JP2006501667A - 分離材料で満たされた溝より成るフィールド分離領域を有する半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

活性領域（３）を取り囲むフィールド分離領域（２）が設けられた表面（４）を有するシリコン本体（１）を備えた半導体装置の製造方法。この方法では、シリコン本体の表面に、ある材料の補助層（５）が設けられ、その上に、酸化処理の間に、シリコン本体のシリコン上よりも厚くシリコン酸化物の層が形成される。ここでは、シリコン及びゲルマニウムを備える補助層が上記表面上に形成され、そして、前記補助層はＳｉ_ｘＧｅ_{１−ｘ−ｙ}Ｃ_ｙ、ここでは、０．７０＜ｘ＜０．９５そしてｙ＜０．０５の層であると好ましい。次に、フィールド分離領域が形成される位置において、補助層内に開口（９）が形成され、そして、シリコン本体内にトレンチ（１１）が形成される。次に、トレンチの壁（１２）上にシリコン酸化物層（１３）が設けられ、そして、開口の壁（１０）にシリコン窒化物層（１４）が設けられ、両者とも酸化処理により形成される。補助層はその厚み全体に渡っては酸化されない。酸化処理の後、分離材料の層（１８）が堆積され、これがトレンチ及び開口を完全に満たす。続いて、補助層（１７）の非酸化部分が露出するまで平坦化処理が行われ、そして、補助層の露出部分が除去される。従って、活性領域（３）上に延在する端部（１９）を有するフィールド分離領域（２）が形成される。

Description

この発明は、シリコン本体の表面に、ある材料の補助層が設けられ、その上に、酸化処理の間に、シリコン本体のシリコン上よりも厚くシリコン酸化物の層が形成され、その後、フィールド分離領域が形成される位置において、補助層内に複数の開口が形成され、シリコン本体表面内に複数の溝が形成され、その後、酸化処理が行われて、溝及び開口の壁にシリコン酸化物の層が設けられ、しかし、開口近傍の補助層がその厚み全体で酸化されることはなく、その後、続いて、分離材料の層が溝及び複数の開口が完全に満たされるような厚みで堆積され、補助層の非酸化部分が露出するまで平坦化処理が行われ、そして、補助層の非酸化部分が除去される、半導体装置の製造方法に関する。

酸化処理の間、例えば、酸化雰囲気内でシリコン本体を加熱することにより、開口の壁に、溝の壁に形成されるより厚いシリコン酸化物の層が設けられる。従って、溝の隣部において、開口の壁に形成されたシリコン酸化物の層がシリコン本体の非酸化シリコン上部に突出する。この分離端部は、平坦化処理と補助層の非酸化部分のエッチング除去との間に、その層の一部分上部のみで除去され、その結果、フィールド分離領域が形成され、溝隣部の分離端部が溝隣部のシリコン本体のシリコン上部に突出する。従って、フィールド分離領域が、これにより囲まれる活性領域上部に突出する分離端部を有して形成される。

フィールド分離領域がシリコン本体内に形成されると、半導体素子、とりわけ、表面に平行に延在する浅いｐｎ結合を有する半導体素子が活性領域に形成される。これらのさらなる処理の間に、エッチング及びクリーニングプロセスが行われ、シリコン酸化物がエッチング除去される。フィールド分離領域に上記端部が設けられなかった場合は、シリコン酸化物のエッチング除去の結果として、フィールド分離領域との界面において活性領域が露出することになる。その結果、浅いｐｎ結合は、もはや、分離されなくなる。これは、活性領域と重なる、フィールド分離領域に形成された端部により妨げられる。

ＵＳ５，８３４，３５８が冒頭の段落の種類の方法を開示しており、シリコン本体の表面に、１０^１９から１０^２１原子／ｃｃの比較的重くドープされた低非晶質又は多結晶シリコンを備える層が設けられ、この層は補助層として機能する。ドーピングはｐ型又はｎ型である。溝が形成されるシリコン本体は約１０^１６原子／ｃｃで軽くｐ型にドープされる。酸化の間に、シリコン本体の比較的軽くドープされた単結晶シリコン上に形成されるシリコン酸化物の層より厚いシリコン酸化物の層が比較的重くドープされた多結晶シリコンに設けられる。酸素内で８００から９５０°Ｃの範囲の温度で酸化処理が行われる。二酸化シリコン層は分離材料として堆積される。平坦化処理及び多結晶シリコンの補助層の非酸化部分のエッチング除去との後に、フィールド酸化物に囲まれた活性領域上部に２０から５０ｎｍ突出する端部を有するフィールド分離領域が形成される。

