JPH0574927A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH0574927A
JPH0574927A JP3234195A JP23419591A JPH0574927A JP H0574927 A JPH0574927 A JP H0574927A JP 3234195 A JP3234195 A JP 3234195A JP 23419591 A JP23419591 A JP 23419591A JP H0574927 A JPH0574927 A JP H0574927A
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groove
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Shinya Nishio
信哉 西尾
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】誘電率が低く、LSIの高速化に寄与するBP
SGを埋設したトレンチを用いる半導体装置において、
トレンチにBPSGを埋設した後に、シリコン基板表面
を熱酸化する際に、BPSG中のリンやボロンがアウト
ディフュージョンし、基板表面に不純物拡散領域が形成
されるのを防止する。 【構成】トレンチ2内面に、Si 2 膜3、Si34
4Bといった絶縁膜を形成し、BPSG5Cを埋設した
後、BPSG5Cを覆うように溝2より幅が広いSi3
4 膜を形成する。その後、半導体基板1表面を熱酸化し
ても、半導体基板1にはBPSG5Cからのリンやボロ
ンのアウトディフューションによる拡散領域は形成され
ない。 【効果】従来のBPSG埋設トレンチでアウトディフュ
ーションによりトレンチ周囲に形成されていた不純物拡
散領域が無くなるため、絶縁分離領域の幅を大幅に縮小
できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法に
かかり、特に同一基板上に設けられた素子間の絶縁分離
に用いる溝にリンおよびボロンを含有するシリコン酸化
物を埋設した半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体集積回路(以下LSIとする)に
おいて、同一基板上に形成される各素子間を電気的に絶
縁分離することは、不可欠な技術である。代表的な絶縁
分離技術には、次のようなものがある。
【0003】(1)図18に示すように、半導体基板5
01Aのp形半導体領域516上でn形半導体素子領域
511Aとp形半導体領域512とで形成されるp−n
接合を利用したpn分離法。
【0004】(2)図19に示すように、半導体基板5
01Bのp形半導体領域516上でn形半導体素子領域
511Bを分離する厚いSi 2膜を形成するLOCO
S分離法。
【0005】(3)図20に示すように、半導体基板5
01Cのp形半導体領域516上のn形半導体素子領域
511Cを分離する深い溝(トレンチ)を形成するトレ
ンチ分離法。
【0006】現在ではLSIの高集積化,高速化のため
に、絶縁分離に要する面積が最も少なくてすむトレンチ
分離法が主流である。このトレンチ分離法では、図20
に示すように、トレンチ内面に絶縁膜514を形成し、
さらにトレンチ内にはシリコン基板と熱膨張率が近い多
結晶シリコン515を埋設するのが一般的である。
【0007】今日、LSIに対するより一層の高速化要
求に対し、トレンチに埋設する材質を誘電率が低い絶縁
物に代え、素子間の容量を引き下げる手法が試みられて
いる。
【0008】最初にトレンチに埋設する絶縁物として、
誘電率が低く、ステップカバレッジが良好な減圧CVD
法(Chemical Vapor Depositi
on化学気相成長)による二酸化シリコンが考えられ
た。しかし成膜後の形状は、図16に示すSi 2 膜8
のようにトレンチ形状の影響を受けトレンチ上部ではS
i 2 膜8にはくぼみができる。したがって、Si 2
膜8のうち、トレンチ外の部分を除去するために、Si
2 膜8を膜厚相当分だけエッチングした場合、トレン
チ内に残るSi 2 膜は図17に示すSi 2 膜8Bの
ように、トレンチ内に深いくぼみができるため、トレン
チの埋設物としては適当ではないことが分った。
【0009】そこで次にリフロー(再溶融)の概念が取
り入れられた。トレンチ内には誘電率が低く、ステップ
カバレッジが良く、特別に不純物を添加していないSi
2 に比べ、リフロー性に優れ、応力も小さく基板にス
