拡散不純物源が酸化膜中にとり込まれ、トラン
ジスタ等の不純物濃度の制御が困難になる他、欠
陥が増大するという欠点がある。

いずれの場合でも、絶縁膜１７Ａの膜厚はたか
だか１μｍ程度である。このため従来の高耐圧の
半導体集積装置では、第１の拡散配線１４Ａ上
に、第２の金属配線１９を延在させてクロスオー
バを設けた場合、次の欠点を有することになる。

(1) 拡散配線１４Ａ上の絶縁膜１７Ａが薄いため
配線１４Ａと１９間の電位差が200V程度で絶
縁破壊を起してしまう。したがつて、400V程
度の、高耐圧の半導体集積装置を得ることがで
きない。

(2) 前項の改善策として絶縁膜１７Ａ上にCVD
SiO₂などを形成して膜厚を増大させた場合に
は、ピンホールが生じ易く、配線間で短絡事故
が起り易くなる欠点がある。

(3) 前記のように、絶縁膜１７Ａが薄いため、し
きい値電圧（金属配線１９への印加電圧によつ
て、シリコン表面に電荷が誘起されるようにな
るときの、前記配線１９の印加電圧）Vthが小
さくなる。

このため、絶縁膜１７Ａ上の配線１９への印
加電圧が、しきい値電圧より高電位になると、
配線１９下の単結晶シリコン表面に寄生MOS
による電荷が生じ、素子特性に悪影響を及ぼす
ようになる。特に、高耐圧の半導体集積装置で
は、高低抗の基板を用いるため、この影響が大
きくなる。

(4) 絶縁膜１７Ａが薄いために、拡散配線１４Ａ
と金属配線１９間の静電容量が大きく、容量結
合による故障が起り易い。

本発明の目的は、前述のような従来技術の欠点
を克服し、簡略なプロセスで、高耐圧のクロスオ
ーバ配線を実現できる誘電体分離型の半導体集積
装置を提供するにある。

本発明は、誘電体分離された半導体集積装置の
拡散配線と、絶縁膜を介在させた金属配線とから
成るクロスオーバ配線において、単結晶シリコン
島の島壁の絶縁分離用誘電体膜に沿つて高濃度の
拡散導電層を設け、これを拡散配線としたことを
特徴とする。

かかる本発明によれば、配線間の絶縁膜の膜厚
を主表面のパツシベーシヨン膜の最大膜厚に等し
くすることができるため、クロスオーバ部分での
絶縁破壊や、寄生MOS等の相互干渉による異常
現象を防ぐことができる。さらに主表面からの拡
散を行なう必要がないので、絶縁膜を平坦にし、
金属配線の段切れの発生を防止することができ
る。

以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を詳
細に説明する。

第２図ａ〜ｅに、本発明の一実施例の製造工程
を示す。

(a) ｎ型の所望の抵抗率を有する単結晶シリコン
基板２１を用意する。基板２１の面方位は＜
100＞であることが好ましい。基板２１を1100
℃程度に加熱し、熱酸化法により約１μｍのシ
リコン酸化膜２２を形成する。その後、公知の
ホトリソ技術と異方性エツチング技術を用いて
所定の深さの分離溝２３を形成する。

(b) シリコン酸化膜２２を一旦取り去り、この面
にアンチモン、砒素等を拡散し、n⁺拡散領域
２４を形成する。このn⁺拡散領域２４は、ク
ロスオーバ配線部の埋込み配線（第２図ｅの２
４Ａ）として用いられる他、トランジスタ等の
機能素子の形成領域においてはチヤンネルスト
ツパ（第２図ｅの２４Ｂ）として用いられる。

単結晶シリコン島２６には、一般に、絶縁分
離用絶縁膜（シリコン酸化膜）２２に沿つてチ
ヤンネルストツパ用n⁺拡散領域２４Ｂが設け
られる。長く知られているように、配線が単結
晶シリコン島２６に対して負の電位となると
き、電界効果によつて、単結晶シリコン２６の
表面にチヤンネルが誘起される。そして、前記
チヤンネルが絶縁分離膜２２に沿つて発生する
チヤンネルと連結されると、チヤンネル内に発
生する電流により、素子のリーク電流の増大、
即ち耐圧の低下が生じる。

このチヤンネルを分断して、リーク電流の低
減を図るためにも、チヤンネルストツパ用n⁺
拡散領域２４Ｂは高耐圧ICには必須のもので
ある。n⁺拡散領域２４の不純物濃度は、埋込
み配線２４Ａとしては高い程良い。しかし、チ
ヤンネルストツパ２４Ｂとしては、あまりに急
峻な濃度プロフイールでは、この部分で電界集
中を起し、かえつて耐圧の低下をまねく。それ
故に、配線間絶縁膜２７Ａ（後出）の上に設け
られる配線２９（後出）の電位による電界効で
は反転しない値（〜10¹⁸atom／cm²程度）である
ことが好ましい。

