JPH05335529A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 SOI基板を用いた半導体装置およびその製
造方法に関し、結晶欠陥がなく、かつ平坦性を要求する
ことなく配線のステップカバレッジ不良のないようにし
ている半導体装置およびその製造方法を提供することで
ある。 【構成】 下側半導体層21、絶縁層22および上側半
導体層からなるSOI基板を用いて、該上側半導体層に
その表面から該絶縁層22にまで達する溝24によって
分離された少なくとも2つの孤立した半導体島23が形
成され、それぞれの半導体島23に集積回路が形成され
ている半導体装置において、孤立した半導体島の集積回
路が前記溝24の空間を越えて延びている導体28によ
って接続されているように構成する。導体がワイヤ・ボ
ンディングの金属線28であり、あるいは、別の基板の
上に形成されている金属配線層および該金属配線層と半
導体島での金属パッドとの間のバンプである。
造方法に関し、結晶欠陥がなく、かつ平坦性を要求する
ことなく配線のステップカバレッジ不良のないようにし
ている半導体装置およびその製造方法を提供することで
ある。 【構成】 下側半導体層21、絶縁層22および上側半
導体層からなるSOI基板を用いて、該上側半導体層に
その表面から該絶縁層22にまで達する溝24によって
分離された少なくとも2つの孤立した半導体島23が形
成され、それぞれの半導体島23に集積回路が形成され
ている半導体装置において、孤立した半導体島の集積回
路が前記溝24の空間を越えて延びている導体28によ
って接続されているように構成する。導体がワイヤ・ボ
ンディングの金属線28であり、あるいは、別の基板の
上に形成されている金属配線層および該金属配線層と半
導体島での金属パッドとの間のバンプである。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置、より詳し
くは、SOI(silicon-on-insulator) 基板を用いた半
導体装置およびその製造方法に関する。
くは、SOI(silicon-on-insulator) 基板を用いた半
導体装置およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】SOI基板は、酸化(SiO2)膜を挟んで
Siウエーハを張り合わせることによって、あるいは、
酸素イオンのイオン打ち込みと酸化によるSIMOX法
によって製作される。このSOI基板を用いて、その上
側半導体(Si)層に複数の集積回路(単体の半導体素
子(トランジスタ)である場合も含む)を形成する場合
にも、それぞれの集積回路を絶縁分離しかつ集積回路間
の干渉やノイズ等を完全に遮断するための素子分離(ア
イソレーション)が必要である。従来、採用されていた
素子分離法は、表面平坦化を考慮して、基板の上側半導
体層表面から酸化膜に達するVまたはU字型の溝を掘っ
て、その溝を絶縁物で埋める(充填する)方法である。
例えば、図17に示すように、下側半導体層1と、SiO2
絶縁層2と、上側半導体層3とからなるSOI基板4に
おいて、選択エッチングよって絶縁層2に達するU溝を
掘り、複数の半導体島5A、5Bを形成する。そして、
溝内に埋め込み酸化膜(例えば、SiO2膜)6を形成し、
この酸化膜6および半導体島5A、5Bの全体を覆う絶
縁保護膜7を形成する。また、半導体島5A、5Bのそ
れぞれには、所定の集積回路を作り、これらの集積回路
を接続する配線層(例えば、アルミニウム膜のパター
ン)8を絶縁保護膜7の上に形成している。
Siウエーハを張り合わせることによって、あるいは、
酸素イオンのイオン打ち込みと酸化によるSIMOX法
によって製作される。このSOI基板を用いて、その上
側半導体(Si)層に複数の集積回路(単体の半導体素
子(トランジスタ)である場合も含む)を形成する場合
にも、それぞれの集積回路を絶縁分離しかつ集積回路間
の干渉やノイズ等を完全に遮断するための素子分離(ア
イソレーション)が必要である。従来、採用されていた
素子分離法は、表面平坦化を考慮して、基板の上側半導
体層表面から酸化膜に達するVまたはU字型の溝を掘っ
て、その溝を絶縁物で埋める(充填する)方法である。
例えば、図17に示すように、下側半導体層1と、SiO2
絶縁層2と、上側半導体層3とからなるSOI基板4に
おいて、選択エッチングよって絶縁層2に達するU溝を
掘り、複数の半導体島5A、5Bを形成する。そして、
溝内に埋め込み酸化膜(例えば、SiO2膜)6を形成し、
この酸化膜6および半導体島5A、5Bの全体を覆う絶
縁保護膜7を形成する。また、半導体島5A、5Bのそ
れぞれには、所定の集積回路を作り、これらの集積回路
を接続する配線層(例えば、アルミニウム膜のパター
ン)8を絶縁保護膜7の上に形成している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このようなSOI基板
使用の半導体装置においては、次の2つの大きな問題が
あった。その一つは、半導体島の結晶に欠陥9が発生す
ることである。この結晶欠陥は、埋め込んだ絶縁物(Si
O2膜)の内部応力(10、図17)が溝に直接作用して
できる場合と、溝と絶縁物(SiO2)との熱膨張係数の差
に起因して生じるバイメタル的な応力によってできる場
合の2通りがあり、多くの場合にはこれら両方が作用し
ている。結晶欠陥は半導体素子の電流リークの発生原因
