JPS58142540A - 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】 本発明は絶縁分離方式による半導体装置の高密度化高精
度化１歩留同上を図った新規な構造及びその製造方法に
関するものである。

近年、バイポーラ半導体装置はますます高密度化、高精
度化、高速度化の要求が高まり、従来のｐｎ接合分離方
式から絶縁分離方式へと変更し、集積度を上げる方向に
進んでいる。

絶縁分離方式における一般的な分離方法を第１図ａ、ｂ
に示す。第１図ａにおいて１はたとえばｎ型半導体基板
、２は下地酸化膜、３は酸素を通過しない窒化ケイ素な
どの膜であり１選択酸化におけるマスク材となる。下地
酸化膜２はｎ型半導体基板１と窒化ケイ素膜３の膨張係
数の違いにより、選択酸化時にｎ型半導体基板１に加わ
る応力を緩和するために形成されている。４は窒化ケイ
素膜３、下地酸化膜２を各々エツチングした後、ｎ型半
導体基板１をケミカルエツチングした時に生じたサイド
エッチ部分である。このサイドエッチ量はケミカルエツ
チングが本質的に等方的エッチングなので深さ方向と同
程度、横方向にも生じる。第１図すは第１図ａの後、選
択酸化したときの状態を示している。６は第１図ａの状
態の後選択酸化によって形成された酸化膜であり、６は
選択酸化時に生じた横方向のば化膜いわゆるｂｉｒｃｈ
＋ｂｅａｋと呼ばれるものであり、７も選択酸化時に生
じた突起状の酸化膜いわゆるｂｉｒｄ’　ｓ　ｈｅａｄ
　　と呼ばれるものである。

このｂｉｒｄ’　ｓ　ｈｅａｄ　、　ｂｉｒｄ’　ｓ　
ｂｅａｋの生じる反応機構は、選択酸化時に供給される
水または酸素が下地酸化＠２を介して横方向にも供給さ
れるためであり、そのためｂｉｒｄ’ｓ　ｂｅＩ！ＬＩ
Ｃが生じる。このｂｉｒｄ’ｓ　ｂｅａｋ　　は窒化ケ
イ素膜３とｎ型半導体基板１との間に生じるため、窒化
ケイ素膜３を押し上げるような応力が働き、窒化ケイ素
膜３は持ち上げられるので、いわゆるｂｉｒｄ’ｓｓ　
ｈｅａｄ７も生じてくる。ｂｉｒｄ’ｓ　ｂｅａｋ　６
が生じると窒化ケイ素＠３が押し上げられるため、水ま
たは酸素の横方向への供給が増し、その結果ｂｉｒｄ’
ｓ　ｂｅａｋ　、　ｂｉｒｄ’ｓ　ｈｅａｄが大きくな
るという悪循環を繰シ返す。このｂｉｒｄ’ｓ　ｂｅａ
ｋ　、　ｂｉｒｄ’ｓ　ｈｅａｄの大きさは、我々の実
験によるとたとえば２μｍの酸化膜を形成すると、ｂｉ
ｒｌｓ　ｂｅａｋ量１．６　μｍ　、　ｂｉｒｄ’ｓ　
ｈｅａｄ　１　、Ｏｐｒｎ　程度となる。このｂｉｒｄ
’ｓ　馳級　は半導体装置の高密度化、高精度化に大き
な障害となる。

絶縁分離方式によるバイポーラＴｒ（トランジスタ）に
おいては、　Ｔｒ　の周囲は分離ば化膜で囲ま扛ている
ため、２μｍの分離酸化膜を形成すると、ｂｉｒｌｓ　
ｂｅａｋはＴｒの活性領域を片側からだと１．６μｍ１
両側からだと実に３．２μｍ　もつぶすことになり、扁
密度化、高精度化への大きな妨げとなってくる。また、
このｂｉ　ｒｄ’　ｓ　ｈｅａｋのため、完成したＴｒ
も設計に対して非常に精度の悪いものとなり、集積回路
の特性も悪いものになる。

