JP2004507110A - 集積回路中に浅い絶縁領域を形成する製造方法とその製造方法によって形成された集積回路 - Google Patents

Abstract

絶縁領域の形成に、基板（１）の容積部分へのイオン注入と、それに続く基板（１）の注入容積部分（７）のアニーリングとを含む。

Description

【０００１】
本発明は集積回路の製造方法、特に浅い容積絶縁領域または絶縁側面領域の形成方法に関する。
【０００２】
このような浅い容積の絶縁領域は、半導体基板上に実装されている集積回路の、主としてＣＭＯＳトランジスタの能動エレメントを含む能動領域間の横方向の電気絶縁を実現するのに役立つ。
【０００３】
今日、このような絶縁領域は、主として、半導体基板の表面上の所望の部分を化学エッチングして、所望深さの溝を形成することにより製造されている。したがって、準備とクリーニングの所定数のステップ（処理工程）の後に、構造の全体表面上に電気絶縁酸化物を堆積させて、溝を完全に埋める。その後、再度化学エッチング・プロセスにより余剰の酸化物材料を除去する。
【０００４】
従来技術によるこのような絶縁領域形成の例を以下に詳述する。
【０００５】
層の第１スタックは半導体材料（ウェーハ）の基板の表面上に形成される。まず最初に（ｉ）当業者により「ＰＡＤＯＸ（Ｐａｔｔｅｒｎ−Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）（パドックス）法」と一般的に称される犠牲酸化層または緩衝層が基板の上面に形成される。（ｉｉ）次に、それの根本的な機能から、以後「ハード・マスク」と称する第２層（例えばＳｉ_３Ｎ_４（窒化けい素））を、化学気相蒸着法（ＣＶＤ）により形成する。（ｉｉｉ）その次に、後の絶縁領域の寸法を定める樹脂マスクをハード・マスク層上に形成する。（ｉｖ）ハード・マスク層（窒化けい素）および緩衝層（酸化けい素）を樹脂マスクの開口部を通して除去し、基板の上面を露出させる。（ｖ）次に、基板を深く化学エッチングして溝を形成する。所望の溝深さを得たら、（ｖｉ）樹脂層を除去する。
【０００６】
（ｖｉｉ）「パドックスの露出」として当業者に知られている後処理工程では、製造方法のこの段階で基板とハード・マスク層（窒化けい素）の間に挟まれている緩衝層（酸化けい素）を側面エッチングして、所望の横方向距離に空隙を得る。（ｖｉｉｉ）溝は酸化後に埋める。
【０００７】
（ｉｘ）次に溝を二酸化けい素で埋め、次に（ｘ）酸化ＴＥＯＳ（エチールのテトラオルソシリケート）またはＨＤＰ型（高密度プラズマ）の酸化物で埋めた後に、（ｘｉ）ＲＴＰ型（急速加熱処理）の炉または装置で高密度化アニーリングを開始する。
【０００８】
（ｘｉｉ）したがって、樹脂のブロックは溝の上方の酸化ＴＥＯＳ上に形成される。
【０００９】
（ｘｉｉｉ）マスクとして樹脂ブロックを使用して、化学エッチングをその構造上で実行する。ただしその前に、（ｘｉｖ）樹脂ブロックを除去し、（ｘｖ）ハード・マスク層（窒化けい素）が露出されるまで化学−機械研磨（ＣＭＰ）を行う。
【００１０】
（ｘｖｉ）最後に、溝の外側のハード・マスク層を化学エッチングにより除去する。
【００１１】
このような従来技術の製造方法は、多数のステップ、特に湿気の多い環境での化学エッチング操作を実行する必要がある点で実用性に欠け、さらにこれらステップのいくつかは習熟することが困難である。さらに、基板のさまざまな領域と異なるバッチの各種基板の溝に再現可能な均一性を実現するのが困難であることが判明している。
【００１２】
本発明の目的はこれらの問題の解決方法を提供することである。
【００１３】
本発明の目的の１つは、浅い絶縁領域を形成するのに実行する必要があるステップの数を減少し、それにより、製造コストを下げることである。別の目的は容易に習熟できる製造方法を実現し、絶縁領域の構造に良好な再現可能な均一性をもたらすことである。
【００１４】
したがって、本発明は、基板の容積部分内に絶縁領域を形成するステップを含む集積回路の製造方法を提案する。本発明の一般的な特徴構成に従い、絶縁領域の形成には、基板の容積部分へのイオン注入と、それに続く、基板の注入容積部分のアニーリングとが含まれる。
【００１５】
本発明によるこれらの２つのステップは、前述の従来技術の製造方法のステップ（ｉｖ）および（ｘｉｖ）に置き換わるものである。