となり、半導体素子の誤動作、消費電力の増大、信頼性
の低下などの重大な不良に結びついている。そして、も
う一方の問題は、溝に埋め込んだ絶縁膜(SiO2膜)の平
坦性にあり、多大の工程とコストとをかけてでも、溝充
填物の上面と半導体島での上面とが平坦になるようにす
る必要がある。なお、平坦性が求められる理由は、、溝
の上を通る配線(アルミニウム膜)が断線する(あるい
は、薄くなる)のを防止することである。アルミニウム
膜は、通常、真空チャンバー内での蒸着あるいはスパッ
タリングによって絶縁保護膜上に被膜され、その際に、
被膜性があまり良くないので、急峻な段差があるとアル
ミニウム膜が被膜できなかったり、薄くなったりする。
いわゆる、ステップカバレッジ不良の発生である。そこ
で、アルミニウム膜を被膜する前に、急峻な段差が表面
にできないように平坦にしておく必要があった。
使用の半導体装置においては、次の2つの大きな問題が
あった。その一つは、半導体島の結晶に欠陥9が発生す
ることである。この結晶欠陥は、埋め込んだ絶縁物(Si
O2膜)の内部応力(10、図17)が溝に直接作用して
できる場合と、溝と絶縁物(SiO2)との熱膨張係数の差
に起因して生じるバイメタル的な応力によってできる場
合の2通りがあり、多くの場合にはこれら両方が作用し
ている。結晶欠陥は半導体素子の電流リークの発生原因
となり、半導体素子の誤動作、消費電力の増大、信頼性
の低下などの重大な不良に結びついている。そして、も
う一方の問題は、溝に埋め込んだ絶縁膜(SiO2膜)の平
坦性にあり、多大の工程とコストとをかけてでも、溝充
填物の上面と半導体島での上面とが平坦になるようにす
る必要がある。なお、平坦性が求められる理由は、、溝
の上を通る配線(アルミニウム膜)が断線する(あるい
は、薄くなる)のを防止することである。アルミニウム
膜は、通常、真空チャンバー内での蒸着あるいはスパッ
タリングによって絶縁保護膜上に被膜され、その際に、
被膜性があまり良くないので、急峻な段差があるとアル
ミニウム膜が被膜できなかったり、薄くなったりする。
いわゆる、ステップカバレッジ不良の発生である。そこ
で、アルミニウム膜を被膜する前に、急峻な段差が表面
にできないように平坦にしておく必要があった。
【0004】したがって、SOI基板使用の半導体装置
での素子分離(アイソレーション)において、結晶欠陥
がなく、かつ平坦性を要求することなく配線のステップ
カバレッジ不良のないようにしている半導体装置および
その製造方法を提供することが、本発明の目的である。
での素子分離(アイソレーション)において、結晶欠陥
がなく、かつ平坦性を要求することなく配線のステップ
カバレッジ不良のないようにしている半導体装置および
その製造方法を提供することが、本発明の目的である。
【0005】
【課題を解決するための手段】上述の目的が、下側半導
体層、絶縁層および上側半導体層からなるSOI基板を
用いて、該上側半導体層にその表面から該絶縁層にまで
達する溝によって分離された少なくとも2つの孤立した
半導体島が形成され、それぞれの半導体島に集積回路が
形成されている半導体装置において、孤立した半導体島
の集積回路が溝の空間を越えて延びている導体によって
接続されていることを特徴とする半導体装置によって達
成される。
体層、絶縁層および上側半導体層からなるSOI基板を
用いて、該上側半導体層にその表面から該絶縁層にまで
達する溝によって分離された少なくとも2つの孤立した
半導体島が形成され、それぞれの半導体島に集積回路が
形成されている半導体装置において、孤立した半導体島
の集積回路が溝の空間を越えて延びている導体によって
接続されていることを特徴とする半導体装置によって達
成される。
【0006】導体はワイヤ・ボンディングの金属線であ
り、あるいは、別の基板の上に形成されている金属配線
層および該金属配線層と半導体島での金属パッドとの間
のバンプである。さらに、下側半導体層、絶縁層および
上側半導体層からなるSOI基板を用意し、該上側半導
体層に複数の集積回路を形成し、上側半導体層をその表
面から絶縁層に達する分離溝を形成して集積回路を有す
る孤立した半導体島を複数形成し、次に、該半導体島の
集積回路を分離溝の空間を越えて延びている導体によっ
て接続することを特徴とする半導体装置の製造方法によ
っても本願発明の別の目的が達成できる。
り、あるいは、別の基板の上に形成されている金属配線
層および該金属配線層と半導体島での金属パッドとの間
のバンプである。さらに、下側半導体層、絶縁層および
上側半導体層からなるSOI基板を用意し、該上側半導
体層に複数の集積回路を形成し、上側半導体層をその表
面から絶縁層に達する分離溝を形成して集積回路を有す
る孤立した半導体島を複数形成し、次に、該半導体島の
集積回路を分離溝の空間を越えて延びている導体によっ
て接続することを特徴とする半導体装置の製造方法によ
っても本願発明の別の目的が達成できる。
【0007】本願発明に係る製造方法において、集積回
路での最上金属配線層の下の層間絶縁膜を形成し、次に
分離溝を形成し、該層間絶縁膜にコンタクトホールを形
成し、最上金属配線層を形成し、該最上金属配線層およ
び半導体島全体を覆う絶縁保護膜を形成し、該絶縁保護
膜にコンタクトホールを形成し、そして、該コンタクト
ホールを介して半導体島の集積回路を前記導体によって
接続することができる。
路での最上金属配線層の下の層間絶縁膜を形成し、次に
分離溝を形成し、該層間絶縁膜にコンタクトホールを形
