JPH0846029A - 分離部材を形成する方法 - Google Patents
分離部材を形成する方法Info
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- JPH0846029A JPH0846029A JP7159235A JP15923595A JPH0846029A JP H0846029 A JPH0846029 A JP H0846029A JP 7159235 A JP7159235 A JP 7159235A JP 15923595 A JP15923595 A JP 15923595A JP H0846029 A JPH0846029 A JP H0846029A
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- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
- H01L21/76—Making of isolation regions between components
- H01L21/762—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers
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- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S148/00—Metal treatment
- Y10S148/05—Etch and refill
Abstract
(57)【要約】
【目的】 空隙のないトレンチ分離を形成する。
【構成】 集積回路におけるデバイスのために、窒化物
ライナ層で浅いトレンチ分離を形成する方法は、5nm
未満の厚さのライナを用いることによって、トレンチ充
填材内に容認できない空隙をもたらす窒化物ライナをリ
セスする問題を解決する。800℃における高温酸化ア
ニールによるトレンチ酸化物充填材の高密度化工程は、
不純物を追い出し、従来の1000℃のアルゴン・アニ
ールと同じ密度を達成するばかりではなく、熱負荷をか
なり減少させる。
ライナ層で浅いトレンチ分離を形成する方法は、5nm
未満の厚さのライナを用いることによって、トレンチ充
填材内に容認できない空隙をもたらす窒化物ライナをリ
セスする問題を解決する。800℃における高温酸化ア
ニールによるトレンチ酸化物充填材の高密度化工程は、
不純物を追い出し、従来の1000℃のアルゴン・アニ
ールと同じ密度を達成するばかりではなく、熱負荷をか
なり減少させる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明の分野は、トレンチ内部上
の誘電体層を含む、トレンチ分離集積回路処理の分野で
ある。
の誘電体層を含む、トレンチ分離集積回路処理の分野で
ある。
【0002】
【従来の技術】トレンチによって分離された集積回路に
おいて、よく知られた問題は、シリコン基板上のトレン
チ内の誘電体充填材によって引き起こされる応力の問題
である。米国特許第4631803号明細書は、応力を
緩和するために用いられる1組の異なるライナ(lin
er)を開示している。1つの例は、酸化物−窒化物
(ON)層であり、他の例は、酸化物−窒化物−酸化物
(ONO)の3層である。種々の文献は、20〜45n
mの範囲の厚い酸化物層および30〜60nmの範囲の
比較的厚い窒化物層を開示している。他の文献であるI
EEE Transaction on Electr
on Devices,Vol.37,No.5,Ma
y 1990におけるS.R.Stifflerらの
“Oxidation−Induced Defect
Generation in Advanced D
RAM Structures”は、厚さ7nmの比較
的薄い窒化物層を開示している。
おいて、よく知られた問題は、シリコン基板上のトレン
チ内の誘電体充填材によって引き起こされる応力の問題
である。米国特許第4631803号明細書は、応力を
緩和するために用いられる1組の異なるライナ(lin
er)を開示している。1つの例は、酸化物−窒化物
(ON)層であり、他の例は、酸化物−窒化物−酸化物
(ONO)の3層である。種々の文献は、20〜45n
mの範囲の厚い酸化物層および30〜60nmの範囲の
