JPH09508754A - 基板内に溝に隣接した拡散領域を製造する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 基板（３）内に溝（５１）に隣接した拡散領域（１１０）を製造するために、溝（５１）のエッチング後に全表面に拡散バリア層（６）を施し、該拡散バリア層を少なくとも２つの層を有する多層ホトレジスト系を使用して構造化する。全表面に、拡散源として適当なドープされた層（１１）を施す。拡散領域（１１０）をドープされた層（１１）から拡散により形成する、この際構造化された拡散バリア層（６）はマスクとして作用する。該方法は、特に異なった導電形の側壁ドーピングを有するアイソレーション溝を製造する際にＳＯＩ基板内のスマート・パワー回路のために使用可能である。

Description

【発明の詳細な説明】 基板内に溝に隣接した拡散領域を製造する方法 種々の用途のためには、基板内に高い縦横比（該縦横比は溝の深さの溝の幅に 対する比である）および該溝に境界を接する拡散領域を有する溝を製造すること が必要である。この場合、異なった導電形の拡散領域が製造可能であるべきであ る。 このような隣接した拡散領域を有する溝は、例えばスマート・パワー（Smart- Power）技術においてＳＯＰ基板上に必要とされる。該スマート・パワー技術に おいては、高電圧パワー素子を有する複雑なロジック素子が１つの基板内に集積 される。ロジック素子は５ボルト程度の電圧レベルで作動されるが、一方高電圧 パワー素子の場合には５００ボルトまでの電圧が生じるので、高電圧素子をロジ ック素子から電気的に分離することが必要である。 高電圧素子と低電圧素子を誘電性絶縁によって電気的に完全に互いにアイソレ ーションすることは公知でる（例えばA．Nakagawa et al.，ISPSD pp97-101，To kyo 1990，N．Yasuhara et al．IEDM 1991 SIEHE 141-144参照）。このためには 素子はＳＯＩ基板内に実現される。ＳＯＩ基板は単結晶シリコンウエハ上にＳｉ Ｏ₂からなる絶縁層および該絶縁層上に単結晶シリコ ン層を有し、該単結晶シリコン層はＳＯＩ基板の表面を有する。素子は単結晶シ リコン層内に形成される。ＳＯＩ基板の絶縁層は垂直方向のアイソレーションを 保証し、一方素子の横方向のアイソレーションは絶縁材料が充填された溝で行わ れる。これらの溝は、絶縁層の表面まで達している。これらの溝は、単結晶層内 のアイソレーションすべき素子を完全に包囲する。溝を充填するために、例えば 側壁は熱的に酸化されかつ残りの中間室にはポリシリコンが充填される。その際 、溝充填物は、完全に酸化珪素によって密封されたポリシリコン核からなる。 Ｎ．ヤスハラ他著、IEDM 1991,SIEHE 141-144から、素子のスイッチ特性を、 単結晶シリコン層内にアイソレーション溝に境界を接して製造される拡散領域に より調節できることは公知である。このドーピングは、例えば硼珪酸ガラスまた は燐珪酸ガラスのようなドープされたガラスからの拡散またはイオン注入により 行われる。 スマート・パワー（Smart-Power）技術では５〜１０の縦横比で２０μｍの溝 深さを生じるので、アイソレーション溝の側壁のドーピングの際にイオン注入に より同一形状の所定の広がりを有する拡散領域を製造することは問題である。 従って、アイソレーション溝に隣接した拡散領域を製造するためには、溝の充 填前に全表面にドープされ た層が施される。このドープされた層からの拡散により、溝に隣接した拡散領域 が形成される。その際には、基板の表面は、例えば溝エッチングの際に使用され るトレンチ（溝）マスクにより保護される。 スマート・パワー技術で生じるような溝深さおよび縦横比では、ドープされた 層の構造化は通常のホトレジスト技術では不可能である。それというのも、ホト レジストは２０μｍの深さでは侵透露光することができないからである。さらに 、露光の際にレジスト内での不十分なフォーカシングおよび光反射により別の問 題が生じる。従って、公知技術では種々異なった導電形を有する構造化された拡 散領域を製造することができない。隣接した拡散領域を有する溝内に種々異なっ た導電形を必要とする回路を製造するためには、異なった導電形の拡散領域の製 造は２工程で行われる。まず、側壁に第１の導電形の拡散領域を製造すべき溝を 製造する。