JPS6010655A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はシリコン基板に生じる結晶欠陥を抑止する半導
体装置の製造方法に関するものである。

〔発明の背景〕

ＬＳＩの高集積化のため素子構造の立体化および素子寸
法の縮小化が進められているが、これに伴いＬＳ丁製造
工程中の各種熱処理時に応力集中による結晶欠陥が生じ
易くなった。応力集中が生じ易い代表的構造を第１図に
示す。第１図（ａ）はシリコン基板１に深い溝２を形成
した後熱酸化膜３を形成した状態を示す図である。なお
熱酸化時には溝２の開口部を除いて窒化シリコン膜４で
被覆している。このような構造は素子間の絶縁分離に用
いられるが、」―配溝２の−ｌ−隅５および下隅６に熱
酸化時の応力が集中し、基板１のこれに対応する個所に
結晶欠陥が発生しやすい。結晶欠陥はＩＪ−り電流の原
因となり半導体素子の特性を劣化させる。第１図（ｂ）
はＭＩＳ構造を示す図でシリコン基板１の表面に形成し
た絶縁膜７」−に、多結晶シリコン、タングステン、モ
リブデンのうち少くとも１種からなる材料の電極８を形
成している。絶縁膜７の薄膜化により電極８を形成する
材料により生じた応力が上記電極８の下部エツジ９に集
中しやすく、さらに上記のように基板１上の薄い絶縁膜
７に密着する電極８の」−に窒化シリコン膜１ｏのよう
な内部応力が大きい膜を堆積すると、」−記電極８のエ
ツジ９に、より大きな応力が集中して、シリコン基板１
の」−記エツジ９に対応する個所に結晶欠陥がさらに生
じやすくなる。

マタ従来より第２図に示すようにシリコン基板１１には
（１００）結晶面（厳密には（１００）面から約４度傾
斜した而）を主面とするウェーハが用いられ、素子パタ
ーン１２の各辺は（１１０）方向に主に配向されている
。」二記従来例に記した第１図（ａ）の溝パターンや同
図（ｂ）の電極パターンをこのように配向すると、」−
記パターンのエツジに沿った結晶欠陥がシリコン基板に
発生しやすいという欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的はシリコン基板に溝を形成する際、または
シリコン基板上の３Ｑｎｍ以下の絶縁膜を介して、多結
晶シリコン、タングステン、モリブデンのうち少くとも
１種からなる電極を形成する際に、上記溝または電極の
パターンのエツジにおきる応力集中によりシリコン基板
こと発生する結晶欠陥を抑止する半導体装置の製造方法
を得ることにある。

〔発明の概要〕

」二記のようにシリコン基板に結晶欠陥が発生ずる応力
の目安は１０Ｉ０（３Ｙｎ／ｃｒｌ程度であるが、シリ
コンの結晶方位によってこの結晶欠陥発生応力に差があ
り、また溝または電極のパターンエツジにおける応力集
中が大きい場合に結晶欠陥発生率の結晶方位依存性が顕
著であることに基き、」二記の目的を達成するために本
発明による半導体装置の製造方法は、シリコン基板に溝
を形成する際、またはシリコン基板−にの３０内ｍ以下
の絶縁物を介して、多結晶シリコン、タングステン、モ
リブデンのうち少くとも１種からなる電極を形成する際
に、」二記溝または電極のパターンのエツジがシリコン
基板の（］、　］、　Ｏ）方位となす角度を１５度以上
とすることζこよって、シリコン基板における結晶欠陥
の発　１生を抑止したものである。

・　３　・ 〔発明の実施例〕 つぎに本発明の実施例を図面とともに説明する。

第３図は本発明における効果を知るためのパターンを示
す平面図、第４図は本発明の一実施例を示すウェーハの
平面図、第５図は応力集中が顕著な他の構造例を示す断
面図である。（１００）シリコン基板」二に第３図に示
す溝部２］と島部２２とを交互に繰返す放射状のパター
ンを形成した。溝部２１の断面形状は第１図（ａ）に示
すとおりて、同図における溝２の深さは５μｍ、溝内酸
化膜３の厚さは０８μｍ、耐酸化膜である窒化シリコン
膜４およびパッド酸化膜３′の厚さはそれぞれ１２０ｎ
ｍ、５Ｑｎｍとした。このように放射状に配列された溝
パターン２１を形成した後ぶつ酸溶液によって上記窒化
シリコン膜４と酸化膜３およびパッド酸化膜３′を除去
し、５ｅＣｃｏエツチ液によりシリコン基板の結晶欠陥
を調べた結果、（１１０）結晶方位から±１５度未満の
角度範囲２３内にある溝パターン２１のエツジに対応す
るシリコン基板には多数の結晶欠陥が認められたが、＜
１１０＞結晶方位と１５度以」―の角度・　４　・ をなす領域２４では結晶欠陥が全く認められなかった。

