JPH07273121A

JPH07273121A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH07273121A
Application number: JP6185494A
Authority: JP
Inventors: Seigo Abe; 征吾安部; Koji Kimura; 幸治木村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-03-31
Filing date: 1994-03-31
Publication date: 1995-10-20

Abstract

(57)【要約】【構成】本発明によれば、素子分離用のトレンチ３１
を半導体基板１１内に所定の深さを持って形成し、この
トレンチ側壁面に所定の深さまでゲッタリング効果のあ
るイオン注入し、熱処理を施しゲッタリング層５１を形
成し、半導体基板１１内に含まれる酸素や金属不純物等
をゲッタリングする。その後、トレンチ側壁面のゲッタ
リング層５１を除去し、その後トランジスタ等の各素子
を形成する。【効果】本発明によれば、半導体基板内に存在する酸
素や金属不純物を、素子分離用のトレンチの製造工程を
利用して除去することができる。トレンチの形成は、不
純物領域が形成される前に行われるので、ゲッタリング
の熱処理工程時に不純物の再拡散が起こることはない。
また、ゲッタリングサイトはトレンチの側壁面に形成さ
れるので、半導体基板内の比較的深い部分にまでゲッタ
リングの効果がある。

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、
特に素子分離領域としてトレンチ構造を具備した半導体
装置のゲッタリング方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来半導体装置に用いられる既存のシリ
コン基板には、ある程度の濃度に制御された酸素が含ま
れている。この酸素は、製造工程中の不純物領域を形成
するための熱拡散などの熱工程中に析出核を形成し、シ
リコン基板中に含まれる不純物等の汚染に対して、ゲッ
タリングサイトとして機能する。しかし基板にあらかじ
め含まれる酸素濃度が高すぎる場合は、熱処理工程によ
って形成される酸素の析出核が成長しすぎるため、逆に
シリコン基板の結晶欠陥が起こる場合がある。

【０００３】上記のようなシリコン基板中の酸素濃度の
問題を回避するために、バイポ−ラデバイス等の製造工
程においては、シリコン基板上にエピタキシャル成長を
行い、酸素濃度が比較的低濃度で一定したエピタキシャ
ル層を形成し、このエピタキシャル層内に各素子を形成
している。エピタキシャル層は、シリコン基板と比較し
て酸素濃度を低く形成することは可能であるが、この反
面エピタキシャル層の形成時に、金属不純物を高濃度に
取り込んでしまうことが欠点としてあげられる。ま
た、エピタキシャル層の成長直後では酸素を低濃度で形
成することが可能であるが、シリコン基板中に含まれる
酸素が、製造工程中の熱処理によりシリコン基板から拡
散してくるため、エピタキシャル層内において次第に高
濃度化してくる。このため酸素の析出核の大型化がおこ
り、結晶欠陥が発生し、素子の不純物領域内で接合リ−
ク等の不良を起こしてしまう。また、基板内にトレンチ
を形成して素子分離領域を形成する場合、トレンチの底
部が酸素を比較的高濃度に含むシリコン基板中に達する
ため、トレンチ形成に起因するストレスにより、トレン
チの底部でのエッジ部に結晶欠陥が発生しやすくなる。
またエピタキシャル層の形成時に混入してくる金属不純
物も、酸素原子と同様の理由により、不純物領域内で接
合リ−ク等の不良を起こしてしまう。

【０００４】これらの対策として、比較的低温での熱処
理と比較的高温での熱処理とを組み合わせ、酸素の析出
核の生成を制御する方法が用いられている。しかしデバ
イスの高速化と共に、半導体基板内に形成されるソース
領域やドレイン領域等の不純物領域の深さが浅くなって
おり、熱処理による不純物の再拡散等がおこるため、素
子の特性の劣化を引き起こす原因となる。