比較的重くドープされた多結晶シリコンを補助層の材料として用いると、酸化処理の間に、燐やボロン等の、ドーパントの原子が補助層から出てシリコン本体内の溝内へと進路を見つける。溝の壁の酸化の間に、これらの原子はシリコン酸化物と溝の壁との間の界面内で互いに結合する。その結果、フィールド分離領域の分離特性が大幅に影響を受ける。

この発明の目的は、とりわけ、上記の問題を有しない方法を提供することである。

これを達成するために、この発明の方法は、シリコン及びゲルマニウムを備える層が補助層として前記シリコン本体の前記表面に施されることを特徴とする。前記酸化処理の間に酸化ガスの反応室内で前記シリコン本体が加熱され、そして、前記補助層の酸化の間にシリコン酸化物とゲルマニウム酸化物とが形成される。最初の酸化物は安定であるが、次の酸化物は反応室内で蒸発する。前記補助層内の前記複数の開口の壁と前記複数の溝の壁とにシリコン酸化物の層が形成され、前記補助層内の開口の壁におけるシリコン酸化物の形成では、前記溝の壁におけるシリコン酸化物の形成より迅速にシリコン及びゲルマニウムが発生する。前記補助層はドーパントを含まないので、シリコン酸化物と前記溝の壁との間の界面に不要なドーパントの原子が拘束されるリスクがない。前記溝の壁にゲルマニウムが存在する可能性があるが、これは前記フィールド分離領域の分離特性に影響を与えることはない。

前記シリコン本体の前記表面に、Ｓｉ_ｘＧｅ_{１−ｘ−ｙ}Ｃ_ｙ、ここでは、０．７０＜ｘ＜０．９５そしてｙ＜０．０５の層が前記補助層として設けられると好ましい。この種の層は１０００から１１００°Ｃの範囲の非常に高い温度で安定である。その結果、そのような非常に高温で、所望のシリコン酸化物の層が前記補助層の開口の壁及び前記溝の壁に形成できる。そのような高温での酸化処理は非常に短時間で行うことができる。

前記酸化処理の間に、前記溝の壁と前記開口の壁とに酸化物の層が設けられ、前記開口の隣部の前記補助層はその厚み全体に渡って酸化されてはならない。これは、前記補助層を十分に厚い層とすることにより簡単に達成される。これは、また、シリコン窒化物の層が前記補助層に施され、このシリコン窒化物の層内並びに前記補助層内に開口が形成されるさらなるプロセスにより達成される。この場合、前記酸化処理の間に、酸化の影響をほとんど受けないシリコン窒化物の層により前記補助層が上側で保護される。前記補助層には、前記開口の壁の位置の部分のみにシリコン酸化層が設けられる。前記シリコン窒化物の層は平坦化処理中に停止層として用いられるというさらなる効果がある。ところが、前記補助層の非酸化部分を除去できるようにするために、前記シリコン窒化物の層は最初に除去されなければならない。

前記表面から前記補助層の非酸化部分を簡単に除去できるようにするためには、前記シリコン本体の前記表面に前記補助層を施す前に、前記表面にシリコン酸化物の層を設け、そして、この層内部に前記開口を形成する。シリコン及びゲルマニウムを有する前記補助層が前記シリコン酸化物の層から選択的にエッチングされ、エッチングによるダメージから前記シリコン本体の前記表面が保護される。

これら並びにその他のアスペクトは以下に記載する実施形態を参照することにより明らかになる。

図１乃至図８は半導体装置の製造における幾つかの工程を概略的に示す横断面図であり、ここでは、シリコン本体１内にフィールド分離領域２が形成され、活性半導体層３を取り囲んでいる。この方法の第一の例では、シリコン本体１の表面４に１００から２００ｎｍ厚みの補助層５が設けられる。この補助層５はある材料で成り、その上に、酸化の間に、シリコン本体のシリコン上に形成されるものより厚いシリコン酸化物の層が形成される。この例では、約５から１５ｎｍ厚みのシリコン酸化物の層６が補助層５と上記表面との間に設けられる。