さらに、本発明の両機能を達成するには拡散
定数の大きいりんを低濃度にデポジシヨンし、
次いで拡散定数の小さい砒素を高濃度にデポジ
シヨンすればよい。このようにすれば、分離用
絶縁膜２２の側から高濃度部および低濃度部を
順次に、かつ同時に形成できる。

次に、n⁺拡散領域２４を含む主表面上に
1100℃程度の熱酸化で、約1.8μｍの絶縁分離
用シリコン酸化膜２２を形成する。

(c) 次いで、分離溝２３の深さよりも厚く、かつ
ハンドリングに耐える厚さの多結晶シリコン２
５を堆積する。この多結晶シリコン２５は、例
えば、三塩化シランSiHCl₃原料を含む水素H₂
ガスの1100〜1200℃での気相化学反応によつて
形成できる。

次に、主表面から分離溝２３の底部に達する
ように、鎖線（第２図ｃ）の深さまで、シリコ
ン基板２１を研磨もしくはエツチングによつて
除去する。

(d) 以上の工程により、シリコン酸化膜２２によ
つて、互いに絶縁分離された複数の単結晶シリ
コン島２６を、一方の主表面に有する半導体集
積装置用誘電体分離基板２０が得られる。

(e) この誘電体分離基板２０の各単結晶シリコン
島２６に、公知の方法で、トランジスタ、ダイ
オード及び抵抗等の機能素子を形成する。次
に、これらの各機能素子及び埋込み配線２４Ａ
の所定の配線引出し部の、表面保護膜２７に、
コンタクト用のスルホールを開孔し、アルミニ
ウム配線２８，２９を設けて半導体集積装置を
得る。

本発明者らの実験によれば、埋込み配線２４
Ａの内部抵抗は10〜30Ω・cmであつた。

上記の如く、本発明の埋込み配線２４Ａは、
チヤンネルストツパ用層２４Ｂと同時に、特別
の処理を施こすことなく設けることができるの
で、その製造工程は従来のプロセスと同一でよ
い。

またn⁺埋込み配線２４Ａの絶縁膜２７Ａを
平坦にでき、かつその厚みを表面保護膜２７の
最大膜厚にできるという利点がある。

半導体集積装置の所要表面保護膜２７の厚さ
は、一般には、耐圧に比例して厚くなるので、
本発明によれば配線間の絶縁膜２７Ａが薄いた
めに半導体集積装置の耐圧が制限されるという
ことはなくなる。本発明の実施例では、耐圧が
400Vの場合、表面保護膜２７の厚みは約2.5μ
ｍになる。

従つてn⁺埋込み配線２４Ａ上の絶縁膜２７
Ａの膜厚も2.5μｍとなる。それ故に埋込み配
線２４Ａと別電位の配線２９が、絶縁膜２７Ａ
を介して延在しても、絶縁破壊や、短絡事故は
全くなくなり信頼性の高い半導体集積装置が得
られる。

また、本発明の半導体集積装置では、絶縁膜
２７Ａを厚くできるためしきい値電圧が高くな
り、電界効果による反転層が生じ難くなる他、
配線間の寄生容量も小さくなり、寄生MOSや
容量結合による故障発生が減少するなどの利点
がある。

さらに、埋込み配線２４Ａからの引出し窓部
を単結晶シリコン島２６の周辺部全域にわたつ
て設けることができるので連結部の位置を任意
に設定でき、配線上の自由度が増す。

さらには、クロスオーバを形成したのと同一
の単結晶シリコン島２６内に、負の電位の機能
素子を内蔵させることもできるので、集積度の
大幅な向上が図かれる。

本発明は、前述の実施例に限定されるものでは
なく、各種の変形、応用が可能なものである。

第３図は本発明の他の実施例の平面図、第４図
はその−線にそう断面図である。これらの図
において、第２図と同一の符号は同一または同等
部分をあらわす。

この実施例では、シリコン基板に分離溝２３を
形成する工程で、クロスオーバ配線を形成する単
結晶シリコン島２６に、分離溝２３より浅い溝２
３Ａを設け、第２図に関して前述したのと同様
に、シリコン酸化膜を除去した後アンチモンを拡
散して、n⁺埋込み配線２４Ａを形成する。

その後、第１実施例と同様な方法で、絶縁膜２
２で分離された単結晶シリコン島２６を形成す
る。次に、浅い溝部２３Ａ上のｎ形シリコン層
に、主表面から、基板と反対のｐ形不純物、例え
ばボロンを拡散する。これによつて、単結晶シリ
コン島２６を少くなくとも２つの領域に分離し、
複数のn⁺埋込み配線２４Ａ，２４Ａを形成す
る。