拡散領域の製造後に、溝に充填する。次いで、第２のトレンチマスク を使用して、側壁に第２の導電形の拡散領域を製造すべき溝をエッチングする。 第２の拡散領域の製造後に、この領域も充填する。さらに、側壁に拡散領域が製 造されない溝を製造すべき場合には、もう１回の溝エッチングとそれに引き続く 溝充填が必要である。 従って、本発明の問題点は、溝の内部に構造化された拡散領域を実現可能であ る、基板内に溝に隣接した 拡散領域を製造する方法を提供することである。該方法は、同一の溝または種々 の溝が隣接して配置される、種々異なった導電形の拡散領域を製造するために特 に好適であるべきである。 前記問題点は、請求項１に記載の方法により解決される、本発明の別の実施態 様は、その他の請求項から明らかである。 本発明による方法では、溝の製造後に拡散バリア層を全表面に施す。該拡散バ リア層を少なくとも２つの層を有する多層ホトレジスト系を使用して構造化する 。構造化した拡散バリア層の全表面に、拡散源として適当であるドープされた層 を折出させる。ドープされた層の拡散により、溝に隣接して拡散領域を形成する 、この場合ドープされた層の下の構造化した拡散バリア層がマスクとして作用す る。 異なった導電形の拡散領域を製造するために、第１の拡散バリア層を施し、該 拡散バリア層を少なくとも２つの層を有する多層レジスト系を用いて構造化する 。その後、第１のドープされた層を折出させ、該層を拡散領域を製造するための 拡散源として使用する。第１の拡散領域を製造した後に、第１のドープされた層 を除去する。第２の拡散バリア層を全表面に施す。少なくとも２つの層を有する 多層レジスト系を使用して、第２の拡散バリア層およびその下にある第１の拡散 バリア層を構造化する。次いで、全表面に第２のドー プされた層を析出させ、該層を第２の拡散バリア層を形成するために使用する。 第２のドープされた層、第２の拡散バリア層および第１の拡散バリア層の除去し た後に、例えばＳｉＯ₂およびポリシリコンを充填することにより溝の処理を行 う。第２の拡散バリア層と第１の拡散バリア層の同時構造化が不均一な厚さに基 づき基板の表面の損傷を生じることのある事例においては、第２の拡散バリア層 を施す前に構造化した第１の拡散バリア層を除去する。 このようにして、溝の側壁に並列して配置された溝の種々の側壁に配置された 種々のドープされた拡散領域、およびまた重ね合わされた拡散領域を製造するこ とができる。本発明による方法では、種々の導電形の拡散領域を製造するために 専ら溝エッチングが必要であるにすぎない。溝は、本発明による方法で拡散領域 を製造した後に、１工程で充填しかつさらに処理することができる。それにより 処理費用が著しく減少する。 拡散バリア層を構造化するためには、構造の平坦化を惹起しかつ表面の最上層 でホトリソグラフィー構造化が行われる全ての多層ホトレジスト系が適当である 。このようなレジスト系は、例えばM．Sebald et al，SPIE Vol．1262，pp.528- 537(1990)またはH．Ahne et al，Siemens Review，R & D Specials，pp.23-27(1 991)から公知である。 拡散バリア層の構造化のために、好ましくはボトムレジスト層を施し、該ボト ムレジスト層を施し、該ボトムレジスト層を光透過性にする。そのためには例え ばジアゾキノン／ノボラックベースのホトレジストが適当である。ボトムレジス ト内の気泡形成の際に、平坦するバックエッチングおよび繰り返しの塗布により 十分な平坦化度を補償することができる。溝内のボトムレジスト層内の気泡形成 を完全に回避するためには、ホトレジストを減圧下で、場合により真空中で施す のが有利である。 ボトムレジスト層にトップレジスト層を施し、該トップレジスト層を露光しか つ現像する。マスクとして現像されたトップレジスト層を使用して、ボトムレジ スト層を異方性エッチング法でエッチングする。ホトレジストのためには、好ま しくは、モノマーの無水マレイン酸、アリルトリメチルシランおよびマレインイ ミドから構成された珪素含有ターポリマーを使用する。この場合、ボトムレジス ト層を好ましくはＯ₂プラズマ内で構造化する。この際に、プラズマからのＯ₂と トップレジスト層からのシリコンとの反応によりＳｉＯ₂が形成され、これはト ップレジスト層をＯ₂浸食から保護する。