JP2014075402A

JP2014075402A - 半導体装置及び半導体装置の形成方法

Info

Publication number: JP2014075402A
Application number: JP2012220919A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Miyabe; 剛宮邉
Original assignee: Renesas Electronics Corp
Current assignee: Renesas Electronics Corp
Priority date: 2012-10-03
Filing date: 2012-10-03
Publication date: 2014-04-24

Abstract

【課題】従来のＳＯＩウエハを用いる半導体装置の製造方法においては、ＢＯＸ層まで到達する深いトレンチを形成後、トレンチ内部を酸化膜またはポリシリコン膜で埋め込む。次に、ウエハ表面の余剰となった酸化膜またはポリシリコン膜を除去するが、このとき前記トレンチ内部を酸化膜またはポリシリコン膜で埋め込む際に発生するボイドが表面に露出してしまい種々の問題が発生する。
【解決手段】一つの実施形態によれば、深いトレンチ内部にポリシリコン膜またはシリコン酸化膜を埋め込み、この埋め込みにより前記トレンチ開口部が閉塞する前に前記埋め込みを止める工程と、該工程の後、窒化膜で残りを埋め込む工程と、前記ウエハ表面のポリシリコン膜またはシリコン酸化膜を選択的に除去し、さらに窒化膜を選択的に除去する工程を有することにより、前記トレンチ内にボイドを埋め込む半導体装置の製造方法とするものである。
【選択図】図５

Description

本発明は、半導体装置及び半導体装置の形成方法に関し、特にＳＯＩウエハを用いる半導体装置及び半導体装置の形成方法に利用できるものである。

ＳＯＩウエハを用いてＢＯＸ層と呼ばれる埋め込み酸化膜まで達する深いトレンチを形成する半導体装置及びその製造方法として特開平２０００−１６４８９０号公報（特許文献１）に記載される技術が知られている。

特開平２０００−１６４８９０号公報

特許文献１に示される半導体装置（半導体センサー）の製造方法は、シリコン酸化層（ＢＯＸ層）まで到達する深いトレンチを形成後、トレンチ内部を絶縁膜またはポリシリコン膜で埋め込む。次に、ウエハ表面の余剰となった絶縁膜またはポリシリコン膜を除去するが、このとき前記トレンチ内部を絶縁膜またはポリシリコン膜で埋め込む際に発生するボイドが表面に露出してしまい種々の問題が発生する。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される課題を解決するための手段のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。

一実施の形態によれば、深いトレンチ内部にエッチングの選択比が大きく異なる二種類の膜を埋め込み、埋め込み時ウエハ上に形成された前記二種類の膜を除去して前記トレンチ内に埋め込まれた膜によりトレンチ内のボイドがトレンチから露出しないようにトレンチ内に埋め込むようにする。

一実施の形態によれば、ボイドが表面に露出しないため、洗浄液または薬液がボイド内部に残留して異物の原因となる等の種々の問題の発生を防ぐことができる。

実施の形態に係る、半導体装置が形成されるＳＯＩウエハの一部概略断面図である。図１のＳＯＩウエハに形成されるトランジスタ素子の概略平面図である。実施の形態に係る製造方法の一工程を示す断面図である。実施の形態に係る製造方法の一工程を説明するための断面図である。実施の形態に係る製造方法の一工程を説明するための断面図である。実施の形態に係る製造方法の一工程を説明するための断面図である。発明者検討のトレンチ埋め込み方法を示す断面図である。発明者検討のトレンチ埋め込み方法を示す断面図である。

