JP2001519096A - トレンチ分離 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 材料のアイランド（７）にトレンチ構造を備えた絶縁手段が設けられ、前記トレンチ構造は第２の絶縁トレンチ（４’）により取り囲まれた第１の絶縁トレンチ（４）を備え、かつ前記第１と第２の絶縁トレンチは少なくとも２つの横結合トレンチ（９）により相互に接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】 トレンチ分離 発明の技術分野 本発明は、絶縁トレンチ、及びこのようなトレンチを製作する方法に関する。 関連技術の説明 集積回路における複数の素子を互いに分離させるために、再充填トレンチ構造 （ｒｅｆｉｌｌｅｄ ｔｒｅｎｃｈ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）が開発された。その ようなトレンチを形成する方法として、シリコン層を通って下層の埋め込み絶縁 酸化物層までエッチングする方法や、シリコン基板を通って、横方向に絶縁すべ き層に対して逆型のドーピングを有する下層のシリコン層までエッチングする方 法等の、異なる多くの方法が存在する。このようなトレンチを作成する方法は、 ウォルフ（Ｗｏｌｆ，Ｓ．）による「ＶＬＳＩ世代のシリコン・プロセス（Ｓｉ ｌｉｃｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｆｏｒ ｔｈｅ ＶＬＳＩ Ｅｒａ）第２ 巻」、４５〜５６頁、ＩＳＢＮ−０−９６１６７２−４−５、１９９０、米国ラ ティス出版（Ｌａｔｔｉｃｅ Ｐｒｅｓｓ）に示されている。 複数の素子を分離するためにトレンチを使用することによる問題は、小さなト レンチ幅が、材料中の異物粒子又は欠陥に対してトレンチを脆弱にすることであ り、いずれも望ましい電気的な絶縁を短絡させる恐れがある。これは、特に、素 子が長い総トレンチ長を有する場合に救済することが困難である。トレンチ構造 による他の問題は、トレンチ内及び周辺の材料における異なる熱特性が、トレン チ材料又は周辺のシリコンに機械的なストレスを発生させ得るということである 。トレンチ構造による更なる問題は、これらの製造中に、複数のトレンチにまた がって複数の段差がしばしば形成されることである。これらの段差は、次のプロ セスにおいて導電物質を望ましくない領域に閉じこめる恐れがあり、また短絡回 路を発生させる恐れがある。このような好ましくない導電物質の一例は、トレン チ縁部（エッジ）に残留している複数のポリシリコン・ストリング（ひも状の残 留物）であり、これらは素子周辺のどこへでも発生し得る。これらのストリング は、 トレンチと交差してこれらのストリングと接触状態となる２つの導体間に短絡回 路を発生させる恐れがある。 概要 本発明の目的は、複数の導体の間の短絡に対する危険性が低く、かつ材料にお ける異物粒子及び欠陥に関する許容度がより大きなトレンチ構造を提供すること である。 本発明によれば、これは、セグメント構造を有するトレンチ構造により達成さ れる。 本発明により形成されたトレンチ形成は、多数の効果を有する。第１の効果は 、２つの欠陥又は異物粒子が互いに接近して発生するときにのみ、短絡回路が発 生し得ることである。その危険性は、素子を完全に取り囲む簡単なトレンチに２ つの欠陥又は異物粒子が発生する危険性よりもかなり低い。 他の効果は、トレンチにより取り囲まれたシリコン・アイランド（島状の領域 ）の長さの減少が、次のプロセス及び使用中に発生する機械的なストレスを解放 させるのに寄与することである。 更なる効果は、導電性の残留物、例えば後プロセス工程で取り残されたポリシ リコン・ストリングが、絶縁されたデバイスを覆い、トレンチと交差する複数の 導体を短絡させる危険性を減少させることである。 更なる効果は、本発明により形成したトレンチの熱的絶縁が単一トレンチのも のより大きく、従って本発明により形成したトレンチによって取り囲まれた素子 に対する熱伝導が減少されることである。 図面の簡単な説明 本発明は、以下、次の図に示す実施例により説明される。 図１ａは、従来技術によるトレンチ構造の平面図である。 