JP3141621B2 - 誘電体分離構造を備えた半導体基板 - Google Patents

誘電体分離構造を備えた半導体基板

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JP3141621B2 JP05124568A JP12456893A JP3141621B2 JP 3141621 B2 JP3141621 B2 JP 3141621B2 JP 05124568 A JP05124568 A JP 05124568A JP 12456893 A JP12456893 A JP 12456893A JP 3141621 B2 JP3141621 B2 JP 3141621B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、モノリシックIC回路
などのに適用する誘電体分離構造を備えた半導体基板に
関する。
【0002】
【従来の技術】一枚の半導体基板上に複数の能動素子,
受動素子が集積して形成されているモノリシックIC回
路では、素子領域(アイランド)の相互間を分離するた
めの技術として、PN接合分離法のほかに溝充填分離
法,誘電体分離法などの各種分離法が知られており、特
に誘電体分離法はPN接合分離法と比べて、極めて小さ
な分離容量と大きな分離耐圧,ラッチアップ防止効果,
および高集積密度化が得られることから多く採用されて
いる。
【0003】また、誘電体分離構造を備えた半導体基板
(以下「誘電体分離基板」と呼称する)として、シリコ
ン酸化膜を挟んで二枚のシリコン基板を張り合わせた上
で、その片面に素子領域の周囲を囲んで前記シリコン酸
化膜に達する断面矩形状の分離溝をトレンチエッチング
により形成するとともに、該分離溝の溝内側面に酸化膜
を形成した後に、CVD法により分離溝内にポリシリコ
ン(多結晶シリコン)を埋め込み、さらに基板表面に堆
積したポリシリコンをエッチバック,研磨などにより除
去して平坦化した構成のものが知られている。
【0004】次に、前記誘電体分離基板の一般的な製造
方法を図3により説明する。図3(a)において、1は
半導体素子を作り込む単結晶シリコン基板、2は支持基
板としてのシリコン基板、3はシリコン基板1と2の間
に埋めこまれたシリコン酸化膜(SIO2 ) である。ま
ず、シリコン基板1に対し熱酸化により裏面側にシリコ
ン酸化膜3を形成する。続いてシリコン酸化膜3を介し
てシリコン基板1に支持基板となるシリコン基板2を重
ね合わせ、さらに熱処理を施してSOI(Silicon on I
nsulator) ウェハ4を形成した後に、シリコン基板1の
表面にエッチングマスク層(例えば二酸化シリコン,窒
化シリコン)5を形成し、かつ該マスク層に素子領域の
周囲を囲むようパターン設計した分離溝形成領域を窓開
けする。
【0005】次に、図3(b)のように、エッチングマ
スク層5の窓開け部から反応性イオンエッチングなどに
よるトレンチエッチングを施してシリコン酸化膜3に達
する断面矩形状の分離溝6を形成し、続いて熱酸化によ
り、図3(c)のように分離溝6の溝内側壁にシリコン
酸化膜7を形成する。次に図3(d)のように、SOI
ウェハ4に対して減圧CVD法などによりシリコン基板
1の表面側からポリシリコン層8を堆積させて前記分離
溝6に充填させた後、続いてシリコン基板1の表面側に
エッチバックを施して基板表面のポリシリコン層8を除
去するとともに、さらにフッ酸洗浄により基板表面のシ
リコン酸化膜を除去する。これにより、図3(e)で示
すように、シリコン基板1にはシリコン酸化膜3,7お
よびポリシリコン層8で分離された素子領域(アイラン
ド)9が形成されることになる。なお、前記誘電体分離
基板に対しては、各素子領域8ごとにトランジスタ,ダ
イオードなどの素子を作り込み、さらに各素子間を相互
接続してモノリシックIC回路を構成する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記の誘電
体分離基板を製造する際に、従来の構成では分離溝6に
ポリシリコン層8を埋め込む場合に、その全周域を完全
に埋め尽くすにはポリシリコンを予想以上に堆積させな
ければならないといった問題がある。次に、このことを
図4,図5で説明する。すなわち、図4でSOIウェハ
4のシリコン基板1に形成した分離溝6に対し、減圧C
VD法によりポリシリコン層8を充填すると、シリコン
基板1の表面,分離溝6の側壁面に対してポリシリコン
層8は一様な成長速度で堆積していく。なお、図中のw
1 〜w4 はポリシリコン層8の経時的な成長を模式的に
表したものである。ここで、分離溝6の溝幅をW,溝深
さをDとすると、理想的にはポリシリコン層8の堆積厚
さがW/2になったところで分離溝6が完全に埋め尽く
され、かつ基板表面側での堆積層も平坦になる。
【0007】しかしながら、現実には基板表面の全体で
ポリシリコン層8を平坦にするためには、W/2を超え
る余分な堆積厚さが必要であり、その理由は次の点にあ
る。すなわち、従来の誘電体分離基板では、素子領域9
の周囲を囲む分離溝6が図5(a),(b)で示すように
直線溝を組合わせた方形状パターンで形成されており、
(a)における分離溝6のコーナ部,および(b)にお
ける溝の交差部では、分離溝6の対角溝幅WC が他の直
線部の溝幅Wと比べて略1.4倍になる。このために、C
VD法によりポリシリコン層8を堆積させていく過程
で、堆積層厚さをW/2としただけでは、前記した分離
溝6のコーナ部,交差部を完全に埋め尽くすことができ
ず、分離溝6の全周域を全て完全に埋め尽くすにはW/
2の堆積厚さを超えてさらに余分にポリシリコンを堆積
させる必要がある。しかも、このようにポリシリコンを
余分に堆積させることは、材料の使用量が増すほか、後
処理として行うエッチバック工程にも影響して基板の平
坦化を困難にするし、ひいては製造コストをアップさせ
る要因にもなる。
