JPH03229443A - 半導体装置 - 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】 二産業上の利用分野コ 本発明は、半導体装置に関し、特に、高密度集積化が可
能な溝絶縁分離構造を有する半導体装！に関する。

［従来の技術］ 従来、この種の溝型絶縁分離構造は、第３図に示すよう
に、溝内が全て絶縁体あるいは半導体で充填される構造
となっていた。すなわち、第３図に示すように、ｐ型半
導体基板３１上にはｎ＋型型数散層３２ｎ型エピタキシ
ャル層３３、酸化膜３４が形成されており、分離用溝は
これらの各層を貫通してｐ型半導体基板３１に達するよ
うに形成されている。分離用溝の下端にはｐ＋型型数散
層３１ａ形成され、溝内は、熱酸化膜３５を介して多結
晶シリコン膜３６で充填されている。

多結晶シリコン膜３６は、全面に多結晶シリコンを堆積
した後、ホトレジストの塗布、全面ドライエツチングを
施すなどして、溝外部の不用部分を除去して形成される
。多結晶シリコンを溝内のみに埋め込んだ後、溝上部は
シリコン酸化膜３７で再充填され、電気的絶縁が図られ
る。

溝内は多結晶シリコンに限らず、シリコン酸化物で充填
する構造をとることも多い。

［発明が解決しようとする課題］ 上述した従来の絶縁分離構造では、溝内が埋設物によっ
て完全に充填されているために、機械的ストレスを蓄積
しやすい。

すなわち、絶縁分離溝形成工程は、半導体装置形成の比
較的初期段階において行われ、半導体基板は該工程終了
後数回高温処理工程を経験する。

このとき、溝内埋設物とシリコン半導体基板との熱膨張
係数の違いから、強いストレスが発生し、このストレス
によりシリコン基板に欠陥が誘発される。その結果、製
造工程における歩留りの低下や製品の信頼性の低下が引
き起こされる。

［課題を解決するための手段］ 本発明の半導体装置は、半導体基板の一主面上に溝型絶
縁分離構造を有し、そしてこの絶縁分離溝は内部に空洞
を有する絶縁膜で埋設される。

また、この溝型絶縁分離構造において、埋設されている
空洞を有する絶縁膜は、リンあるいはボロン等の不純物
を含有したシリコン酸化物により形成される。

［実施例］ 次に、本発明の実施例について、図面を参照して説明す
る。

第１図は、本発明の第１の実施例を示す断面図である。

この半導体装置は次のように形成される。ｐ型シリコン
基板１１の表面にヒ素を拡散してｎ＋型型数散層１２形
成し、次に、ｎ型エピタキシャル層１３を膜厚３μｍに
形成する。エピタキシャル層１３の表面を熱酸化し、表
面を酸化膜１４で保護した後に、所望の位１に絶縁分離
用の溝を幅１μｍ、深さ６μｍに形成する。溝の底部に
分離用のｐ４型拡散層１１ａを形成した後、溝の側壁に
熱酸化により酸化膜１５を形成する。

この状態で、常圧気相成長法により、リンが４ｍｏｂ％
添加されたＰＳＧ（リンケイ酸ガラス）を成長させる。

このとき、溝内の酸化膜（ＰＳＧ）中には空洞１６ａが
形成される。続いて、ホトレジストを用いた全面ドライ
エツチング法により基板表面のＰＳＧを除去すると、溝
の内部にのみＣＶＤ酸化膜１６が形成される。

次に、溝上部の凹部を充填するため、ＣＶＤ法により全
面に酸化膜を成長させ、ホトレジストを用いた全面ドラ
イエツチング法により基板表面の酸化膜を除去し、溝上
部に酸化膜１７を残存させる。

以下、詳細な説明は省略するが、引き続き、半導体素子
形成に必要な他の多くの工程を施して、半導体装置を完
成させる。

半導体基板１１あるいはエピタキシャル層１３と酸化膜
１６との熱膨張係数の違いによる機械的ストレスは、溝
内が非流動性酸化物によって完全充填された場合には極
めて大きくなる。しかし、本実施例では、酸化膜１６中
にはリンが４ｍｏＩＩ％含まれているので、膜の軟化点
が低く、かつ、膜中には空洞１６ａが存在しているため
、半導体装１形成に必要な９００〜１０００℃程度の熱
処理工程では、ストレスは空洞の形状変化として吸収さ
れる。したがって、熱処理によるストレスが半導体基板
１１あるいはエピタキシャル層１３に蓄積して結晶欠陥
を誘起することがなくなる。

ここで、空洞１６ａ内部にとり込まれた空気の膨張によ
る内部圧力は、固体間の熱膨張係数の差によるストレス
と比較すると格段と低いので、無視することができる。

しかしながら、なお空洞内部の気体圧力が問題となると
きには、酸化膜１６は、減圧気相成長法により形成すれ
ばよい。

第２図は、本発明の第２の実施例を示す断面図である。

同図において、第１図の部分と共通する部分には下１桁
が共通する記号が付されている。

本実施例では、溝内壁に熱酸化による酸化膜２５を形成
した後に、高温ＣＶＤ法を用いてＣＶＤ酸化膜２８を形
成する。次に、リン及びボロンを含むＣＶＤ酸化膜２９
を形成する。ここで、酸化膜２９中のリン濃度は４ｍｏ
！２％、ボロン濃度は１５１０ρ％とした。不純物濃度
が高く、容易に軟化、流動化するため、酸化膜２９中の
空洞２９ａは、断面形状が楕円形となっている。酸化膜
２９の流動性が高いため、先の実施例と比較して、より
低温においてもストレス緩和がなされる。

なお、ここで高温ＣＶＤ酸化膜２８を形成したのは、酸
化膜２９中に含まれる不純物が溝側壁に拡散することの
ないようにするためである。この膜は膜厚１０００Å以
上とすることが望ましい７［発明の効果］ 以上説明したように、本発明は、絶縁分離用溝内に充填
する絶縁膜に意図的に空洞を形成するものであるので、
本発明によれば、熱処理工程終了後に半導体装置中にス
トレスが蓄積されないようにすることができる。したが
って、本発明によれば、過剰なストレスに起因する製品
不良の発生を防止し、製造工程での歩留りを向上させる
ことができる。さらに、市場へ製品が供給された後にお
いても、絶縁分離溝に起因するストレスが蓄積されてい
ないので、リーク電流などの市場での不良発生を未然に
防止することができ、装置の信頼性を向上させることが
できる。

上記効果は、溝内に充填される絶縁膜にヒ素あるいはリ
ンなどの不純物を含有させたシリコン酸化膜を用いるこ
とにより一層高められる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す断面図、第２図は
本発明の第２の実施例を示す断面図、第３図は従来例を
示す断面図である。 １１．２１．３１・・・ｐ型半導体基板、　　１１ａ、
２１ａ、３１ａ・・・ｐ１型拡散層、　　　１２．２２
．３２・・・ｎ＋型型数散層　　　１３．２３．３３・
・・ｎ型エピタキシャル層、　　　１４．２４．３４・
・・酸化膜、　　１５．２５．３５・・・酸化膜５１６
．２８．２９　・ＣＶ　Ｄ酸化膜、　　　１６ａ、２９
ａ・・・空洞、　　　１７．２７．３７・・・酸化膜、
３６・・・多結晶シリコン膜。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）一主面上に絶縁分離用溝を有する半導体基板と、
   前記絶縁分離用溝内に埋設された内部に空洞を有する絶
   縁膜とを備えた半導体装置。
2. （２）前記絶縁膜は不純物を含有したシリコン酸化膜で
   ある請求項１記載の半導体装置。