１．先ず本願発明者の本願に先立った従来技術に関する検討及び新たに判明した問題点を下記する。
ＳＯＩウエハを用いる半導体装置において、高い耐圧を確保するために、ＢＯＸ層まで到達する深いトレンチが必要となるが、図７に示すように、ＢＯＸ層３２まで到達する深いトレンチ内部を埋め込むために、例えば酸化膜３４をＣＶＤ法等により成膜すると、トレンチ内部が完全に埋め込まれる前に開口部付近で閉塞してしまうためにボイド３５が発生する。その後余剰となった酸化膜３４をエッチバックあるいは機械的研磨等により除去するが、前記酸化膜３４が残るのを防ぐために、オーバーエッチあるいはオーバー研磨を行なう。その際図８に示すように、トレンチ上部の酸化膜３４も除去されボイド３５上部が表面に露出してしまう。このようにボイド３５が表面に露出してしまうと、後の工程で洗浄液や薬液がボイド３５内部に残留してしまい、異物の発生原因となったり、後のパターンニングを阻害するという問題が生ずる。

２．実施の形態の詳細
以下図面を参照しながら、実施の形態について詳細に説明する。
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明する。しかし、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、応用例、詳細説明、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。ただし、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除く。

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。ただし、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除く。このことは、上記数等（個数、数値、量、範囲等を含む）についても同様である。

なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一または関連する符号を付し、その繰り返しの説明は原則省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。

＜実施の形態＞
図１は実施の形態に係り、半導体素子が形成されるＳＯＩウエハの一部概略断面図である。図２は、図１のＳＯＩウエハに形成される半導体素子の一つであるトランジスタ素子の概略平面図である。図１に示すように、ＳＯＩウエハは、支持基板２５上にＢＯＸ層（埋め込み酸化層）６を介してＮ?活性層と成るシリコン層８を有し、このシリコン層８の表面にＮ?領域１やフィールドＳｉＯ２膜３、ゲートＳｉＯ２膜４及びゲート層２を有している。また、シリコン層８とＢＯＸ層（埋め込み酸化層）６との間にはＮ+型の埋め込み領域７が形成されている。さらに、前記ＢＯＸ層（埋め込み酸化層）６まで達する深いトレンチ１０を有する。前記深いトレンチ１０は、前記のゲート層２やＮ?領域１を有する半導体素子形成領域を囲んで形成されている。これにより、半導体素子の高い耐圧を確保できる。さらに、この深いトレンチ１０はシリコン酸化膜３４とトレンチ内にボイトを閉じ込める窒化膜３６を有している。

次に図２に示すのは、前記深いトレンチ１０により囲まれる半導体素子形成領域に形成されるトランジスタ素子の概略平面図で有る。このトランジスタ素子は、深いトレンチ１０により囲まれ、該トランジスタ素子は、ゲート層２４、拡散領域２３、拡散領域のコンタクト２２を有する。なお、トレンチ１０により囲まれる他の素子や領域は省略している。

つぎに図３乃至図５をもとに製造方法について述べる。

（１）最初に、図３に示すように、支持基板３１上にＢＯＸ層３２を介してシリコン層３３が形成されたＳＯＩウエハに前記ＢＯＸ層３２まで達する深いトレンチ１０を形成する。このトレンチ１０の幅は１．５５μｍ、深さは１２μｍである。

（２）次に前記形成されたトレンチ１０内部をシリコン酸化膜３４で埋め込む。その時、開口部が閉塞する前に埋め込みを一旦やめる。
このときのシリコン酸化膜３４の膜厚は５００ｎｍである。

（３）その後、窒化膜３６で残りを埋め込む。このトレンチ１０を埋め込む窒化膜３６の膜厚は３００ｎｍである。このときトレンチ１０内部にボイド３５が形成される。

（４）次に図４に示すように、ＳＯＩウエハ表面の余剰となった窒化膜３６をエッチバックにより除去する。このときのエッチバック量（エッチング量）は、窒化膜の厚さ+オーバー分とする。このときのエッチバック量（エッチング量）は、前記図７、図８に示すような酸化膜３４のエッチバック量（エッチング量）よりも少ない。

