JPH02294050A - トレンチ埋め込み方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、トレンチ埋め込み方法に関し、特に、基板上
に形成されたトレンチを埋め込むトレンチ埋め込み方法
に関する。本発明は、例えば半導体装置の分野において
、トレンチアイソレーシジン（溝型分離領域）や、トレ
ンチキャパシタ、溝型トランジスタなど、トレンチを埋
め込み加工して得る各種装置の製造の際などに利用する
ことができる。

〔発明の概要〕

本発明は、基板上に形成されたトレンチを埋め込むトレ
ンチ埋め込み方法であって、バイアス印加可能なＥＣＲ
プラズマ装置により前記トレンチの開口部にテーパーを
形成し、これと連続して前記トレンチ内部に絶縁膜を埋
め込むことによって、トレンチの開口の形状を良好にし
て、トレンチにいわゆやホーンや欠陥等の不都合が生じ
ないようにしたものである。

〔従来の技術〕

トレンチ埋め込み方法は、例えば半導体技術の分野にお
いて、溝型の分＃領域（トレンチ分離）形成等のための
技術として用いることができる。

即ち、従来より素子間分離法として代表的に用いられて
きた「選択酸化法」いわゆるＬＯＣＯＳ法は、バーズビ
ークと呼ばれる分離領域の肥大部が発生するため、この
技術を用いてゆく限り、半導体集積回路の超高集積化に
伴い、加工寸法に制限が生じるわけであり、これに代わ
る技術としてパーズビークのないトレンチ分離が各種装
置について提案され、例えばメモリー素子においても実
用化の検討がなされている． しかし従来のトレンチ埋め込み方法にあっては、未だ解
決すべき問題点が残っている。

以下トレンチ埋め込み方法が有する問題点について、上
記トレンチ分離技術を例にとって説明する。

トレンチ分離技術は、ＲＩＥなどで基板、例えばシリコ
ン基板内に深いトレンチを形成し、それを絶縁膜などで
埋め込んで分離領域を作るものである。この場合パター
ン寸法変化は、リソグラフィーとドライエッチングの寸
法精度のみで決まり、バーズビークのような寸法肥大は
ない。

しかし、トレンチをＲＩＥで形成する際、異方性のモー
ドで深い溝を形成するため、次のような問題がある。即
ち第３Ａ図に示すように、トレンチａの上部においては
図示の如くトレンチａの側壁ｂはほぼ９０″をなして基
板面ｄと交わって垂下して形成されるため、コーナーＣ
は急峻な角部となる。従ってこれを酸化した際、コーナ
ーＣにホーン（ｈｏｒｎ）とよばれる酸化膜厚の薄い部
分や、酸化による結晶欠陥が発生しやすいという問題が
ある。

このことは良く知られている所である。このような問題
のある部分を分Ｒ　領域として使用した場合、該分Ｍ’
ｐＨ域を形成したデバイス等の信軌性を低下させること
になる。

上記問題を解決するには、例えば第３Ｂ図に示すように
、コーナーＣにオーバーカットｅを形成して、これによ
りコーナーＣが鈍角をなしてなだらかに曲るようにすれ
ばよい。

しかし、ＲＩＢで、上記のようなトレンチａ上部のオー
バーカットｅを形成することは、不可能である。即ち、
マスク直下でトレンチのオーバーカットを形成するには
、等方性モードを用いるしかない。ところが異方性モー
ドでトレンチを形成してから等方性モードを入れたので
は、トレンチ全体がふ《らんでしまう。従って、等方性
モードを用いて、多少アンダーカットをマスク直下に入
れて、その後異方性モードでトレンチを形成する方法を
とらざるを得ない。しかしこの方法を用いると、現状の
トレンチプロセスでは何らかの側壁保護手段を用いて異
方性を得ているため、一旦アンダーカットを入れてから
異方性モードでＲＩＥしても、側壁保護膜がうまく形成
できず、良好なトレンチ形状が得られない． 〔発明が解決しようとする問題点〕 上述したように従来のトレンチ埋め込み方法にあっては
、上記トレンチ分離技術を例にして説明した如く、トレ
ンチのコーナ一部にいわゆるホーンや欠陥等が入らない
ようにするのは困難だったのである。

本発明はかかる問題点を解決して、トレンチの開口を良
好な形状にすることができ、ホーンや欠陥等が発生しな
いようにしたトレンチ埋め込み方法を提供せんとするも
のである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決すべ《、基板上に形成されたトレンチ
を埋め込む本発明のトレンチ埋め込み方法にあっては、
バイアス印加可能なＥＣＲブラズ′マ装置により前記ト
レンチの開口部にテーパーを形成し、該テーパー形成と
連続して前記トレンチ内部に絶縁膜を埋め込む構成をと
る。