トレスを発生させにくいボロンおよびリンを含有するシ
リコン酸化膜(ボロンフォスフォシリケートガラス、B
PSG)を減圧CVD法により形成する。手法である成
膜直後は図10に示すようにBPSG5はトレンチ上部
にくぼみができているが、このBPSG5を900℃〜
1000℃でリフローすることにより、図11に示すB
PSG5Bのようにその表面は平滑化される。したがっ
てこのBPSG膜5を、その平坦部での厚さ相当分エッ
チングした場合には、図12に示すように上部が平坦で
トレンチ埋設物として適当な形状のBPSG5Cがトレ
ンチ内に形成される。
【0010】次にBPSG埋設トレンチを用いた従来製
造方法について、図を用いてくわしく説明する。
【0011】図9乃至図15は従来の製造方法による半
導体装置の主要工程における断面図である。まず図9に
示すように半導体基板1には幅約0.6〜1.0μm、
深さ4〜6μmの溝2が形成され、半導体基板1の表面
および溝2の内面にはSi 2 膜3、Si34 膜4が順
次形成されている。Si34 膜4は後述す溝に埋設する
BPSG中のリンやボロンが半導体基板1中に拡散する
のを防止するためのバリア膜およびBPSG膜をエッチ
ングする時のストッパーの役割を果すためのものであ
り、その膜厚は50〜150nm(ナノメータ)程度で
ある。また、Si 2 膜3は、Si34 膜4が半導体基
板1と直接接した場合に発生するストレスを防止するも
のであり、その膜厚30〜200nm程度である。次に
図10に示すように減圧CVD法によりSi34 膜4上
にリン濃度2〜6モル%,ボロン濃度8〜12モル%の
BPSG膜5を溝2内が十分に埋まるように平坦部での
膜厚が溝2の幅の1/2以上となるように形成する。こ
の時点では溝2上部のBPSG膜5にはくぼみができて
いる。次に900℃〜1000℃の熱処理によりBPS
G膜5をリフローし、図11に示すBPSG膜5Bのよ
うに表面を平滑化する。次に弗酸を含むエッチング液を
用いBPSG膜5Bを、その平坦部での膜厚相当分エッ
チングし、図12に示すように溝2内部に、その上端
が、半導体基板1表面とほぼ同等になるようにBPSG
5Cを残す。次にSi34 膜4のうち不要となった半導
体基板1表面上部の部分を40〜60℃に熱したリン酸
を用いて、半導体基板1表面のSi 2 膜3が露出する
ようにエッチングし、図13に示すように溝2内部にS
i34 膜4Bを残す。このとき半導体基板1上に露出し
たSi 2 膜3は、Si34 膜4のエッチングに用いた
リン酸に曝されるため、膜厚の制御性は悪く、また、膜
質も劣化しており、イオン注入時の基板保護膜やMOS
トランジスタのゲート酸化膜等に用いることはできな
い。したがって、このSi 2 膜は形成しなおさなくて
はならない。そこで、図14に示すように溝2内部にS
i 2 膜3Dを残し、Si 2 膜3のうち半導体基板1
表面の部分を弗酸を含むエッチング液でエッチングす
る。次に図15に示すように、露出された半導体基板1
表面を熱酸化し、Si 2 膜307を形成する。このS
i 2 膜307の膜厚は次工程で要求される厚さであ
る。
【0012】以後は通常のプロセスにより半導体基板1
に素子を形成する。以上のようにして、多結晶シリコン
に比べ誘電率が低いBPSGを絶縁分離のための溝内に
埋設し、素子間の容量を引き下げたLSIを製造してい
た。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】この従来の製造法で
は、半導体基板表面および溝内部のBPSGの双方が露
出した状態で850℃〜1100℃の熱処理を行うため
BPSG中のリンやボロンがアウトディフューズし、図
21,図22に示すように溝周囲の半導体基板に不純物
拡散領域9が形成されてしまう。1000℃,30分程
度の熱処理(熱酸化)でも不純物拡散領域9の幅は溝の
片側で0.5μm以上にも及ぶ。溝幅が0.8μmのよ
うな微細加工を行った場合でも、溝の内壁に形成したS
i 2 膜3Dの半導体基板1側への広がりを0.1μ
m、BPSG5Cからのアウトディフュージョンによる
不純物拡散領を片側で0.5μmとすると、絶縁分離領
域の幅は2.0μmとなり、LSIの高集積化の妨げと
なるといった問題点があった。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明の製造方法は半導
体基板に溝を形成する工程と、前記半導体基板表面およ
び前記溝内に第1の絶縁膜を形成する工程と、前記溝内
にBPSGを埋設する工程と、前記溝上部に前記BPS
