JP2001519097A - プレーナトレンチの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 トレンチのエッジの領域内に余分のポリ半導体物質、例えばポリシリコン２０または窒化物または酸化物を備えているトレンチ構造の上のトポグラフィを改良する方法であり、必要ならば、これに続く前記余分の物質の酸化が、高い機械的応力の領域の発生を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】 プレーナトレンチの製造方法 発明の技術上の分野 この発明は、実質的に平坦な表面を有する半導体製品におけるトレンチに関す る。 関連技術の説明 集積回路内の種々の構成要素を互いに絶縁するために、充填されたトレンチ構 造が開発されてきた。充填トレンチを形成する多くの異なった方法が存在する。 充填トレンチを作るための最も普通な方法は、ウルフ，Ｓ．、「ＶＬＳＩ時代の ためのシリコン加工第II巻」、ＩＳＢＮ−０−９６１６７２−４−５、４５−５ ６頁、１９９０年、ラティスプレス、ＵＳＡに記述されている。その主要ステッ プは、ウエハ上に絶縁すべき各構成要素を取り巻くシリコン基板へ、トレンチを エッチングすることである。それからこのトレンチ内とシリコン基板に絶縁酸化 物層が沈積されて、周囲からこの構成要素を絶縁する。それからこのトレンチ構 造をすっかり充填するのに十分な厚みまでポリシリコンをウエハ全体に沈積して 、このトレンチを充填する。こうしてこのポリシリコンもまたトレンチの間のシ リコン基板の平坦な表面上の酸化物層の上に沈積される。それから、平坦な表面 上の酸化物層を露出するために、このポリシリコンをエッチングして除去する。 トレンチの上のポリシリコンも、いくらかこのエッチングにより除去される。こ れにより、絶縁ポリシリコンのトレンチで取り囲まれた島の形の構成要素が残さ れる。複数の構成要素の逐次的な層を形成するために、集積回路の各逐次的な層 が、１つの実質的に平坦な表面に構築されることが望ましい。しかしながら、実 際上は、トレンチの上のいくらかのポリシリコンを除去することは、下向きに垂 直なステップを残す。通常、トレンチの酸化物の壁は、トレンチの内側へ向かっ て下へ傾いた傾斜の頂上を有する。これにより、前記トレンチ内の前記実質的に 平坦なポリシリコン充填物内のポリシリコンの厚みは、それがトレンチの壁に近 づくと減少する。それからポリシリコンが酸化されて、トレンチの上に絶縁酸化 カバ ーを形成する。この酸化の間に、ポリシリコンの薄い被覆しかないトレンチエッ ジに近い領域内のシリコン基板も酸化されるかもしれない。これは、この領域に 高い機械的ストレスを生ずる。後続の加工は、熱により生成した酸化物を除去す るために、しばしば湿式エッチングを用いる。酸化物への湿式エッチングの腐蝕 速度は、酸化物内の機械的応力に大きく依存する。これは、高い機械的応力の領 域が、トレンチのエッジに沿った溝に至る他の領域よりも、深く腐蝕されること を意味する。更なる加工の間に、これらの溝が導電物質に深く満たされるので、 その後の不用物質除去の加工の効果がなくなり、溝の中に余分な導電物質のかす （ｓｔｒｉｎｇ）が残る可能性がある。特にトレンチの上に置かれた導体に接触 するほどこれらのかすが高い場合に、これらのかすが短絡などの問題を引き起こ す。 要約 この発明の１つの目的は、従来のトレンチ表面よりも平坦なトレンチ表面を生 成することである。この発明のもう１つの目的は、トレンチのエッジに沿った溝 の中に残る余分な導電物質を除去する方法を提供することである。 この発明に従ってこの目的は、トレンチのエッジに沿って溝が発生するのを防 止するために、エッジに沿ってトレンチ物質の余分の量を供給することにより達 成される。シリコンに基づく加工の場合、これは、ポリシリコン、酸化物、窒化 物、などの層をトレンチ充填物質へ沈積して、それからこれを等方性腐食、すな わち、水平方向よりも垂直方向へ著しく速く前記の層を冒すエッチング加工によ り、前記トレンチ物質を腐蝕し返すことにより行われる。