JPS63314845A - 半導体集積回路装置 - 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〕 本発明は半導体集積回路装置に関し、特に耐放射性線構
造の半導体集積回路装置に関する。

〔従来の技術〕

今日、一般に使用される半導体集積回路装置の素子間分
離領域はシリコン基板内に深く埋設するように形成した
厚いシリコン酸化膜から成る。この厚膜シリコン酸化膜
を用いると絶縁耐圧が向上しＭＯ８ゲートおよび配線に
よる寄生容量を減少せしめると共に回路装置の形成面を
平坦化して段差による配線切れなどを解消し得るので製
造技術　　−上＋Ｕするところも大きい。

〔発明が解決し、ようとする問題点〕

しかし、この構造の半導体集積回路装置は放射線量の多
い環境（例えば宇宙空間）で使用されると素子分離機能
が全く破壊され多量のリーク電流を発生することが見出
されている。この絶縁劣化の原因は、半導体集積回路装
置がプロトンなどの素粒子、電子線またはＸ線などの電
離性放射線を多量に照射されたとき生じるシリコン酸化
膜内の電離現象によるものであることが明らかにされて
いる。通常、シリコン酸化膜は電離性放射線を多量に浴
びると電離しその内部に多量の電子−正孔対を発生せし
める。この際、易動度の大きな電子の殆んどは霧散し正
孔だけが残るのでシリコン酸化膜は正に帯電すると共に
シリコン基板との境界面に多数の界面準位を形成するよ
う作用する。すなわち、シリコン基板との境界面に沿っ
て電流担体の移動可能領域を形成して素子間に多量の１
７−り電流を発生せしめるようになる。公差された実験
データによると、この電離現象はシリコン酸化膜の膜厚
に関係し膜厚が厚くなる程著しく起こる。

すなわち、膜厚（ｔｏｘ）の２〜３乗に比例して絶縁劣
化が生じるので一般にＬＯＣＯ８（ロコス）構造と呼ば
れている０、６μｍを超える厚膜シリコン酸化膜からな
る素子間分離領域を備える半導体集積回路装置は宇宙空
間では全く使用することができない。特にＮチャネル形
ＭＯ８）ランジスタの受ける影響は著しく、人工衛星搭
載用として要求される１０　Ｂａｄ（Ｓｉ）の放射線耐
量に対し僅かに１０４Ｒａｄ（８ｉ）を満たし得る程度
である。

従って、人工衛星搭載用の半導体集積回路装置ではフィ
ールド絶縁膜をα０１〜０．１μｍの薄膜で形成すると
共に基板と同電位に設定してチャネルの発生を抑える所
請フィールド・プレート絶縁法が一つの有効手段として
用いられている。

しかしながら、このフィールド・プレート絶縁法による
構造体は製造することが難しいだけでなくチップ上に多
数のフィールド・プレート電極を形成する必要があるの
で集積度を充分にあげることができない問題点を含んで
いる。

（発明の目的〕 本発明の目的は、上記の情況に鑑み、集積度の向上に何
んらの支障を与えることなき耐放射線構造の素子間分離
領域を備える半一体集積回路装置を提供することである
。

〔発明の構成〕

本発明によれば半導体集積回路装置は、半導体基板と、
前記半導体基板に形成される薄いシリコン酸化膜の壁面
を有する中空構造の素子間分離領域と、前記中空構造の
素子間分離領域で取囲まれる半導体素子形成領域とを含
む。

〔問題点を解決するための手段〕

すなわち、本発明によれば、素子間分離領域は薄い（例
えばα１μｍ）シリコン酸化膜の壁面で取囲まれる中空
構造に形成され、従来のロコス構造と同じように半導体
基板内を横方向に埋設されるか或いはトレンチ構造と同
じように縦方向に埋設される。

〔作用〕

このように素子間分離領域が中空構造に形成されると、
素子間の分離機能は主として内部の空気が司さどるとこ
ろとなシ壁面を形成するシリコン酸化膜には殆んど依存
しなくなるので、素子間分離能力を低下せしめることな
く耐放射線特性のみが格段に強化される。また、放射線
耐量の増加対策として従来のフィールド・プレート絶縁
法と同じくシリコン酸化膜の薄膜化手段が用いられては
いるがシリコン酸化膜の素子間分離に対する機能的役割
が全く異なるのでフィールド・グレード電極の形成を全
く必要としない。従って、フィールド・プレート絶縁法
による構造体の如く集積度を低下せしめるなどの新たな
問題点を生せしめることはない。以下図面を参照して本
発明の詳細な説明する。