Gを覆うように前記溝よりも幅が広い第2の絶縁膜を形
成する工程と、前記第2の絶縁膜に覆われていない第1
の絶縁膜を除去する工程と、前記第1および第2の絶縁
膜に覆われていない前記半導体基板の表面を熱酸化する
工程を含んでいる。すなわち、第2の絶縁膜によりBP
SGを覆うことにより、熱酸化時にBPSG中のリンや
ボロンがアウトディフューズすることを防止している。
【0015】
【実施例】次に本発明について図を参照して説明する。
図1乃至図4は本発明の第1の実施例の半導体装置の主
要工程における断面図である。従来例と同様の方法によ
り、溝2を設けた半導体基板1表面にはSi 2 膜3
を、溝2内面にはSi 2 膜3、Si34 膜4Bを順次
形成し、さらに溝2内にはBPSG5Cを埋設してある
(図1)。次に図2にように、半導体基板1上面側に減
圧CVD法により、厚さ25nm以上のSi34 膜6を
形成する。このSi34 膜は、後述する半導体基板1表
面を熱酸化する際に、BPSG5C中のリンやボロンが
アウトディフューズするのを防止するためのものであ
る。次に通常のフォトリソグラフィ技術を用い、図3に
示すように溝2上部に、溝2よりも幅が広いSi34
6Bを残すようにSi34 膜6の一部をエッチングし、
さらに、Si34 膜6Bと同程度の幅にSi 2 膜3B
が残るようにSi 2 膜3の一部をエッチングする。S
i34 膜6のエッチングは、寸法精度を高くするため
に、フォトレジストをマスクにRIE(Reactiv
e Ion Etch,反応性イオンエッチング)等の
ドライエッチング法を用い、Si 2 膜3のエッチング
には半導体基板1へのダメージを避けるため、弗酸を含
むエッチング液を用いたウェットエッチ法を用いる。本
実施例では、Si34 膜4、Si 2 膜3のオーバーエ
ッチ,サイドエッチや、フォトリソグラフィ技術で使用
する露光装置の位置合わせ精度等を考え、Si34 膜6
Bの幅は、溝2より片側で0.1μm〜0.3μm広く
する。次に露出している半導体基板1表面を熱酸化し、
図4に示すようにSi 2 膜7を形成する。Si 2
7の膜厚は以後のプロセスが要求する厚さである。以
後、通常のプロセスにより半導体基板1に素子を形成す
る。
【0016】以上のように、半導体基板1を熱酸化する
際に、Si34 膜でBPSGを覆うことにより、BPS
G中のリンやボロンがアウトディフューズし、溝周囲に
不純物拡散領域が形成されることなくLSIを製造でき
る。
【0017】次に、本発明の第2の実施例について図を
用いて説明する。図5乃至図8は本発明の第2の実施例
の製造方法による半導体装置の主要工程における断面図
である。まず、従来例と同様の方法により、図5に示す
ように、半導体基板1と半導体基板1に設けられた溝2
にはSi 2 膜3,Si34 膜4,さらに溝内にはBP
SG5Cが埋設されている。次に、第1の実施例とは異
なり、図6に示すようにSi34 膜4を除去せずに、S
i34 膜4上およびBPSG5C上にSi34 膜206
を形成する。Si34 膜206の膜厚は第1の実施例
(図3)におけるSi34 膜6と同様に25nm以上と
する。次に通常のフォトトリソグラフィ技術を用い、S
i34 膜206を、溝2の幅よりも広く残るようにエッ
チングし、順次Si34 膜4、Si 2 膜3をエッチン
グし、図7に示すようにSi34 206Bおよび4C、
i 2 膜3Cを形成する。次に半導体基板1の露出し
た表面を熱酸化し、Si 2 膜7を形成する。Si 2
膜7の膜厚は、以後の工程が要求する膜厚とする。以後
通常のプロセスにより、半導体基板1に素子を形成す
る。
【0018】本第2の実施例は、第1の実施例に比べ、
i34膜4のエッチング工程を省略できると共に、S
i34 膜4Bのオーバーエッチによる溝内へのへこみを
防止できるという特徴がある。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の製造方法
では絶縁分離のための溝内に誘電率が低く、LSIの高
速化に寄与するBPSGを埋設した半導体装置におい
て、半導体基板表面を熱酸化する際に、Si34 膜によ
り溝内のBPSGを覆うことによりBPSG中のリンや
ボロンがアウトディフューズし、溝周辺の半導体基板に
不純物拡散領域を形成することを防止できる。
【0020】したがって、絶縁分離のための溝の幅を
0.8μmとし、溝内に形成した酸化膜の、半導体基板
側への広がりを、溝の片側で0.1μmとした場合に、
従来の製造方法でBPSGからのアウトディフュージョ
ンによる拡散領域の幅を溝の片側で0.5μmとする