補助層５上には、複数の穴８を有するフォトレジストマスク７が従来の方法で形成され、フィールド分離領域２が形成される位置において、複数の穴により補助層５が露出される。続いて、図２に示されるように、複数の開口９が補助層５内に形成され、この開口は、表面４に向かって延在する壁１０を備え、壁１２を有する複数の溝１１がシリコン本体１の表面４内に形成される。必要に応じて、補助層５内に開口９を形成した後にフォトレジストマスク７を除去してもよく、その後、補助層５をマスクとして用いて溝１１がエッチングされる。しかし、フォトレジストマスク７を用いて、従来の異方性エッチング処理により補助層５内に開口９を形成し、これと共に、シリコン本体１の表面４内に溝１１を形成するのが好ましい。

溝１１がエッチングされた後、酸化処理が行われ、シリコン本体が酸化ガスの混合雰囲気内で加熱される。この酸化処理では、図３に示されるように、溝１１の壁１２と開口９の壁１０とにシリコン酸化物の層が設けられ、即ち、溝１１の壁１２には層１３が設けられ、開口９の壁１０には層１４が設けられる。酸化処理においては、補助層５に、この例では、上部側１５にシリコン酸化物の層が設けられる。補助層５はその厚み全体がシリコン酸化物に変化するのではなく、補助層の層１７が残る。

図４に示されるように、分離材料の層１８、この例では、シリコン酸化物の層が、溝１１と開口９とが完全に満たされる厚みに堆積される。続いて、図５に示されるように、補助層１７の非酸化部分が露出するまで従来の平坦化処理が行われる。この部分１７は、図６に示されるように、最終的には除去される。

図７において、図６に示されたのと同様な状態ではあるが、しかし、層１３及び１８の各々がもはや示されていない。この例では、両者がシリコン酸化物で作られる。最後に、図８において、図７に示されたのと同様な状態であり、従来の短時間のエッチング処理が行われて表面４からシリコン酸化物の層６を除去する。図に見られるように、フィールド分離領域２の端部１９が活性領域３上部に突出する。

シリコン本体１内にフィールド分離領域２が形成された後、半導体素子（図示しない）が活性領域３内に形成され、とりわけ、表面４に平行に延在する浅いｐｎ結合を有する半導体素子が形成される。これらのさらなる処理の間に、エッチング及びクリーニングプロセスが行われ、シリコン酸化物がエッチング除去される。フィールド分離領域に端部１９が設けられなかった場合は、それらの処理により、フィールド分離領域２との界面に活性領域３が露出することになる。その結果、浅いｐｎ結合は、もはや、分離されなくなる。

この例では、シリコン本体１の表面４にシリコン及びゲルマニウムを備える約１００から２００ｎｍ厚みの層として補助層５が設けられる。酸化処理の間に、反応室内で、酸素含有混合ガス内で１０５０から１１６０°Ｃの範囲の温度で約３０秒間シリコン本体が加熱され、そして、補助層５の酸化の間に、シリコン酸化物とゲルマニウム酸化物とが形成される。最初の酸化物は安定であるが、次の酸化物は反応室内で蒸発する。補助層５内の開口９の壁１０と溝１１の壁１２とにシリコン酸化物の層が設けられ、補助層５内の開口９の壁１０におけるシリコン酸化物の形成では、溝１１の壁１２のシリコン上のシリコン酸化物の形成より高レートでシリコン及びゲルマニウムが発生する。補助層５はドーパントを含まないので、シリコン酸化物の層１３と溝１１の壁１２との間の界面に不要なドーパントの原子が拘束されるリスクがない。溝の壁にゲルマニウムが存在する可能性があるが、これはフィールド分離領域２の分離特性に影響を与えることはない。

シリコン層１の表面４に、Ｓｉ_ｘＧｅ_{１−ｘ−ｙ}Ｃ_ｙ、ここでは、０．７０＜ｘ＜０．９５そしてｙ＜０．０５の層の形態として補助層５が設けられると好ましい。この種の層は１０００から１１００°Ｃの範囲の非常に高い温度で安定である。その結果、非常に高温で、所望のシリコン酸化物の層１４が開口９の壁１０上に形成でき、そして、シリコン酸化物の層１３が溝１１の壁１２上に形成できる。そのような高温での酸化処理は非常に短い時間、この例では、約３０秒で行うことができる。図８に示される端部１９が活性領域３上に約１０から３０ｎｍ突出する。

上記の例では、補助層５の厚み全体を通じて、その酸化の手間が簡単に省け、この層が十分な厚みとなった。補助層１７の非酸化部分が露出されると、分離層１８の平坦化処理が妨げられる。

