JPS6319838A - 半導体装置の製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置の製造方法に係り、特にＦＩＰＯ８
法（Ｆｕｌｌ　ｌ５ｏｌａｔｉｏｎ　ｂｙ　Ｐｏｒｏｕ
ｓ　０ｘｉｄｉ：ｚ−ｅｄ　５ｉｌｉｃｏｎ　）により
形成した多孔質シリコンの酸化工程を有する半導体装置
の製造方法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体装置においては、アイソ
レーション技術としてＬＯＣＯ３法が広く用いられてき
た。しかしこのＬＯＣＯ８法では、周知のように素子間
の寄生容量が大きいこと、素子間の絶縁の為集積度を上
けることが困難でるること等の欠点があり、半導体装置
において高集＆化等を図ることが困難であった。

最近、上記ＬＯＣＯ８法に代わるアイソレーション技術
として、文献の沖電気研死開発１１９ＶＯＬ。

５０１亀１　１９８３／ｉＥ６月Ｐ、６３〜６９、及び
アイイーイーイー）ランザクジョン　オン　エレクトロ
ンデノ々イシス（ＩＥＥＥ　　ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮ
　　０ＮＥＩ、ＥＣＴＲ０Ｎ　　ＤＥＶＩＣＥＳ）、Ｖ
ＯＬ、ＥＩ）−３１，階３．１９８４年３月Ｐ、２９７
〜３０２に開示されるＦＩＰＯ８法が開発されている。

このＦ’ｌＰＯ３法は、多孔質シリコンの性質を有効に
活用し、多孔質シリコン酸化膜により完全に絶縁分離さ
れた単結晶シリコン薄膜を得る方法で、高集積化、高信
頼性。

更に高速イム消費電力等の特徴を有している。

以下、第３図ないし第５図に基き上記ＦＩＰＯＳ法を用
いた従来の製造方法について説明する。

まず第３図（ａ）に示す如く、Ｐ型シリコン基板３１上
に、絶縁窒化膜３２をＨ「定膜厚被着する。次に第３図
（ｂ）の如く、周知のホトリンエツチング技術を用いて
絶縁窒化膜３２に分離開孔窓３３を形成する。しかる後
、この分離開孔窓３３全通してＰ型不純物のイオン注入
を行い、分Ｆａ開孔窓３３に対応するＰ型シリコン基板
３１表面に高υ度の戸型不縄物饋域３４を形成する。

この後同図（ｃ）に示すように、Ｎ型不純物のイオン注
入を行うことにより、Ｅ　ｋ　墾化膜３２下のＰ型シリ
コン基板３１表面にＮ型シリコン島領域３５を形成する
。このＮ型シリコン島領域３５の深さは、イオン注入加
速電圧によって制御される。なおこの時、上記高濃度の
Ｐ型不純物領域３４が形成されていた領域は、Ｐ型シリ
コン基板３１の他の領域と同様に低濃度のＰ型頭域に戻
る。

次に第３図（ｄ）に示すように、フッ化水素酸等の強酸
性溶液中で基板に陽極化成処理を施すことによシ、Ｐ型
シリコン基板３１の表面側に、Ｎ型シリコン島領域３５
を残して所望深ざの多孔質シリコン層３６を形成する。

この多孔質シリコン層３６の形成過程については、第４
図において詳細に説明する。

次いで第３図（ｅ）の如く、分離開孔窓３３の形成され
た絶縁窒化膜３２を耐酸化性マスクとして、上記多孔質
シリコン層３６に酸化処理を施すことによシ、これを多
孔質シリコン酸化物層３６ａに改質する。これにより複
数のＮ型シリコン島領域（素子領域）３５は、多孔質シ
リコン酸化物層（分離領域）３６ａで相互に電気的に絶
縁分離される。

更に第３図（ｆ）のように、Ｎ型シリコン島領域３５上
の絶縁窒化膜３２を除去する。この後、Ｎ型シリコン島
領域３５に所望の素子を形成する。

続いて第４図に基き、上述した第３図（ｄ）の工程にお
ける多孔質シリコン層３６の形成過程について説明する
。

Ｐ型シリコン基板３１には、第４図（ａ）に示す如くＮ
型シリコン島領域３５が形成されていると共に、これと
対応する上層位置には絶縁窒化膜３２が形成されている
。

次に、第４図（ｂ）の如く基板をフッ化水素酸等の強酸
性溶液中で陽極化成すると、絶縁窒化膜３２が保護膜と
７ｉ：す、これ以外の領域に矢印すの如く化成電流が流
れ、Ｐ型シリコン基板３１の表面側からシリコンの多孔
質化が進み多孔質シリコン層３６が形成されて行く。