これにより、トレンチ のエッジに沿って余分に物質が残る。この加工は、トレンチ内のポリシリコン上 に酸化物層が生成する以前および以後に実行し得る。酸化物または窒化物のよう な非酸化物質の場合は、エッチング後の余分な物質の厚さは、下向きの垂直ステ ップの高さとほぼ同一である。ポリシリコンの場合は、沈積されるポリシリコン の厚さは、好ましくは、後続の酸化の間に余分のポリシリコンの全てが酸化され て、その結果の酸化物がステップとほぼ同一の高さになるように選択される。ト レンチのエッジに沿った酸化物、窒化物、またはポリシリコンのかすの余分物質 は、下にあるシリコンを酸化から保護するが、これはさもなければ酸化されて高 い機械的応力の領域を生成したであろう。高い機械的応力の領域が存在しないの で、後続の湿式エッチングは、一層均一に進行して、トレンチのエッジにおける 望ましくない溝が回避される。トレンチを充填するために余分物質として同一タ イプの物質を使用することにより、酸化後にトレンチ内に生ずる機械的応力が一 層少なくなる。 トレンチのエッジに近いポリシリコン物質の余分厚さの酸化はまた、トレンチ 壁に近くで一層厚い酸化物層を提供する。余分のポリシリコンのかすのために正 しい寸法を選択することにより、周囲の酸化物層と実質的に同一厚さのトレンチ のエッジにおける酸化物層を生成可能であり、この方法で、一層平坦な表面を達 成できる。沈積温度を適当に選ぶことにより、沈積されるシリコンの粒のサイズ を調節することができ、すなわち、５８０℃での沈積はアモルファスシリコンを 生成し、６００℃での沈積は微結晶シリコンを生成し、６２０℃での沈積は多結 晶シリコンを生成する。アモルファスシリコンは微結晶シリコンよりも迅速に酸 化し、微結晶シリコンは多結晶シリコンよりも迅速に酸化する。従って、トレン チ物質と余分物質の相対的な酸化比率を調節して、余分物質の沈積温度を調節す ることにより、希望するトレンチの横断面プロファイルを形成できる。 この発明により形成されるトレンチ形成は、多くの長所を有する。一つの明白 な長所は、トレンチの上の表面がもはや垂直のステップを有さないことであり、 このことは、望ましくない物質がトレンチ内で捕捉されて後で問題を起こす危険 を減少する。もう１つの利点は、酸化物または窒化物が沈積された後またはポリ シリコンが沈積されてこの発明による方法で腐蝕し返されて後に、一層なめらか で平坦な表面が達成されることである。更なる長所は、トレンチ内の機械的応力 が減少することである。 図面の簡単な説明 添付の図面を参照しながら、この発明により形成されるトレンチ構造の実施例 により、以下にこの発明を一層詳細に説明する。 図１ａないし図１ｈは、先行技術によるトレンチを形成中の横断面の諸段階を 示す。 図２ａないし図２ｉは、この発明の実施例によるトレンチの形成中の横断面の 諸段階を示す。 実施例の詳細な説明 図１ａはトレンチを製造する公知の方法における第１段階を示す。平坦な表面 ３を有するウエハのシリコン基板２の中へ、トレンチ１が腐蝕されている。平坦 な表面の上の絶縁層４は、例えば２酸化シリコン、窒化シリコン、またはこれら の化合物であって、トレンチ１のエッチングの間じゅう、マスキングとして働く 。 図１ｂにおいて、第２絶縁層９は、例えば２酸化シリコン、窒化シリコン、ま たはこれらの化合物であって、トレンチ１内または第１絶縁酸化物層４上に生成 されている。第１絶縁層４が平坦な表面３から除去された後に、絶縁層９を沈積 することも可能である。図１ｃにおいて、ポリシリコン層６はシリコン基板２の 実質上全体の上に沈積されており、またトレンチ１内でトレンチ１をあふれるの に充分な厚みまで沈積されている。窪みすなわち垂直に下向きのステップ８’が 、トレンチ１の上にある。 図１ｄにおいて、シリコン基板２の実質的に平坦な表面上の第２絶縁層９を露 出するために、ポリシリコン層６を腐蝕済みである。この第２絶縁層は腐食に対 して抵抗力を有する。これにより、絶縁酸化物の壁９とポリシリコン６のコアを 有するトレンチ１により分離されたシリコン基板２の島が残る。