（５）そして図５に示すように、露出したＳＯＩウエハ表面のシリコン酸化膜３４もエッチバックにより除去する。このとき、前記窒化膜３６とシリコン酸化膜３４とはエッチングの選択比が異なり、シリコン酸化膜３４の方が窒化膜３６よりも大きい。従って、シリコン酸化膜３４はエッチングされるが窒化膜３６はほとんどエッチングされずに残る。前記エッチバック時の選択比は、酸化膜／窒化膜で１０：１程度である。

また、図６に示すように、トレンチ１０が交差する箇所４１の中央Ａ点においても、トレンチ１０上部を塞ぎボイド３５の露出を防ぐ為には、トレンチ１０を埋め込む窒化膜３６の膜厚を６００ｎｍと厚くすれば良い。

前記した実施の形態では窒化膜３６がエッチングされることは無いため、トレンチ１０内部を埋め込んだ際の余剰となる膜をエッチバックあるいは機械的研磨で除去してもトレンチ１０内のボイド３５は露出しない。従って、後の工程で洗浄液や薬液がボイド３５内部に残留してしまい、異物の発生原因となったり、後のパターンニングを阻害するという問題の発生を防ぐことができる。

上記したような半導体装置の製造方法によれば、トレンチ埋め込み後の工程で洗浄液や薬液がボイド内部に残留して異物の発生原因となったりすることを防ぐことができる。また、トレンチ埋め込み後のパターンニングを阻害するという問題の発生も防ぐことができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
例えばシリコン酸化膜３４は、ポリシリコン膜でもよい、この場合エッチバック時の選択比はポリシリコン膜／窒化膜で２６：１程度であり、前記シリコン酸化膜／窒化膜の１０：１程度よりもより大きな選択比となる。

１：Ｎ−型領域
２、２４：ゲート層
３：フィールドＳｉＯ２
４：ゲートＳｉＯ２膜
６、３２：ＢＯＸ層
７：Ｎ+型埋め込み領域
８、３３：シリコン層
１０：トレンチ
２２：コンタクト
２３：拡散層
２５、３１：支持基板
３４：シリコン酸化膜
３５：ボイド
３６：窒化膜
４１：トレンチ交差部

Claims

支持基板上に埋め込み酸化層を介してシリコン層を有するＳＯＩ構造で、前記シリコン層内に半導体素子が形成される半導体装置であって、前記シリコン層を介して前記埋め込み酸化層まで達するトレンチを有し、このトレンチは、
窒化膜及び窒化膜以外の他の膜とで埋め込まれ、前記窒化膜と他の膜とのエッチング選択比は前記窒化膜に対して前記他の膜の方が大きい関係となっており、さらに、前記窒化膜は、前記トレンチ内部のボイドを露出しないように前記ボイドを埋め込んだ構造である半導体装置。
前記他の膜は、ポリシリコン膜である請求項１記載の半導体装置。
前記他の膜は、シリコン酸化膜である請求項１記載の半導体装置。
前記トレンチは、前記半導体素子を取り囲むように形成されている請求項１記載の半導体装置。
前記半導体素子は、トランジスタ素子である請求項４記載の半導体装置。
半導体装置。
支持基板上に埋め込み酸化層を介してシリコン層を有するＳＯＩウエハの前記埋め込み酸化層に達するトレンチを形成する工程と、前記形成されたトレンチ内部にポリシリコン膜またはシリコン酸化膜を埋め込む工程と、前記埋め込みにより前記トレンチ開口部が閉塞する前に前記埋め込みを止める工程と、前記工程の後、窒化膜で残りを埋め込む工程と、前記ウエハ表面の窒化膜を選択的に除去し、引き続きポリシリコン膜またはシリコン酸化膜を選択的に除去する工程とを有する半導体装置の形成方法。
前記埋め込み酸化層に達するトレンチは、半導体素子形成領域を囲むように形成される請求項６記載の半導体装置の形成方法。
前記半導体素子形成領域にはトランジスタ素子が形成される請求項７記載の半導体装置の形成方法。