なおシリコン基板に結晶欠陥を発生する応力および溝パ
ターンエツジの応力集中はつぎのような場合により大き
くなる。すなわち（１）溝が深い、（２）溝幅が狭い（
溝で囲まれた島領域の幅が狭い）、（３）溝内酸化膜が
厚い、（４）窒化シリコン膜が厚い、（５）溝の断面形
状におけるエツジが急峻になっている、などの場合であ
る。応力が非常に大きい場合には結晶方位によって結晶
欠陥を完全に抑止することができないが、＜１．１０＞
結晶方位から１５度未満にある領域２３と１５度以」二
の領域２４とでは結晶欠陥の発生率に顕著な差が認めら
れ、１５度以上の領域では結晶欠陥が著しく少なかった
。結晶方位による結晶欠陥発生率の差は第１図（ｂ）に
示したＭＩＳ構造においても同様であった。すなわち（
１００）シリコン基板上に２０〜３Ｑｎｍの熱酸化膜を
形成し、多結晶シリコン、タングステン、モリブデンの
うち少くとも１種からなる電極を放射状に配置して３０
０ｎｍの厚さに形成した後、Ｎ２ガス雰囲気中において
１０００°Ｃで２０分間の熱処理を行った。上記酸化膜
および電極をぶつ酸溶液で除去し５ｅｃｃｏエツヂ液で
シリコン基板の結晶欠陥を調べた結果、＜：１１０）結
晶方位と１５度未満の角度をなす電極パターンのエツジ
部に対応する個所に結晶欠陥が発生し、それ以外のとこ
ろには結晶欠陥が発生しなかった。また上記電極パター
ンを覆うように１２０ｎｍ程度の窒化シリコン膜を付着
した場合や、電極をマスクとしたイオン打込み（例えば
Ｐを１０１４ｃｍ−１の濃度で打込みＭＯＳ−ＦＥＴの
ソース、ドレインを形成する）がある場合にはシリコン
基板における結晶欠陥の発生率が増大した。しかしこの
ような場合でも＜１１０＞結晶方位と１５度以」二の角
度をなす電極パターンのエツジに対応する領域にはほと
んど結晶欠陥が認められなかった。

上記のように（１００）基板上に溝や電極パターンを形
成する際に、パターンエツジの方向が（１１０）結晶方
位と１５度以上になるように規定することによって、結
晶欠陥の発生を著しく抑止することができる。具体的に
は第４図に示すようにオリ７　ラ（０ｒｉｅｎｔａｔｉ
ｏｎ　Ｆｌａｔ　）　３３を＜１００〉方位（広くは（
１００）方位と３０度以内の方向）に形成したウェーハ
を用い、パターン３２のエツジ３４．３５は大部分が」
二記オリフラと垂直または平行なく１００＞方位となる
ようにするとよい。基板の＜１１０＞方位との角度が１
５度未満の領域にパターンの角３６が形成されたり、１
μｍ以下程度の短いパターンエツジが＜１１０＞方位と
１５度未満の方向に形成されることはやむをえない。パ
ターンの長辺３４の方向を（１１０＞方位と１５度以上
にすることが、シリコン基板の結晶欠陥発生率を下げる
ポイントである。

なお結晶方位を」二記のように規定しても、ＬＯＣＯ８
（Ｌｏｃａｌ　０ｘｉｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　５ｉｌｉｃ
ｏｎ　）　ノ場合のように応力集中が顕著でない場合に
は、結晶欠陥の発生を抑止する効果が小さい。ｒ、　ａ
　ｃ　ｏ　ｓでは窒化シリコンをマスクとしてシリコン
基板の熱酸化を行うが、溝を形成していないため比較的
広い範囲に応力が分布し、結晶欠陥発生率の結晶方位依
存性が小さくなる。同様のことはＭＴＳ構造の絶縁膜を
３Ｑｎｍをこえる厚さにした場合についても認められた
。す　！なわち基板」二に溝や電極のパターンを形成す
る際づ・ −に、パターンエツジの方向と結晶方位とのなす角度を
規定し基板に発生する結晶欠陥を抑止する方法は、」−
記のように応力集中が顕著な構造においてだけ有効であ
る。

