JPS6159853A - シリコン結晶体構造 - Google Patents

シリコン結晶体構造

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JPS6159853A JP59181817A JP18181784A JPS6159853A JP S6159853 A JPS6159853 A JP S6159853A JP 59181817 A JP59181817 A JP 59181817A JP 18181784 A JP18181784 A JP 18181784A JP S6159853 A JPS6159853 A JP S6159853A
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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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、シリコン結晶体構造に関する。
（発明の技術的背景とその問題点） 従来・、モノリシックな半導体集積回路に用いられる素
子間分離法には、逆バイアスされたＰ−Ｎ接合によるも
のと、絶縁体によるものとがある。
ｐ−Ｎ接合を利用して素子間分離を行うものは、例えば
第５図に示す如く、Ｐ−型シリコン基板１上にＮ−型の
シリコン単結晶層２をエピタキシャル成長させる。次い
で、シリコン単結晶層２の主面からシリコン基板１に達
するＰ１型拡散層３を高濃度のＰ型不純物の選択拡散に
より形成する。
このようにして得られたＰ＋型拡散層３と゛シリコン基
板１で囲まれたＮ−型シリコン層４は、Ｐ−Ｎ接合に逆
パイ・アスをかけることにより他の領域と電気的に分離
される。この方法は、安価に行うことができるが、素子
間分離に要する面積が基板表゛面にて大きくなる問題が
ある。
この問題を解消するために、第６図に示す如く、Ｐ型シ
リコン基板１にＰ１高濃度層５をイオン注入法で形成し
た後、前述と同様にその表面にエピタキシャル層６、Ｐ
ゝ型層７の形成を順次行うものがある。この方法による
ものでは、Ｐ４高濃度層５からの拡散層７によりエピタ
キシャル層表面からの拡散は、前述のものに比べて短い
時間で良く、シリコン基板１の表面に沿った横方向の拡
散層がりを縮め、素子間分離に必要な領域を小さくでき
る。しかしながら、このようなＰ−Ｎ接合による素子分
離は、逆バイアス電位を与える回路構成の制約があり、
Ｐ−Ｎ接合の漏れ電流が欠点となフて特性に現われる。
更に、第６図に示す如く、多方向の拡散による分離にし
ても、いまだ分離上必要な領域を十分に小さくできず、
高耐圧素子には適さない欠点がある。
一方、絶縁体による素子分離を行うものは、例えば、第
７図に示す如く、Ｐ−型基板１１の上にＮ“層１２をエ
ピタキシャル成長させ、このＮ一層１２の主面からＰ−
型基板１１に達する溝１３を形成する。次いで、溝１３
の内壁面に熱酸化膜１４を形成した後、溝１３内を不純
物をドープしていない多結晶シリコン部材１５で埋込み
、Ｐ−型基板１１の表面に沿った方向での素子間分離を
行う。この方法では、拡散層によって素子分離をしない
ため、素子分離に要するｌｌ１ｉ！を小さくできると共
に、バイアス電圧も不要になる利点がある。
しかし、溝１３で囲まれた素子領域１６は、Ｐ′″型基
板１１とはＰ−Ｎ接合による分離を必要とする。このた
め、逆バイアス電位を与える回路構成の制約があり、Ｐ
−Ｎ接合の漏れ電流が発生する問題がある。
また、絶縁体による素子分離を行う他の例として、第８
図（Ａ）に示す如く、先ず、Ｎ型シリコン基板２００所
定領域に選択的に蝕刻を施して溝２１を形成した後、そ
の表面に熱酸化膜２２を形成する。次いで、熱酸化膜２
２上に不純物をドープしていない多結晶シリコン層２３
を堆積せる。
次に、同図（８）に示す如く、Ｎ型シリコン基板２０の
裏面側を溝２１に達するまで研磨して除去する。このよ
うにして得られたＮ型層２４は、多結晶シリ９２層２３
を充填した溝２１で絶縁体分離された島領域となる。こ
の方法では、分離耐圧が大きく、バイアス電圧も不要で
あり、シリコン基板の一方の表面領域のみを使用する半
導体装置には特に有効である。しかし、半導体チップの
一方の主面が絶縁されており、裏面を電流経路として使
用できず、しかも高価になる問題がある。
（発明の目的） 本発明は、素子間の絶縁体分離を確実に行い、かつ、素
子間分離に必要な＠域を小さくして集積度を向上させる
と共に、素子の大電力化を達成した半導体装置を容易に