第２絶縁層６を 露出するために、ウエハ表面からポリシリコン６を腐食し去ると、下向きに垂直 なステップ８が、トレンチ１の上に残る。これは、ポリシリコン層６の過度な腐 蝕により引き起こされる。この過度な腐蝕は、平坦な表面３上のポリシリコンを 全て除去するのを確実にするために必要である。 トレンチ１内に残っているポリシリコン６の表面をそれから酸化して、図１ｅ に示すようにトレンチの上に絶縁酸化物カバー１０を形成する。シリコン基板２ は、トレンチ１の酸化物の壁がトレンチの内側で下向きに傾く斜面の頂上を有す る領域１２において、ポリシリコン６の薄いカバーのみを有する。酸化加工の間 じゅうに、シリコン基板２もまた酸化され得るし、特に、酸化のステップ以前に 、前記カバーの酸化物が薄い領域で、酸化され得る。これは、領域１２およびこ れらのこれらの領域に近い酸化物９、同１０の中に、高い機械的応力を生成する 。 これに続く加工はしばしば湿式エッチングを使用して、熱により生成された酸 化物を除去することにより、平坦な表面３上の絶縁層９が薄くなるか、または完 全に除去されるようにする。絶縁層４がそれでも存在する場合は、すくなくとも それが部分的に薄くされることも考えられる。酸化物についての湿式エッチング の腐蝕速度は、その酸化物内の機械的応力に大きく左右される。これは、高い機 械的応力の領域１２内の酸化物が、その他の表面よりも深く腐蝕されることを意 味する。図１ｆに示すように、これはトレンチ１のエッジに沿った不規則な溝１ ４になるかもしれない。 導体物質１６の沈積を含む次の加工の間に、図１ｇに示すように、これらの溝 １４は導電物質１６で充填される。望ましくない導電物質１６を除去するための その後の加工の持続時間は、溝１４の底にある導電物質を全て除去するには不充 分であり、図１ｈに示すように、余分な導電物質のかす１８が溝の中に残される かもしれない。特にこれらのかすが後続の処理中にトレンチ上に置かれる導体に 接触するほどこれらのかすが高い場合に、これらのかす１８は短絡などの問題を 起こすかもしれない。 図２ａないし図２ｄに図示するように、平坦なトレンチの形成について、この 発明による方法の実施例において、例えば図１ａないし図１ｄに関して上述した ような従来の仕方で基板内にトレンチが腐蝕される。例として、シリコン基板、 絶縁物質として２酸化シリコン、充填物質としてポリシリコンを使用する実施例 により、この発明を説明する。例えば炭化珪素または他の３族または５族の物質 を使用することが考えられるし、または基板に適した他の物質、および絶縁物質 は、酸化物、珪化物など、およびそれらの組み合わせのようなあらゆる適当な化 合物であり得る。更にトレンチ充填物質はポリシリコンに限定されず、例えばア モルファスシリコン、微結晶シリコン、または結晶シリコンの化合物であり得る 。シリコン以外の物質を使用することに基づいた基板内にトレンチ構造を形成す る場合は、適当な属性を有する他の充填物質を使用することが当然可能である。 図２ｅにおいて、トレンチを充填するのに使用したのと同一のタイプの物質（ この例ではポリシリコン）の余分の合わせ目２０が、いずれかの適当な方法でト レンチのエッジに沿って敷かれているのが見られる。そうした方法の一例は、例 えば０．３−０．８Ｔｍの厚さｔのシリコンを最初にウエハ全体の上に沈積す ることである。フィルム２１はまた、トレンチ１内のポリシリコン６上および下 向きの垂直ステップ８の側面へ直接に沈積されて、これによりフィルム２１の沈 積後に、複数の垂直ステップ８は互いに２ｔだけ接近する。このフィルム２１の 厚さｔは、トレンチの下向きの垂直ステップの高さｈによって決まる。このフィ ルム２１は、図２ｅに破線により示されている。それからフィルム２１は、主と して垂直方向に腐蝕する等方性腐蝕により、距離ｔを腐蝕し返される。これは、 平坦な表面上の酸化物層４および／または同９と、トレンチの中央のポリシリコ ンを露出するが、フィルム２１の垂直な厚さが最大であるトレンチのエッジに沿 ったポリシリコン２０の余分の合わせ目を残す。 