Ｏ₂プラズマエッチングに対するトップ レジスト層の安定性をさらに高めるにことは、トップレジスト層の露光されなか った部分をボトムレジスト層の構造化前に表面でアミノシロキサンで処理する ことによりシリル化することにより達成される。 次に本発明を図面および実施例につき詳細に説明する。 第１図は、トレンチマスクを有するＳＯＩ基板を示す。 第２図は、溝エッチングおよび第１の拡散バリア層の析出後のＳＯＩ基板を示 す。 第３図は、ボトムレジスト層およびトップレジスト層を施した後のＳＯＩ基板 を示す。 第４図は、トップレジスト層の露光を示す。 第５図は、トップレジスト層の現像後のＳＯＩ基板を示す。 第６図は、トップレジスト層のシリル化後のＳＯＩ基板を示す。 第７図は、ボトムレジスト層および第１の拡散バリア層の構造化後のＳＯＩ基 板を示す。 第８図は、ドープされた層を施しかつ第１の拡散領域層の製造後のＳＯＩ基板 を示す。 第９図は、第２の拡散バリア層、ボトムレジスト層およびトップレジスト層を 施した後のＳＯＩ基板を示す。 第１０図は、トップレジスト層の露光を示す。 第１１図は、ボトムレジスト層の構造化後のＳＯＩ基板を示す。 第１２図は、第２の拡散バリア層および第１の拡散 バリア層の構造化後のＳＯＩ基板を示す。 第１３図は、第２のドープされた層の析出および第２の拡散バリア層製造後の ＳＯＩ基板を示す。 第１４図は、第２のドープされた層および拡散バリア層の除去後にＳＯＩ基板 を示す。 単結晶シリコンウエハ１、ＳｉＯ₂からなる絶縁層２および単結晶シリコン層 ３を有するＳＯＩ基板に、トレンチマスク４を施す（第１図参照）。絶縁層２は ２μｍの厚さを有する。単結晶シリコン層３は２０μｍの厚さを有しかつ例えば 低濃度ｎ形ドープされている。 ＳＩＯ基板は好ましくはダイレクト・ウエハ・ボンディング（ＤＷＢ）または シリコン・ダイレクト・ボンディング（ＳＤＢ）法（この方法は、例えばYu Oha ta他著、ＩＥＥＥ １９８７，pp．４４３−４４６から公知である）に基づき製 造される。 トレンチマスク４は、下層４１、中間層４２および上層４３を有する。下層４ １は例えば５０ｎｍの厚さで熱的酸化により製造する。中間層４２は例えば１５ ０ｎｍの厚さでＳｉ₃Ｎ₄のＣＶＤ析出により製造する。上層４３は例えば１６０ ０ｎｍの厚さでのＳｉＯ₂のＣＶＤ析出により製造する。この層配列の上に、ト レンチマスク４の構造化のために、レジストマスクを施す。該トレンチマスク４ をレジストマスクを用いてＣＨＦ₃／Ｏ₂乾式エッチング法により構造化する。ト レンチマスク４は深い溝をエッチングするために適しなけらばならない。 例えばレジストストリッピングによりレジストマスクを除去した後に、トレン チマスクを用いて溝５１，５２を単結晶シリコン層３にエッチングする。そのた めにはＣｌ₂／Ｏ₂化学を用いる異方性乾エッチング法を使用する。溝エッチング はＳｉＯ₂に対して選択的に行う、従って絶縁層２の表面が露出するや否や停止 する（第２図参照）。エッチング生成物を例えばＨＦディップで除去した後に、 全表面に第１の拡散バリア層６を施す。該第１の拡散バリア層６は例えば５０ｎ ｍの厚さのＳｉＯ₂またはＳｉ₃Ｎ₄のＣＶＤ折出により製造する。 第１の拡散バリア層６の構造化のためには、全表面にボトムレジスト層７を施 す。ボトムレジスト層７は例えばＴＭＳＲホトレジストから２μｍの厚さで施す 。ボトムレジスト層７を平坦化し、引き続き、光透過性になるように加熱する。 このとは反射を減少させる（第３図参照）。ボトムレジスト層７にトッレジスト 層８を施し、これをさらに平坦化する。トップレジスト層８としては、例えばモ ノマーの無水マレイン酸、アリルトリメチロールシランおよびマレインイミドか ら構成された珪素含有ターポリマーを使用する。 トップレジスト層８を、第４図に矢印９で示された光で露光する。トップレジ スト層８の露光した部分に 現像により、この領域でボトムレジスト層７の表面を露出させる。トップレジス ト層８の露光されなかった部分を表面にアミノシロキサンを作用させることによ りシリル化する。それによりトップレジスト層８の表面に保護層１０が形成され 、該保護層はＯ₂プラズマエッチングに対する安定性を高める（第６図参照）。 ボトムレジスト層７の露出した部分を、引き続きＯ₂プラズマで異方性エッチ ングする。Ｏ₂プラズマエッチングはＳｉＯ₂またはＳｉ₃Ｎ₄に対して選択的であ るので、該エッチングは拡散バリア層６で停止する。