成し、最上金属配線層を形成し、該最上金属配線層およ
び半導体島全体を覆う絶縁保護膜を形成し、該絶縁保護
膜にコンタクトホールを形成し、そして、該コンタクト
ホールを介して半導体島の集積回路を前記導体によって
接続することができる。
【0008】本願発明に係る製造方法の別の態様におい
て、集積回路での最上金属配線層を形成し、該最上金属
配線層の上に絶縁保護膜を形成し、次に分離溝を形成
し、絶縁保護膜および該分離溝を覆う絶縁膜を形成し、
該絶縁膜および絶縁保護膜にコンタクトホールを形成
し、そして、該コンタクトホールを介して前記半導体島
の集積回路を導体によって接続するようにしてもよい。
て、集積回路での最上金属配線層を形成し、該最上金属
配線層の上に絶縁保護膜を形成し、次に分離溝を形成
し、絶縁保護膜および該分離溝を覆う絶縁膜を形成し、
該絶縁膜および絶縁保護膜にコンタクトホールを形成
し、そして、該コンタクトホールを介して前記半導体島
の集積回路を導体によって接続するようにしてもよい。
【0009】さらに、本願発明に係る製造方法の他の態
様において、集積回路での最上金属配線層を形成し、該
最上金属配線層の上に絶縁保護膜を形成し、該絶縁保護
膜にコンタクトホールを形成し、次に分離溝を形成し、
そして、該コンタクトホールを介して半導体島の集積回
路を導体によって接続するようにしてもよい。導体によ
る接続が、金属線をワイヤ・ボンディングすることによ
って行われる場合と、あるいは、金属配線層を表面に備
えた別の基板とバンプとを用意し、該金属配線層と半導
体島での金属パッドとの間に該バンプ材を配置し、加熱
して溶着することによって行われる場合とがある。
様において、集積回路での最上金属配線層を形成し、該
最上金属配線層の上に絶縁保護膜を形成し、該絶縁保護
膜にコンタクトホールを形成し、次に分離溝を形成し、
そして、該コンタクトホールを介して半導体島の集積回
路を導体によって接続するようにしてもよい。導体によ
る接続が、金属線をワイヤ・ボンディングすることによ
って行われる場合と、あるいは、金属配線層を表面に備
えた別の基板とバンプとを用意し、該金属配線層と半導
体島での金属パッドとの間に該バンプ材を配置し、加熱
して溶着することによって行われる場合とがある。
【0010】
【作用】従来と同様に、SOI基板での基板絶縁層に達
する溝を上側半導体層に形成して、複数の半導体島を画
定しかつ素子分離するが、溝の埋め込みは行わずに、溝
を空間絶縁層として、半導体島の集積回路を接続する導
体をこの溝を越えて延びている。したがって、従来のよ
うな、平坦化の埋め込み絶縁層(酸化膜)は必要としな
いし、埋め込み絶縁層に起因する結晶欠陥は生じない。
する溝を上側半導体層に形成して、複数の半導体島を画
定しかつ素子分離するが、溝の埋め込みは行わずに、溝
を空間絶縁層として、半導体島の集積回路を接続する導
体をこの溝を越えて延びている。したがって、従来のよ
うな、平坦化の埋め込み絶縁層(酸化膜)は必要としな
いし、埋め込み絶縁層に起因する結晶欠陥は生じない。
【0011】接続導体の形態としては、(1)ワイヤー
ボンディングによる金属線、および(2)別の基板に上
に形成されている金属配線層および所定のバンプがあ
る。これらの導体(配線)は、溝があって凹凸になって
いるSOI基板の表面に金属層を被膜形成するわけでな
いので、ステップカバーレッジ不良の問題はない。
ボンディングによる金属線、および(2)別の基板に上
に形成されている金属配線層および所定のバンプがあ
る。これらの導体(配線)は、溝があって凹凸になって
いるSOI基板の表面に金属層を被膜形成するわけでな
いので、ステップカバーレッジ不良の問題はない。
【0012】
【実施例】以下、添付図面を参照して、本発明の実施態
様例によって本発明を詳細に説明する。 実施例1 ワイヤーボンディングによる金属線の場合 図1および図2に示すように、SOI基板使用の半導体
装置は、下側半導体層21上の絶縁層(SiO2層)22の
上に複数の孤立した半導体島(シリコン島)23を備え
ており、これら半導体島23は上側半導体層をその表面
から絶縁層22まで選択エッチングしてU(またはV)
溝24形成と同時に形成したものである。これらの半導
体島23のそれぞれには集積回路が形成されており、表
面保護のために表出表面(半導体島23の表面および絶
縁層22の表面)の全面に絶縁保護膜(SiO2、PSGの
膜)25(図1)が、厚さ1μm程度で被膜されてい
る。各半導体島23の上面には接続端子の金属パッド2
6が設けられており、絶縁保護膜25には金属パッド2
6へのコンタクトホール27(図1)が開けられてい
る。そして、集積回路を接続するために、金属パッド2
6をワイヤーボンディングによる金属(アルミニウム、
金など)線28で結んでいる。
様例によって本発明を詳細に説明する。 実施例1 ワイヤーボンディングによる金属線の場合 図1および図2に示すように、SOI基板使用の半導体
装置は、下側半導体層21上の絶縁層(SiO2層)22の
上に複数の孤立した半導体島(シリコン島)23を備え
ており、これら半導体島23は上側半導体層をその表面
から絶縁層22まで選択エッチングしてU(またはV)
溝24形成と同時に形成したものである。これらの半導
体島23のそれぞれには集積回路が形成されており、表
面保護のために表出表面(半導体島23の表面および絶
縁層22の表面)の全面に絶縁保護膜(SiO2、PSGの
膜)25(図1)が、厚さ1μm程度で被膜されてい