この発明の好ましい実施例において、フィルム２１の厚さｔと等方性腐蝕の持 続時間を計算して、シーム２０内のポリシリコンの酸化後に、でき上る酸化物層 がシリコン表面３を覆う絶縁酸化物層の厚さと実質的に等しい厚さを有するよう にエキストラのシーム２０に厚さｄを与える。ポリシリコン６と同２０のトポグ ラフィは、今やポリシリコンの薄い覆いだけの領域が無くなっている。それから 、図２ｆに示すように、露出されたポリシリコン６と同２０からトレンチ１上に 絶縁酸化物カバー２２を形成するために、在来の仕方でウエハを酸化する。領域 １２内に利用できるポリシリコン物質がこれ以上無いので、領域１２内でシリコ ン基板が酸化されず、従って高い機械的応力の領域は発生しない。酸化以前のポ リシリコン層の厚さが均一であればあるほど、一層均一な酸化物層になる。ポリ シリコン２０の余分の合わせ目の形状と寸法を変化させることにより、実質的に 平坦で、周囲の基板の露出表面と同一平面上の酸化物層を生成することができる 。更に、沈積温度を適当に選択することにより、沈積されるシリコンの粒のサイ ズを調節できる、すなわち、５８０℃での沈積はアモルファスシリコンを生成す るが、一方、６００℃での沈積は微結晶シリコンを生成し、また６２０℃での沈 積は多結晶シリコンを生成する。アモルファスシリコンは微結晶シリコンよりも 迅速に酸化し、微結晶シリコンは多結晶シリコンよりも迅速に酸化する。従って 、トレンチ物質と余分物質の相対的な酸化比率を調節して、余分物質の沈積温度 を調節することにより、希望するトレンチ横断面プロファイルを形成することが できる。 図２ｇに示すように、高い機械的応力の領域が存在しないために、熱による酸 化物の湿式エッチングバックの間に全然溝が形成されない。 図２ｈと図２ｉに示すように、導電物質１６の後続の充填は全て、一層均一な 深さを有し、また導電物質１６の除去は、望ましくない導電物質のかすを残さず に、遂行し得る。 このによる方法の第２実施例において、図２ａないし図２ｄを参照して上述し た方法を使用して、トレンチが形成される。それからトレンチ内のポリシリコン ６が酸化されて、余分の合わせ目の物質がトレンチのエッジに沿って敷かれる以 前にシリコンの層を形成する。酸化シリコンのこの層は、更なる加工に関してス トップ層として作用して、トレンチ内で下に横たわるポリシリコンが後続の加工 段階で腐蝕または酸化されることを防止する。ポリシリコンは、好ましくは、８ ００℃ないし９００℃の範囲の比較的低温で酸化される。 この発明の第３の実施例において、ポリシリコンの代わりに、酸化物の更なる 層がトレンチの壁を含むウエハ全体の上に沈積されるが、これは、ポリシリコン でトレンチを充填するステップと、これに続くポリシリコンのエッチングバック が遂行された後に行われる。この更なる層の深さは、トレンチの垂直な高さと後 述するシームに必要とされる高さによって決まる。それからこの酸化物層は、主 として垂直方向に腐蝕する等方性腐蝕により以前の酸化物層へ腐蝕し返され、こ うして前述のように、トレンチのエッジに沿って余分の合わせ目の物質を残す。 余分の合わせ目の厚さ（およびこうして沈積された酸化物層の厚さ）は、トレン チのエッジに沿った残存酸化物層の厚さ（高さ）が、もともとの絶縁酸化物層の 厚さに等しくなるように選択され、また、ポリシリコンの薄い覆いを有するトレ ンチエッジのいずれかの領域を覆うのに充分なだけの量を、複数のトレンチ壁が 互いの方へ移動するように選択される。余分の合わせ目の各々の厚さが最大トレ ンチ幅の半分より大きい場合は、トレンチはこれらの合わせ目により完全に充填 される。等方性エッチングバックの後に、周囲の露出表面と実質的に同一平面上 のトレンチ表面が生成される。酸化物のこれらの余分の合わせ目は、ウエハの後 続の加工の間じゅうに酸化されず、従って、トレンチのエッジ付近に起こる高い 機械的応力を防止する。 この発明の第４の実施例において、窒化物の更なる層が、この発明の第３実施 例において指摘した更なる酸化物層と置き換えられる。第３実施例について説明 したのと類似の仕方で、ウエハ上にこの窒化物層が沈積されて、続いて腐蝕し返 される。 この発明の全ての実施例において、絶縁層はあらゆる適当な物質から作ること ができ、それには酸化物、窒化物、または基板物質に類似のものが含まれる。 この発明による方法は、基板上に能動構成要素が生成された後に、また耐腐蝕 物質と耐酸化物質で覆うことにより、それらが腐蝕と酸化から保護された後に、 好ましくは遂行される。