図１ｂは、図１ａ内の線Ｉ−Ｉに沿った断面の拡大図を示す。 図２ａは、本発明による第１の実施例のトレンチ構造の平面図を示す。 図２ｂは、図２ａに示す線ＩＩ−ＩＩに沿ったトレンチ構造の拡大断面図を示 す。 図３ａは、本発明による第２の実施例のトレンチ構造の平面図を示す。 図３ｂは、図３ａのトレンチ構造の部分拡大図を示す。 図４は、本発明による第３の実施例のトレンチ構造を示す。 実施例の詳細な説明 図１に示す従来技術のトレンチ構造において、半導体デバイスを作成するウェ ーハ１は、例えばドープド・シリコンの層２（例えばｎ型ドープド・シリコン） を、例えばドープド・シリコン（この場合はｐ型シリコン）により逆にドーピン グされた層３上に有する。このウェーハは、連続する又は閉ループ・トレンチ４ を有する。このトレンチ４は、ウェーハ１の上面から層２を通って層３に延在す るＵ字状の断面を有する。トレンチ４は、例えば酸化シリコンからなる絶縁壁５ と、トレンチ壁５間のポリシリコン６の充填物とを有する。トレンチ４は、ｎ型 ドープド・シリコンのアイランド７と、残りのｎ型ドープド・シリコンとの間の 境界に沿って延在し、このアイランド７を残りのｎ型のドープド・シリコン２か ら絶縁する。このアイランド７は、抵抗、コンデンサ、ダイオード、トランジス タ及び他のバイポーラ素子のような１以上の素子（図示なし）用の基礎として使 用され得る。トレンチ４をブリッジさせる材料中の導電性の異物粒子又は欠陥（ 簡単のために、以下、異物粒子と呼ぶ）８が存在する場合に、アイランド７は層 ２と望ましくない電気的な接触状態となり、アイランド７上に又はこれにより形 成される素子（又は複数の素子）の機能に悪影響を及ぼす。 図２ａ及び２ｂは、本発明による一実施例のトレンチ構造を示す。この実施例 において、第１の閉ループ・トレンチ４は、第２の閉ループ・トレンチ４’によ り取り囲まれ、例えばｎ型のドープド・シリコン２’のアイランド、即ち、スラ イスによりトレンチ４’から分離されている。本発明は、シリコンに基づく素子 に限定されるものではなく、任意の材料に使用するために必要により適応されて もよい。更に、シリコン層が、例えば酸化シリコンからなる絶縁基板上に設けら るシリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）技術のような、他の製造プロセス に使用するように適応されてもよい。トレンチ４、４’は、例えば酸化シリコン からなる絶縁壁５と、絶縁壁５間のポリシリコン６の充填物とを有する。絶縁壁 ５の材料は、窒化シリコン、酸化シリコン、多孔性シリコン、サファイヤ、酸化 アルミニウム、窒化アルミニウム、ダイヤモンド、水晶、その他の材料及びその 組み合わせのような適当な材料であってもよく、絶縁壁５間にポリシリコン以外 の材料がある場合や、何ら材料が存在しない場合も考えられる。第２のトレンチ ４’は、トレンチ４と同一の方法により構築され、トレンチ４とほぼ同時に形成 される。ｎ型ドープド・シリコン２’のスライス中に形成され、この例ではトレ ンチ４の周辺に規則的な所定の間隔で配置された中間横トレンチ９により、第２ のトレンチ４’が第１のトレンチ４に結合される。更に、不規則な間隔の横トレ ンチ９を有することも勿論可能である。連鎖状構造にある横トレンチ９によって 結合されたこのような２本のトレンチ４、４’の構成により、アイランド７とｎ 型の層２’のスライスとの間のトレンチ４をブリッジするための１以上の異物粒 子８’、及び、スライス２’と層２との間のトレンチ４’をブリッジするための １以上の異物粒子８”を必要とするばかりでなく、これらの異物粒子８’、８” が、アイランド７が層２と電気的に接触するに至る前に、隣接する２本の横トレ ンチ９間に存在しなければならない。これが発生する危険性は、単一粒子が単一 トレンチをブリッジする危険性よりも実質的に小さい。 横トレンチ９の最適数は、予測される異物粒子のサイズ及びこれがどの程度頻 繁に発生するかによる。ごくまれな異物粒子では、２本の横トレンチのみを備え るだけで十分とすることができる。異物粒子の形状にあるコンタミネーションの 危険性が増加するときは、横トレンチ９の数を増加させることが望ましいものと なる。 