【００１６】
ここでアニーリングは、イオン注入されたゾーン内に酸化物を形成することに導くことに注意すべきである。さらに、基板が単結晶基板から製造されているため、イオン注入されるゾーンは酸化物の形成と再結晶を助長する単結晶網状組織により囲まれる。
【００１７】
さらに、本発明による２つのステップは酸化物の再結晶化を生じるだけではなく、シリコン（活性ゾーン）と酸化物（絶縁領域）の間の境界面にシリコン網状組織を再生成する。
【００１８】
１つの実施の形態では、基板の容積部分に注入されるイオンは酸素イオンである。特にアニーリング操作は高温で行なわれる。
【００１９】
本発明の１つの実施の形態では、絶縁領域の形成には、次のステップ、すなわち、
・基板上に緩衝層およびマスク層を含む層のスタックを形成するステップと、
・絶縁領域の寸法を定める、その寸法の開口を有するマスク層を提供するステップとを含む。
【００２０】
したがって、この開口により緩衝層の一部が露出される。基板へのイオン注入は緩衝層を通して実行される。
【００２１】
本発明の各種の実施の形態を使用して、注入およびアニーリングにより絶縁領域の形成を有利に完成することができる。
【００２２】
したがって、１つの実施の形態では、注入後に以下のステップを実行することができる。すなわち、
１ａ）マスク層、開口の側壁、および開口内の緩衝層の露出部分を酸化被膜層でカバーするステップと、
１ｂ）ステップ１ａ）で得られた構造の上面を化学−機械研磨するステップと、
１ｃ）マスク層を選択的に除去するステップと
を実行することができる。これにより、ステップ１ａ）において供給された初期の酸化層の残留部が残る。
【００２３】
この実施の形態によれば、酸化被膜層により追加の酸化物厚さを実現することができ、それにより、選択的なエッチングの間の絶縁領域における酸化物の消費量を最小にすることができる。また、ＭＯＳデバイスの操作に悪影響を与える活性領域に関連する絶縁領域のへこみ（階段状）の形成の危険性を最小にすることができる。
【００２４】
別の実施の形態では、酸化被膜層によるカバーをイオン注入より前に実行することができる。この場合、注入は酸化被膜層および緩衝層を通して行われる。さらに酸化被膜層は、すべてのイオン注入において不可避的に発生する酸化物の浸食現象（スパッタリング）に起因する、注入中の酸化物の総消費量を最小にするのに役立つ。したがって、この酸化層は、前述のように、選択的なエッチングの間の保護にも役立つ。
【００２５】
別の実施の形態では、以下のステップを実行することができる。すなわち、
２ａ）選択的酸化により、酸化被膜手段によって開口の側壁と開口内の緩衝層の露出部分を保護するステップと、
２ｂ）マスキング層を選択的にエッチングするステップと
を実行することができる。これにより同様にバッファ層の以前の露出部分に最初の酸化物層の残留物が残る。
【００２６】
さらに、この実施の形態によれば、前述の説明と同様に、選択的酸化により得られた酸化被膜層は付加的な酸化物の厚みを得ることもできる、これにより、絶縁領域の酸化物の消費量を最小にし、および活性領域に関連する絶縁領域のくぼみ（階段状）を形成する危険性を最小にすることができる。
【００２７】
別の実施の形態では、選択的酸化により実現される酸化被膜層によるカバーはイオン注入前に実行することもできる。この場合には、前述の説明と同様に、注入は酸化被膜層と緩衝層を通して行われる。さらに酸化被膜層はまた、すべての注入中において不可避的に発生する酸化物の侵食現象（スパッタリング）が原因である、注入中の酸化物の総使用量を最小にするのに役立つ。したがって、この酸化層は前述のように、選択的エッチングの間の保護の役割を果たす。
【００２８】
さらに別の実施の形態では、本発明によるイオン注入の実施は、注入された容積部分の位置が基板の上面から少し離れるように実施される。したがって有利には、次のステップが実行される。すなわち、
３ａ）開口内の緩衝層の除去により、表面のクリーニングを可能にするステップと、
３ｂ）注入された容積部分の上方の、開口内に位置する基板の一部を局部的に酸化するステップと、
３ｃ）マスク層を選択的にエッチングするステップと
が実行される。これにより酸化される容積部分上方に酸化された基板のヴォールト（ｖａｕｌｔ：丸いフタ状の部分）を形成する。
【００２９】