引き続き、第１の拡散バリ ア層６を異方性湿式エッチング法により、例えばＨＦディップによりエッチング する（第７図参照）。トレンチマスク４の表面もまた第１の溝５１の側壁ならび に第１の溝５１の底部も露出される。 保護層１０、トップレジスト層８の残留分およびボトムレジスト層７の残留分 を除去する。引き続き、拡散源として適するドープされた層１１を全面的に施す （第８図参照）。ドープされた層１１は例えばホウケイ酸ガラスから析出させる 。第１の溝５１の領域に、ドープされた層１１直接単結晶シリコン層３の表面に 積層する。それに対して、第２の溝５２の領域では、単結晶層３の表面を第１の 拡散バリア層６で被覆する。この領域でドープされた層１１を第１の拡散バリア 層６に積層する。Ｎ₂雰囲気内での例えば１０００℃ で３０分間の熱処理工程で、第１の溝５１に隣接する第１の拡散バリア領域１１ ０をドーピング物質を注入することにより形成する。第２の溝５２の領域内では 、第１の拡散バリア層６がドーピング物質の基板への浸入を阻止する。 熱処理工程後に、第１のドープされた層１１を除去する。 第２の拡散バリア層１２を例えばＳｉＯ₂またはＳｉ₃Ｎ₄のＣＶＤ析出に基づ き例えば５０ｎｍの厚さで全表面に析出させる。その後、例えばＴＭＳＲホトレ ジストからなるもう１つのボトムレジスト層１３を２μｍの厚さで施しかつ平坦 化する。このボトムレジスト層１３を、光透過性になるように加熱する。次いで 、もう１つのトップレジスト層１４を施しかつ平坦化する。このもう１つのトッ プレジスト層１４を例えばＣＡＲＬレジスト、即ち単量体の無水マレイン酸、ア リルトリメチルシランおよびマレインイミドから構成された珪素含有ターポリマ ーから形成する（第９図参照）。この別のトップレジスト層１４を局部的に露光 する。該露光は第１０図には矢印１５で示されている。このトップレジスト層１ ４の露光した部分を現像する、その際別のボトムレジスト層１３の表面はこの領 域内で露出される。Ｏ₂プラズマエッチングに対する安定性を高めるために、前 記の別のトップレジスト層１４の露光されなかった部分をアミノシランでシリル 化する。それによりもう１つの保護層１６が別のトップレジスト層１４の表面に 形成される。別のボトムレジスト層１３の露出部分１３をＯ₂プラズマ内で異方 性エッチングする（第１１図参照）。 次に、異方性湿式法で、例えばＨＦ‐ディップ（ＳｉＯ₂バリアで）第２の拡 散バリア層１２およびその下にある、第１の拡散バリア層６の部分をエッチング する。異方性湿式エッチングは、シリコンに対して選択的行われる（第１２図参 照）。第２の拡散バリア層１２と第１の拡散バリア層６の構造化により、第２の 溝５２の領域に側壁５２１を露出させる。反対側の側壁は、第１の拡散バリア層 ６と第２の拡散バリア層１２により被覆されたままである。第１の溝５１の側壁 は第２の拡散バリア層により被覆されている。 湿式エッチングにおいて除去すべき、第２の拡散バリア層の部分が一部は第１ の拡散バリア層上に配置され、一部は下層に配置されておりかつ従ってエッチン グすべき材料の厚さかが不均一である場合には、異方性エッチングにおいてオー バエッチングによる下層の損傷の恐れがある場合には、第１の拡散バリア層６を 第２の拡散バリア層１２の全表面の被覆の前に除去することができる。 別の保護層１６の除去後、別のトップレジスト層１４および別のボトムレジス ト層１３の全表面に、拡散源として適当である第２のドープされた層１７を施す 。第２のドープされた層１７は、例えば燐珪酸ガラスの折出により形成する（第 １３図参照）。第２の溝５２の側壁５２１に沿ってのみ、第２のドープされた層 １７が直接単結晶シリコン層３上に配置されている。その他の領域では、ドープ された層１７と単結晶シリコン層３との間荷台２の拡散バリア層１２もしくは第 １の拡散バリア層６および第２の拡散バリア層１２が配置されている。 Ｎ₂雰囲気内で例えば１００℃で３０分間の熱処理において、ドーピング物質 を注入することにより第２のドープされた領域１７０を第２の溝５２の側壁５２ １に沿って形成する。第１の拡散バリア層６および第２の拡散バリア層１２は、 側壁５２１の外部へのドーピング物質の浸入を阻止する。 本発明による方法によれば、第１および第２の拡散バリア層の相応する構造化 により溝の側壁の部分のみに拡散領域を設けることも可能である。さらに、側壁 に隣接したまたは重なった異なった導電形の拡散バリア層を製造することも可能 である。 