JPH07273182A - 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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JPH07273182A
JPH07273182A JP6183794A JP6183794A JPH07273182A JP H07273182 A JPH07273182 A JP H07273182A JP 6183794 A JP6183794 A JP 6183794A JP 6183794 A JP6183794 A JP 6183794A JP H07273182 A JPH07273182 A JP H07273182A
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JP
Japan
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forming
dielectric
semiconductor device
formation
manufacturing
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JP6183794A
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English (en)
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Hidekatsu Kuroda
英克 黒田
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】互いに電気的に分離された複数の素子と、素子
分離のために深い溝内に誘電体を充填した分離構造を有
する半導体装置の分離構造の形成工程で生じるウェハ平
坦度の悪化が、素子構造の形成時の加工精度等に悪影響
を与えないようにする。 【構成】分離用溝の形成および誘電体の充填による分離
構造の形成工程を、少なくとも半導体素子の金属電極形
成前までの素子構造の前半形成工程が完了した後に行
う。充填用誘電体としてはTEOS(四エトキシシラ
ン)とオゾンの反応によるCVD酸化膜を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、互いに電気的に分離さ
れた素子を有する半導体集積回路において、素子を分離
する領域の形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】モノリシックな半導体集積回路において
は、集積回路を構成する素子が電界効果素子、バイポー
ラ素子或いはこれら素子の混合の場合においても個々の
素子を電気的に分離する必要がある。通常この分離方法
としてpn接合分離、部分的誘電体分離、誘電体埋め込
み分離等の方法がある。近年は、素子の微細化と集積密
度の向上のため、酸化膜を介して二枚のウェハを貼り合
わせた形のSOI基板が用いられることが多く、素子分
離方法としては誘電体埋め込み分離法が多用されてい
る。
【0003】図4(a)ないし(d)および図5(a)
ないし(d)は従来の素子分離方法による分離を行った
集積回路の製造工程の概略を工程順に便宜的に二つの図
に分けて断面図で示したものである。以下、簡単に工程
を説明する。下地シリコン22の上に酸化膜層23を介
在させて単結晶層24が設けられた形のSOI基板21
の単結晶層24に、通常のフォトエツチング技術を用い
てパターン形成し、単結晶層24を局部的にエッチング
して酸化膜層23に達する分離用溝27を形成する[図
4(a)]。次に熱酸化により熱酸化膜28を形成した
のち減圧CVD(化学気相蒸着法)によりシリコン酸化
膜25を分離用溝27に充填する[同図(b)]。その
後、半導体素子の形成部分の熱酸化膜28を除去し,熱
酸化によりゲート酸化膜29を形成し、MOSFETの
しきい値制御のためのチャンネルイオン30の注入を行
う[同図(c)]。さらに、ゲート電極用の多結晶シリ
コン層31を堆積し抵抗制御のためのドープイオン32
の注入を行う[同図(d)]。ゲート電極33を残して
多結晶シリコン層31の余分な部分を除去し、フォトレ
ジスト34にパターン形成してソース、ドレイン領域に
ソース、ドレインイオン35を注入する[図5
(a)]。続いてPSG(燐シリケートガラス)膜36
を堆積する[同図(b)]。更に堆積したPSG膜36
にフォトエツチング技術により金属電極用の窓開けをし
た後、金属膜37を蒸着する[同図(c)]。金属膜3
7をフォトエツチング技術によりパターン形成して電極
および配線38とした後、もう一度PSG膜39を堆積
する[同図(d)]。さらにこの上にシリコン酸化膜や
シリコン窒化膜を堆積することもある。
【0004】上記の工程では、図4(a)と(b)とが
分離工程にあたる。その後の図4(c)と(d)とこれ
に続く図5(a)と(b)の工程が半導体素子形成前工
程にあたり、図5(c)と(d)が金属電極の形成以降
の素子形成後工程である。すなわち、分離工程を行った
のち、素子形成前工程、素子形成後工程の順で工程が進
められている。上図では、半導体素子としてMOSFE
Tを例に取り上げた。分離用溝27に充填される誘電体
としては、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜が用いら