図９乃至図１２に示される方法の例では、図９に示されるように、約５０ｎｍ厚みのシリコン窒化物の層２０が、この場合では、約５０ｎｍの厚みの補助層５に施される。シリコン窒化物の層２０並びに補助層５内に開口９が形成される。その結果、酸化処理の間、酸化の影響をほとんど受けないシリコン窒化物の層２０により補助層５が上側で保護される。補助層には、開口９の壁１０の位置の部分のみにシリコン酸化層１４が設けられる。

図１０は、シリコン酸化物の層１４が開口９の壁１０１に施され、そして、シリコン窒化物酸化物の層１３が溝１１の壁１２に施される状態を示している。図１１は、分離材料１８の層が平坦化された後の状態を示している。この例では、シリコン窒化物の層２０が平坦化処理中に停止層として用いられる。平坦化処理の後、シリコン窒化物の層２０が従来の燐酸を含むエッチング漕内で除去され、その後、次の補助層５が従来の硝酸及びフッ化水素を含むエッチング漕内で除去される。図１２が、このようにして形成された構造を示し、ここでは、シリコン酸化物の各層１３，１４そして１８がもはや示されていない。

両例で示されたように、補助層５が約５から１５ｎｍ厚みのシリコン酸化物の層６に施された。この結果、表面４から簡単に補助層１７の非酸化部分が除去できる。従来の硝酸及びフッ化水素を含むエッチング漕を用いてシリコン酸化物層６から補助層５が選択的にエッチング除去される。その結果、シリコン本体１の表面４がエッチングによるダメージを受けなくなる。

この発明の方法の第一の例による半導体本体の製造における工程を概略的に示す横断面図である。 この発明の方法の第一の例による半導体本体の製造における工程を概略的に示す横断面図である。 この発明の方法の第一の例による半導体本体の製造における工程を概略的に示す横断面図である。 この発明の方法の第一の例による半導体本体の製造における工程を概略的に示す横断面図である。 この発明の方法の第一の例による半導体本体の製造における工程を概略的に示す横断面図である。 この発明の方法の第一の例による半導体本体の製造における工程を概略的に示す横断面図である。 この発明の方法の第一の例による半導体本体の製造における工程を概略的に示す横断面図である。 この発明の方法の第一の例による半導体本体の製造における工程を概略的に示す横断面図である。 この発明の方法の第二の例による半導体装置の製造における工程を概略的に示す横断面図である。 この発明の方法の第二の例による半導体装置の製造における工程を概略的に示す横断面図である。 この発明の方法の第二の例による半導体装置の製造における工程を概略的に示す横断面図である。 この発明の方法の第二の例による半導体装置の製造における工程を概略的に示す横断面図である。

Claims (5)

1. シリコン本体の表面に、ある材料の補助層が設けられ、その上に、酸化処理の間に、前記シリコン本体のシリコン上よりも厚くシリコン酸化物の層が形成され、その後、フィールド分離領域が形成される位置において、前記補助層内に複数の開口が形成され、前記シリコン本体の前記表面内に複数の溝が形成され、その後、酸化処理が行われて、前記複数の溝及び前記複数の開口の壁にシリコン酸化物の層が設けられ、しかし、前記複数の開口近傍の前記補助層がその厚み全体に渡って酸化されることはなく、その後、続いて、分離材料の層が前記複数の溝及び前記複数の開口が完全に満たされるような厚みで堆積され、前記補助層の非酸化部分が露出するまで平坦化処理が行われ、その後、前記補助層のこの部分が除去される半導体装置の製造方法であって、シリコンとゲルマニウムとを備える層が補助層として前記シリコン本体の前記表面に施されることを特徴とする方法。
2. 前記シリコン本体の前記表面に、Ｓｉ_ｘＧｅ_{１−ｘ−ｙ}Ｃ_ｙ、ここでは、０．７０＜ｘ＜０．９５そしてｙ＜０．０５の層が前記補助層として設けられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記補助層は、この層がその厚み全体に渡っては前記酸化処理中に酸化物に変化しないような厚みとされることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. シリコン窒化物の層が前記補助層に施され、前記シリコン窒化物の層内並びに前記補助層内に前記複数の開口が形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
5. 前記シリコン本体の前記表面に前記補助層を施す前に、前記表面にシリコン酸化物の層が設けられ、そして、該シリコン酸化物の層内に前記複数の開口が形成されることを特徴とする請求項１、２，３又は４にいずれかに記載の方法。

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