【０００５】このように、シリコン基板中に含まれる酸
素をゲッタリングサイトとして用いる場合には、その濃
度の制御が困難であるため、結晶欠陥が生じる等の問題
があった。またゲッタリングを行う際の熱処理におい
て、半導体基板中の不純物の再拡散が起こり素子の特性
を悪化させる原因となっていた。特に高速デバイスなど
の熱処理の抑制を必要とする半導体装置を製造する場合
には、半導体基板中の不純物を効果的にゲッタリングで
きないという問題点があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のような問題点を
踏まえ本発明においては、半導体基板中に含まれる半導
体の特性を悪化させる原因となる不純物を、素子の特性
を悪化させることなく効率的に低減し、半導体装置の信
頼性を向上させることが可能な半導体装置の製造方法を
提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明によれば、素子分離にトレンチ構造を用いる半
導体装置において、半導体基板にトランジスタ等の素子
の不純物領域を形成する前に、素子分離用のトレンチを
半導体基板内に所定の深さを持って形成し、このトレン
チ側壁面に所定の深さまでゲッタリング効果のあるイオ
ン注入し、熱処理を施すことによりゲッタリングサイト
を形成し、半導体基板内に含まれる酸素や金属不純物等
をゲッタリングする。その後、トレンチ側壁面のゲッタ
リング層をエッチングにより除去し、不純物等が除去さ
れた半導体基板内にトランジスタ等の各素子を形成す
る。

【０００８】

【作用】本発明によれば、シリコン基板内（特に表面領
域）及びシリコン基板表面上に形成されるエピタキシャ
ル層（総じて半導体基板）内に存在する酸素や金属不純
物を、素子分離用のトレンチの製造工程を利用して除去
することが可能となる。トレンチの形成は、トランジス
タ等の不純物領域が形成される前に行われるので、ゲッ
タリングの熱処理工程時に不純物の再拡散が起こること
はない。また、このゲッタリングにより半導体基板（特
にシリコン基板）内に含まれる酸素がゲッタリングされ
るため、後の熱処理工程で酸素の析出核の大型化が起こ
らず、結晶欠陥の発生を防ぐことができる。

【０００９】また、本発明におけるゲッタリングサイト
はトレンチの側壁面に形成されるものであり、このため
半導体基板内の比較的深い部分にまでゲッタリングの効
果があるため、後の熱処理工程でシリコン基板から酸素
の拡散を防ぐことができる。

【００１０】

【実施例】本発明の一実施例について各工程ごとの断面
図を用いて説明する。図１〜図６は本発明の概略図であ
る。まず図１に示すように、Ｐ型シリコン基板１１表面
上に膜厚２μｍのＮ＋埋め込み層１２を形成する。次に
Ｎ⁺埋め込み層１２表面上に膜厚１μｍのエピタキシャ
ル層１３を形成する。以下１１〜１３を半導体基板１４
と称する。次にエピタキシャル層１３表面上を熱酸化
し、膜厚５０ｎｍの熱酸化膜１５を形成する。次に熱酸
化膜１５表面上にＬＰＣＶＤ(Low Pressur Chemical Va
pour Deposition)法により膜厚１００ｎｍのシリコン窒
化膜１６を形成する。次にシリコン窒化膜１５表面上に
ＬＰＣＶＤ法により、膜厚８００ｎｍのシリコン酸化膜
１７を形成する。次に半導体基板１４にトレンチを形成
するために、レジストをシリコン酸化膜１７表面上に塗
布し、フォトリソグラフィ技術によりトレンチ開口用に
パターニングを行い、レジストマスク１８を形成する。

【００１１】続いて図２に示すように、レジストマスク
１８を用いて、半導体基板１１にトレンチを形成するた
めのマスクを形成するために、シリコン酸化膜１７、シ
リコン窒化膜１６及び熱酸化膜１５を異方性エッチング
によりエッチングする。

【００１２】続いて図３に示すように、レジストマスク
１８をアッシングにより除去した後、半導体基板にトレ
ンチ３１を形成する。トレンチの深さは、半導体基板１
１表面上に形成されているシリコン酸化膜１７の上部表
面から６μｍ、幅は１μｍであり、異方性エッチングに
よって形成する。このトレンチ３１の側壁面には後の工
程においてイオン注入が行われ、ゲッタリング層として
機能する。よって、半導体基板１４内のエピタキシャル
層１２とシリコン基板内の埋め込み層１３を貫く深さま
でトレンチを形成することにより、半導体基板内の深い
領域にまでゲッタリングの効果を及ぼすことができる。
よって、後の熱処理によるゲッタリングにおいて半導体
基板１４内のシリコン基板、エピタキシャル層１３及び
埋め込み層１２から酸素や金属不純物を万遍なく除去す
ることが可能となる。