一方、ｂｉｒｄ’ｓ　ｈｅａｄは１．０／ｊｍの段差が
あるためＡｌ配線時にＡｌの断線、あるいは段着部にお
けるＡｌのエツチング残りによる短絡などが生じ、プロ
セス的に非常に難しく１歩ｖＩＩを悪くする原因となる
。

そこで、不発明者らはｂｉｒｃｔ’ｌ　ｈｅａｄ　、　
ｂｉｒｄ’ｓ　ｂｅａｋｆ：なくす方法を提案した。こ
れを第２図に示す。

１１はたとえばｎ型半導体基板、１２は下地酸化膜、１
３は酸素をｍ過しない窒化ケイ素膜、１４はば化膜でｎ
型半導体基板１１をエツチングして形成した開口部１１
′の側面及び底■に形成されている。１６は１３と同じ
酸素を通過しない窒化ケイ素膜であり、窒化ケイ素膜１
３の端部からｎ型半導体基板を開口した部分の側面にの
み形成さ扛ており、底面には形成さｎていない。この構
造はｎ型半導体基板１１をエツチングする時、第１ステ
ツグとしてケミカルエツチングあるいは等方的なドライ
エツチングによってサイドエツチングをおこしながら開
口し、第２ステツプとして異方性の強いドライエツチン
グによって、マスクパターンに忠実にしかも垂直に所足
重開口した後、酸化膜１４及び窒化ケイ素ｆｉ１５を形
成することにある。版化Ｍ１４はｎ型半導体基板１１を
開口して開口部１１′を形成した後、全面熱ば化するこ
とによって、窒化ケイ素膜１３上には鹸化膜は形成さ扛
ず、ｎ型半導体基板１１を開口した部分にのみ形成する
ことができる。

第２図では熱ば化によってｎ型半導体基板を開口した部
分にのみ鹸化膜１４を形成しているが。

ＣＶ　Ｄ　（Ｃ馳ｍ１ａａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓ
ｉｔｉｏｎ　）法により、窒化ケイ素膜１３上にも鹸化
膜を形成しても別に構わない。窒化ケイ素膜１６はＣＶ
ＬＩ法により全面形成した後、異方性の強いドライエツ
チングによって、全面エツチングす扛ば、ｎ型半導体基
板を開口した区部部分及び窒化ケイ素僕１３上に形成さ
扛た窒化ケイ素膜１６のみがエツチングさｎ１開口され
た部分の側面に形成さｎた窒化ケイ素−１６のみが自己
整合的に残ることになる。鹸化膜１４は鹸化膜１２と同
Ｌ−ｎ型半導体基板１１に加わる応力を緩和する効果を
待っている。ここで、ｎ型半導体基板１１を開口した部
分の側面にのみ窒化ケイ素膜１５を残す効果は水または
酸素の横方向への供給を防いで、横方向への酸化、すな
わちｂｉ　ｒｄ’ｓ　　ｂｅａｋを発生させないことで
ある。

水または酸素は開口さｎた部分の底面部にのみ供給され
るので、酸化は縦方向にだけ促進される。

第３図は第２□□□の後、選択酸化した状態である。

１７は選択酸化によって形成された酸化膜であんこの時
、　ｂｉｒｄ’ｓ　ｂｅａｋ　、　ｂｉｒｄ’ｓ　ｈｅ
ａｄ　はほとんど生じないことを我々の実験によって確
認した。

しかし、近年においては絶縁分離は素子間分離だけでな
く、１つの素子内の電極間分離にも用いられつつある。

すなわち、バイポーラトランジスタの場合にはエミッタ
ーコレクタ分離、エミッターベース分離にも絶縁分島が
用いられている。しかし、この電極間分離は素子間分離
と同じ深さだけ行なうと、埋込み部分迄電極間ｆ＋離の
底部が達し、コレクター抵抗が増してしまう。