本発明について、後記詳述する本発明の一実施例を示す
第１図の例示を用いて説明すると、次のとおりである。

本発明においては、第１図（ａ）に例示するような基板
１上に形成されたトレンチ２を埋め込む場合に、バイア
ス印加可能なＥＣＲプラズマ装置によりトレンチ２の開
口部２ｌにテーパー３を形成して例えば第１図（ｂ）に
示すような構造とし、次いで該テーパー形成と連続して
第１図（Ｃ）及び（ｄ）に例示する如くトレンチ２内部
に絶縁膜５（図示例ではトレンチ２の内壁から基板ｌの
上面にかけて酸化膜４を形成し、更にトレンチ内部に絶
縁膜５を形成するようにした》を埋め込むようにする。

本発明においては、バイアス印加可能なＥＣＲプラズマ
装置により上記テーパー３を形成するとともに、このテ
ーバー形成と連続してトレンチ２内部に絶縁膜を埋め込
む。かかるＥＣＲプラズマ法については、例えばプレス
ジャーナル社［月刊Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｗｏ
ｒｌｄＪ　１９８６年６月号に具体的な記載がある．ま
た、本発明において、テーバー３とは、トレンチ２の開
口部２ｌにおいて、コーナー部２２（第１図（ａ）　（
ｂ）参照）が例えば直角の如《急峻になるのを避けるた
め、なだらかに段階的に曲がって行くように形成した斜
面ないしは曲面をいう．また絶縁膜５は、必ずしも膜４
を介する必要はなく、トレンチ２内部が埋め込まれる構
成になるものであればよい． 〔作　用〕 本発明においては、バイアス印加可能なＥＣＲプラズマ
装置を用いたことによって、トレンチ２の開口部２１に
テーパー３を良好に形成することができる。これは従来
のＲＩＥ装置等を利用した技術では不可能だったことで
ある。かつ、このようにテーパー３を設けたことによっ
て、ホーンやそのほか不都合な欠陥等の発生を防ぐこと
ができるので、信幀性の低下などを招かず、良好なデバ
イスを得るようにでき、微細なトレンチ加工においても
有利である。更に、トレンチ２の形成後の一連の操作は
連続して行うもので、同一チェンバーないしは連続した
チェンバーで行うことができ、生産効率も良く、有利で
ある。

〔実施例〕

以下本発明の一実施例について、第１図を参照して説明
する。なお当然のことではあるが、本発明は以下述べる
実施例に限定されるものではない。

この実施例は、本発明を、半導体装置、特にＳＲＡＭ等
のメモリー素子に適用したものである。

本実施例においては、基板ｌはシリコン基板であり、該
基仮Ｉをトレンチエッチングした後、該基板ｌをバイア
スＥＣＲ装置でオーバーカットしてトレンチ２の開口部
２１にテーパー３を形成し、連続して同じくバイアスＥ
ＣＲ装置によりトレンチ２を埋め込むようにした。

第１図を参照する。

第１図（ａ）は、トレンチエッチング後、マスクを除去
し、必要な後処理等を行った後の状態を示す。

この状態では、基板ｌに形成されたトレンチ２の開口部
２１のコーナ一部２２は、約９０＠の急峻な角度をなし
ている。トレンチ２は模式的に示しているが、実際はこ
れより更にアスペクト比の大きい深い溝であってよい。

トレンチエッチングは、ＲＩＥその他の適宜の手段を用
いることができる． なお場合によっては、上記マスク除去後の後処理は、次
に用いるバイアスＥＣＲプラズマＣＶＤ装置で行うこと
も可能である． 次に、バイアス印加可能なＥＣＲプラズマ装置にてトレ
ンチ開口部２１にテーパー３を形成するのであるが、本
実施例においてはこの装置として、第２図に示すような
バイアスＥＣＲプラズマＣｖＤ装置を用いた． この装置は、マイクロ波導入部１１よりマイクロ波（こ
こでは２．４５ＧＨｚ）を導入し、プラズマ室１２に導
入された酸素（０．）をプラズマ化し、このプラズマ流
ｌ３をシリコン源である例えばＳｉＨ．ガス存在下で基
板１４に供給し、該基板１４上にＳｉｎｇ膜の形成を行
うものである。第２図において、ｌ５はマグネットコイ
ルであり、ｌ６は試料台である。試料台１６には高周波
電力を印加して、バイアス印加を行っている。

即ち、上記トレンチ２の形成、及び必要に応じて行う後
処理に引き続いて、例えば上記した仕様のようなバイア
スＥＣＲプラズマＣＶＤ装置を用いて、トレンチ２の開
口部２ｌにテーパー３を形成する。ここでは具体的には
、 ０！流量：　４０ＳＣＣＭ， マイクロ波パワー：　８００Ｗ、 圧力：ｓｘｉｏ−’↑ｏｒｒｓ ？加ＩＩＦバイアス：　３００Ｗ の条件で、トレンチ２の上部のオーバーカットを行うこ
とにより、コーナ一部２２にテーバー３をつけるように
した。これにより第１図（ｂ）の構造を得た。このオー
バーカットは、０゛イオンのスバッタエッチングによる
角度依存性によって生じる。

