JPH11274287A - 素子分離領域の形成方法 - Google Patents

素子分離領域の形成方法

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JPH11274287A
JPH11274287A JP10075315A JP7531598A JPH11274287A JP H11274287 A JPH11274287 A JP H11274287A JP 10075315 A JP10075315 A JP 10075315A JP 7531598 A JP7531598 A JP 7531598A JP H11274287 A JPH11274287 A JP H11274287A
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oxide film
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trench
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Tsukasa Doi
司 土居
Shigeo Onishi
茂夫 大西
Katsuji Iguchi
勝次 井口
Naoyuki Niimura
尚之 新村
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 溝内に酸化シリコン層を埋め込んで緻密化の
熱処理を行うことで、半導体基板に応力が生じ、また、
熱処理工程により、半導体基板中の結晶格子に結晶欠陥
が発生する。そのために欠陥を介してリーク電流が流れ
て素子分離機能が低下するという問題が生じる。 【解決手段】 半導体基板1にパッド酸化膜2とシリコ
ン窒化膜を順次形成し、異方性エッチングにより順次加
工し、上記半導体基板にトレンチ溝を形成する。次に、
トレンチ溝内表面に第1の酸化膜4を形成し、トレンチ
溝内に半導体基板1表面より上方に表面が位置するよう
に第2の酸化膜5を埋設する。次に、第2の酸化膜5を
熱処理により緻密化し、第2の酸化膜5表面を平坦化し
た後、熱酸化を行い、第2の酸化膜5の下に再酸化膜6
を形成する。次に、パッド酸化膜2及び窒化シリコン膜
3を除去することにより、素子分離領域を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、素子分離領域の形
成方法、さらに詳しくは、トレンチ溝に絶縁膜を埋設し
てなる素子分離領域の形成方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】基板上に形成された素子間の電気的分離
を図るための構造として、トレンチ溝に絶縁膜を埋設し
てなる素子分離構造(以下、「トレンチ素子分離構造」
という。)が知られている。このトレンチ素子分離構造
は例えば図2に示したように形成される。
【0003】即ち、まず、半導体基板21の表面に、酸
化シリコンからなる熱酸化膜22を形成し、続いて熱酸
化膜上に化学的気相成長(CVD)法によって、窒化シ
リコン膜23を堆積する(図2(a))。
【0004】次に、フォトリソグラフィ技術にて、マス
クを形成してこれらの窒化シリコン膜23、熱酸化膜2
2及び半導体基板21を異方性エッチングにて加工し、
トレンチ溝を形成する。次に、トレンチ溝表面に、異方
性エッチングで除去されたシリコン部分は、活性領域と
の境界部においてダメージを受けており、品質的に好ま
しくないので、トレンチ溝表面に表面酸化膜24を形成
し、品質を良好に保つ。
【0005】続いて、オゾン−TEOS反応や高密度プ
ラズマを利用したCVD法にてトレンチ溝を埋め込む酸
化シリコン層25を形成する(図2(c))。次に、埋
め込まれた酸化シリコン層25の緻密化(例えば、熱酸
化膜と近い膜質が得られるためには、オゾン−TEOS
反応を利用した絶縁膜では窒素雰囲気中での1000〜
1100℃での熱処理が必要である。)を行った後に、
CMP等により平坦化を行う(図2(d))。
【0006】更に、表面の酸化シリコン膜と窒化シリコ
ン膜とを除去し、トレンチ溝内に酸化シリコン層が埋め
込まれたトレンチ分離構造が得られる(図2(e))。
この緻密化は、後の工程でウエットエッチング工程が何
回か行われるため、膜の品質にばらつきがあると品質の
悪い部分のみエッチングレートが大きくなるため、その
部分がへこんだ状態となるため、品質の良好な熱酸化膜
と同様のエッチングレートに近づけるために行う。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、溝内に
酸化シリコン層を埋め込んで緻密化の熱処理を行うこと
で、埋め込んだ酸化シリコン層の緻密化による膜収縮に
より半導体基板に応力が生じ、トレンチ工程後の熱酸化