更に、連鎖状の構造を形成するリンクは、細長のリンクである必要はなく、円 形、卵形、台形等のような適当な形状が可能である。リンクの側面を形成するト レンチ４、４’の典型的な長さは、１〜３マイクロメータの幅の場合、１５〜５ ０マイクロメータであってもよい。２本のトレンチ間の距離は、典型的には、３ 〜５０マイクロメータであってもよい。 トレンチ構造が連続的なトレンチから形成されている例によって本発明を説明 したが、勿論、本発明は、基板の縁部に沿って延在していないトレンチ構造によ り、基板の縁部近傍に搭載された素子を保護することも考えられる。 図３ａは、トレンチ縁部に沿って残留するポリシリコン１３のような残留導電 材料がトレンチと交差して、導体間を短絡させる恐れがある問題を解消できる本 発明の一実施例を示す。図３ｂは図３ａの部分拡大図である。図３ａ及び３ｂに おいて、ポリシリコン１３は、表示されていないトレンチの周辺上に実線により 表されている。異なる電位にある導体１１、１１’が、共にトレンチ構造４、４ ’と交差している。酸化していないポリシリコンがトレンチの縁部に残留してい るときは、これが導体１１、１１’間の導体として作用して、アイランド７を短 絡させる。これを防止するために、導体１１、１１’が結合するトレンチ４の各 部分でトレンチ４に破断（ｂｒｅａｋ）１２を形成する。各破断１２は、トレン チ４、４’間に形成されたアイランド１８’のうちの１つに延在している。同様 に、導体１１、１１’が結合するトレンチ４’の各部分において、トレンチ４’ に破断１２’が形成される。各破断１２’は、トレンチ４、４’間に形成された アイランド１８”のうちの１つに達している。各破断１２、１２’は、トレンチ を作成するために使用されたマスクにギャップを残すことにより作成されるので 、トレンチ４、４’の形成中に酸化され、ポリシリコンの堆積により被覆され、 次いでエッチ・バックされた元のｎ型シリコンが、絶縁酸化膜と共に残される。 通常、平坦面に段差が存在するトレンチの縁部に、ポリストリング（即ち、長く 連続したポリシリコン）が形成される。しかしながら、縁部、特に破断がトレン チと会合する箇所に発生する凸形のコーナー（かど）１６’が、加速されたポリ シリコンのエッチングを発生させることが解った。これは、望ましくないポリシ リコンをエッチング・バックする通常のプロセス中で、コーナー又はその近傍に 存在するポリストリングは、エッチングされることにより自動的に破壊されるこ とを意味する。これは、トレンチの境界の外側のポリストリングがトレンチの境 界の内側のポリストリングと電気的に接触するのを阻止する。従って、破断１２ 、１２’は導電材料のストリングにおける絶縁のための破断を形成し、これによ って導体１１、１１’が互いに絶縁されることを保証する。導体１１、１１’が 絶縁されることを保証するために、各トレンチ４は少なくとも２個所の破断１２ を有する必要がある。各対の破断１２、１２’は、導体１１、１１’間で連続す る導電パスが存在しないように、導体１１又は１１’の相対する２つの側に配置 される必要がある。換言すれば、一方の破断は、そのパスがアイランド７の周辺 のほぼ全てに達する導体１１、１１’間の長いパスに存在する必要があり、 かつ他方の破断は、導体１１、１１’間の最短パスに存在する必要がある。 本発明の他の実施例（図示なし）では、図３ａ及び図３ｂに示すように互い違 いの４個所の破断１２、１２’を設ける代わりに、同時に両トレンチ４、４’と 交差して延在する２つの長い破断を形成していると見えるように、４個所の破断 を揃えることが考えられる。 図４に示すように、本発明は、更に、保護されるべき素子の周辺に配列された 、増大したサイズの３トレンチ構造４、４’、４”により実現されてもよい。 本発明は、以上説明下実施例に限定されるものではなく、３トレンチ構造以上 を含むこともできる。これらのトレンチ構造は、横トレンチにより全て相互接続 されてもよく、又はその代わりに、各グループが他のグループに相互接続されて いない複数のグループとなるように相互接続されてもよい。 本発明によるトレンチ構造を完全に電気的に分離するのを実現するために、ト レンチ４、４’、９間に形成したアイランド２’が活性な導体１１、１１’と電 気的に接触しないように設計させることが好ましいが、アースに対する接続を設 けることを必要とすることもある。