ここにおいて、多孔質シリコン層３６の形成は上述した
文献にも示されているように、以下の陽極反応によって
進む。

Ｓｉ＋２ＨＦ＋（２−ｎ）ｅ”→５ｉＦｚ＋２Ｒ＋ｎｅ
　　−（１１２ＳｉＦｚ→Ｓｉ＋ＳｉＦ４　　　　　　
　　　　　　　（２１式中、ｅ＋はシリコン中の正孔、
ｅ−は電子を辰わす。但し、ｎ＜２である。この過程に
おいて（１）式で溶解し、（２）式で生成したシリコン
の一部分は残留することになρ、これにより多孔質シリ
コン層３６が形成される。また上記反応式からも明らか
なように、多孔質化はＰ型シリコン基板３１でのみ進み
、Ｎ型シリコン島領域３５での反応は生じない。

次いで第４図（Ｃ）に示すように、Ｐ型シリコン基板３
１の多孔質化がＮ型シリコン島領域３５の底部をこえて
進むと、多孔質シリコン層３６は化成電流（矢印す、ｃ
ｌに溜って深さ方向と同程度に横方向へも拡かっ、やが
て第４図（ｄ）の如く化成電流（矢印す、ｄ）に溢いＮ
型シリコン島領域３５の底部でつながるようになる。こ
の後、更に反応が進むと第４図（ｅ）の如くＮ型シリコ
ン島領域３５の底部は完全に多孔質化され、その底部形
状は化成電流に沿ったくさび型となる。

なお多孔質シリコン層３６の密度は、単結晶シリコンで
あるＮ型シリコン島領域３５の約５０％である為、上述
した第３図（ｅ）の酸化処理工程で多孔質シリコン酸化
物層３６ａに改質されても体積膨張は殆んどない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ここにおいて多孔質シリコン層３６の深さＴは、Ｎ型シ
リコン島領域３５の膜犀ｔ１幅Ｗとの間に次式のような
関係がある（上記各文献参照）。

２Ｘ０．８Ｘ（Ｔ−ｔ）≧Ｗ　　　　　　−（３１第５
図は、この様子を示す断面図である。

この為、上述した従来の製造方法においては、設計の自
由度を大きくとり幅Ｗの広いＮ型シリコン島領域３５を
得ようとすると、多孔質シリコン、層３６の厚みＴを犬
にして形成しなければならず、陽極化成の処理時間を長
くする必要があった。従って、陽極化成中にＮ型シリコ
ン島領域３５の保護膜として働く絶縁窒化膜３２も、溶
液中での溶解を考慮すると厚くしなければならず、この
結果Ｐ型シリコン基板３１と絶縁窒化膜３２との熱膨張
係数の違いによυ生ずる応力が太き゛くな）、Ｎ型シリ
コン島領域３５に欠陥が入シ易いという問題があった。

更に、多孔質シリコン層３６を厚く形成すると、酸化処
理工程において多孔質シリコン層３６とＰ型シリコン基
板３１との熱膨張係数の違いにより、基板の反シが大き
くなるという問題もあった。

従って、本発明は以上述べた問題を解消し、多孔質シリ
コン層を厚くすることなく幅の広いＮ型シリコン島領域
を得る半導体装置の製造方法を提供することを目的とす
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、多孔質シリコン層を電化処理して得た多孔質
シリコン酸化物層で素子領域のＮｕシリコン島領域を絶
縁分離する半導体装置の製造方法であって、シリコン基
板の表面部内に複数のＮ型シリコン島領域を形成すると
共に、上記シリコン基板表面から所定深ざに選択的にＮ
型埋め込み領域を形成し、この後電気化学的手法により
上記シリコン基板の表面側に、上記Ｎ型シリコン島領域
を残して多孔質シリコン層を形成し、更に酸化処理によ
シ上記多孔質シリコン層を多孔質シリコン酸化物層に改
質するようにしたものである。

〔作　用〕

本発明は以上のように構成したので、電気化学的手法と
して例えば陽極化成によってシリコン基板の表面側に多
孔質シリコン層全形成する場合、陽極化成の性質上Ｎ型
シリコン島領域と共にＮ型埋め込み領域は多孔質化され
ない為、このＮ型埋め込み領域の埋め込み深さによって
多孔質シリコン層の厚みを所望する如く薄く形成するこ
とができる。

