JPH01223727A - 半導体装置のトレンチ形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明はキャパシタや素子分離その他に使用されるトレ
ンチを形成する方法に関し、特に内壁に不純物を導入し
たトレンチを形成する方法に関するものである。　゛ （従来技術） 第７図はトレンチ２２の断面を表わす。

２０は例えばＰ型シリコン基板であり、２１はトレンチ
２２の側壁と底面に形成された例えばＮ型の不純物拡散
領域、Ｘｊは接合深さである。このようなトレンチ２２
はキャパシタや素子分離を初め、その他の用途にも使用
されている。

内壁に不純物を導入したトレンチを形成するには、一般
に半導体基板に異方性エツチングによってトレンチを形
成し、斜め方向からイオン注入を施すことによってトレ
ンチの内壁に不純物を導入している。

イオン注入法によるトレンチ内壁への不純物導入の問題
は、不純物濃度を均一にすることが難しいことである（
例えば、［月刊５ｅｓｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ１１ｏｒｌ
ｄＪ　８２−８７ページ（１９８６，１０）参照）。

イオン注入法では、基板表面に対して垂直なトレンチ側
壁で生じるシャドウィング効果がある。

イオンが垂直に入射する場合には原理的にトレンチの側
壁にはイオンが導入されない、そのため。

例えばイオン注入を傾斜させて行ない、ウェハを回転さ
せる。斜め方向にイオン注入をしてトレンチ側壁にイオ
ンを注入するとしても、トレンチ側壁における実質的な
イオンの入射角が基板表面の入射角と異なる。トレンチ
側壁ではその法線と入射イオンビームとのなす角が非常
に大きくなり、注入イオンが散乱されて側壁から抜は出
すなど、側壁での注入効率が悪くなる。その結果、トレ
ンチの側壁と底面とでは不純物濃度が異なってくる。

さらに、素子が微細化されるに伴なって、トレンチの幅
が狭くなり、深さが深くなるため、トレンチ側壁への不
純物導入がますます難かしくなる。

（目的） 本発明はトレンチの内壁に制御よく不純物を導入するこ
とのできる方法を提供することを目的とするものである
。

（構成） 本発明では、半導体基板のトレンチ形成領域にイオン注
入法により不純物を導入し、その後、この不純物導入領
域内に異方性エツチング法によりトレンチを形成する。

トレンチを形成する前に基板にイオン注入法により不純
物を導入するので、基板の深さ方向に対する不純物濃度
を制御することが容易である。不純物導入後にその不純
物導入領域内にトレンチを形成すれば、トレンチ側壁及
び底面での不純物濃度が均一になる。

以下、実施例について具体的に説明する。

第１図（Ａ）から同図（Ｅ）は一実施例を表わす。

（Ａ）シリコン基板１の表面にＳ　Ｉ　Ｏ２膜２をＣＶ
Ｄ法により１０００人程度０厚さに被着する。

その上に、写真製版用のレジスト３を塗布する。

（Ｂ）レジスト３を写真製版でパターン化し、そのパタ
ーン化されたレジスト３をマスクにして５ｉＯ＝膜２を
ドライエツチング法によりエツチングし、トレンチを掘
るべき領域のシリコン基板１の面を露出させる。

（Ｃ）イオン注入法により不純物を注入する。４は不純
物が導入された領域である。

シリコン基板１が例えばＰ型であるときは、不純物とし
て例えばＰなどのＮ型不純物を注入する。

このとき、最終的にトレンチ内壁の不純物の濃度分布が
深さ方向に対してできるだけ均一になるように注入を行
なう必要がある０例えば、トレンチを５μｍ程度の深さ
に掘るとした場合、リンを６ＭｅＶで注入するとその濃
度ピークはトレンチの底面近くになり、深さ方向に偏り
が生じる。そこで、注入を何回かに分け、注入エネルギ
ーを変えて実行することにより、その濃度ピークを段階
的にし、アニールによって濃度を均一化することができ
る。例えば、リンを６　Ｍ　ｅ　Ｖ　、　３　Ｍ　ｅ　
Ｖ　。

ＩＭｅＶで注入し、アニールを９５０℃で３０分程度行
なうとかなり均一になる。

その後、トレンチエツチングを行なうが、不純物導入領
域４が横方向へ広がる程度によってプロセスを変える。

（Ｄ）本実施例は不純物導入領域４の横方向への広がり
が小さい場合である。

レジスト３を除去し、ＳｉＯ２膜２の側壁にサイドウオ
ール・スペーサ５を設けてトレンチエツチングの幅を狭
くする。サイドウオール・スペーサ５を形成するには、
例えば、レジスト３を除去した後、ＣＶＤ法によって酸
化膜を形成し、ドライエツチング法により酸化膜をエツ
チングすることによって、サイドウオール・スペーサ５
を残すことができる。