前述の従来技術の製造方法と比較して、本発明による製造方法は多くの利点を提供する。特に、溝の化学エッチングと、化学エッチングの目的である溝の側壁と底の酸化の必要が無くなる。酸化ステップは比較的長く、得られる溝（深さと形状）の横断面形状を正確に管理するのは困難である。
【００３０】
しかし、本発明によるイオン注入ステップにおいて、絶縁容積の形状（形状と深さ）はこのステップのパラメータ、特にイオンビームのイオンの運動エネルギー、イオンビームの強度、イオンビームに基板を露出する時間を精密に調整して適正に管理することができる。
【００３１】
マスク層上で実行される再結晶化と選択的エッチングのステップから得られる絶縁容積部分の上面の平面度は、従来技術の製造方法に比較して改良される。
【００３２】
露光リゾグラフィ・ステップの数が減少する。
【００３３】
本発明による製造方法のステップ数の減少により、製造方法の制御が簡単になり、したがって優れた再現性が得られる。
【００３４】
本発明の他の特徴と利点は、以下の、実施形態の非制限的な詳細な説明および添付図面から明らかになるであろう。
【００３５】
図１ａは集積回路を形成するのに使用される基板１の横断面図である。基板の上面は緩衝層２でカバーされ、緩衝層２上にマスク層３が堆積されている。
【００３６】
基板１の材料は一般に単結晶シリコンである。基板の厚さは、例えば３μｍのオーダーである。当業者には一般に「パドックス」と呼ばれる緩衝層２は、通常二酸化けい素で構成され、それは成長により形成される。緩衝層２の厚さは、例えば５０〜２００Å（５〜２０ｎｍ）のオーダーである。
【００３７】
マスク層３は、一般に化学気相蒸着法（ＣＶＤ）で得られ、例えば窒化けい素（Ｓｉ_３Ｎ_４）で製作される。その後に絶縁溝の位置を従来の露光リソグラフィ製造方法により形成し、次に、マスク層３を前記溝位置にエッチングして、緩衝層２の表面１４ａを露出する開口４を形成する。
【００３８】
これで、基板をイオンビーム６で照射する準備がなされる。開口４の中で、イオンビームが緩衝層２の表面を照射し、緩衝層を基板１まで貫通する。開口４の外側では、イオンビーム６は樹脂層３に吸収される。
【００３９】
基板１内へのイオンの貫通深さは、イオンビーム６の平均運動エネルギーにより制御することができる。このように、注入されるイオンの濃度は図１に示す構造の露出継続時間と、イオンビーム６の強さ（具体的には電流密度）により制御される。好ましくは、注入されるイオンの濃度を基板の材料の関数として選択し、それにより基板の材料との化学量論的平衡を達成し、以後に説明するアニーリング処理の後に、電気絶縁電子材料の形成を達成する。
【００４０】
したがって、異なる深さにおいてほぼ均一な好ましいイオン分布を得るには、連続した注入を異なるそれぞれのエネルギー／照射量で実行する必要がある。このようにして、表面上および深さで可能な限り均一な最終酸化が得られる。
【００４１】
好ましくは、注入されるイオンは酸素イオンである。しかし、本発明によれば、アニーリング後および基板の材料に関連して、電気絶縁材料の形成を実現できる異なるタイプのイオンも、同様に使用することができる。
【００４２】
図１ｂは、図１ａに示す構造をイオンビームに露出した後の状態を示す。基板１の内部で、注入される容積部分７ａが形成される。この注入される容積部分７ａの深さは、１回または複数回の注入過程のイオンの運動エネルギーにより決定される。イオンと緩衝層２および基板１との相互作用により、複数の拡散現象が発生する。したがって、注入される領域７ａの幅は、開口４の幅よりわずかに広くなる。
【００４３】
イオン注入に引き続き、図１ｂで得られた構造を処理して、注入された容積部分７ａに電気絶縁材料を得る。１つの解決策は、この構造を高温で、材料の完全な変質を達成するのに十分な時間でアニーリングすることからなる。このように、例えば、アニーリングを１１００℃より高温（例えば１２００℃〜１３５０℃の温度）で、最低限３時間実施することができる。つまり、一般に、１３００℃でのアニーリングに対し、５〜６時間のオーダーの時間長さである。好ましくは、電気絶縁材料７ｂ（図１ｃ）は二酸化けい素である。アニーリングの工程後、緩衝層およびアニーリングされた容積部分７ｂは、両方が図１ｃに示すように酸化けい素から構成されているため、均一になる。
【００４４】