〔実施例〕

本発明半導体集積回路装置の構造上の特徴はその製造方
法を明らかＫすることによって最も理解し易いと考えら
れるので以下製造工程図を用いて説明する。

第１図（ａ）〜ｔｇ）は本発明半導体集積回路装置の一
実施例を明らかＫする製造工程順序図である。本実施例
によれば、薄いシリコン酸化膜の壁面で取囲°まれた中
空構造の素子間分離領域は従来のロコス構造と同じく半
導体基板内を横方向に深く埋設するようく形成される。

かかる構造の素子間分離領域の形成はまず第１図（ａ）
に示す如く半導体基板ｌ上に通常のロコス技術によシ厚
膜シリコン酸化膜２を選択的に形成することから開始さ
れる。つぎに１形成したこの厚膜シリコン酸化膜２は基
板上から全てエツチング除去され代わって膜厚α０８〜
０．１μｍ程度の薄いシリコン酸化膜４が基板全面に形
成される。すなわち、厚膜シリ；ン酸化膜２の除去によ
シ生じた段差３の露出面を含む半導体基板１の全面には
薄膜のシリコン熱酸化膜４が被着される。〔第１図（ｂ
）および（Ｃ）参照〕。ここで、薄膜のシリコン熱酸化
膜４を含む基板全面には段差３が全て埋没する程度に多
結晶シリコン層が気相成長されついでボロンｔＢＪの如
きＰ型不純物が１８〜１９ １０ａｔＯｍ／ｃＩｒＬ　　の高濃度でイオン注入され
る。すなわち、Ｐ型高濃度多結晶シリコン層が厚膜シリ
コン酸化膜２の除去によシ生じた段差３を埋め且つ基板
上を平坦化するように堆積される。

ついで、この堆積されたＰ型高濃度の多結晶シリコン層
はエッチ・バック法によシ全面エツチングされる。この
際、Ｐ型高濃度多結晶シリコン層は段差３で取囲まれる
台地状の半導体基板面から薄膜シリコン熱酸化膜４が露
出するまでエツチングされ段差３のみを平坦に埋めるよ
うに残される。

すなわち、台地状の半導体基板面を取囲むようにＰ型高
濃度多結晶シリコン層５が形成される。

〔第１図ｔｄｌ参照〕。

ここで、Ｐ型高濃度多結晶シリコン層５は熱酸化され表
面に膜厚０．１μｍ以下の薄膜シリコン熱酸化膜６が形
成される。このとき台地状の半導体基板面の薄膜シリコ
ン熱酸化膜４も成長するが第１図（ｄｌ　Ｋ示したよう
にＰ型高濃度シリコン層５の端部に浅い切込み７を予か
じめパターニング形成しておくことによシ２つの熱酸化
膜４，６の接続部に段差を生じることなく全体として平
坦な熱酸化膜面となる。〔第１図ｔｅｌ参照〕。ついで
この熱酸化面の全面にはホトレジスト（図示しない）が
塗布され薄膜シリコン熱酸化膜６に格子状の貫通孔８が
開孔される。この格子状貫通孔８は台地状の半導体基板
面を取囲む円周上に途切れなく設けてもよいし、或いは
複数個を適宜分散して配設してもよい。ここで、基板全
体は溶剤ヒドラジン溶液内に浸漬されＰ型高濃度多結晶
シリコン層５の溶解作業が開始される。この際、溶剤ヒ
ドラジン溶液は格子状貫通孔８の開口部から侵入して内
部のＰ型高濃度多結晶シリコン層５をノ・イ・レートで
溶解して行く。このときシリコン酸化膜４，６も同時に
溶解するがその溶解レートはＰ型高濃度多結晶シリコン
層５の１０数分の１にすぎないので大きな影響は受けな
い。すなわち、充分な制御の下に内部のＰ型高濃度多結
晶シリコン層５の溶解作業は進行しやがて空洞化して中
空構造となる。

〔第１図Ｃｆ）参照〕。

ついで、役目を終えた格子状貫通孔８上にはシリカ溶液
が塗布され乾燥および焼結を経て貫通孔８の全ての開口
部は再び閉塞される。最初、貫通孔８の開口部を格子状
としたのはシリカ溶液の塗布作業を容易にするためであ
る。従って、必要に応じ格子以外の例えばメツシュ形状
を選択しても差支えない。

か＜−シて壁面を薄膜のシリコン熱酸化膜４および６で
形成する中空構造の素子間分離領域が台地状の半導体基
板面を取囲むように形成される。従って、以後この台地
状の半導体基板面のシリコン熱酸化膜４を除去し、公知
の技術を用いてケート絶縁膜９および多結晶シリコン・
ゲート電極１０並びにソースおよびドレインの各領域１
１および１２を順次形成すれは第１図（ｇ）に示す如き
素子間分離領域構造を備えた本発明半導体集積回路装置
を得ることができる。