───────────────────────────────────────────────────── 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． 平坦な表面（３）を有する半導体物質（２）の基板（２）内にトレンチ を製造する方法であって、 マスク（４）により基板（２）の平坦な表面（３）内のトレンチ（１）の希望 する位置をマスクするステップと、 前記平坦な表面（３）内に希望する深さのトレンチ（１）を腐蝕するステップ と、 前記基板（２）の露出した表面の一部または全部を加工して第１絶縁層（９） を形成するステップと、 前記第１絶縁層（９）上に絶縁物質の第２層（６）を沈積し、前記絶縁物質の 第２層（６）は前記トレンチ（１）の幅に等しいかまたはこれよりも大きい厚さ を有するステップと、 前記平坦な平面（３）上に前記第１絶縁層（９）が露出されるが、前記トレン チ（１）は尚前記絶縁物質（６）の前記第２層を含んでいるときまで、前記絶縁 物質の第２層（６）を腐蝕し返すステップを含んでなり、 それによりトレンチ（１）の上に高さｈの実質的に垂直な下向きのステップ（ ８）が形成され、 前記ウエハ（２）上の前記露出された表面とトレンチ（１）内の前記第２層（ ６）の上に、前記絶縁物質（６）と同一のタイプの物質の絶縁フィルム（２１） を沈積するステップと、 トレンチ（１）のエッジの領域内の前記トレンチ（１）内の前記絶縁物質の第 ２層（６）に残存する前記絶縁フィルム（２１）の深さｄが、前記ステップ（８ ）に実質的に等しいか、またはこれより小さくなるように、前記絶縁フィルム（ ２１）を等方的に腐蝕し返すステップを特徴とする、前記方法。 ２． 前記ウエハ（２）の前記露出された表面およびトレンチ（１）内の前記 第２層（６）の上に、前記絶縁物質（６）と同一のタイプの絶縁物質（２１）を 沈積する以前に、トレンチ（１）内の前記第２層を酸化するステップを含んでな ることを特徴とする請求項１記載の方法。 ３． 前記半導体物質（２）は、周期表の３族または５族からのものである請 求項１または請求項２記載の方法。 ４． 前記半導体物質（２）はシリコンを含んでなることを特徴とする前項ま での請求項のいずれかに記載の方法。 ５． 前記絶縁物質（２１）および絶縁物質の第２層（６）は、ポリ半導体物 質、アモルファス半導体物質、微結晶半導体物質、または１つまたはそれ以上の 結晶半導体化合物を含んでなることを特徴とする前項までの請求項のいずれかに 記載の方法。 ６． 前記第１絶縁層（９）は半導体物質の酸化物であることを特徴とする前 項までの請求項のいずれかに記載の方法。 ７． 前記マスク（４）は下にある表面を腐蝕されることおよび酸化されるこ とから保護する半導体物質の酸化物であることを特徴とする前項までの請求項の いずれかに記載の方法。 ８． 前記腐蝕し返される絶縁フィルム（２１）を酸化する更なるステップを 特徴とする前項までの請求項のいずれかに記載の方法。 ９． 酸化される以前の前期絶縁層（２１）の厚さは、完全に酸化された後に その結果の酸化物層（２２）が前記露出された平坦な表面（３）と実質的に同一 平面内にあるように調節されることを特徴とする請求項８記載の方法。 １０． 前記絶縁層（２１）は、絶縁物質（６）の前記第２層の構造よりも一 層迅速に酸化される構造で沈積されることを特徴とする前項までの請求項のいず れかに記載の方法。 １１． 請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の方法により製造される ことを特徴とする半導電基板内のトレンチ。