以後、前記第１実施例の場合と同様にして機能
素子を形成し、半導体集積装置を得る。

この実施例によれば、n⁺埋込み配線の引き出
し用連結部に自由度を残した状態で、チツプ占有
面積を増すことなく複数の埋込み配線を設けるこ
とができる。

本発明の第３の実施例を第５〜７図に示す。

第５図は平面図、第６図はその−線断面図
第７図は同じく−線断面図である。これらの
図において、第２図と同一の符号は同一または同
等部分をあらわし、４４_１〜４４_５は、ｎ形の単
結晶シリコン島２６に埋込まれた複数条のp⁺形
埋込み配線である。

この実施例では、クロスオーバ配線形成領域を
除いた単結晶シリコン島２６にチヤンネルストツ
パ用のn⁺拡散領域（図示せず）を形成した後、
埋込み配線を設ける単結晶シリコン島２６に、ホ
トリソ技術で、複数のストライプ状の拡散窓を形
成する。そして、前記拡散窓を通してボロン等の
p⁺形の不純物源を拡散し、複数条のｐ形埋込み
配線層４４_１〜４４_５を形成する。

その後、第１実施例の場合と同様にして機能素
子を形成する。次に、複数のｐ形埋込み配線４４
_１〜４４_５上の絶縁膜２７Ａに、それぞれ主表面
から引き出し用窓を開孔し、引き出し配線２８を
絶縁膜２７上に形成する。

このようにして、前記配線２８と、絶縁膜２７
Ａ上のA1配線２９とでクロスオーバ配線構造体
を形成する。明らかなように、この場合は、ｎ形
単結晶シリコン島２６の領域を高電位に保持する
ことで、各埋込み配線４４_１〜４４_５を、それぞ
れ独立した配線とすることができる。

この実施例によれば、電位の異なる複数の配線
を同時にクロスオーバできるという利点がある。
さらには、クロスオーバ配線を形成したのと同一
の単結晶島２６内に、埋込み拡散配線よりも高電
位の半導体素子を設けることもできるので、集積
度を大幅に向上することができる。また、埋込み
配線同志を、単結晶シリコン島２６内で相互に結
線することも可能である。

本発明によれば、上述の如く、埋込み配線を分
離用絶縁膜に接し、かつ、これに沿つて設けるこ
とにより、クロスオーバ配線間の絶縁膜を、表面
保護膜の最大膜厚とすることができるので、配線
間に高電位を印加することができる。

また、引き出し配線の連結部を任意に選べるの
で、配線の自由度を増すことができる。さらに、
埋込み配線を形成した単結晶シリコン島内に、機
能素子を構成して、集積度の一層の向上を実現す
ることもできる。

前述の各効果が相まつて、本発明によれば、高
耐圧で、かつ集積度を大幅に向上した信頼性の高
い半導体集積装置を容易に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の半導体集積装置のクロスオーバ
配線部分を示す縦断面図、第２図ａ〜ｅは本発明
の一実施例の製造工程を示す縦断面図、第３図は
本発明の他の実施例の平面図、第４図は第３図の
−線にそう縦断面図、第５図は本発明のさら
に他の実施例の平面図、第６図は第５図の−
線にそう縦断面図、第７図は第５図の−線に
そう縦断面図である。２０……誘電体分離基板、２２……シリコン酸
化膜、２３……分離溝、２４……n⁺拡散領域、
２４Ａ……埋込み配線、２５……多結晶シリコ
ン、２６……単結晶シリコン、２７……表面保護
膜、２７Ａ……配線間絶縁膜、２８……引出配
線、２９……金属配線。

Claims

【特許請求の範囲】

１一対の略平行な主表面を有し、一方の主表面
に少なくとも１箇以上の単結晶シリコン島と絶縁
分離用誘電体膜及び多結晶シリコンが露出し、前
記一方の主表面はパツシベーシヨン膜で被覆さ
れ、他の主表面には多結晶シリコンが露出し、且
つ各単結晶シリコン島は前記絶縁分離用誘電体膜
を介して多結晶シリコンに埋設され、該単結晶シ
リコン島の一部のものには機能素子が形成され、
一方の主表面から該機能素子の複数の配線が取り
出され、これらの配線がパツシベーシヨン膜を介
して主表面上に各々延在するように構成された半
導体集積装置に於て、上記単結晶シリコン島の他
のものには、絶縁分離用誘電体膜に接して、その
内側に少なくとも１つの高不純物濃度領域が形成
され、前記高不純物濃度領域は前記一方の主表面
に露出し、前記一方の主表面から、複数の配線が
パツシベーシヨン膜を通して取り出されたことを
特徴とする半導体集積装置。