【００１３】続いて図４に示すように、図３の工程で形
成されたトレンチ３１の側壁面にイオン４１の注入を行
う。ゲッタリング効果のあるイオンの種類としては、炭
素、リン、ホウ素等があり、いずれのイオンについても
実施が可能である。本実施例では炭素を用いる。イオン
注入の方法に関しては、トレンチの側壁面に対し一定の
角度をつけ、回転注入により行う。

【００１４】トレンチの側壁面に対し一定の角度をつけ
イオン注入を行うのは、トレンチ側壁面に均等にイオン
注入を行い、トレンチの側壁面の全面にゲッタリング層
を形成するためであると同時に、トレンチの底部にイオ
ン注入が行われるのを防ぐためである。トレンチの底面
の垂直方向よりイオン注入が行われた場合、シリコン原
子の格子配列の向きによってチャネリング現象が生じ、
半導体基板内部の深い部分にまでイオンが到達してしま
う。この状態で熱処理を行うと、半導体基板内部に到達
したこれらのイオンによってゲッタリング層が形成さ
れ、その除去が困難になる。

【００１５】イオン注入時のトレンチ側壁面に対しての
角度は、トレンチの深さが６μｍ、幅が１μｍのため、
側壁面に均等にイオン注入を行うにはｓｉｎθ＝１／６
の角度により行う必要がある。また、注入エネルギーに
関しては、トレンチの側壁面からの垂直方向の深さが、
５０ｎｍの部分にピーク深さがくるようなエネルギーに
より行う。トレンチの側壁面に対しｓｉｎθ＝１／６の
角度を持ってイオン注入されるので、角度を持った状態
で３００ｎｍの深さにピークを持つように、注入エネル
ギーを求めると１００ｋｅＶとなる。ドーズ量に関して
は、ゲッタリングの効果を効率的に行うために、１×１
０¹⁴ａｔｏｍｓ・ｃｍ^-2程度で行うのが望ましい。

【００１６】続いて図５に示すように、イオン注入を行
った後、ゲッタリングのための熱処理を行いゲッタリン
グサイト５１を形成する。半導体基板中に含まれる不純
物のゲッタリングは、ゲッタリング効果のある不純物に
よって形成される半導体基板中の結晶欠陥が、熱処理に
よって回復する課程において、欠陥部からの多量の空格
子が基板中に放出されるときに、この空格子に半導体基
板中に含まれる酸素や金属不純物がゲッタリングされる
効果を利用するものである。ゲッタリング用の不純物で
ある炭素原子より形成されるゲッタリングサイト中の結
晶欠陥の大きさは、ゲッタリング効果を決定する要素と
なる。結晶欠陥の大きさはゲッタリング時の熱処理温度
によって決定されるため、熱処理温度の制御は重要であ
る。

【００１７】炭素原子の核生成は、熱処理温度が７００
℃〜１０００℃の範囲でなされる。通常の電気炉アニー
ルの場合、処理する半導体基板の載置する位置によって
この温度に大きなばらつきが生じる。また、熱処理が長
すぎる場合、巨大な結晶欠陥が発生し、基板中に多量の
結晶欠陥が残留することとなる。このため、アニール時
の時間と温度の精密な制御が重要である。

【００１８】これを踏まえ本実施例においては、熱処理
を二段階により行う。一段目としてはＲＴＰ(Rapid The
rmal Process) 装置を用いた高温／短時間ＲＴＡ(Rapid
Thermal Anneal)であり１１５０℃、２０秒の熱処理を
行う。二段目としてはＦＡ(Furnace Anneal)であり１０
００℃、６０分の熱処理を行う。ＲＴＡは光エネルギー
を利用した熱処理であり、処理時間や温度を精密に制御
することができる。このＲＴＡによって生成された結晶
欠陥を長時間かけて回復を行う工程が、ＦＡを用いた熱
処理である。この二段階の熱処理により、時間の制御性
を向上させ、実施例の効果を高める。このゲッタリング
により半導体基板中に含まれる金属不純物や、酸素等が
除去される。