酸化の形成が達成されると、ハードマスク３を除去して、図１ｄに示すような構造を得る。これは、当業者には既知の選択的な化学エッチング方法により実現される。したがって、ハードマスクが特に窒化けい素で形成されているとき、有利にはＨ_３ＰＯ_４の水溶液を使用することができる。
【００４５】
本発明による製造方法のこの段階において、酸化で形成されている容積部分７ｂは、所望の浅い絶縁領域７を形成する。層２の上面と領域７ｂとは、層３の除去の間にわずかにエッチングされるが、この構造の表面１４ｄは、ハードマスクの除去後も基本的に平坦である。
【００４６】
次に図２〜６を参照して、本発明による製造方法の５つの実施の形態を説明する。
【００４７】
図２ａに示す構造は図１ｃに示す構造に相当する。
【００４８】
酸化被膜層８は図２ａに示す全体構造上に均一に堆積され、これにより図２ｂに示す構造を形成する。すなわち、酸化層８は、部分８ａ〜８ｃ全体で均一厚さを有する。酸化層８は、例えば、化学気相蒸着法（ＣＶＤ）で堆積できるＴＥＯＳ酸化により形成することができる。その厚さは５０〜５００Å（５〜５０ｎｍ）である。
【００４９】
図２ｃにその結果を示す次のステップでは、化学−機械研磨操作を実施し、ハードマスク層３をカバーしている酸化層の部分８ａを除去する。
【００５０】
最後に、図１ｄにより説明したものと類似の方法でハードマスク層を選択的に除去する。このようにして所望の酸化被膜層が得られる、すなわち、この酸化層は、初期の酸化層の部分８ｃと、図２ｂの開口４の横壁５をカバーする初期の酸化層の部分８ｂの残留部８ｄとにより形成されている。
【００５１】
図３ａ〜３ｃに示す実施の形態では、酸化被膜層は選択的酸化製造方法により実現される。具体的には、図３ａに示す構造の選択的酸化を実行して（この構造は図１ｃの構造と類似）、樹脂マスクの開口４内に初期の被膜層９（図３ｂ）を形成する。次に、前述の方法と類似の方法でマスク３を選択的に除去した後、図３ｃに示す構造を得る。その場合、イオン注入されたゾーン７ｂが初期層９の部分９ｃの一部と部分９ｂの残留部９ｄとによりカバーされる。
【００５２】
図４および５に示すように、酸化被膜層８（図４）または９（図５）を実現した後、１回または複数回のイオン注入を実行することができる。この場合のイオン注入は酸化被膜８または９と緩衝層とを通して実行される。アニーリング後、図２ｂまたは３ｂの構成と類似の構成を得て、その製造方法を前述と同様に続行する。
【００５３】
図６ａ〜６ｄに示す実施の形態では、１回または複数回のイオン注入が異なる深さで実行される（図６ａ）。このようにして注入された部分７ｂは、基板１の上面から一定の距離の位置に形成される。次に、前述と同様に、部分７ｂにアニーリングを施す。次に、図６ｂに示すように、選択的化学エッチング操作を緩衝層２に実施することにより、樹脂層３の下部に空隙１２を形成する層２の側面をわずかにエッチングする。
【００５４】
次に、図６ｃに示すように、基板の開口４内に局所酸化を施す。このような局所酸化は当業者には、「ｍｉｎｉｌｏｃｏｓ」として知られているところである。次に、基板の部分１０（注入された領域７ｂの上方に位置する）を酸化し、図６ｃおよび６ｄに示すボールト１３を形成する。
【００５５】
最後に、図６ｄに示すように、前述と同様の方法でマスク層３を除去し、基板１上に突出する絶縁領域を実現する。
【００５６】
本発明の製造方法により得られる集積回路は、電子装置の分野における多くの用途に使用することができる。図７は、本発明による集積回路ＣＩを少なくとも１つ含むそのような電子装置ＳＥを示す。
【００５７】
さらに、本発明による集積回路の製造方法は、特に、通信システムに使用される電子装置の実現に適するものである。図８は、そのような用途の一例として、セルラ方式移動電話または基地局などの移動電話の端末ＴＥを示し、その端末には本発明による集積回路ＣＩを少なくとも１つ組み込んでいる少なくとも１つの電子装置ＳＥを含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１ａないし図１ｄは本発明による製造方法の第１の実施の形態の原理的ステップを示す断面図である。
【図２】図２ａないし図２ｄは本発明による製造方法の第２の実施の形態の原理的ステップを示す断面図である。