や注入不純物等の熱拡散などの熱処理工程により、半導
体基板中の結晶格子にすべりや転位等の結晶欠陥が発生
する。そのために欠陥を介してリーク電流が流れて素子
分離機能が低下するという問題が生じる。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の本発明
の素子分離領域の形成方法は、半導体基板に第1の絶縁
膜と耐酸化用堆積膜を順次形成する工程と、上記耐酸化
用堆積膜と上記第1の絶縁膜と上記半導体基板とを異方
性エッチングにより順次加工し、上記半導体基板にトレ
ンチ溝を形成する工程と、少なくとも上記トレンチ溝内
面を覆うように第2の絶縁膜を形成した後、上記トレン
チ溝領域の表面が上記半導体基板表面より上に位置する
ように第3の絶縁膜を堆積する工程と、上記第3の絶縁
膜を熱処理により緻密化する工程と、上記第3の絶縁膜
表面を平坦化した後、熱酸化を行い、上記第2の絶縁膜
の下に再酸化膜を形成する工程と、上記耐酸化用堆積膜
及び上記第1の絶縁膜を除去することにより、素子分離
領域を形成する工程とを有することを特徴とするもので
ある。
【0009】また、請求項2に記載の本発明の素子分離
領域の形成方法は、上記第3の絶縁膜を堆積とスパッタ
エッチングとを同時に行う高密度プラズマCVD法によ
り堆積することを特徴とする、請求項1に記載の素子分
離領域の形成方法である。
【0010】更に、請求項3に記載の本発明の素子分離
領域の形成方法は、上記再酸化膜の膜厚を50Å以上で
且つ1500Å以下であることを特徴とする、請求項1
又は請求項2に記載の素子分離領域の形成方法である。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、実施の形態に基づいて本発
明について詳細に説明する。
【0012】図1は本発明のトレンチ素子分離構造の素
子分離領域の形成工程を示す図であり、図1において、
1は半導体基板、2はパッド酸化膜、3は窒化シリコン
膜、4は第1の酸化膜、5は第2の酸化膜、6は再酸化
膜を示す。
【0013】図1(a)に示すように、半導体基板上に
パッド酸化膜を50〜300Åの厚さ(0.25μmプ
ロセスにおいては140Å程度)で形成し、表面全体に
耐酸化用堆積膜として、窒化シリコン膜3を1000〜
3000Åの厚さ(0.25μmプロセスにおいては1
600Å程度)で形成する。
【0014】次に、素子分離マスクを用いたエッチング
工程で、窒化シリコン膜3、パッド酸化膜2、半導体基
板1を異方性エッチングにて、加工し、トレンチ溝を半
導体基板上に1000〜5000Å(0.25μmプロ
セスにおいては4000Å程度)の深さで形成する。
【0015】次に、図1(b)に示すように、トレンチ
溝にパイロ酸化やドライ酸化により第1の酸化膜4を3
0〜1000Å(0.25μmプロセスにおいては40
00Å程度)の厚さにて埋め込む。第1の酸化膜4は埋
め込み酸化膜の界面特性を確保するためと、後続の工程
での半導体基板1表面の損傷を防止するものである。
【0016】次に、図1(c)に示すように、第2の酸
化膜5(高密度プラズマ絶縁膜やオゾン−TEOS絶縁
膜)にて3000〜10000Åの厚さ(0.25μm
プロセスにおいては7000Å程度)で埋め込む。例え
ば、堆積とスパッタエッチングとを同時に行うプラズマ
CVD法により第2の酸化膜5を堆積する場合、シラン
の流量を30〜100SCCM、酸素の流量を30〜1
50SCCM、アルゴンの流量を20〜150SCCM
とし、マイクロ波パワーを1000〜4000W、RF
パワーを1000〜3000W、圧力を2〜100mT
orr、デポレートを4000〜6000Åとする。
【0017】この第2の酸化膜5はトレンチ溝とパッド
酸化膜2と窒化シリコン膜3とのトータルの厚さより厚
い膜厚で、すなわち、トレンチ溝に埋め込まれた第2の
酸化膜5の表面が窒化シリコン膜3の表面より上方に位
置するように形成する。
【0018】次に、第2の酸化膜膜に緻密化のための熱
処理を施す。熱酸化膜比で2倍以下のウエットエッチン
グ速度を得ようとすると、高密度プラズマ絶縁膜を用い
た場合では、窒素雰囲気で、800〜1000℃の温
度、30〜60分の熱処理を行う必要がある。また、オ
ゾン−TEOS絶縁膜を用いた場合では、高密度プラズ
マ絶縁膜を用いた場合と比較して膜質が悪いため、10
00〜1100℃の温度で30〜60℃の熱処理が必要
である。
【0019】次に、図1(d)に示すように、CMP法
を利用して、窒化シリコン膜3まで研磨して、トレンチ
素子分離領域を形成する。
【0020】そして、図1(e)に示すように、埋め込
んだ第2の酸化膜5の緻密化による膜収縮により、半導
体基板に生じた応力を、ドライ酸化又はパイロ酸化によ
り、1050〜1150℃で再酸化することによって緩