れ、それらの形成方法としては、熱酸化法や減圧CVD
法で行われ、形成温度は大体900℃以上である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記のような半導体装
置の製造方法では、 [1]分離工程が半導体素子形成前に行われるため、そ
れに伴いウェハの平坦度が悪化して、素子形成時の加工
精度を低下させる等の悪影響を与える。 [2]素子形成に例えば、注入した不純物イオンの拡散
熱処理のためなどの高温工程が必要とされるため、誘電
体に使用される物質に耐熱性が求められ、充填材料の種
類が限定されてしまう。 の二点が問題となっている。
【0006】本発明は、前述の半導体装置の製造方法に
おける上記の課題を解決し、素子形成工程に悪い影響を
与えない、しかも従来より多様な充填材料の使用を可能
にする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】前項記載の課題を解決す
る手段として、複数の素子領域を分離する分離用溝の形
成と誘電体の充填による分離工程と、金属電極形成前ま
での素子形成前工程と、金属電極形成工程を含むその後
の素子形成後工程とからなる半導体装置の製造方法にお
いて、前記分離工程を、少なくとも金属電極形成前まで
の素子形成前工程の後に行うものとする。
【0008】特に、金属電極形成工程以降の素子形成後
工程を、分離工程の後に行うのがよい。誘電体はTEO
S(四エトキシシラン)とオゾンを用いたCVDによる
シリコン酸化膜としてもよい。また、複数の素子領域を
分離する分離用溝の形成と誘電体の充填による分離工程
と、一層目金属層形成後までの素子形成前工程と、相間
絶縁膜形成工程と、二層目金属層形成工程を含むその後
の素子形成後工程とからなる半導体装置の製造方法にお
いて、素子形成前工程の後に分離工程を行い、更にその
後に素子形成後工程を行うものとする。
【0009】その場合に、分離工程において、誘電体の
充填と層間絶縁膜の形成とを同時に行ってもよい。誘電
体としてプラズマCVDによるシリコン酸化膜、シリコ
ン窒化膜および塗布平坦化剤のうちの一つ又は複数を組
み合わせた積層膜を用いてもよい。
【0010】
【作用】上記の手段を講じて、分離用溝の形成および誘
電体の充填による分離工程を少なくとも、上記の素子形
成前工程の後に行えば、素子形成時は、分離工程の結果
生じるウェハ変形の悪影響を受けることはない。特に、
金属電極形成工程以降の素子形成後工程を、分離工程の
後に行えば、充填した分離用溝を越えた配線が可能にな
る。
【0011】特に、TEOS(四エトキシシラン)とオ
ゾンを用いたCVDによるシリコン酸化膜では深い溝へ
の空洞の無い充填ができる。また、複数の素子領域を分
離する分離用溝の形成と誘電体の充填による分離工程
と、一層目金属層形成後までの素子形成前工程と、相間
絶縁膜形成工程と、二層目金属層形成工程を含むその後
の素子形成後工程とからなる半導体装置の製造方法にお
いて、素子形成前工程の後に分離工程を行い、更にその
後に素子形成後工程を行えば、素子構造の形成時は、分
離工程の結果生じるウェハ変形の悪影響を受けることは
なく、二層目の配線で分離用溝を越える配線が可能にな
る。
【0012】その場合に、分離構造の形成工程におい
て、誘電体の充填と層間絶縁膜の平坦化とを同時に行え
ば、工程の短縮ができる。誘電体としてプラズマCVD
によるシリコン酸化膜、シリコン窒化膜および塗布平坦
化剤のうちの一つ又は複数を組み合わせた積層膜など多
様な材料から用途により最適な材料や組み合わせが選べ
る。
【0013】
【実施例】以下に図面を参照しながら、本発明の半導体
装置の製造方法を説明する。図1(a)ないし(d)に
本発明の方法にによる分離工程の手順を示す。通常の半
導体装置の素子形成前工程により、下地シリコン2の上
に酸化膜層3を介在させて単結晶層4が設けられた形の
SOI基板1の単結晶層4に半導体素子6を形成し、そ
の上にシリコン酸化膜5を堆積する[図1(a)]。次
に、フォトエッチング技術によりシリコン酸化膜5に分
離用溝パターンを形成した後、そのパターンをエッチン
グマスクとして、介在させた酸化膜層3まで単結晶層4
をエッチングし、分離用溝7を形成する[同図
(b)]。続いて、常圧CVD法によって、TEOSと
オゾンによるBPSG(ホウ素・燐シリケートガラス)
膜8を堆積する[同図(c)]。その後900℃程度の
熱処理を行い、BPSG膜8を流動させ、分離用溝7の
内部をBPSGで充填する[同図(d)]。
【0014】半導体素子6は分離用溝7の形成前の、ウ
ェハが平坦な状態で形成されるので、先に述べた素子の
加工精度の問題は生じない。またTEOSとオゾンによ
るBPSG膜は深い溝を空洞無く充填できる材料であ
り、その後の高温熱処理により表面の平坦化もできる。
図2(a)ないし(d)および図3(a)と(b)は、
本発明の方法にかかる別の半導体装置の誘電体埋め込み
工程の手順を便宜的に二枚の図に分けて示したものであ
る。
【0015】通常のウェハプロセスを用い、酸化膜層3
を介在させたSOI基板1の単結晶層4に半導体素子6
を形成し、その上にシリコン酸化膜5を堆積し、金属電
極12を形成する[図2(a)]。次に、フォトエッチ
ング技術によりシリコン酸化膜5に分離用溝のパターン
を形成した後、酸化膜5および金属電極12をエッチン
グマスクとして、介在させた酸化膜層3に達するまで単