【図３】図３ａないし図３ｃは本発明による製造方法の第３の実施の形態の原理的ステップを示す断面図である。
【図４】本発明による製造方法の第４の実施の形態を部分的に示す断面図である。
【図５】本発明による製造方法の第５の実施の形態を部分的に示す断面図である。
【図６】図６ａないし図６ｄは本発明による製造方法の第６の実施の形態の原理的ステップを示す断面図である。
【図７】本発明による製造方法によって実現された集積回路を少なくとも１つ含む電子システムを示す概略平面図である。
【図８】図７に示す最低限１つの電子システムを含むセルラ方式移動電話または基地局のような移動電話の端末を示す概略平面図である。

Claims (14)

1. 基板（１）の容積部分（７）内に絶縁領域を形成するステップを含む、集積回路を製造する製造方法において、前記絶縁領域の形成は、前記基板（１）の容積部分へのイオン注入と、それに続く前記基板（１）の注入された容積部分（７）のアニーリングとを含むことを特徴とする、集積回路を製造する製造方法。
2. 基板の容積領域に注入されるイオンが酸素イオンであることを特徴とする、請求項１に記載の製造方法。
3. アニーリング操作が高温度で実施されることを特徴とする、請求項１または２に記載の製造方法。
4. 前記絶縁領域の形成は、
   ａ）前記基板（１）上に、緩衝層（２）とマスク層（３）とを含む層のスタックを形成するステップと、
   ｂ）前記絶縁領域の寸法を定める寸法を有する開口（４）を備えたマスク層（３）を設けるステップと、
   を含み、前記開口は前記緩衝層の一部を露出させ、そこに前記緩衝層を通してイオン注入を実行することを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の製造方法。
5. 前記絶縁領域の形成は、
   ａ）前記マスク層（３）、前記開口（４）の側面壁（５）、および酸化被膜層（８）を持つ前記開口（４）内の前記緩衝層の露出部分をカバーするステップを含み、注入を前記酸化被膜層および前記緩衝層を通して実行することを特徴とする、請求項４に記載の製造方法。
6. 前記絶縁領域の形成はまた、注入後に、
   ａ）前記マスク層（３）、前記開口（４）の側面壁（５）、および前記酸化被膜層（８）を持つ前記開口（４）内の前記緩衝層の露出部分をカバーするステップを含むことを特徴とする、請求項４に記載の製造方法。
7. 前記絶縁領域の形成はまた、
   ｂ）ステップａ）で得られた構造体の上面を化学的−機械的に研磨するステップと、
   ｃ）前記マスク層（３）を選択的に除去して、前記酸化被膜層の残留部（８ｃ，８ｄ）を残すステップと、
   を含むことを特徴とする、請求項５または６に記載の製造方法。
8. 前記絶縁領域の形成は、
   ａ）選択的酸化によって、酸化被膜層（９）により、前記開口（４）の側面壁（５）と前記開口（４）内の緩衝層の露出部分とをカバーするステップを含み、
   注入を前記酸化被膜層と緩衝層とを通して実行することを特徴とする、請求項４に記載の製造方法。
9. 前記絶縁領域の形成はまた、注入後に、
   ａ）選択的酸化によって、酸化被膜層（９）により、開口の側面壁（５）と開口（４）内の緩衝層の露出部分とをカバーするステップを含むことを特徴とする、請求項４に記載の製造方法。
10. 前記絶縁領域の形成はまた、
    ｂ）前記マスク層を選択的にエッチングして、前記酸化被膜層の残留部（９ｃ、９ｄ）を残すステップを含むことを特徴とする、請求項８または９に記載の製造方法。
11. イオン注入が、注入される容積部分（７ｂ）が基板の上面から一定の距離の位置に形成されるように実行され、
    ａ）前記開口（４）内の緩衝層を除去するステップと、
    ｂ）前記開口（４）内の前記注入される容積部分（７ｂ）の上方に位置する基板の部分（１０）を局部的に酸化するステップと、
    ｃ）前記マスク層を選択的にエッチングするステップと、
    が実行されることを特徴とする、請求項４に記載の製造方法。
12. 請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の製造方法により得られた絶縁領域を少なくとも１つ含む集積回路。
13. 請求項１２に記載の集積回路を少なくとも１つ含む電子装置。
14. 請求項１３に記載の電子装置を少なくとも１つ含む移動電話用の端末。