このように中空構造に形成された素子間分離領域は言わ
ば空気絶縁体であってその絶縁能力は壁面のシリコン酸
化膜にはほとんど依存しない。従ってシリコン酸化膜を
可能な限り薄膜化することによって素子間分離能力を低
下せしめることなく放射線耐量のみを強化することが可
能となる。勿論この他機械的強度の点も考慮しなければ
ならないが通常０．１μｍ程度に設定すれば充分である
。

以上は中空構造を形成するだめの中間材としてＰ型高濃
度の多結晶シリコンを用いた場合を説明したが溶剤で溶
解し得るものであれば原則として如何なるものでも使用
可能である。例えば、溶解レートが著しく低いことを問
題としなければ不純物を全く添加しないか或いはＮ型の
多結晶シリコン層を用いることもできるし、またはアル
ミの蒸着膜を用いることもできる。前者の多結晶シリコ
ンの場合は弗酸（ＨＦ）と硝酸（ＨＮＯ３）を１：２（
部）の割合で混合した溶剤で溶かすことができるがその
溶解レートはＰ型高濃度多結晶シリコンの１０数分の１
にすぎないので効率がよいとは言えない。また、後者の
アルミ蒸着膜の場合はリン酸（Ｈ３Ｐ　０４　）によっ
て溶解することができるがシリコン酸化膜６に相当する
絶縁膜を気相成長その他の手段によって別途形成する必
要が生じる。

この場合化成膜を形成する手段が考えられなくもないが
異質の絶縁膜で連続した一つの壁面を形成することにな
るので好ましくない。

第２図は本発明の他の実施例を示す半導体集積回路装置
の部分断面図である。本実施例によれば、薄いシリコン
酸化膜の壁面で取囲まれた中空構造の素子間分離領域が
従来のトレンチ構造と同じく半導体基板内を縦方向に深
く埋設するように形成される。ここで、第１図と共通す
る部分にはそれぞれ同一の符号が付されている。かかる
構造の素子間分離領域は前実施例の場合と同様Ｋまずト
レンチ溝の形成から開始すれば容易に形成することがで
きる。この構造体の場合も形成された素子間分離領域は
実質的に空気絶縁体であってその絶縁能力は壁面のシリ
コン酸化膜には殆んど依存しない。従って素子間分離能
力を低下せしめることなく耐放射性特性のみが格段に強
化される。また、従来のトレンチ構造と同じく横方向の
拡がシが小さいので集積度の向上にも顕著な効果を奏し
得る。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように１本発明の半導体集積回路装
置は薄いシリコン酸化膜の壁面で取囲まれた実質的に空
気絶縁体に等しい中空構造の素子間分離領域を備えるの
でその絶縁能力に影響を与えることなくシリコン酸化膜
の薄膜化手段により耐放射線特性を格段に強化すること
ができる。また、構造体そのものが素子分離能力を持ち
他の補助的手段を全く必要としないので集積度の向上に
支障を与えることもないのみならず容量成分のきわめて
小さな素子間分離領域として形城し得るので高周波素子
を搭載する人工衛星用半導体集積回路装置に実施すれば
顕著なる効果をあげることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図＋ａ）〜（−は本発明半導体集積回路装置の一実
施例を明らかにする製造工程順序図、第２図は本発明の
他の実施例を示す半導体集積回路装置の部分断面図であ
る。 １・・・半導体基板、２・・・厚膜シリコン酸化膜、３
・・・段差、４，６・・・薄膜シリコン熱酸化膜、５・
・・Ｐ型高濃度多結晶シリコン層、７・・・切込み、８
・・・格子状貫通孔、９−・ゲート絶縁膜、１０・・・
多結晶シリコン・ゲート電極、１１・・・ソース領域、
１２・・・ドレイン領域。 代理人　弁理士　　内　原　　　音 ３刈 とｂ） とｄ） 僑ｆ図 ｚ　３呼νｉ（シリコンメを番貸芝づ譲とｅ） と搭１社賞ｉ犯 （ｆ） と。プジ 条ｆｚ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体基板と、前記半導体基板に形成される薄いシリコ
   ン酸化膜の壁面を有する中空構造の素子間分離領域と、
   前記中空構造の素子間分離領域で取囲まれる半導体素子
   形成領域とを含むことを特徴とする半導体集積回路装置
   。