（Ｅ）サイドウオール・スペーサ５をマスクとしてドラ
イエツチングを行ない、トレンチ６を形成する。

トレンチ６は不純物導入領域４内に形成するので、トレ
ンチ６の側壁及び底面に不純物が導入された状態となる
。

サイドウオール・スペーサ５を形成してトレンチを形成
する方法では、第２図に示されるように、トレンチ６の
エツジが丸みを帯びる効果がある。

（Ａ）トレンチエツチングによってサイドウオール・ス
ペーサ５もエツチングされる。

（Ｂ）サイドウオール・スペーサ５が横方向に徐々に小
さくなっていく。

（Ｃ）エツチングが進むにつれて、円で示されるように
トレンチ６のエツジが丸みを帯びてくる。

（Ｄ）このように形成されたトレンチ６に絶縁膜として
例えばＳｉｎ：膜１０を形成すると、エツジが丸みを帯
びていることから、絶縁膜１０の耐圧が向上する。

トレンチ６が垂直に形成された場合は、第３図に示され
るように、トレンチ６のエツジが鋭く尖り、絶縁膜１０
を形成した場合、エツジでリーク電流が発生し、絶縁膜
ＩＯの耐圧が低下する。

第４図は不純物をイオン注入し、アニールを施したとき
不純物導入領域４が横方向に十分床がっている場合のト
レンチエツチング工程を示している。

（Ａ）不純物導入領域４が横方向に広がった状態を示し
ている。

（Ｂ）ＳｉＯ：膜２をマスクとしてドライエツチングを
行ない、所定の深さ（例えば５μｍ程度）基板１をエツ
チングしてトレンチ６を形成する。

不純物を導入したとき不純物導入領域４の横方向の広が
りが小さい場合、第５図に示されるようにトレンチ６ａ
の形状を工夫することによって、トレンチ６ａの内壁に
不純物層を残すのも有効である。このようなトレンチ６
ａの形状は、エツチングガスの圧力を調整するなど、エ
ツチング速度を制御することにより実現することができ
る。

不純物導入領域内でトレンチを形成する場合、トレンチ
エツチングの深さ方向の制御は難しいので、例えば第６
図（Ａ）に示されるように、トレンチ６の底部で不純物
濃度が低くなる場合がある。

この場合は、同図（Ｂ）に示されるように、さらにイオ
ン注入法により真上から又はやや角度θをつけて不純物
を注入し、不純物導入領域７を形成することにより、適
度な不純物濃度分布を形成することができる。トレンチ
６を形成してからのイオン注入は基板１を回転させなが
ら、通常θ＝７度で行なうが、θを変えてもよい。

第１図（Ｃ）におけるイオン注入や、第６図（Ｂ）にお
けるイオン注入の注入量や注入エネルギーなどの条件は
、トレンチが形成された後の最終的な不純物濃度が目的
値になるように最適化する。

トレンチを形成するためのドライエツチングとしては、
例えばＣＣ，Ｑａガスを用いたＲＩＥなどを用いること
ができる。しかし、他の異方性エツチング法を用いるこ
ともできる。

実施例ではＰ型シリコン基板に導入するＮ型不純物とし
てリンを示しているが、砒素でもよい。

また基板がＮ型である場合にはＰ型不純物導入領域を作
るためにボロンを注入することができる。

トレンチ内壁の不純物導入層は、その濃度を制御するこ
とも大切であるが、接合深さＸｊ　　（第７図参照）も
重要である。トレンチ内壁の接合深さＸｊは浅い方が望
ましい。第１図の方法においてはサイドウオール・スペ
ーサ５の幅を制御することにより、第４図の方法におい
てはイオン注入後のアニール温度やアニール時間を制御
することにより、浅い接合深さＸｊも制御することがで
きる。

（効果） 本発明では半導体基板にイオン注入法により不純物導入
領域を形成した後に、その不純物導入領域内に異方性エ
ツチング法によりトレンチを形成するので、トレンチ内
壁の不純物濃度を制御することが容易になる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）から同図（Ｅ）は−実施例を示す断面図、
第２図（Ａ）から同図（Ｄ）は同実施例におけるトレン
チエツジ部の形状を主として示すための断面図、第３図
はエツジ部が鋭いトレンチを示す断面図、第４図（Ａ）
及び同図（Ｂ）は他の実施例におけるトレンチ形成工程
を示す断面図、第５図はさらに他の実施例におけるトレ
ンチを示す断面図、第６図（Ａ）及び同図（Ｂ）はさら
に他の実施例におけるトレンチ形成工程を示す断面図、
第７図は内壁に不純物が導入されたトレンチを示す断面
図である。 １・・・・・シリコン基板、 ２・・・・・・５ｉＯ＝膜、 ４・・・・・・不純物導入領域、 ６．６ａ・・・・・・トレンチ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板のトレンチ形成領域にイオン注入法に
   より不純物を導入し、この不純物導入領域内に異方性エ
   ッチング法によりトレンチを形成するトレンチ形成方法
   。