和する。この際、トレンチ溝における第1の酸化膜4の
下に50〜1500Å(0.25μmプロセスにおいて
は1200Å程度)の再酸化膜6が形成されるが、この
再酸化を行うことで、後の熱酸化や注入不純物等の熱拡
散などの熱処理工程により半導体基板中の結晶格子にす
べりや転位等の結晶欠陥を低減し、欠陥を介してリーク
電流が流れて素子分離機能が低下することを防ぐことが
可能となる。
【0021】この再酸化により形成された再酸化膜6の
膜厚が50Åより薄いと膜収縮抑制効果が無いという問
題点があり、また、1500Åより厚いとトランジスタ
の投影が劣化するという問題点がある。したがって、5
0〜1500Åの膜厚が望ましい。そして、最後に、窒
化シリコン膜3とパッド酸化膜2を除去して、半導体基
板1表面を露出させ、トレンチ素子分離構造を形成す
る。
【0022】従来技術において、ラマン分光法のシフト
量は、オゾン−TEOS絶縁膜では、+0.77c
-1、高密度プラズマ絶縁膜では+0.49cm-1であ
る。これに対して上述の本発明を用いることにより、オ
ゾン−TEOS絶縁膜では、+0.02cm-1、高密度
プラズマ絶縁膜では+0.01cm-1となり、シリコン
中でのストレスも低減することができ、トレンチ工程後
の熱酸化や注入不純物等の熱拡散などの熱処理工程によ
り、半導体基板中の結晶格子に対して、すべりや転移等
の結晶欠陥を低減し、欠陥を介してリーク電流が流れて
素子分離機能が低下することを防ぐことが可能となる。
【0023】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明を
用いて、トレンチ溝を形成した状態で、トレンチ溝内に
オゾン−TEOS反応を利用した絶縁膜を埋め込むこと
で下地依存性がなく、微細素子分離領域まで、良好な埋
め込み特性が得られる。また、膜質改善のためとトレン
チ内の酸化膜の界面特性を確保するために緻密化の熱酸
化処理を行うことで、埋め込んだオゾン−TEOS反応
を利用した絶縁膜の緻密化による膜収縮により半導体基
板に生じた応力を低減することでトレンチ工程後の熱酸
化や注入不純物等の熱拡散などの熱処理工程によい半導
体基板中に結晶格子にすべりや転移等の結晶欠陥の発生
を低減することができ、そのために欠陥を介してリーク
電流が流れて素子分離機能が低下することを防ぐことが
できる。
【0024】また、埋め込み酸化膜の界面特性を確保で
き且つ、後続の工程での半導体基板表面の損傷を防止す
ることができる。
【0025】更に、請求項2に記載の本発明を用いるこ
とにより、よりシリコン中でのストレスを低減すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態の素子分離領域の形成工
程図である。
【図2】従来のトレンチ溝を用いた素子分離領域の形成
工程図である。
【符号の説明】 1 半導体基板 2 パッド酸化膜 3 窒化シリコン膜 4 第1の酸化膜 5 第2の酸化膜 6 再酸化膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 新村 尚之 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板に第1の絶縁膜と耐酸化用堆
    積膜を順次形成する工程と、 上記耐酸化用堆積膜と上記第1の絶縁膜と上記半導体基
    板とを異方性エッチングにより順次加工し、上記半導体
    基板にトレンチ溝を形成する工程と、 少なくとも上記トレンチ溝内面を覆うように第2の絶縁
    膜を形成した後、上記トレンチ溝領域の表面が上記半導
    体基板表面より上に位置するように第3の絶縁膜を堆積
    する工程と、 上記第3の絶縁膜を熱処理により緻密化する工程と、 上記第3の絶縁膜表面を平坦化した後、熱酸化を行い、
    上記第2の絶縁膜の下に再酸化膜を形成する工程と、 上記耐酸化用堆積膜及び上記第1の絶縁膜を除去するこ
    とにより、素子分離領域を形成する工程とを有すること
    を特徴とする、素子分離領域の形成方法。
  2. 【請求項2】 上記第3の絶縁膜を堆積とスパッタエッ
    チングとを同時に行う高密度プラズマCVD法により堆
    積することを特徴とする、請求項1に記載の素子分離領
    域の形成方法。
  3. 【請求項3】 上記再酸化膜の膜厚を50Å以上で且つ
    1500Å以下であることを特徴とする、請求項1又は
    請求項2に記載の素子分離領域の形成方法。
JP10075315A 1998-03-24 1998-03-24 素子分離領域の形成方法 Pending JPH11274287A (ja)

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