比較的厚い窒化物層を開示している。他の文献であるI
EEE Transaction on Electr
on Devices,Vol.37,No.5,Ma
y 1990におけるS.R.Stifflerらの
“Oxidation−Induced Defect
Generation in Advanced D
RAM Structures”は、厚さ7nmの比較
的薄い窒化物層を開示している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来技術における種々
の窒化物ライナに関する問題は、熱リン酸による通常の
除去処理が、ウエハを覆う保護用のパッド窒化物を取り
除くために用いられると、リン酸が、窒化物ライナをリ
セスし、ギャップを露出させるということである。フッ
化水素酸による次のエッチングは、そのリセスを容認で
きないほど大きな空隙に拡大する。
の窒化物ライナに関する問題は、熱リン酸による通常の
除去処理が、ウエハを覆う保護用のパッド窒化物を取り
除くために用いられると、リン酸が、窒化物ライナをリ
セスし、ギャップを露出させるということである。フッ
化水素酸による次のエッチングは、そのリセスを容認で
きないほど大きな空隙に拡大する。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、トレンチが反
応性イオンエッチング処理によりエッチングされ、5n
m未満の厚さを有する窒化物の薄いライナで裏うちされ
る分離トレンチの形成方法に関する。
応性イオンエッチング処理によりエッチングされ、5n
m未満の厚さを有する窒化物の薄いライナで裏うちされ
る分離トレンチの形成方法に関する。
【0005】本発明の特徴は、従来のアルゴン・アニー
ルよりもさらに低い温度、例えば、約800℃の温度で
トレンチ酸化物充填材の高密度化のための高温酸化アニ
ール(湿式酸化)を行うことである。
ルよりもさらに低い温度、例えば、約800℃の温度で
トレンチ酸化物充填材の高密度化のための高温酸化アニ
ール(湿式酸化)を行うことである。
【0006】
【実施例】図1には、厚さ約8nmの通常のパッド酸化
物ライナ20と厚さ約150nmの通常のパッド窒化物
層30とを有する基板(またはエピタキシャル層)10
の一部分が示されている。通常の反応性イオンエッチン
グ処理(CF4 −CHF3−Ar)は、酸化物および窒
化物をエッチングし、約0.1〜1μmの図示する深さ
まで分離トレンチ50を切り出す。熱酸化工程は、表面
を安定させるため約20nmの標準厚さを有する、図に
太線で示される熱酸化物(SiO2 )の薄層52を形成
する。当業者は、トレンチの上隅および下隅が、酸化処
理によって作り出される応力によって引き起こされる結
晶欠陥を受けやすいことを十分に理解している。窒化物
(Si3 N4 )および/または酸化物の層の形成を含
む、応力を緩和する多くの方法が試みられている。
物ライナ20と厚さ約150nmの通常のパッド窒化物
層30とを有する基板(またはエピタキシャル層)10
の一部分が示されている。通常の反応性イオンエッチン
グ処理(CF4 −CHF3−Ar)は、酸化物および窒
化物をエッチングし、約0.1〜1μmの図示する深さ
まで分離トレンチ50を切り出す。熱酸化工程は、表面
を安定させるため約20nmの標準厚さを有する、図に
太線で示される熱酸化物(SiO2 )の薄層52を形成
する。当業者は、トレンチの上隅および下隅が、酸化処
理によって作り出される応力によって引き起こされる結
晶欠陥を受けやすいことを十分に理解している。窒化物
(Si3 N4 )および/または酸化物の層の形成を含
む、応力を緩和する多くの方法が試みられている。
【0007】従来技術が有している問題は、パッド窒化
物30が熱リン酸を用いる通常の除去処理で除去される
とき、リン酸が窒化物トレンチ・ライナに沿って下方へ
浸透し、リセスを形成することである。そのような問題
は、リセス32′を表す図5に説明されており、リセス
32′は、次のエッチング工程でトレンチ内の酸化物充
填材60と酸化物ライナ52をエッチングにさらすので
容認できない。通常のフッ化水素酸への浸漬が用いられ
るときは、リセス32′は拡大し、最終的にトレンチ充
填材内に容認できない大きな空隙を作るであろう。
物30が熱リン酸を用いる通常の除去処理で除去される
とき、リン酸が窒化物トレンチ・ライナに沿って下方へ