応力集中が顕著な他の構造例を第５図に示す。

第５図（ａ）は溝を設けたシリコン基板４１の表面と溝
の内面に設けた酸化膜４２」ユに、溝の側壁を覆う耐酸
化膜である窒化シリコン膜４３を形成し、」―肥満の底
面に酸化膜４４を形成したものである。これは溝の一部
または全部に埋込み酸化膜を形成するためにしばしば用
いられる方法であるが、上記の場合には溝底部のエツジ
４５に応力集中が生じる。第５図（ｂ）は絶縁分離領域
を平坦化するためシリコン基板４１に設けた溝内面を酸
化膜４６および窒化シリコン膜４７よりなる絶縁膜で被
覆した後、多結晶シリコン４８を埋込み、その表面に酸
化膜４９を形成したものである。この場合酸化膜４９を
形成する際の応力が溝底部のエツジ５０に集中すること
になる。

なお溝の埋込みにシリコンと膨張係数が大きく異る材料
を使用した場合においても、その後の熱鋸・　８　・ 理工程で上記と同様の応力集中が発生する。第５図（Ｃ
）はシリコン基板／１１１−に設けられた酸化膜５１お
よび窒化シリコン膜５２の開口部に多結晶シリコン電極
５３を被着したもので、シリコン基板４１中のある領域
から電極を取出す時にしばしば用いられる構造である。

このような構造を形成した後、」二記多結晶シリコン電
極５３に不純物拡散などの熱処理を行うと多結晶シリコ
ン電極５３のエツジ５４に応力集中がおこる。

上記のように基本的にはシリコン基板に溝パターンを形
成するか、あるいはシリコン基板に３Ｑ　ｎｍ以下の絶
縁膜を介して設けた電極パターンを形成した状態で、こ
れらのパターンに応力が加えられるとパターンのエツジ
に応力集中がおこると考えられ、この応力集中によって
シリコン基板上の対応する個所に結晶方位に依存する結
晶欠陥を生じることになる。

なお」二記には一般に用いられている（１００）シリコ
ン基板の場合について記したが、その他の（１１１）、
（１，１０）基板についても同様の結晶欠陥抑止法を適
用することができる。（１，１１）基板では＜１１２＞
方位と１０度以上の角度をなすようにパターンエツジを
配置すると結晶欠陥を抑止することができる。すなわち
パターンを形成する際にオリフラを（１２３）方位と平
行にするとよい。また（ｎｏ）基板では（１００＞方位
および＜１１１＞方位を避けてパターンのエツジを配置
するとよい。

〔発明の効果〕

」二記のように本発明による半導体装置の製造方法は、
（１００）シリコン基板に溝を形成するかまたは上記基
板上に３Ｑ　ｎｍ以下の絶縁膜を介して設けた多結晶シ
リコン、タングステン、モリブデンのうち少くとも１種
からなる電極パターンを形成する際に、上記溝または電
極パターンのエツジが基板の＜１１０＞結晶方位となす
角度を１５度以上としたことにより、応力集中がおきや
すいパターンエツジに対応するシリコン基板に結晶欠陥
が発生するのを抑止することができる。したがって従来
製造されている半導体装置の製造歩留りや性能を向」二
できるだけでなく、より応力が発生しやすい新素子構造
や新材料あるいは新プロセスに適用しても、シリコン基
板に結晶欠陥を発生することなく半導体装置を製造する
ことが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は応力集中が生じやすい代表的構造を示す断面図
で、（ａ）はシリコン基板に形成した深い溝、（１））
はシリコン基板」−のメ１ｊい絶縁膜を介して形成した
電極を示す。第２図は従来のパターン配向を示すウェー
ハの平面図、第３図は本発明における効果を知るための
パターンを示す平面図、第４図は本発明の一実施例のパ
ターン配向を示すウェー７１の平面図、第５図は応力集
中が顕著な他の構造例を示す断面図である。 １　、３］　、　４１・・・シリコン基板２・・・溝 ７・・・絶縁膜 ８．５３・・・電極 電 代理人弁理士　中村純之助 矛４図　′。 （−：＝〕≧二式；３４ ％式％（５）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１，）　（１００）シリコン基板に溝を形成する半導
   体装置の製造方法において、」二記溝のパターンエツジ
   が基板の＜ｉｌｏ＞結晶方位となす角度を１５度以」二
   とすることを特徴とする半導体装置の製造方法。 （２）　（１００）シリコン基板上に３Ｑｎｍ以下の絶
   縁膜を介して多結晶シリコン、タングステン、モリブデ
   ンのうち少くとも１種からなる電極を形成する半導体装
   置の製造方法において、上記電極のパターンエツジが基
   板の（１１０）結晶方位となす角度を１５度以上とする
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。