【0008】本発明は上記の点にかんがみなされたもの
であり、その目的は、分離溝の形成パターンを改良する
ことにより、CVD法により分離溝にポリシリコンを埋
め込む際に必要最小限の堆積厚さで分離溝を過不足なく
埋め尽くせることができるようにした誘電体分離基板を
提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の誘電体分離基板においては、素子領域の相
互間に形成した分離溝を、その全周域で同じ溝幅に形成
するものとする。そして、その具体的な構成としては、
分離溝のコーナ部を溝の内周と外周が同心円になる円弧
状の溝パターンで形成するものとする。
【0010】また、前記構成においては、分離溝を各素
子領域ごとに独立して形成し、かつ分離溝で分離された
素子領域の相互間にダミー領域を形成して実施する。
【0011】
【作用】上記の構成によれば、分離溝に対しCVD法に
よりポリシリコンを堆積させて溝を充填する過程で、堆
積厚さが溝幅の1/2厚に達するとコーナ部を含めた分
離溝の全周域が完全にポリシリコン層で埋め尽くされる
とともに、シリコン基板の表面に堆積したポリシリコン
層も平坦化し、分離溝に対するポリシリコンの充填が過
不足なく行われることになる。また、特に分離溝を各素
子領域ごとに独立して形成し、かつ分離溝で分離された
素子領域の相互間にダミー領域を形成することにより、
分離溝同士が交差し合うのを避けることができる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。なお、図示例の誘電体分離基板は図3で説明した
製造方法で製作される。まず、図1において、素子領域
8の周囲を囲んでSOIウェハ4のシリコン基板にトレ
ンチエッチングした分離溝6は、直線状の溝部と円弧状
パターンを呈するコーナ溝部を連ねて形成されており、
その溝幅は全周域で同じ溝幅Wとなるように設計されて
いる。すなわち、分離溝6のコーナ部においては、素子
領域9の内側から見た溝内周(曲率半径r1)と溝外周
(曲率半径r2)とが同心円であり、かつ曲率半径r1 と
r2 との差r2 −r1 が直線部と同じ溝幅Wになるよう
定めてある。
【0013】かかる構成により、図3で説明したよう
に、CVD法によってポリシリコン層8を堆積させて分
離溝6を埋め込む過程で、図4で述べたように溝幅Wに
対してポリシリコン層8の堆積厚さがW/2に達したと
ころで、分離溝6が過不足なく完全に埋め尽くされると
ともに、シリコン基板の表面に堆積したポリシリコン層
も平坦化さるようになる。
【0014】また、図2は前記実施例を発展させた応用
実施例を示すものであり、SOIウェハ4に対して素子
領域9を碁盤目状に配列して形成する場合に、各素子領
域9ごとに分離溝6を独立して形成し、素子領域9の相
互間には分離溝6を隔ててダミー領域10を形成するよ
うにしている。この分離溝パターンによれば、分離溝同
士が交差し合うことが避けられ、図5(b)で述べたよ
うな不具合が生じるのを回避できる。
【0015】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、誘
電体分離基板に形成した素子間の分離溝に対して、CV
D法により溝内にポリシリコンを充填する際に、必要最
小限の堆積厚さで分離溝の全周域を過不足なく平坦に埋
め尽くすことができる。したがって、分離溝の埋め込み
工程の合理化に加えて、製造コストの低減化が図れるな
ど、実用的価値の高い誘電体分離構造を備えた半導体基
板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例による誘電体分離基板の部分平
面図
【図2】本発明の応用実施例による誘電体分離基板の部
分平面図
【図3】誘電体分離基板の一般的な製造方法の説明図で
あり、(a)〜(e)は製造工程順に表した誘電体分離
基板の断面図
【図4】誘電体分離基板の分離溝に対し、CVD法によ
り溝をポリシリコンで充填する際の堆積厚さの経時的な
成長を模式的に表した図
【図5】従来における誘電体分離基板に形成した分離溝
のパターンを表す図であって、(a)は分離溝のコーナ
部の平面図、(b)は分離溝の交差部の部分平面図
【符号の説明】
1 シリコン基板 2 シリコン基板(支持基板) 3 シリコン酸化膜 4 SOIウェハ 6 分離溝 7 溝内側壁のシリコン酸化膜 8 ポリシリコン 9 素子領域 10 ダミー領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−330765(JP,A) 特開 平4−127148(JP,A) 特開 平1−187944(JP,A) 特開 平3−62946(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/762 H01L 27/12

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】シリコン酸化膜を挟んで二枚のシリコン基
    板を張り合わせ、かつその片面に素子領域の周囲を囲ん
    で前記シリコン酸化膜に達する断面矩形状の分離溝を形
    成するとともに、該分離溝の溝内側面に酸化膜を形成し
    た上でCVD法により溝内を埋め尽くすようにポリシリ
    コンを堆積し、さらに基板表面に堆積したポリシリコン
    を除去して平坦化した誘電体分離構造を備えた半導体基
    板において、前記分離溝をその全周域で同じ溝幅に形成
    し、分離溝のコーナ部を、溝の内周と外周が同心円にな
    る円弧状の溝パターンで形成し、分離溝を各素子領域ご
    とに独立して形成し、かつ分離溝で仕切られた素子領域
    の相互間にダミー領域を形成したことを特徴とする誘電
    体分離構造を備えた半導体基板。
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