浸透し、リセスを形成することである。そのような問題
は、リセス32′を表す図5に説明されており、リセス
32′は、次のエッチング工程でトレンチ内の酸化物充
填材60と酸化物ライナ52をエッチングにさらすので
容認できない。通常のフッ化水素酸への浸漬が用いられ
るときは、リセス32′は拡大し、最終的にトレンチ充
填材内に容認できない大きな空隙を作るであろう。
【0008】図2は、770℃で2分間、NH3 :Si
H2 Cl2 が10:1のフローを用いて、200mTo
rrの圧力で4nmのLPCVD窒化物層32を堆積す
る本発明による工程の結果を示している。当業者は、パ
ラメータを変更し、例えば温度(800℃未満)、フロ
ーレート等を変えることによって、容易に状況に適合さ
せることができるであろう。好適な実施例は、窒化物ラ
イナの厚さを良好に制御するために、例えば720℃の
低い堆積温度を用いている。以下に説明するように、そ
のような層は、上述したリセスの問題に影響されないこ
とが分かった。
H2 Cl2 が10:1のフローを用いて、200mTo
rrの圧力で4nmのLPCVD窒化物層32を堆積す
る本発明による工程の結果を示している。当業者は、パ
ラメータを変更し、例えば温度(800℃未満)、フロ
ーレート等を変えることによって、容易に状況に適合さ
せることができるであろう。好適な実施例は、窒化物ラ
イナの厚さを良好に制御するために、例えば720℃の
低い堆積温度を用いている。以下に説明するように、そ
のような層は、上述したリセスの問題に影響されないこ
とが分かった。
【0009】図3には、550nmのTEOS(テトラ
・エチル・オルト・シリケート)酸化物を堆積して得ら
れる酸化物充填材60と、この酸化をアニールし高密度
化する工程が示されている。堆積工程では、まず、TE
OS酸化物を、トレンチを充填するのに十分な厚さに堆
積し、窒化物ライナ32の表面に堆積したTEOS酸化
物は、エッチングまたは公知平坦化技術により除去し、
図3に示すように窒化物層32を露出させる。高密度化
工程は、800℃の温度での高温(pyrogeni
c)酸化アニール(酸化状態中のアニールを意味する湿
式酸化)として実施される。酸化物充填材60の高密度
化において、この温度での湿式酸化アニールの結果は、
1000℃のアルゴン雰囲気中の従来のアニール工程の
結果と比較される。フッ化水素酸のエッチング抵抗は、
アルゴン中でアニールされた酸化物と同じである。低い
温度を用いることは、基板上の熱負荷を減少させ、それ
ゆえ、前に注入され、または拡散されたドーパントの拡
散広がりは、かなり減少するという重要な利点を持って
いる。酸化アニールは、充填されたトレンチを酸化する
ことによって生じる応力のために、従来技術では実施さ
れなかった。窒化物ライナ32が完全でないならば、酸
素は、トレンチ物質とライナ内のすべてのホールとを介
して基板内に拡散し、窒化物ライナの背後で酸化を起こ
して結果的に応力を増大させる。本発明の有利な特徴
は、トレンチ周辺にいかなる結晶欠陥の発生も検出する
ことなく、種々の酸化工程が反復できることである。上
述の条件の下で形成された厚さ3nmの窒化物ライナ
は、ライナの背後の基板の酸化を許してしまうことが分
かった。
・エチル・オルト・シリケート)酸化物を堆積して得ら
れる酸化物充填材60と、この酸化をアニールし高密度
化する工程が示されている。堆積工程では、まず、TE
OS酸化物を、トレンチを充填するのに十分な厚さに堆
積し、窒化物ライナ32の表面に堆積したTEOS酸化
物は、エッチングまたは公知平坦化技術により除去し、
図3に示すように窒化物層32を露出させる。高密度化
工程は、800℃の温度での高温(pyrogeni
c)酸化アニール(酸化状態中のアニールを意味する湿
式酸化)として実施される。酸化物充填材60の高密度
化において、この温度での湿式酸化アニールの結果は、
1000℃のアルゴン雰囲気中の従来のアニール工程の
結果と比較される。フッ化水素酸のエッチング抵抗は、
アルゴン中でアニールされた酸化物と同じである。低い
温度を用いることは、基板上の熱負荷を減少させ、それ
ゆえ、前に注入され、または拡散されたドーパントの拡
散広がりは、かなり減少するという重要な利点を持って
いる。酸化アニールは、充填されたトレンチを酸化する
ことによって生じる応力のために、従来技術では実施さ
れなかった。窒化物ライナ32が完全でないならば、酸