〔実抱例〕

以下、第１図及び第２図に基き本発明の一実施例を詳細
に説明する。

まず第１図（ａ）に示す如く、Ｐ型のシリコン基板１１
上に、第１のマスク材としてシリコン窒化膜（ＳｉｓＮ
＜）等の絶縁窒化膜１２を５００〜１２０ＯＡ程度彼着
し、更に第２のマスク材としてシリコン酸化膜（Ｓｉｇ
ｈ）１３を、ＣＶＤ法等を用いて３０００〜１００００
Ａ　８変波着する。

次に第１図（ｂ）の如く、周知のホトリソエツチング技
術を用いて絶縁窒化膜１２とシリコン酸化膜１３の２層
膜にノソターニングを茄し、分離開孔窓１４を形成する
。しかる後、この分離開孔窓１４全通してＰ型不純物の
イオン注入を行うことにょシ、Ｐ型シリコン基板１１表
面の各分離開孔窓１４に対応する領域に、高濃度のＰ＋
型不純物領域１５を形成する。

次いで第１図（Ｃ）に示すように、上記パターニングさ
れた２層膜１２．１３’ｔマスクとしてＮ型不純物イオ
ンを深く注入することにより、絶縁窒化膜１２下部のＰ
型シリコン基板１１表面にＮ型シリコン島領域１６を形
成する。この際、Ｎ現不純物イオンが深く注入されるこ
とから、分離開孔窓１４に対応するＰ型シリコン基板１
１領域の深さ方向においては、表面の高鮮度のピ型不純
物領域１５が低濃度のＰ型領域に戻ると共に、所望する
深さではＮ型シリコン島領域１６と同導電型のＮ型埋め
込み領域１７が形成される。なおこの場合、得られるＮ
型シリコン島領域１６の厚さ及びＮ型埋め込み領域１７
の形成される基板表面からの深さは、第１及び第２のマ
スク材１２．１３の介在のもとにイオン注入加速電圧に
よって制御される。

そして第１図（ｄ）の如く、シリコン酸化ｉ１３を除去
した後、７ツ化水素酸等の強酸性溶液中で陽極化成処理
を施すことによシ、Ｐ型シリコン基板１１表面からＮ型
埋め込み領域１７に至る領域に、Ｎ型シリコン島領域１
６を残して多孔質シリコン層１８を形成する。なおこの
時、Ｎ型埋め込み領域１７は多孔質化されない為、Ｎ型
シリコン島領域１６を完全に分離するのに要する多孔質
シリコン層１８の厚さは、２〜３μｍ程度に薄く形成で
きる。この多孔質シリコン層１８の形成過程については
、第２図で詳細に説明する。

しかる後、第１図（ｅ）に示すように、絶縁窒化膜１２
を耐酸化性マスクとして上記多孔質シリコン層１８に酸
化処理を施すことにより、これを多孔質シリコン酸化物
層１８ａに改質する。これによシ、複数のＮ型シリコン
島領域（素子領域）１６は、多孔質シリコン酸化物層１
８ａにより相互に電気的に完全絶縁分離される。

その後、Ｎ型シリコン島領域１６上の絶縁窒化膜１２を
除去し、このＮ型シリコン島領域１６に所望の素子全形
成する。

ここにおいて第２図に基き、上述した第１図り）に示す
工程での多孔質シリコンＭ１８の形成過程について説明
する。

まず第２図（ａ）は、Ｎ型不純物を深く注入してＰ型シ
リコン基板１１Ｖこ、絶Ｒ窒化膜１２下部のＮ型シリコ
ン島領域１６と、分離開孔窓１４に対応する所望深さ領
域のＮ型埋め込み領域１７とを形成した状態全示してい
る。

しかる後第２図（ｂ）に示す如く、基板をフッ化水素酸
等の強酸性溶液中で陽極化成すると、絶縁窒化膜１２が
保護膜となって矢印ａの如く化成電流が流れる為、これ
に沿ってＰ型シリコン基板１１は表面側から多孔質化が
進み、多孔質シリコン層１８が形成されて行く。なおＮ
型シリコン島領域１６は、この陽極化成の性質上多孔質
化されない。

次に、Ｎ型埋め込み領域１７に達する程反に多孔質化が
進むと、第２図（ｃ）の如く多孔質シリコン層１８はＮ
型シリコン島領域１６の底部へと横方向へも拡がって行
く。この場合も、Ｎ型埋め込み領域１７は多孔質化され
ることはない。