従って、ウェーハ１のプロセス中に使用され るマスクは、アイランド２’と活性の導体１１、１１’との間にコンタクト・ホ ールを設ける必要はない。 電気的な絶縁が改善されると共に、本発明によるトレンチ構造は、そのいずれ の側においても素子間の熱絶縁性を高める。 更に、横トレンチを設けることによりストレスを解放するための多重パスが得 られる。このことは、ストレスが解放される前に、ストレスがより短いパスに伝 搬する際に発生するストレス損傷の危険性を減少させる。 絶縁材料は、窒化シリコン、酸化シリコン、多孔性シリコン、サファイヤ、酸 化アルミニウム、窒化アルミニウム、ダイヤモンド、水晶、その他の材料、及び その組み合わせのような適当な材料であっても良い。 本発明の更に他の実施例によれば、トレンチ構造は、シリコンを基礎とする、 又は他の半導体を基礎とする基板を取り囲み、かつ埋め込み分離層まで延在して 基板周辺に完全な電気的分離を形成する。この埋め込み分離層は、勿論、トレン チ構造に使用されるものを含む適当な絶縁材料から形成されてもよい。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１１年３月１１日（１９９９．３．１１） 【補正内容】 請求の範囲 1. 周辺材料（２）から材料のアイランド（７）を絶縁する方法であって、前 記アイランド（７）と前記周辺材料（２）との間の境界は、２以上の導体（１１ 、１１’）により交差され、前記アイランド（７）と前記周辺材料（２）との間 に少なくとも２つの絶縁トレンチ（４、４’）を形成し、かつ少なくとも２つの 位置で横トレンチ（９）を絶縁することにより、前記トレンチのうちの第１のト レンチ（４）を前記トレンチのうちの第２のトレンチ（４’）に接続し、これに より前記周辺材料（２）のアイランド（２’）がトレンチ（４、４’、９）間に 形成される前記方法において、各トレンチ（４、４’）の各部分に前記導体（１ １、１１’）の複数の対を分離させる破断（１２、１２’）を形成することを特 徴とする前記方法。 2. 絶縁トレンチ構造（４、４’）により周辺材料（２）から絶縁された材料 のアイランド（７）であって、前記トレンチ構造（４、４’）は２以上の導体（ １１、１１’）により交差され、前記トレンチ構造（４、４’）は絶縁材料（６ ）を含む少なくとも２つのトレンチ（４、４’）を備え、前記トレンチのうちの 第１のトレンチ（４）は前記トレンチのうちの第２のトレンチ（４’）により取 り囲まれ、前記第２のトレンチ（４’）は少なくとも２つの位置で横トレンチ（ ９）を絶縁することにより前記第１のトレンチ（４）に接続され、これにより前 記周辺材料（２）のアイランド（２’）がトレンチ（４、４’、９）間に形成さ れる前記アイランド（７）において、前記トレンチ構造（４、４’）が前記導体 （１１、１１’）の複数の対を分離させる破断（１２、１２’）を各トレンチ（ ４、４’）の各部分に更に備えていることを特徴とする前記アイランド（７）。 3. 前記導体（１１、１１’）は、前記周辺材料（２）の前記アイランド（２ ’）から電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項２記載の材料のアイラ ンド（７）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，Ｍ Ｗ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，Ｅ Ｓ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ，ＩＤ ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ， ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，Ｍ Ｇ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ， ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，Ｙ Ｕ，ＺＷ (72)発明者 スヨデイン，エルンスト，ハカン スウェーデン国，クニブスタ，スタファン スベーゲン 30 (72)発明者 ザックリッソン，オロフ，ミカエル スウェーデン国，リムボ，ロブビク 8593