素は、トレンチ物質とライナ内のすべてのホールとを介
して基板内に拡散し、窒化物ライナの背後で酸化を起こ
して結果的に応力を増大させる。本発明の有利な特徴
は、トレンチ周辺にいかなる結晶欠陥の発生も検出する
ことなく、種々の酸化工程が反復できることである。上
述の条件の下で形成された厚さ3nmの窒化物ライナ
は、ライナの背後の基板の酸化を許してしまうことが分
かった。
【0010】本発明の追加の利点は、酸素雰囲気が、誘
電体から不所望な不純物を追い出すのに有効であること
である。例えば、便利なトレンチ充填処理は、K.Fu
jinoらのJ.Electrochemical S
oc.Vol.137,p.2883,1990に開示
されたオゾン支援TEOS処理であり、その処理の間に
かなりの量のフッ素が酸化物と混合される。湿式酸化工
程は、アルゴン・アニールではそうではないのだが、容
易にフッ素を取り除く。
電体から不所望な不純物を追い出すのに有効であること
である。例えば、便利なトレンチ充填処理は、K.Fu
jinoらのJ.Electrochemical S
oc.Vol.137,p.2883,1990に開示
されたオゾン支援TEOS処理であり、その処理の間に
かなりの量のフッ素が酸化物と混合される。湿式酸化工
程は、アルゴン・アニールではそうではないのだが、容
易にフッ素を取り除く。
【0011】図4には、パッド窒化物およびパッド酸化
物の除去処理後の同じ酸化物充填材60を示している。
窒化物ライナ32は、基板表面と同じ高さで示されてい
る。7nmのライナが、165℃で通常の熱リン酸浴槽
において10nm/分のエッチング・レイトを持つが、
4nmの例示層は、リセスを全く検出することなく標準
の25分のオーバエッチングに耐えることが分かった。
物の除去処理後の同じ酸化物充填材60を示している。
窒化物ライナ32は、基板表面と同じ高さで示されてい
る。7nmのライナが、165℃で通常の熱リン酸浴槽
において10nm/分のエッチング・レイトを持つが、
4nmの例示層は、リセスを全く検出することなく標準
の25分のオーバエッチングに耐えることが分かった。
【0012】この改良の結果、浅いトレンチを形成する
ための処理窓と応力の量とは、かなり増大した。当業者
は、本発明の概念を保持しながら、多くのパラメータを
変えることがでることを容易に理解するであろう。
ための処理窓と応力の量とは、かなり増大した。当業者
は、本発明の概念を保持しながら、多くのパラメータを
変えることがでることを容易に理解するであろう。
【0013】
【発明の効果】以上説明したように本発明のトレンチ分
離を形成する方法は、5nm未満の厚さのライナを用い
ることによってトレンチ充填材内に容認できない空隙を
もたらす窒化物ライナの処理の問題を解決する。800
℃における高温酸化物アニールによるトレンチ酸化物充
填材の高密度化工程は、不純物を追い出し、従来の10
00℃のアルゴン・アニールと同じ密度を達成するばか
りでななく、熱負荷をかなり減少させる。
離を形成する方法は、5nm未満の厚さのライナを用い
ることによってトレンチ充填材内に容認できない空隙を
もたらす窒化物ライナの処理の問題を解決する。800
℃における高温酸化物アニールによるトレンチ酸化物充
填材の高密度化工程は、不純物を追い出し、従来の10
00℃のアルゴン・アニールと同じ密度を達成するばか
りでななく、熱負荷をかなり減少させる。
【図1】本発明によるトレンチの部分断面図である。
【図2】製造工程でのトレンチを示す図である。
【図3】製造工程でのトレンチを示す図である。
【図4】製造工程でのトレンチを示す図である。
【図5】従来のトレンチの断面図である。
10 基板 20 パッド酸化物ライナ 30 パッド窒化物層 32 窒化物ライナ 32′ リセス 50 分離トレンチ 52 酸化物ライナ 60 トレンチ酸化物充填材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アーウィン・ハマール アメリカ合衆国 ニューヨーク州 ストー ムヴィル サニー レーン 109 (72)発明者 ハーバート・レイ・ホー アメリカ合衆国 ニューヨーク州 ワシン トンヴィル バーネット ウェイ 7 (72)発明者 ムツオ・モリカド アメリカ合衆国 ニューヨーク州 フィッ シュキル ルート 52 フィッシュキル グレン 5ビー
Claims (5)
- 【請求項1】集積回路のシリコン層内に埋め込まれた分