得ることができるシリコン結晶体構造を提供することを
その目的とするものである。
〔発明の概要〕　　　　□ 本発明は、少なくとも一生面に鏡面状の絶縁膜を形成し
たシリコン基板に、このｔａ縁膜をサンドイッチ状に挟
むようにして他のシリコン基板を接合した後、一方のシ
リコン基板の主面から絶縁膜に達する分離溝を形成する
工程を設けたことにより、素子間の絶縁体分離を確実に
行い、かつ、素子分離に必要な領域を小さくして集積度
を向上させると共に、素子の大電力化を達成した半導体
装置を容易に得ることができるシリコン結晶体構造であ
ある。
（発明の実施例） 以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。なお、実施例のシリコン結晶体構造の構成をその製
造工程順に従って説明する。
先ず、高濃度の不純物を持つ一導電形のシリコン単結晶
基板３０の一方の主面を熱酸化による薄いシリコン酸化
１１１３１とシリコン窒化［１３２の堆積層で覆う。次
いで、シリコン窒化１１３２に部分的に蝕刻を施した後
に高温熱酸化を行ない、第１図（Ａ＞に示す構造のもの
を得る。すなわち、シリコン窒化膜３２下ではシリコン
酸化１１３１は成長せず、シリコン窒化膜３２の蝕刻部
のシリコン酸化１１１３３のみが成長する。次に、シリ
コン窒化１１３２と薄いシリコン酸化膜３１を除去した
後、写真蝕刻用のレジスト膜３４を塗布して第、１図（
Ｂ）に示す如く、表面を平坦に覆う。次いで、ＲＩＥ（
Ｒｅａｃｔｉｖｅ　　Ｉｏｎ　　Ｅｔｃｈｉｎｇ）によ
りレジスト膜３４及びシリコン酸化膜３３を同−蝕刻率
にてシリコン単結晶基板３０に達するまで蝕刻し、第１
図（Ｃ）に示す構造とする。すなわち、平坦なシリコン
単結晶表面内にシリコン酸化１［１３３が埋めこまれて
いる。次いで、シリコン単結晶基板３０及びシリコン酸
化ｆｉ！Ｉ３３からなる鏡面基板面にシリコン単結晶基
板３０と同−導電形又は逆導電形で表面が平坦なシリコ
ン単結晶鏡面基板３４を十分清浄な雰囲気下で密着させ
、強固な接合体３５を第１図（［））に示すように得る
。この接合体３５は、２００℃以上の温度で熱処理すれ
ば接合がより強固なものとなる。
こうして接合された一枚のシリコン単結晶体構造３５（
接合体）の内部には絶縁膜が埋め込まれたことになる。
なお、平坦な表面をもつシリコン単結晶体構造３５と絶
縁膜からなる構造は次のような手段によっても得ること
ができる。すなわち、第２図（Ａ＞に示すようにシリコ
ン単結晶基板３ｏを蝕刻した後、ｏ２あるいは他の不純
物３６をこの蝕刻した領域に高濃度で注入する。この後
、高温熱酸化すると、蝕刻部３７は他の部分より酸化速
度が速く、第２図（Ｂ）に示す如く、シリコン酸化膜３
８が成長する。次いで、第１図（Ｂ）と同様に写真蝕刻
用レジストを塗布して、ＲＩεによる蝕刻と行なうこと
により、第１図（Ｃ）と同様に平坦なシリコン単結晶表
面内に絶縁膜となるシリコン酸化１１３８を埋め込んだ
状態になる。さらにまた、別の手段として、例えば第１
図（Ａ）の工程後、希弗酸などでシリコン酸化膜３１を
除去後、再度高温熱酸化する。熱酸化ｌ１Ｉ３９の厚さ
ＸＯに対し、シリコン単結晶基板３ｏ上に０．５５ＸＱ
の厚さの熱酸化ｆｌ！３９が成長することを考慮して第
１図（Ａ＞のシリコン酸化１１１３３及び再酸化膜３９
の厚さを決定すると、再酸化後の断面形状は第３゛図の
ようになる。この後シリコン酸化膜３１．シリコン窒化
ｊ！３２の除去を行なえば第１図（Ｃ）と同様な手段に
より平坦な構造のものが得られる。
この他、選択的なシリコン単結晶のエピタキシャル成長
あるいは酸化シリコン膜又は、ノンドープ（ｎｏｎ−ｄ
ｏｐｅ）のポリシリコンの気相堆積などを使った種々の
手段が考えられる。
次に、表面の平坦な他のシリコン単結晶基板３４を８１
浄な雰囲気下で密着させて接合し、ざらに高温で熱処理
すると、第１図（Ｄ）に示すようにシリコン基板の内部
に絶縁膜を埋め込んだシリコン結晶体構造３５が得られ
る。
このように構成されたシリコン結晶体構造３５によれば
、次の効果を有する。即ち、第３図（Ａ）に示す如く、
他方のシリコン結晶体３４の主面からシリコン酸化ｊ１
３３に達する酸化シリコン膜４０を形成するか、或いは
、第３図（８）に示す如く、他のシリコン結晶体３４の
主面からシリコン酸化［３３に達する酸化シリコン膜４
０を形成し、その周囲を不純物をドープしていない素子
領域４１で覆った構造を容易に得ることができる。その
結果、シリコン酸化膜３３１Ｍ化シリコンｗＡ４゜で囲
まれた領域を、シリコン結晶体構造３５の他の領域から
、完全に電気的に分離できる。換言すれば、コントロー