と、2μm必要であった絶縁分離領域の幅が、本発明の
製造方法では、BPSGを覆うSi34 膜を溝の幅より
片側0.2μm広くした場合で1.4μmと、30%も
削減できるという効果を有する。このような本発明の効
果を、従来技術と対比させて図23に示す。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1乃至図4は、本発明の第1の実施例の製造
方法による半導体装置の主要工程における断面図。
【図2】図1乃至図4は、本発明の第1の実施例の製造
方法による半導体装置の主要工程における断面図。
【図3】図1乃至図4は、本発明の第1の実施例の製造
方法による半導体装置の主要工程における断面図。
【図4】図1乃至図4は、本発明の第1の実施例の製造
方法による半導体装置の主要工程における断面図。
【図5】図5乃至図8は本発明の第2の実施例の製造方
法による半導体装置の主要工程における断面図。
【図6】図5乃至図8は本発明の第2の実施例の製造方
法による半導体装置の主要工程における断面図。
【図7】図5乃至図8は本発明の第2の実施例の製造方
法による半導体装置の主要工程における断面図。
【図8】図5乃至図8は本発明の第2の実施例の製造方
法による半導体装置の主要工程における断面図。
【図9】図9乃至図15は従来の製造方法による半導体
装置の主要工程における断面図。
【図10】図9乃至図15は従来の製造方法による半導
体装置の主要工程における断面図。
【図11】図9乃至図15は従来の製造方法による半導
体装置の主要工程における断面図。
【図12】図9乃至図15は従来の製造方法による半導
体装置の主要工程における断面図。
【図13】図9乃至図15は従来の製造方法による半導
体装置の主要工程における断面図。
【図14】図9乃至図15は従来の製造方法による半導
体装置の主要工程における断面図。
【図15】図9乃至図15は従来の製造方法による半導
体装置の主要工程における断面図。
【図16】図16および図17は従来の製造方法におい
て、溝内にリンを含まないシリコン酸化物を埋設した場
合の半導体装置の断面図。
【図17】図16および図17は従来の製造方法におい
て、溝内にリンを含まないシリコン酸化物を埋設した場
合の半導体装置の断面図。
【図18】図18乃至図20は通常用いられている絶縁
分離技術の代表例を示す図。
【図19】図18乃至図20は通常用いられている絶縁
分離技術の代表例を示す図。
【図20】図18乃至図20は通常用いられている絶縁
分離技術の代表例を示す図。
【図21】図21および図22は従来の製造方法におけ
る問題点を示す図。
【図22】図21および図22は従来の製造方法におけ
る問題点を示す図。
【図23】図23は本発明の効果を示す図である。
【符号の説明】
1 半導体基板 2 溝 3,3B,3C,3D,3E Si 2 膜 4,4B,4C Si34 膜 5,5B BPSG膜 5C BPSG 6,6B,6C,206,206B Si34 膜 7,307,707 Si 2 膜 8 Si 2 膜 8B Si 2 膜 9 不純物拡散領域 501A,501B,501C シリコン基板 511A,511B,511C n形半導体領域 512 p形半導体領域 513 Si 2 膜 514 絶縁膜 515 多結晶シリコン 516 p形半導体領域

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板に溝を形成する工程と、前記
    半導体基板および前記溝内に第1の絶縁膜を形成する工
    程と、前記溝内にリンおよびボロンを含有するシリコン
    酸化物を埋設する工程と、前記溝よりも幅が広い第2の
    絶縁膜を前記溝上からその周辺部上にかけて形成する工
    程と、前記第2の絶縁膜に覆われていない前記第1の絶
    縁膜を除去する工程と、前記第1および第2の絶縁膜に
    覆われていない前記半導体基板の表面を熱酸化する工程
    とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記第2の絶縁膜が窒化シリコン膜であ
    ることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造
    方法。
JP3234195A 1991-09-13 1991-09-13 半導体装置の製造方法 Pending JPH0574927A (ja)

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