る。各半導体島23の上面には接続端子の金属パッド2
6が設けられており、絶縁保護膜25には金属パッド2
6へのコンタクトホール27(図1)が開けられてい
る。そして、集積回路を接続するために、金属パッド2
6をワイヤーボンディングによる金属(アルミニウム、
金など)線28で結んでいる。
【0013】実施例2 配線層を備えた別の基板を用いる場合 図3および図4に示すように、SOI基板使用の半導体
装置は、実施例1でのワイヤーボンディング金属線を設
ける前迄の構造を有しており、集積回路が作られた半導
体島23の金属パッド26が絶縁保護膜25のコンタク
トホール27内に表出している(図3)。
装置は、実施例1でのワイヤーボンディング金属線を設
ける前迄の構造を有しており、集積回路が作られた半導
体島23の金属パッド26が絶縁保護膜25のコンタク
トホール27内に表出している(図3)。
【0014】所定の配線層(パターン)31をその表面
に備えた基板32の配線基板33を別途用意する。この
配線基板33は、いわゆるプリント基板に相当するもの
であり、絶縁物で作られた基板32の上に導体(銅、金
など)の配線31が形成されている。この配線基板33
を所定位置に配置するために(位置合わせのために)、
基板32が透明なガラスないし樹脂で作られた基板でな
ることは好ましい。透明でないセラミックないし樹脂で
作られた基板であれば、カメラ利用の位置合わせ方式に
よってか、適切な位置合わせ治具によって所定位置に配
置することができる。あるいは、シリコン基板とその表
面上に形成した絶縁膜(SiO2、PSGなどの膜)とから
なる基板32であっても良く、該基板上に同様な金属配
線31が設けられている。金属パッド26と配線層31
との間に金、ハンダなどの導体バンプ34(図3)を設
けて、用意した配線基板33を半導体装置の上に載せ、
バンプの加熱溶融工程を経て、半導体島23の集積回路
を接続することになる。
に備えた基板32の配線基板33を別途用意する。この
配線基板33は、いわゆるプリント基板に相当するもの
であり、絶縁物で作られた基板32の上に導体(銅、金
など)の配線31が形成されている。この配線基板33
を所定位置に配置するために(位置合わせのために)、
基板32が透明なガラスないし樹脂で作られた基板でな
ることは好ましい。透明でないセラミックないし樹脂で
作られた基板であれば、カメラ利用の位置合わせ方式に
よってか、適切な位置合わせ治具によって所定位置に配
置することができる。あるいは、シリコン基板とその表
面上に形成した絶縁膜(SiO2、PSGなどの膜)とから
なる基板32であっても良く、該基板上に同様な金属配
線31が設けられている。金属パッド26と配線層31
との間に金、ハンダなどの導体バンプ34(図3)を設
けて、用意した配線基板33を半導体装置の上に載せ、
バンプの加熱溶融工程を経て、半導体島23の集積回路
を接続することになる。
【0015】さらに、SOI基板使用の半導体装置を製
造する場合には、製造工程にいくつかのやり方があり、
それらについて下記に説明する。 実施例3 金属配線の下の層間絶縁膜を形成してから分離用溝を形
成する場合:図5〜図8に示す製造工程および図9〜図
10に示す配線完了での半導体装置を参照し、本発明に
係るSOI基板使用の半導体装置を次のようにして製造
する。
造する場合には、製造工程にいくつかのやり方があり、
それらについて下記に説明する。 実施例3 金属配線の下の層間絶縁膜を形成してから分離用溝を形
成する場合:図5〜図8に示す製造工程および図9〜図
10に示す配線完了での半導体装置を参照し、本発明に
係るSOI基板使用の半導体装置を次のようにして製造
する。
【0016】先ず、シリコン単結晶基板(ウエハー)に
酸素をイオン注入するSIMOX法によって、SOI基
板を用意し、この基板は下側半導体層41、絶縁層(Si
O2層、0.5〜2μm厚さ)42および上側半導体層(S
i層、2〜5μm厚さ)44からなる(図5)。図5で
は上側半導体層43をp型にしており、公知方法にした
がって、集積回路を構成する素子(例えば、MOSトラ
ンジスタおよびバイポーラトランジスタ)をこの半導体
層43に形成する。MOSトランジスタの(n型)ソー
ス・ドレイン領域44、45およびバイポーラトランジ
スタの(n型)エミッタ領域46、(p型)ベース領域
47および(n型)コレクタ領域48が形成されてい
る。さらに、(p型)素子分離領域49を半導体層43
の上から下まで(絶縁層42に達するまで)、溝形成箇
所に形成する。なお、該素子分離領域49は無くても良
いが、半導体島での表面リーク防止に役立つので、不純
物濃度1017cm-3以下のドープ量が好ましい。ゲート酸
化膜の上にゲート電極51を形成し、全面を層間絶縁膜
(例えば、PSG膜、約1μm厚さ)52で覆う。そし
て、層間絶縁膜52の上に、分離溝パターンの開口53
を有するレジスト層54を形成する。
酸素をイオン注入するSIMOX法によって、SOI基
板を用意し、この基板は下側半導体層41、絶縁層(Si
O2層、0.5〜2μm厚さ)42および上側半導体層(S
i層、2〜5μm厚さ)44からなる(図5)。図5で
は上側半導体層43をp型にしており、公知方法にした
がって、集積回路を構成する素子(例えば、MOSトラ
ンジスタおよびバイポーラトランジスタ)をこの半導体
層43に形成する。MOSトランジスタの(n型)ソー
ス・ドレイン領域44、45およびバイポーラトランジ