不発明は電極間分離酸化族は素子間分離酸化膜よシ浅く
形成出来、しかもバードビークのない分離膜を形成出来
る半導体装置の製造方法を提供せんとするものである。

すなわち１本発明は電極間分離酸化膜を形成すべき開門
票分を素子間分離酸化膜を形成すべき開口部分より浅く
形成し、この後、電極間分離酸化族を形成すべき開口部
分の底面及び側面、素子間分離酸化膜を形成すべき開口
部分の側面に耐酸化性膜を形成した後、素子間及び電極
間分離酸化膜を形成するものである。

以下、不発明に係る構成を図面を用いて説明する。

第４図Ａ−Ｆは本発明に係る工程断面図を示す。

同図において、２１はたとえばＰ型半導体基板、２２は
ｎ＋埋込み層、２３はｎｉエピタキシャル層で、１．２
μｍ形成している。２４は下地酸化膜で３００人形成し
てあり、２６はＣＶＤ法によ多形成された１０００人の
窒化ケイ素膜である。２６はフォトリン法によりパター
ニングされたレジスト膜である。

このレジスト膜２６をマスクとして窒化ケイ素膜２６を
ドライエツチングし、それから下地醸化＠２４をエツチ
ングして開口＄２７を形成する。

この状態の時、レジスト膜２６は充分残っていもその後
、レジスト膜２６をマスクとしてｎ型エピタキシャル層
２３を０．３μｍドライエ、チングする。

この部分はエミッター、コレクター分離領域となる部分
である。

その後、レジスト＆２８を付着させ、７オトリン法によ
りパターニングする。そして、ト１ライエツチング法で
エピタキシャル層２３をエツチングして開口部２９を形
成する。この深さは０．７６μｍである。（第４図Ｂ） その後、レジスト膜２８を除去し、熱酸化により酸化膜
３０をＳＯＯ人形底形成。この酸化膜３０はｎ撤エピタ
キシャル６２３を開口した部分にのみ形成され、窒化ケ
イ素＠２６上には形成されていない。しかし、この酸化
膜形成方法はＣＶＤ法により全面に形成しても別に構わ
ない。その後、全面に窒化ケイ素膜３１を１０００人形
成する。（第４図Ｃ） 次に異方性の強いドライエ、チング反応スバ。

タエッチングあるいはイオンエツチングによって、全面
エツチングする。このエツチングの時、異方性が強いた
め縦方向にはエツチングされるが、ｍ方間にはエツチン
グされないため、開口した部分の側面に形成された窒化
膜３２のみが自己整合的に残ることになる。（第４図Ｄ
） その後、全面酸化をすると露出したエピタキシャル層２
３に形成された開口部３３．３４の深さが異なるため、
開口部３４の深さに合わせて酸化すると、開口ｆｌｓ３
３では酸化膜の盛り上がりが大きくなシすぎることとな
る。これを防ぐために、１００〜３００人程度ノ憔＜薄
イ５ｉ５Ｎ４膜３６を開口部３３の底面につける。（第
４図Ｅ）この形成方法として、たとえば開口ｆｆＢ５３
のみを開口したホトレジストをつけ、その上に全面にプ
ラズマ５ｉｓＮ４膜を付着させ、その後り７トオフする
ことによっても得られる。又、全面にｂｉｓＮ４１薄く
付着させ、その後通常のホ）　ＩＪン技術を使って、開
口部３３以外の部分の５ｉ５Ｎ４をエッチオフしても得
られるが、いずれの方法を用いても良い。