【００１９】続いて図６に示すように、トレンチの側壁
面のゲッタリングサイトを除去するために、等方性エッ
チングによりトレンチ側壁面を７５ｎｍ除去する。これ
は、図４の工程において、注入イオンがトレンチ側壁面
からの深さが５０ｎｍの部分でピークを持つように注入
され、ゲッタリング層はトレンチ側壁面からの深さが７
５ｎｍ以内の範囲まで形成されているためである。また
このとき、トレンチの側壁面はトレンチ形成時のＲＩＥ
によってダメージを受けているが、このダメージも同時
に取り除かれることとなる。エッチングの方法として
は、トレンチ側壁面を酸化してウエットエッチングによ
って除去する方法によっても可能である。以上の工程に
より、素子分離用のトレンチを利用したゲッタリングの
工程が終了する。この後従来と同様に、半導体基板上に
絶縁膜を形成し、トレンチ内に絶縁膜を埋め込み素子分
離領域を形成し、続いて半導体基板表面に隣接するソー
ス、ドレイン領域等に不純物を注入し、この各不純物領
域上に各電極が形成され、電解効果型トランジスタの素
子部分が製造される。

【００２０】本発明における、ゲッタリングサイトはト
レンチの側壁面に形成されるものであり、このため半導
体基板内の比較的深い部分にまで、ゲッタリングの効果
を及ぼすことができ、熱処理工程で半導体基板（特にシ
リコン基板）から酸素の拡散を防ぐことができる。また
トレンチの形成は、バイポーラトランジスタの製造工程
中に、ソース、ドレイン領域等の不純物領域が形成され
る前に行われるため、ゲッタリングの熱処理工程時にこ
の不純物領域で不純物の再拡散が起こることはない。ま
た、このゲッタリングによりシリコン基板中に含まれる
酸素がゲッタリングされるため、後の熱処理工程で酸素
の析出核の大型化が起こらず、結晶欠陥や接合リークの
発生を防ぐことができる。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、半導体基板内に存在す
る酸素や金属不純物を、素子分離用のトレンチの製造工
程を利用して除去することができる。このため、ゲッタ
リングの熱処理工程時に不純物の再拡散が起こることが
なく、またこのゲッタリングにより酸素もゲッタリング
されるため、後の熱処理工程で酸素の析出核の大型化が
起こらず、結晶欠陥の発生を防ぐことができる。以上の
ように、本発明によれば、半導体装置の信頼性を向上さ
せることが可能な半導体装置の製造方法を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の概略を説明する断面図。

【図２】本発明の実施例の概略を説明する断面図。

【図３】本発明の実施例の概略を説明する断面図。

【図４】本発明の実施例の概略を説明する断面図。

【図５】本発明の実施例の概略を説明する断面図。

【図６】本発明の実施例の概略を説明する断面図。

【符号の説明】

１１Ｐ型シリコン基板１２Ｎ⁺埋め込み層１３エピタキシャル層１４熱酸化膜１５シリコン窒化膜１６シリコン酸化膜１７レジスト３１トレンチ４１注入されるイオン５１ゲッタリングサイト

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板に所定の深さの素子分離用の
トレンチを形成する工程と、前記トレンチの側壁面にゲッタリング効果を持つ不純物
イオンを注入する工程と、前記不純物イオンの注入後に熱処理を施してゲッタリン
グを行う工程と、前記熱処理の後に前記不純物イオンの注入を行った領域
を除去する工程とを有することを特徴とする半導体装置
の製造方法。
【請求項２】請求項１記載の半導体装置の製造方法に
おいて、前記不純物イオンを注入する工程は、前記トレンチの側
面に所定の傾斜をもって行われることを特徴とする半導
体装置の製造方法。
【請求項３】請求項１記載の半導体装置の製造方法に
おいて、前記熱処理を施しゲッタリングを行う工程の後に前記半
導体基板表面に隣接する不純物領域を形成する工程を具
備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】請求項１記載の半導体装置の製造方法に
おいて、前記熱処理を施しゲッタリングを行う工程は、温度と時
間の異なる複数の熱処理工程を有することを特徴とする
半導体装置の製造方法。
【請求項５】請求項４記載の半導体装置の製造方法に
おいて、前記熱処理工程はＲＴＡによる第一の熱処理工程と、前
記第一の熱処理工程の後に行われるＦＡによる第二の熱
処理工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造
方法。
【請求項６】請求項１記載の半導体装置の製造方法に
おいて、前記トレンチは前記半導体基板内のエピタキシャル層と
埋め込み層を貫く深さにまで形成されることを特徴とす
る半導体装置の製造方法。
【請求項７】請求項１記載の半導体装置の製造方法に
おいて、前記不純物イオンは炭素イオン、リンイオンまたはホウ
素イオンであることを特徴とする半導体装置の製造方
法。