スタの(n型)エミッタ領域46、(p型)ベース領域
47および(n型)コレクタ領域48が形成されてい
る。さらに、(p型)素子分離領域49を半導体層43
の上から下まで(絶縁層42に達するまで)、溝形成箇
所に形成する。なお、該素子分離領域49は無くても良
いが、半導体島での表面リーク防止に役立つので、不純
物濃度1017cm-3以下のドープ量が好ましい。ゲート酸
化膜の上にゲート電極51を形成し、全面を層間絶縁膜
(例えば、PSG膜、約1μm厚さ)52で覆う。そし
て、層間絶縁膜52の上に、分離溝パターンの開口53
を有するレジスト層54を形成する。
【0017】次に、レジスト層54をマスクとして、層
間絶縁膜52を選択的にエッチングして開口を開ける。
この層間絶縁膜52をマスクにして、エッチング液(例
えば、KOH水溶液)で上側半導体(Si)層43を選
択的にエッチングして、図6に示すような、溝55を形
成する。この溝55は絶縁層42に達しており、半導体
層43から複数の半導体島43A、43Bを形成するこ
とになる。このようなウェットエッチングの代わりに、
エッチングガス(例えば、Cl2 ガス)を用いたドライ
エッチングにても溝55を掘ることができる。溝55は
V字状あるいはU字状の断面形状である。溝55に表出
している半導体島43A、43Bの側面は、p型領域4
9となっている。
間絶縁膜52を選択的にエッチングして開口を開ける。
この層間絶縁膜52をマスクにして、エッチング液(例
えば、KOH水溶液)で上側半導体(Si)層43を選
択的にエッチングして、図6に示すような、溝55を形
成する。この溝55は絶縁層42に達しており、半導体
層43から複数の半導体島43A、43Bを形成するこ
とになる。このようなウェットエッチングの代わりに、
エッチングガス(例えば、Cl2 ガス)を用いたドライ
エッチングにても溝55を掘ることができる。溝55は
V字状あるいはU字状の断面形状である。溝55に表出
している半導体島43A、43Bの側面は、p型領域4
9となっている。
【0018】図7に示すように、層間絶縁膜52にコン
タクトホール56を通常のホトリソグラフィおよび選択
エッチングによって開ける。そして、図8に示すよう
に、コンタクトホール56を埋めかつ層間絶縁膜52上
を延在するように所定パターンの配線(電極)57を形
成する。この配線57は、公知プロセスにしたがって、
例えば、アルミニウムをスパッタリング法で全面に被膜
し、このアルミニウム膜(約1μm厚さ)をホトリソグ
ラフィおよび選択エッチングによってパターンニングし
て得られる。
タクトホール56を通常のホトリソグラフィおよび選択
エッチングによって開ける。そして、図8に示すよう
に、コンタクトホール56を埋めかつ層間絶縁膜52上
を延在するように所定パターンの配線(電極)57を形
成する。この配線57は、公知プロセスにしたがって、
例えば、アルミニウムをスパッタリング法で全面に被膜
し、このアルミニウム膜(約1μm厚さ)をホトリソグ
ラフィおよび選択エッチングによってパターンニングし
て得られる。
【0019】次に、図9および図10に示すように、全
面に絶縁保護膜(例えば、PSG膜、約1μm厚さ)5
8をCVD法によって成膜する。配線57において集積
回路の接続端子となる金属パッド57A、57Bの上の
絶縁保護膜54選択的に除去してコンタクトホール59
A、59Bを開ける。なお、図10ではこれらコンタク
トホールに導体金属のバンプ65A、65Bが充填され
ている。
面に絶縁保護膜(例えば、PSG膜、約1μm厚さ)5
8をCVD法によって成膜する。配線57において集積
回路の接続端子となる金属パッド57A、57Bの上の
絶縁保護膜54選択的に除去してコンタクトホール59
A、59Bを開ける。なお、図10ではこれらコンタク
トホールに導体金属のバンプ65A、65Bが充填され
ている。
【0020】図9に示すように、金属パッド57Aと5
7Bとをワイヤーボンディング法による金属線(アルミ
ニウム線、金線など)60によって接続して、分離され
た半導体島43A、43Bの集積回路を接続配線する。
このようにして、SOI基板使用の半導体装置が得られ
る。また、図10に示すように、金属配線層61、絶縁
膜62およびシリコン基板63からなる配線基板64を
別途用意しておく。この配線基板64では、シリコン基
板62に半導体装置(集積回路)を形成してあってもよ
く、その場合には、3次元的な半導体装置が得られるこ
とになる。シリコン基板63の表面上に絶縁膜(SiO2、
PSGなどの膜)62を成膜し、その上に金属配線層
(例えば、ZnコーティングのCuパターン)61を成
膜する。ガラス基板を用いれば、直接に金属配線層61
を成膜することになる。一方、コンタクトホール59
A、59B46に導体金属(金、ハンダ)のバンプ57
A、57Bをそれぞれ配置する。そして、配線基板64
を位置合わせしながら、金属配線層61とバンプ65
A、65Bとが接触するように半導体装置の上に載せ、
例えば、200〜400℃に加熱しながら50〜100
g/mm2 k 圧力を加えて、バンプを溶融して金属配線
層61とバンプ65A、65Bとを接続する。従って、
図9と同様に分離された半導体島43A、43Bの集積
回路が接続配線され、SOI基板使用の半導体装置が得
られる。
7Bとをワイヤーボンディング法による金属線(アルミ
ニウム線、金線など)60によって接続して、分離され
た半導体島43A、43Bの集積回路を接続配線する。