ルインターフェース保護などの多くの機能を持つＩＣを
形成するとともに、大電力を取り扱ろ出力トランジｉり
の電流を基板裏面（シリコン単結晶基板３０）から取り
出すことができる。すなわち、種々の回路桐成に対する
電位間係あるいは奇生効果などによる制約を無くし、さ
らに基板裏面を電極として有効活用することにより、素
子の大電力化・多関能化を達成できる。
さらに、基板表面（Ｉｔ！！のシリコン結晶体３４）に
おける素子分離された領域４１の必要面積も小さく素子
の高集積化を達成できる。また、集積度回路構゛成上に
支障のない場合は第３図（Ｃ）に示すように、Ｐ−Ｎ接
合による分離層４２との組み合わせによって素子領１４
１を形成してもよい。
第４図（Ａ＞は、このようにして得られた素子　　・領
域４１１ＣＣｏｎｔｒｏ１回路としてＮＰＮトランジス
タ４５．Ｎチャンネル、Ｐチャンネルトランジスタ４２
．４３を形成し、出力ｐｏｗｅ　ｒＭＯ８ＦＥＴの□ｒ
ａ　ｒ　ｎ電極を裏面電極４４で取り出している。
また、第４図（Ｂ）に示す如く、シリコン単結晶基板３
０内に埋め込まれた絶縁膜をｃｏｎｔｒｏ１回路内の高
耐圧を必要とする素子４６の下に配置することによって
、高耐圧素子を出力素子とは別に形成できる。、これ以
外にもこ、の素子領域４１の構造によって従来のシリコ
ン結晶体の主面に沿った２次元の素子集積を、シリコン
結晶体内部方向へ集積させて３次元のＩＣを実現するこ
とができる。
（発明の効果） 以上説明した如く、本発明に係るシリコン結晶体構造に
よれば、素子間の絶縁体分離を確実に行ない、かつ、素
子間分離に必要な領域を小さくして集積度を向上させる
と共に、素子の大電力化を達成した半導体装置を容易に
得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図（Ａ）乃至同図（Ｄ）は、本発明の一実施例の構
造をその製造工程順に示す説明図、Ｍ２図は、本発明の
結晶体構造を得る他の例を示す説明図、第３図は、本発
明のシリコン結晶体構造に素子領域を形成したものの説
明図、第４図は、同素子領域に所定の素子を形成したも
のを示す説明図、第５図乃至第８図は、従来の手段で得
られた半導体装置の構成を示す説明図である。 ３ｏ・・・シリコン単結晶基板、３１・・・シリコン酸
化膜、３２・・・シリコン窒化膜、３３・・・シリコン
酸化膜（絶縁膜）３４・・・レジスト膜、３５・・・シ
リコン結晶体構造（接合体）、４１・・・素子領域。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図 （Ｃ） 第５図 第　８　図 （Ａ）

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 　シリコン結晶体の所定領域に露出面が該シリコン結晶
    体の一主面と平坦な表面をなすように形成された絶縁膜
    と、前記露出面を含む前記一主面に平坦な表面で接合さ
    れた他のシリコン結晶体とからなることを特徴とするシ
    リコン結晶体構造。
JP59181817A 1984-08-31 1984-08-31 シリコン結晶体構造の製造方法 Expired - Lifetime JPH0671043B2 (ja)

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EP85110618A EP0176747B1 (en) 1984-08-31 1985-08-23 Silicon semiconductor substrate with an insulating layer embedded therein and method for forming the same
DE8585110618T DE3574080D1 (en) 1984-08-31 1985-08-23 Silicon semiconductor substrate with an insulating layer embedded therein and method for forming the same
US07/084,209 US4837186A (en) 1984-08-31 1987-08-12 Silicon semiconductor substrate with an insulating layer embedded therein and method for forming the same

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