更に多孔質化が進むと、Ｎ型シリコン島領域１６底部Ｆ
ｉ完全に多孔質化てれ、各Ｎ型シリコン島領域１６ｉｊ
′多孔質シリコン層１８によりＰ型シリコン基板１１か
ら完全に分離される。

このように、Ｐ型シリコン基板１１内にＮ型埋め込み領
域１７を選択的に坪め込むようにしているので、Ｎ型シ
リコン島領域１６の底部が従来と同程度に多孔質化され
ても、多孔質シリコン層１８はＮ型埋め込み領域１７上
では従来よシ薄くなる。

換言すれば、多孔質シリコン屓１８全体の膜厚を従来と
同程度とするようＮ型シリコン島１６底部での多孔質シ
リコン層１８全厚目に形成すれば、Ｎ型シリコン島１６
の幅を従来より大きくとることができる。

なお上述した実施例では、Ｎ型シリコン島領域１６とＮ
型埋め込み領域１７とを同一工程で形成するようにして
いるが、これらを個別に形成することもできる。またシ
リコン基板１１としては、Ｐ型領域を有するものであれ
ば良く、特にＰ型の単結晶シリコン基板に限定されるも
のではない。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように、本発明によれば、シリコン
基板表面から所定深さに選択的にＮ型埋め込み領域を形
成し、これによ！ｌｌＮ型シリコン島領域を完全に分離
するのに要する多孔質シリコン層の深さを浅くできるの
で、次に述べるような効果が得られる。

■陽極化成処理時間を短縮できるので、Ｎ型シリコン島
饋域上の第１のマスク材としての絶縁窒化膜を薄くでき
る。従って、シリコン基板と絶縁窒化膜の熱膨張係数差
で発生する応力を低減でさ、Ｎ型シリコン島領域への欠
陥発生全抑制することができる。

■多孔質シリコン酸化処理の際、シリコン基板と多孔質
シリコン酸化物層との熱膨張係数差に起因して生ずる基
板の反シを低減できる。

■多孔質シリコン層の膜厚を従来と同程度とした場合、
Ｎ型シリコン島領域の幅を従来より広くとれ、設計の自
由度が大きくできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を説明する工程断面図、第２
図は第１図の多孔質シリコン層の形成過程の説明図、第
３図は従来例を説明する工程断面図、第４図は第３図の
多孔質シリコン層の形成過程の説明図、第５図は多孔質
シリコン層の深さとＮ型シリコン島領域の幅の関係を説
明する要部断面図である。 １１・・・シリコン基板（Ｐ型）、１２・・・第１のマ
スク材（絶縁窒化膜）、１３・・−第２のマスク材（Ｓ
ｉｇｈ　　）、１４・・・分離開孔窓、１５・・・Ｐ＋
型不純物領域、１６・・・Ｎ型シリコン島領域、１７・
・・Ｎ型埋め込み領域、１８・・・多孔質シリコン層、
１８ａ・・・多孔質シリコン酸化物層。 特許出願人　沖電気工業株式会社 ｉ元明の一丈工乞イ列の工↑工晋存面口第１図 Ｉ８　　　ケ子り、１町ン＋１フン層 ）６１図１Ｉｐ愛子Ｌ）１シリコン１自ゴ５ｒＲゴ社の
ｊｌＦＩｌ、ｌｌ門図第２図 ３６　：　　’９’ｒし舅シリコン層 タダ孔′寅シ１）コン層の；呆、＋ヒＮをソ）］ン為冷
印戒の幅の訓示第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリコン基板の表面側にて連結延長せる多孔質シ
   リコン酸化物層で、Ｎ型シリコン島領域を絶縁分離する
   半導体装置の製造方法において、シリコン基板の表面部
   内に複数のＮ型シリコン島領域を形成すると共に、上記
   シリコン基板表面から所定深さにＮ型埋め込み領域を選
   択的に形成し、この後電気化学的手法により上記シリコ
   ン基板の表面側に上記Ｎ型シリコン島領域を残して多孔
   質シリコン層を形成し、更に酸化処理により上記多孔質
   シリコン層を多孔質シリコン酸化物層に改質することを
   特徴とする半導体装置の製造方法。
2. （２）上記Ｎ型シリコン島領域と上記Ｎ型埋め込み領域
   とを同一工程で形成す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。