離部材を形成する方法において、 シリコン層の上面に窒化物層を含む保護層を堆積する工
程と、 前記保護層をエッチングして、1組の分離マスク開口を
形成する工程と、 反応性イオンエッチング処理により前記1組の分離マス
ク開口をエッチングして、1組の分離トレンチを形成す
る工程と、 5nm未満の厚さを有する窒化物のコンフォーマル層を
堆積する工程と、 前記1組の分離トレンチを充填するように前記1組の分
離トレンチに酸化物CVD層を堆積する工程と、 リン酸により前記窒化物層を除去する工程と、を含む分
離部材を形成する方法。 - 【請求項2】酸化物CVD層を堆積する工程の次に、高
温酸化アニールにより前記酸化物CVD層をアニールす
る工程が続く請求項1記載の分離部材を形成する方法。 - 【請求項3】前記酸化物CVD層を堆積する工程が、オ
ゾン支援TEOS堆積であり、前記高温酸化アニールに
より前記酸化物CVD層をアニールする工程が、前記酸
化物CVD層からフッ素を追い出す請求項2記載の分離
部材を形成する方法。 - 【請求項4】前記窒化物のコンフォーマル層を堆積する
工程を、800℃未満の温度で実施する請求項1記載の
分離部材を形成する方法。 - 【請求項5】前記窒化物のコンフォーマル層を堆積する
工程の前に、熱酸化物の薄層を成長させる工程が先行す
る請求項1記載の分離部材を形成する方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US08/268,378 US5447884A (en) | 1994-06-29 | 1994-06-29 | Shallow trench isolation with thin nitride liner |
US268378 | 1994-06-29 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0846029A true JPH0846029A (ja) | 1996-02-16 |
JP3079011B2 JP3079011B2 (ja) | 2000-08-21 |
Family
ID=23022734
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP07159235A Expired - Fee Related JP3079011B2 (ja) | 1994-06-29 | 1995-06-26 | 分離部材を形成する方法 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5447884A (ja) |
EP (1) | EP0690493B1 (ja) |
JP (1) | JP3079011B2 (ja) |
DE (1) | DE69504252T2 (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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US7589391B2 (en) | 2002-03-18 | 2009-09-15 | Fujitsu Microelectronics Limited | Semiconductor device with STI and its manufacture |
JP2010027904A (ja) * | 2008-07-22 | 2010-02-04 | Elpida Memory Inc | 半導体装置の製造方法 |
JP2010232677A (ja) * | 2010-06-18 | 2010-10-14 | Renesas Electronics Corp | 半導体装置の製造方法 |
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KR0151051B1 (ko) * | 1995-05-30 | 1998-12-01 | 김광호 | 반도체장치의 절연막 형성방법 |
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CN1112727C (zh) * | 1997-02-18 | 2003-06-25 | 株式会社日立制作所 | 半导体器件及其制造工艺 |
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