このようにして、SOI基板使用の半導体装置が得られ
る。また、図10に示すように、金属配線層61、絶縁
膜62およびシリコン基板63からなる配線基板64を
別途用意しておく。この配線基板64では、シリコン基
板62に半導体装置(集積回路)を形成してあってもよ
く、その場合には、3次元的な半導体装置が得られるこ
とになる。シリコン基板63の表面上に絶縁膜(SiO2、
PSGなどの膜)62を成膜し、その上に金属配線層
(例えば、ZnコーティングのCuパターン)61を成
膜する。ガラス基板を用いれば、直接に金属配線層61
を成膜することになる。一方、コンタクトホール59
A、59B46に導体金属(金、ハンダ)のバンプ57
A、57Bをそれぞれ配置する。そして、配線基板64
を位置合わせしながら、金属配線層61とバンプ65
A、65Bとが接触するように半導体装置の上に載せ、
例えば、200〜400℃に加熱しながら50〜100
g/mm2 k 圧力を加えて、バンプを溶融して金属配線
層61とバンプ65A、65Bとを接続する。従って、
図9と同様に分離された半導体島43A、43Bの集積
回路が接続配線され、SOI基板使用の半導体装置が得
られる。
【0021】実施例4 金属配線を形成してから分離用溝を形成する場合:図1
1〜図13に示す製造工程を参照し、本発明に係るSO
I基板使用の半導体装置を次のようにして異なる工程に
よって製造する。実施例3での図5に示した層間絶縁膜
52を成膜する工程までは同じに行う。この絶縁膜52
にコンタクトホールを通常のホトリソグラフィおよび選
択エッチングによって開け、次に、コンタクトホールを
埋めかつ層間絶縁膜52上を延在するように所定パター
ンの配線(電極)57を形成する。そして、全面に絶縁
保護膜58を成膜する。そして、絶縁保護膜58の上
に、分離溝パターンの開口53を有するレジスト層54
を形成する。
1〜図13に示す製造工程を参照し、本発明に係るSO
I基板使用の半導体装置を次のようにして異なる工程に
よって製造する。実施例3での図5に示した層間絶縁膜
52を成膜する工程までは同じに行う。この絶縁膜52
にコンタクトホールを通常のホトリソグラフィおよび選
択エッチングによって開け、次に、コンタクトホールを
埋めかつ層間絶縁膜52上を延在するように所定パター
ンの配線(電極)57を形成する。そして、全面に絶縁
保護膜58を成膜する。そして、絶縁保護膜58の上
に、分離溝パターンの開口53を有するレジスト層54
を形成する。
【0022】次に、レジスト層54をマスクとして、絶
縁保護膜58および層間絶縁膜52を選択的にエッチン
グして開口を開ける。これらの絶縁膜58、52をマス
クして、エッチング液(例えば、KOH水溶液)で上側
半導体(Si)層43を選択的にエッチングして、図1
2に示すような、溝71を形成する。この溝71は絶縁
層42に達しており、半導体層43から複数の半導体島
43A、43Bを形成することになる。このウェットエ
ッチングの代わりに、ドライエッチングにても溝71を
掘ることができる。溝71はV字状あるいはU字状の断
面形状であり、半導体島43A、43Bの側面のp型領
域49が溝71に表出している。そして、この表出側面
を覆う様に、付加絶縁保護膜(例えば、PSG膜、約1
μm厚さ)72をCVD法で全面に形成する。
縁保護膜58および層間絶縁膜52を選択的にエッチン
グして開口を開ける。これらの絶縁膜58、52をマス
クして、エッチング液(例えば、KOH水溶液)で上側
半導体(Si)層43を選択的にエッチングして、図1
2に示すような、溝71を形成する。この溝71は絶縁
層42に達しており、半導体層43から複数の半導体島
43A、43Bを形成することになる。このウェットエ
ッチングの代わりに、ドライエッチングにても溝71を
掘ることができる。溝71はV字状あるいはU字状の断
面形状であり、半導体島43A、43Bの側面のp型領
域49が溝71に表出している。そして、この表出側面
を覆う様に、付加絶縁保護膜(例えば、PSG膜、約1
μm厚さ)72をCVD法で全面に形成する。
【0023】それから、図13に示すように、付加絶縁
保護膜72の上に、コンタクトホールのパターンの開口
を有するレジスト層74を形成する。このレジスト層7
4をマスクとして、配線47において集積回路の接続端
子となる金属パッド57A、57Bの上の絶縁保護膜7
2、58を選択的にエッチング除去してコンタクトホー
ル75A、75Bを開ける。そして、レジスト層74を
除去する。
保護膜72の上に、コンタクトホールのパターンの開口
を有するレジスト層74を形成する。このレジスト層7
4をマスクとして、配線47において集積回路の接続端
子となる金属パッド57A、57Bの上の絶縁保護膜7
2、58を選択的にエッチング除去してコンタクトホー
ル75A、75Bを開ける。そして、レジスト層74を
除去する。
【0024】次に、コンタクトホール75A、75Bを
通して金属パッド57Aと57Bとを、図9に示したよ
うにワイヤーボンディングによる金属線60で接続する
か、あるいは、図10に示したように、配線基板64と
パッド65A、65Bとによって接続する。 実施例5 金属配線の上に絶縁保護膜を形成してから分離用溝を形
成する場合:図14〜図15に示す製造工程を参照し、
本発明に係るSOI基板使用の半導体装置を次のように
して更に異なる工程によって製造する。
通して金属パッド57Aと57Bとを、図9に示したよ
うにワイヤーボンディングによる金属線60で接続する