その後、選択傷化することによって酸化膜３６゜３７を
１．６μｍ形成する。この酸化は高王販化を用いれば１
ｏｏＯ℃、６，６￥ｉの条件で約９０分と短い時間でば
化ができ、ｎ＋埋込み層２２の持ち上がりも少なく、耐
圧を高くすることができる。このような方法によ扛ば、
　ｂｉｒｄ’ｓ　ｂｅａｋはほとんどな（、ｂｉｒｄ’
ｓ　ｈｅａｄは全く生じておらず、しかも電極間分離酸
化膜３７は浅く形成さ扛ている。ここで、酸化膜３７は
浅く形成されているのでコレクタ抵抗が増大することは
ない。この状態で分離は完成している。（第４肉Ｆ） 第４図Ｇは分離が終わった後、バイポーラトランジスタ
を形成した状態を示している。３７はペースとコレクタ
を分離している取化膜、３８は活性ペース層を形成して
いるＰ−領域、３９はｐｏｌｙＳｔ、　　４０ｉｔ、エ
ミ、りとペース・コンタクトを分離している酸化膜、４
１はｎ領域で、４２はエミッタ、４２はコレクタ・コン
タクトを形成している。４３はｐ＋９５４域で不活性ペ
ース層の抵抗を下げているとともにペース・コンタクト
も形成している。４４はＡｌ配線である。また、４６は
フィールド酸化膜である。

以上述べてきたように、本発明は電極間分離酸化膜を素
子間分離酸化膜より浅く形成出来るので、ｙすえばコレ
クタ抵抗が増大するといった問題がな−−い。しかも、
電極開存び素子間分離酸化膜を形成すべき開口部側面に
窒化ケイ素膜を安定に残すことによって選択酸化時に生
じるｂｉｒｄ’ｓ　ｂｅａｋを極力減少させ、ｂｉｒｄ
’ｓ　ｈｅａｄは全く生じないという効果を持つている
。ｂｉｒｄ’ｓ　ｂｅａｋを最大限防いでいることによ
り、トランジスタの活性領域のつぶれは非常に少なくな
り、高密度化、高精度化に寄与している。ｂｉｒｄ’ｓ
　ｈｅａｄは全く生じないため。

シリコン基板表面は平担で、ＡＩ配線時における段差部
での断線あるいはエッチ残りによる短絡もおこらず、プ
ロセスが安定しているため歩留の向上につながっている
。また、シリコン基板を開口した部分の側面に窒化ケイ
素膜を残すことは、選択酸化時にシリコン基板に加わる
応力を緩和する効果をも有し、従来に比べて結晶欠陥が
非常に少ないという利点があり、トランジスタの歩留向
上にも大いに役立っている。

以上のように不発明は高密度化、高精度化２歩留向上を
翻った半導体装置の製造方法に大きく寄゛、ＭＬ、また
１猶的にも非常に価値の高いものである。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ、ｂは従来の絶縁分離方法による工程図、第２
図は先に提案した半導体基板の構造断面図、第３図は先
に提案した絶縁分離の要部断面図。 第４図Ａ−Ｇは本発明の一実施例にかかる半導体装置の
要部製造工程図である。 ３０・・・・・・酸化・膜％　３２・・・・・・シリコ
ン基板を開口した部分の側面にのみ残っている窒化ケイ
素膜、３６　、３７・・・・・・撰択酸化により形成さ
れた分離酸化膜、３３．３４・・・・・・エツチングに
よる開口部。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１多筒　
１　図 ＊２　醐 ！Ｉ！３ＦＲ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板上に第１の絶縁膜及び第２の絶縁膜を
   形成する工程と、前記第２及び第１の絶縁膜を開口して
   開口部を形成する工程と、前記開口部下の前記半導体基
   板を深さを変えて開口する工程と、少なくとも前記半導
   体基板を開口した領域に第３の絶縁膜を形成する工程と
   、前記第１．第２の絶縁膜の開口部及び前記半導体基板
   を開口した領域の側面部にのみ第４の絶縁膜を形成する
   工程と、前記半導体基板のうち浅い開口した領域の底面
   に第６の絶縁膜を残す工程と、前記第２．第４の絶縁ｌ
   ＩＱをマスクに前記半導体基板を酸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. （２）第２．第４．第６の絶縁膜が窒化膜であることを
   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。