なおこの時、シリコンに０＋がイオン注入されたり、ダ
メージが入ることが懸念される場合は、該テーバー３の
形成に続いて、ガスを例えばＮｈに変え、バイアスを印
加しない条件下、フッ素ラジカルピでダメージ層をエッ
チングすればよい。

つまり、ダメージが起こる可能性が懸念される場合でも
、ダメージ層を同一装置でそのまま除去できるので、問
題はないのである。

次に本実施例では、ガスが０■である状態で、即ちガス
を島以外のもの（Ｆ系ガスなど）に一旦変えたときはガ
スを０■に変えた上で、今度はプラズマ酸化を行い、シ
リコン基板１の面に酸化膜４を形成する。酸化膜４形成
後の構造を第１図（Ｃ）に示す。この酸化膜４はＳｔ（
ｈから成るが、これにより？面単位を安定させることが
できる。

このときの酸化膜４形成のための条件は、下記のとおり
とした。

０■流量：　５０ＳＣＣＭ、 マイクロ波パワ一二８００賀、 圧力：　〜１０−”Ｔｏｒｒ 次に咳テーパー３の形成と連続して、トレンチ２の内部
に絶縁膜を埋め込むのであるが、本実施例では上記テー
パー３の形成に用いたバイアスＥＣＲプラズマＣＶＤ装
置をそのまま用いて、引き続いて次のような２段階でト
レンチ２を埋め込んだ。

〈第１段階〉 下記条件で実施。

使用ガス及び流量：Ｓｉ｝Ｉａ／０■＝　２４／４０５
ＣＣＭ、マイクロ波パワー：　８００Ｗ、 圧力：　５　ＸＩＯ−’↑ｏｒｒ， 印加ＲＰバイアス：　３００Ｗ 〈第２段階〉 下記条件で実施。

？用ガス及び流量： ＳｉＨ４／０■／＾ｒ　＝　１２／　２０／　４３ＳＣ
ＣＭ、マイクロ波バワー：　８００Ｗ， 圧力：　Ｉ　ＸＩＯ−”Ｔｏｒｒ， 印加ＲＦバイアス：３００賀 これによって、第１図（ｄ）に示すように、絶縁膜５と
してＥ　Ｃ　ＲＳｉＯ．が堆積した構造が得られた。

この状態では、絶縁膜５はトレンチ２内部のみならず基
仮１全面に堆積しているので、エッチバック等によりト
レンチ２内部にのみ絶縁膜２を残すようにする。

即ち、本実施例では次の工程でＲＩＥ装置を用いてエッ
チバックを行い、第１図（ｅ）のようにトレンチ２が埋
め込まれた構造として、完成させる。

上記したように、この実施例では、トレンチエッチング
後、マスクを除去し、必要な後処理を施して第１図（ａ
）の構造を得た後、バイアスを印加可能なＥＣＲプラズ
マＣＶＤ装置（第２図参照）にてトレンチ２の上部開口
部２ｌのコーナ一部２２の肩落としを行いこれによりテ
ーパー３を形成して第１図［有］）の構造とし、しかる
のちに必要に応じてダメージ除去を行い、更にプラズマ
酸化を施して第１図（Ｃ）の構造を得、その後、バイア
ス印加によりトレンチ２を埋め込むようにした結果、ト
レンチ２上部に良好な形状でテーバー３が形成されるた
め、ホーンの形成や結晶欠陥の発生がなく、デバイスの
信転性を向上させることができる。また、テーパー３形
成のためのオーバーカットから、穴埋めまで、連続プロ
セスで行えるため、スループットが向上する。

この実施例では特に、絶縁膜５の埋め込みに先立って酸
化膜４を形成することによって、界面準位の安定化が図
られている。

この実施例は、上記トレンチエッチング後の一連の操作
を同一の装置を用い、同一のチェンバー内で行うように
したが、連続した複数のチェンバーで行うようにしても
よく、その場合も連続プロセスであることの利点は失わ
れない。また、トレンチエッチング後必要に応じて行う
後処理は、上記一連の操作を行うチェンバーにて行うこ
とも可能である。

〔発明の効果〕

上述の如く本発明によれば、トレンチの開口を良好な形
状にすることができ、ホーンや結晶欠陥等が発生しない
ようにできるので、微細加工が可能なトレンチ技術にお
ける埋め込み方法において、きわめて有利なものという
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｅ）は、本発明の一実施例を断面図で
示すものである。第２図は、該実施例に用いるバイアス
ＥＣＲプラズマ装置の構成図である。第３Ａ図は、従来
技術を示す図、第３Ｂ図は、問題点を説明するための図
である。 ｌ・・・基板、２・・・トレンチ、２ｌ・・・トレンチ
の開口部、３・・・テーパー、５・・・絶縁膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板上に形成されたトレンチを埋め込むトレンチ埋
   め込み方法であって、 バイアス印加可能なＥＣＲプラズマ装置により前記トレ
   ンチの開口部にテーパーを形成し、該テーパー形成と連
   続して前記トレンチ内部に絶縁膜を埋め込むトレンチ埋
   め込み方法。