か、あるいは、図10に示したように、配線基板64と
パッド65A、65Bとによって接続する。 実施例5 金属配線の上に絶縁保護膜を形成してから分離用溝を形
成する場合:図14〜図15に示す製造工程を参照し、
本発明に係るSOI基板使用の半導体装置を次のように
して更に異なる工程によって製造する。
【0025】実施例3での図5に示した層間絶縁膜52
を成膜する工程までは同じに行う。この絶縁膜52にコ
ンタクトホールを通常のホトリソグラフィおよび選択エ
ッチングによって開け、次に、コンタクトホールを埋め
かつ層間絶縁膜52上を延在するように所定パターンの
配線(電極)57を形成する。そして、全面に絶縁保護
膜58を成膜し、ホトリソグラフィおよび選択エッチン
グによって該膜58にコンタクトホール59A、59B
を開ける。これらコンタクトホール59A、59Bにお
いて、配線57において集積回路の接続端子となる金属
パッド57A、57Bが表出することになる。
を成膜する工程までは同じに行う。この絶縁膜52にコ
ンタクトホールを通常のホトリソグラフィおよび選択エ
ッチングによって開け、次に、コンタクトホールを埋め
かつ層間絶縁膜52上を延在するように所定パターンの
配線(電極)57を形成する。そして、全面に絶縁保護
膜58を成膜し、ホトリソグラフィおよび選択エッチン
グによって該膜58にコンタクトホール59A、59B
を開ける。これらコンタクトホール59A、59Bにお
いて、配線57において集積回路の接続端子となる金属
パッド57A、57Bが表出することになる。
【0026】次に、図15に示すように、プラズマCV
D法によって全面に窒化珪素(Si3N 4 )膜80を成膜す
る。この膜80の上に分離溝パターンの開口53を有す
るレジスト層54を形成する。次に、レジスト層44を
マスクとして、窒化珪素膜80を選択的にエッチングし
て開口を開ける。その窒化珪素膜80をマスクして、絶
縁保護膜48、層間絶縁膜52および上側半導体(S
i)層43を選択的に順次エッチングして、図16に示
すような、溝82を形成する。この溝82は絶縁層42
に達しており、半導体層43から複数の半導体島43
A、43Bを形成することになる。そして、窒化珪素膜
80をプラズマエッチング法で除去する。
D法によって全面に窒化珪素(Si3N 4 )膜80を成膜す
る。この膜80の上に分離溝パターンの開口53を有す
るレジスト層54を形成する。次に、レジスト層44を
マスクとして、窒化珪素膜80を選択的にエッチングし
て開口を開ける。その窒化珪素膜80をマスクして、絶
縁保護膜48、層間絶縁膜52および上側半導体(S
i)層43を選択的に順次エッチングして、図16に示
すような、溝82を形成する。この溝82は絶縁層42
に達しており、半導体層43から複数の半導体島43
A、43Bを形成することになる。そして、窒化珪素膜
80をプラズマエッチング法で除去する。
【0027】それから、実施例3および4と同様にし
て、コンタクトホール59A、59Bを通して金属パッ
ド57Aと57Bとを、図9に示したようにワイヤーボ
ンディングによる金属線60で接続するか、あるいは、
図10に示したように、配線基板64とパッド65A、
65Bとによって接続する。このようにして、分離(ア
イソレーション)された半導体島43A、43Bの集積
回路が接続配線され、SOI基板使用の半導体装置が得
られる。
て、コンタクトホール59A、59Bを通して金属パッ
ド57Aと57Bとを、図9に示したようにワイヤーボ
ンディングによる金属線60で接続するか、あるいは、
図10に示したように、配線基板64とパッド65A、
65Bとによって接続する。このようにして、分離(ア
イソレーション)された半導体島43A、43Bの集積
回路が接続配線され、SOI基板使用の半導体装置が得
られる。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るSO
I基板使用の半導体装置およびその製造方法では、分離
溝を平坦化のために埋めることが無く、埋め込み工程の
削減だけでなく埋め込み酸化物に起因する結晶欠陥の発
生を招くことがない。さらに、平坦化工程がないにもか
かわらず、半導体島の集積回路を接続する配線を問題な
く行うことができる。したがって、SOI基板の利点を
そのままにして、半導体装置の信頼性を高めることがで
きる。
I基板使用の半導体装置およびその製造方法では、分離
溝を平坦化のために埋めることが無く、埋め込み工程の
削減だけでなく埋め込み酸化物に起因する結晶欠陥の発
生を招くことがない。さらに、平坦化工程がないにもか
かわらず、半導体島の集積回路を接続する配線を問題な
く行うことができる。したがって、SOI基板の利点を
そのままにして、半導体装置の信頼性を高めることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るSOI基板使用の半導体装置の部
分断面図である。
分断面図である。
【図2】図1に示した半導体装置の部分斜視図である。
【図3】本発明に係る別の半導体装置の部分断面図であ
る。
る。
【図4】図4に示した半導体装置の部分斜視図である。
【図5】本発明に係る半導体装置の製造過程での部分断
面図である。
面図である。
【図6】図5の工程に続く製造過程での半導体装置の部
分断面図である。
分断面図である。
【図7】図6の工程に続く製造過程での半導体装置の部
分断面図である。
分断面図である。