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. 周辺材料（２）から材料のアイランド（７）を絶縁する方法において、 前記アイランド（７）と前記周辺材料（２）との間の境界に沿って複数の絶縁 トレンチ（４、４’）を形成する工程であって、各前記絶縁トレンチ（４）が少 なくとも２位置で横トレンチ（９）を絶縁することにより他の前記絶縁トレンチ （４’）に接続され、前記周辺材料（２）のアイランド（２’）がトレンチ（４ 、４’、９）間に形成されていることにより特徴付けられた方法。 2. 周辺材料（２）から材料のアイランド（７）を絶縁する方法であって、前 記アイランド（７）と前記周辺材料（２）との間の境界が２以上の導体（１１、 １１’）により交差されている方法において、 前記アイランド（７）と前記周辺材料（２）との間に複数の絶縁トレンチ（４ 、４’）を形成する工程であって、第１の前記絶縁トレンチ（４）は少なくとも ２位置で横トレンチ（９）を絶縁することにより第２の前記絶縁トレンチ（４’ ）に接続され、前記周辺材料（２）のアイランド（２’）がトレンチ（４、４’ 、９）間に形成されている工程と、 一対の導体（１１、１１’）を分離する各トレンチ（４、４’）の各部分に破 断（１２、１２’）を形成する工程と、により特徴付けられた方法。 3. トレンチ構造（４、４’）により周辺材料（２）から絶縁された材料のア イランド（７）において、前記トレンチ構造（４、４’）は、絶縁材料（６）を 含む複数のトレンチ構造（４、４’）を備え、前記アイランド（４）に最も近い 第１のトレンチは、絶縁材料（６）を含む第２のトレンチ（４’）により取り囲 まれ、前記第２のトレンチ（４’）は、少なくとも２位置で横トレンチ（９）を 絶縁することにより前記第１のトレンチ（４）に接続され、前記周辺材料（２） のアイランド（２’）は、トレンチ（４、４’、９）間に形成されていることを 特徴とするアイランド（７）。 4. 絶縁トレンチ構造（４、４’）により周辺材料（２）から絶縁された材料 のアイランド（７）であって、前記トレンチ構造（４、４’）が２以上の導体（ １１、１１’）により交差されているアイランド（７）において、 複数のトレンチ構造（４、４’）は、絶縁材料（６）を含む複数のトレンチ（ ４、４’）を備え、第１のトレンチ（４）は、絶縁材料（６）を含む第２のトレ ンチ（４’）により取り囲まれ、前記第２のトレンチ（４’）は、少なくとも２ 位置で横トレンチ（９）を絶縁することにより、前記第１のトレンチ（４）に接 続され、前記周辺材料（２）のアイランド（２’）は、トレンチ（４、４’、９ ）間に形成され、かつ前記トレンチ構造（４、４’）は、一対の導体（１１、１ １’）を分離する各トレンチ（４、４’）の各部分に破断（１２、１２’）を更 に備えていることを特徴とするアイランド（７）。 5. 前記トレンチ（４、４’）の数は、２のみであることを特徴とする請求項 ３又は４記載のアイランド（７）。 6. 前記トレンチ（４、４’）の数は、２より大きいことを特徴とする請求項 ３又は４記載のアイランド（７）。 7. トレンチ（４、４’）は、少なくとも２位置でこれに隣接する各トレンチ （４、４’）に対して横トレンチ（９）を絶縁することにより接続されているこ とを特徴とする請求項３、４又は６記載のアイランド（７）。 8. トレンチ（４、４’）は、絶縁横トレンチ（９）により、少なくとも２位 置でこれに隣接する唯一のトレンチ（４、４’）に接続されていることを特徴と する請求項３、４又は６記載のアイランド（７）。 9. 前記素子（７）は、バイポーラ素子であることを特徴とする請求項３〜８ のいずれか１項記載のアイランド（７）。 10．シリコン基板又はアイソレータ上の埋め込み分離層を備えていることを特 徴とする請求項３〜９のいずれか１記載のアイランド（７）。 11．前記アイランド（２’）が前記導体（１１、１１’）と電気的に接触して いないことを特徴とする請求項４〜１０のいずれか１項記載のアイランド（７） 。