第２のドープされた層１７、第２の拡散バリア層１２および第１の拡散バリア 層６を、例えばＳｉＯ₂バリアでのＨＦディップまたはＳｉ₃Ｎ₄バリアでのＨ₃Ｐ Ｏ₄での湿式化学エッチングにより除去する（第１４図参照）。 引き続き、溝５１，５２に例えばＳｉＯ₂およびポ リシリコンを析出させることにより充填する。次いで、単結晶層３に回路のため に必要な素子を形成する（図示せず）。アイソレーションすべき素子は、単結晶 層３にそれぞれリング状で完全に溝により包囲されている。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．基板内に溝に隣接した少なくとも１つの拡散領域を製造する方法において 、 少なくとも表面にシリコンを有する基板内に、基板の表面に対して実質的に垂 直に延びる少なくとも１つの溝をエッチングし、 全面に拡散バリア層を施し、 該バリア層を少なくとも２つの層を有する多層ホトレジスト系を使用して構造 化し、 拡散バリア層を構造化するためにボトムレジスト層を施し、該ボトムレジスト 層を加熱により光不透過性にし、 トップレジスト層を施し、該トップレジスト層を露光しかつ現像し、 現像したトップレジスト層をマスクとして使用してボトムレジスト層を異方性 乾式エッチング法でエッチングし、 拡散バリア層の構造化後にボトムレジスト層とトップレジスト層を除去し、 全表面に、拡散源として適するドープされた層を析出させ、 拡散領域をドープされた層からの拡散により形成し、その際ドープされた層の 下の拡散バリア層がマスクとして作用することを特徴とする、基板内に溝に隣接 した少なくとも１つの拡散領域を製造する方法。 ２．全表面に第１の拡散バリア層（６）を施し、 該第１のバリア層（６）を少なくとも２つの層を有する多層ホトレジスト系を 使用して構造化し、 全表面に、拡散源として適する第１のドープされた層（１１）を析出させ、 第１の拡散領域（１１０）を第１のドープされた層からの拡散により形成し、 その際第１のドープされた層（１１）の下の構造化した第１の拡散バリア層（６ ）がマスクとして作用し、 第１の拡散領域の形成後に第１のドープされた層（１１）を除去し、 全表面に第２の拡散バリア層（１２）を施し、 第２の拡散バリア層（１２）とその下にある第１の拡散バリア層（６）を少な くとも２つの層を有する多層ホトレジスト系を使用して構造化し、 全表面に、第１のドープされた層（１１）に対して反対の導電形によってドー プされかつ拡散源として適する第２のドープされた層（１７）を析出させ、 第２の拡散領域（１７０）を第２のドープされた層（１７）からの拡散により 形成し、その際第２のドープされた層（１７）の下の構造化した第２の拡散バリ ア層（１２）がマスクとして作用する、請求項１記載の方法。 ３．第２の拡散バリア層（１２）を施す前に構造化 された第１の拡散バリア層（６）を除去し、 第２の拡散バリア層（１２）のみを構造化する、請求項２記載の方法。 ４．ボトムレジスト層（７，１３）のためにジアゾキノン／ノボラックベース のホトレジストを使用し、 トップレジスト層（８，１４）のために、モノマーの無水マレイン酸、アリル トリメチルシランおよびマレインイミドから構成された珪素含有ターポリマーを 使用する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。 ５．トップレジスト層を現像後にアミノシロキサンでシリル化する、請求項１ から４までのいずれか１項記載の方法。 ６．ボトムレジスト層（７，１３）をＯ₂プラズマ内で構造化する、請求項１ から５までのいずれか１項記載の方法。 ７．拡散バリア層が材料ＳｉＯ₂またはＳｉ₃Ｎ₄の少なくとも１つを含有する 、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。 ８．ドープされた層（１１，１７）をドープされた多結晶もしくは無定形シリ コンまたはドープされたガラスから形成する、請求項１から７までのいずれか１ 項記載の方法。 ９．基板として、単結晶シリコン層（３）、その下に配置された絶縁層（２） およびその下に配置された シリコンウエハ（１）を有するＳＯＩ基板を使用し、 その際溝が単結晶層（３）を貫通して絶縁層まで達しており、 拡散層（１１０，１７０）を単結晶層（３）に形成する、請求項１から８まで のいずれか１項記載の方法。