結晶層4をエッチングして、分離用溝7を形成する[同
図(b)]。続いて、プラズマCVD法によりプラズマ
酸化膜9を成膜する[同図(c)]。さらに平坦化塗布
膜10を塗布し、表面を平坦化する[同図(d)]。そ
の後、基板表面全面をエッチバックする[図3
(a)]。最後に、上部にプラズマ酸化膜11を形成
し、多層金属配線間絶縁膜の平坦化と誘電体の充填が同
時に行われる[同図(b)]。
【0016】半導体素子6は分離用溝7の形成前の、ウ
ェハが平坦な状態で形成されるので、先に述べた素子の
加工精度の問題は無いのは上記の図1の場合と同様であ
る。またプラズマ酸化膜と平坦化塗布膜の組み合わせ
は、深い溝を空洞無く充填できる材料であり、その後の
高温熱処理により表面の平坦化もできる。特にプラズマ
酸化膜は、緻密な膜で耐イオン透過性が高く、優れた保
護膜となる。平坦化塗布膜は文字通り塗布によって被着
できる膜で作業性が優れている。プラズマ酸化膜、平坦
化塗布膜とも400℃程度で形成でき、プロセスの低温
化、省エネルギ化に効果がある。このような材料が使用
できるのも、分離工程を、素子形成後に行うようにした
本発明の長所である。
【0017】
【発明の効果】本発明によれば、半導体素子形成工程後
に分離工程を行うため、分離工程に起因するウェハの変
形が、もっとも微細な加工を必要とする半導体素子形成
工程におよぼす悪影響を排除することが可能となる。更
に、充填に用いる誘電体に比較的耐熱性の低い物質を使
用することができることになり、材料選択の自由度が向
上する。またその結果、塗布平坦化剤の如き流動性物質
をも充填することが可能となり、分離溝内の誘電体充填
の形状を著しく向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の製造方法にかかる半導体装置の例の素
子分離工程を(a)から(d)の順に示した部分断面図
【図2】本発明の製造方法にかかる別の半導体装置の例
の素子分離工程を(a)から(d)の順に示した図
【図3】図2に続く本発明の製造方法にかかる別の半導
体装置の例の素子分離工程を(a)から(b)の順に示
した図
【図4】従来の製造方法による半導体装置の製造工程を
(a)から(d)の順に示した図
【図5】図4に続く従来の製造方法による半導体装置の
製造工程を(a)から(d)の順に示した図
【符号の説明】
1、21 SOI基板 2、22 下地シリコン 3、23 酸化膜層 4、24 単結晶層 5、25 シリコン酸化膜 6、26 半導体素子 7、27 分離用溝 8 BPSG膜 9 プラズマ酸化膜 10 平坦化塗布膜 11 プラズマ酸化膜 12 金属電極 28 熱酸化膜 29 ゲート酸化膜 30 チャンネルイオン 31 多結晶シリコン層 32 ドープイオン 33 ゲート電極 34 フォトレジスト 35 ソース、ドレインイオン 36 PSG膜 37 金属膜 38 電極および配線 39 PSG膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 27/12 F 29/786 9056−4M H01L 29/78 311 R

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数の素子領域を分離する分離用溝の形成
    と誘電体の充填による分離工程と、金属電極形成前まで
    の素子形成前工程と、金属電極形成工程を含むその後の
    素子形成後工程とからなる半導体装置の製造方法におい
    て、前記分離工程を、少なくとも金属電極形成前までの
    素子形成前工程の後に行うことを特徴とする半導体装置
    の製造方法。
  2. 【請求項2】素子形成後工程を分離工程の後に行うこと
    を特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】誘電体をTEOS(四エトキシシラン)と
    オゾンを用いたCVDによるシリコン酸化膜とすること
    を特徴とする請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】複数の素子領域を分離する分離用溝の形成
    と誘電体の充填による分離工程と、一層目金属層形成後
    までの素子形成前工程と、層間絶縁膜形成工程と、二層
    目金属層形成工程を含むその後の素子形成後工程とから
    なる半導体装置の製造方法において、素子形成前工程の
    後に分離工程を行い、更にその後に素子形成後工程を行
    うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】分離工程において、誘電体の充填と層間絶
    縁膜の形成とを同時に行うことを特徴とする請求項4に
    記載の半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項6】誘電体としてプラズマCVDによるシリコ
    ン酸化膜、シリコン窒化膜および平坦化塗布剤のうちの
    一つ又は複数を組み合わせた積層膜を用いることを特徴
    とする請求項4または5に記載の半導体装置の製造方
    法。
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Cited By (6)

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