【図8】図7の工程に続く製造過程での半導体装置の部
分断面図である。
分断面図である。
【図9】ワイヤーボンディングの金属線を有する本発明
に係るSOI基板使用の半導体装置の部分断面図であ
る。
に係るSOI基板使用の半導体装置の部分断面図であ
る。
【図10】別の配線基板を有する本発明に係るSOI基
板使用の半導体装置の部分断面図である。
板使用の半導体装置の部分断面図である。
【図11】本発明に係る半導体装置の別の製造過程での
部分断面図である。
部分断面図である。
【図12】図11の工程に続く製造過程での半導体装置
の部分断面図である。
の部分断面図である。
【図13】図12の工程に続く製造過程での半導体装置
の部分断面図である。
の部分断面図である。
【図14】本発明に係る半導体装置のその他の製造過程
での部分断面図である。
での部分断面図である。
【図15】図14の工程に続く製造過程での半導体装置
の部分断面図である。
の部分断面図である。
【図16】図15の工程に続く製造過程での半導体装置
の部分断面図である。
の部分断面図である。
【図17】SOI基板使用の従来の半導体装置の部分断
面図である。
面図である。
21…下側半導体層 22…絶縁層 23…半導体島 24…溝 25…絶縁保護膜 26…金属パッド 28…金属線 31…金属配線層 32…基板 33…配線基板 34…バンプ 41…下側半導体層 42…絶縁層 43…上側半導体層 54…レジスト層 55…溝 57…配線 57A、57B…金属パッド 58…絶縁保護膜 60…金属線 61…配線層 62…絶縁膜 63…シリコン基板 64…配線基板 71…溝 72…付加絶縁保護膜 74…レジスト層 80…窒化珪素膜 82…溝
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 後藤 広志 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内
Claims (9)
- 【請求項1】 下側半導体層、絶縁層および上側半導体
層からなるSOI基板を用いて、該上側半導体層にその
表面から該絶縁層にまで達する溝によって分離された少
なくとも2つの孤立した半導体島が形成され、それぞれ
の半導体島に集積回路が形成されている半導体装置にお
いて、前記孤立した半導体島の集積回路が前記溝の空間
を越えて延びている導体によって接続されていることを
特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】 前記導体がワイヤ・ボンディングの金属
線(28、60)であることを特徴とする請求項1記載
の半導体装置。 - 【請求項3】 導体が、別の基板の上に形成されている
金属配線層(31、61)および該金属配線層と前記半
導体島での金属パッドとの間のバンプ(34、65A、
65B)であることを特徴とする請求項1記載の半導体
装置。 - 【請求項4】 下側半導体層、絶縁層および上側半導体
層からなるSOI基板を用意し、該上側半導体層に複数
の集積回路を形成し、前記上側半導体層をその表面から
前記絶縁層に達する分離溝を形成して前記集積回路を有
する孤立した半導体島を複数形成し、次に、該半導体島
の集積回路を前記分離溝の空間を越えて延びている導体
によって接続することを特徴とする半導体装置の製造方
法。 - 【請求項5】 前記集積回路での最上金属配線層(5
7)の下の層間絶縁膜(52)を形成し、次に前記分離
溝(55)を形成し、該層間絶縁膜にコンタクトホール
(56)を形成し、前記最上金属配線層(57)を形成
し、該最上金属配線層および前記半導体島全体を覆う絶
縁保護膜(58)を形成し、該絶縁保護膜にコンタクト
ホール(59A、59B)を形成し、そして、該コンタ
クト窓を介して前記半導体島(43A、43B)の集積
回路を前記導体によって接続することを特徴とする請求
項4記載の製造方法。 - 【請求項6】 前記集積回路での最上金属配線層(5
7)を形成し、該最上金属配線層の上に絶縁保護膜(5
8)を形成し、次に前記分離溝(71)を形成し、前記
絶縁保護膜および該分離溝を覆う付加絶縁保護膜(7
2)を形成し、該絶縁膜および前記絶縁保護膜にコンタ
クトホール(75A、75B)窓を形成し、そして、該
コンタクトホールを介して前記半導体島(43A、43
B)の集積回路を前記導体によって接続することを特徴
とする請求項4記載の製造方法。 - 【請求項7】 前記集積回路での最上金属配線層(5
7)を形成し、該最上金属配線層の上に絶縁保護膜(5
8)を形成し、該絶縁保護膜にコンタクトホール(59
A、59B)を形成し、次に前記分離溝(82)を形成
し、そして、該コンタクト窓を介して前記半導体島(4
3A、43B)の集積回路を前記導体によって接続する
ことを特徴とする請求項4記載の製造方法。 - 【請求項8】 前記導体による接続が、金属線(28、
60)をワイヤ・ボンディングすることによって行われ
ることを特徴とする請求項4〜請求項7のいずれかに記
載の製造方法。 - 【請求項9】 前記導体による接続が、金属配線層を表
面に備えた別の基板とバンプ(34、65A、65B)
とを用意し、該金属配線層と前記半導体島での金属パッ
ドとの間に該バンプを配置し、加熱して溶着することに
よって行われることを特徴とする請求項4〜請求項7の
いずれかに記載の製造方法。
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