JPS61114548A - 半導体素子分離帯の形成方法 - Google Patents

半導体素子分離帯の形成方法

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JPS61114548A
JPS61114548A JP23529084A JP23529084A JPS61114548A JP S61114548 A JPS61114548 A JP S61114548A JP 23529084 A JP23529084 A JP 23529084A JP 23529084 A JP23529084 A JP 23529084A JP S61114548 A JPS61114548 A JP S61114548A
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separation band
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Baarushiyoni Ishiyutobuan
イシユトヴアン・バールシヨニ
Hitoshi Anzai
安西 均
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    • H01L21/70Manufacture 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
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
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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】 [発明の技術分野] 本発明は、複数または多数の素子を半導体基板(ウェハ
ー)上に集積化する際、各素子を電気的に分離する方法
で、特にU字型溝切りおよび溝充填を用いる分離帯形成
方法に関するものである。
[先行技術の説明] シリコン集積回路(IC)の素子間分離方法として。
その初期においてはPN接合分離が用いられていたが、
高集積化、微細化に伴ない、 LSI用としては主とし
て選択酸化法(LOGO5)が用いられてきた。ところ
が、更に超LSI用の素子間分離としては、より微細化
が要求され、現在では主にU字型溝切りおよび溝充填(
U字分離)法が実用化されようとしている。このU字分
離は、その断面形状に由来する名称であり1通常、以下
の方法で形成される。
即ち、第7図に示すように。
(a)  シリコン基板1上の分離帯となるべき部分に
、1〜3μm幅の開口部を持つパターンをSi022等
を用いて形成する。
(b)  CCα4.CCΩ2F2等のエツチングガス
を用い、SiO:2をマスクとして1、シリコン基板l
に数μm程度の深さの垂直な溝3を反応性イオンエツチ
ング(以下、RIBと略す)にて形成する。
(c)  RIEによる汚染を化学エツチングにより数
百人除去した後、シリコン基板全体を熱酸化し数千への
Si022を全体に形成する。更に、多結晶シリコン4
のCVD等により、残った溝を完全に充填する。
(d)  然る後に、表面からプラズマエツチング(C
F 4 +02等エツチングガス)を用いて溝部を除き
、多結晶シリコンを除去し、全体を再び酸化することに
よってU字分離が形成できる。
ところで、従来のU字分離の形成は、素子配列デザイン
が容易であることから、例えば結晶面(100)基板の
場合、第8図のように(011>または<oIT>等の
へき開面に沿った方向に対して90′に交差する網状に
形成していた。しかし1通常この分離帯11の形成は工
程の最初に近い段階で行なわれるため、これに続く素子
領域12の形成のための酸化、拡散等の長時間高温の熱
処理により、上記の分離帯11方向(即ち、当該結晶軸
方向)に沿って結晶欠陥13の発生が避けられなかった
。つまり。
結晶のへき開に用いられるなど歪や欠陥が拡がりやすい
結晶面に沿ってU字型溝の分離帯11を形成し、充填後
、各種熱処理を加えるため、欠陥13が発生し易い状況
となる。これらの欠陥13は多くの再結合電流を供給す
るため、近傍の各素子領域12はリーク電流が大きく、
かつ、分離特性も劣る他、チップ全体の消費電力も大き
くなる等の問題点をひき起こしていた。
また、従来の90°交差のU字分離では、第9図(a)
の平面図、(b)のA−A断面図に示すように1分離帯
11に充填物14を埋め込んだとき、充填されない部分
15が発生し易く、これは後々の工程でこの、部分の洗
浄不足を引き起こしたり、AQ等の金属配線16の断線
等が起こり易い。加えて、結晶自体にも大きな歪が加わ
り、欠陥の発生即ち素子のリーク電流増大の誘因となっ
ていた。
このため、固体イメージセンサにおいては、基板上に多
数配列形成される素子間の分離帯に沿って結晶欠陥が多
数発生し易く、これが両面のキズとなって現れること、
および、結晶欠陥により暗電流レベルが上昇し、ダイナ
ミックレンジが低下し、特に低照度での撮像が困難とな
って、実用的なイメージセンサが得られなかった。
[発明の目的] 本発明は、上記従来技術の欠点を克服し1分離帯の形成
による欠陥の発生が極めて少なく、かつ、分離交差部で
の充填不足等の問題が殆んど生じない半導体素子分離帯
の形成方法を提供することを目的とする。
[発明の概要] このため、本発明は、U字分離の溝の全部または少なく
とも一部をへき開面に沿った方向からずらして形成する
ようにしたことを第1の特徴としている。
更に、本発明は、U字分離の交差角をできるだけ大きく
とることで交差部での工程上の欠点(洗浄不足・金属配
線断線)をなくし、かつ、歪を少なくすることにより、
結晶欠陥の発生を少なく抑えるようにしたことを第2の
特徴としている。
[発明の実施例コ 以下1本発明の詳細な説明する。
第1図(a) 、 (b) 、 (c)は本発明により
形成されたU字分離形状例の平面図を示したものである
。図中、第8図と同一符号は同一または相当部分を示す
第1図(a)は分離帯11を90°に交差する網状に形
成することによって、各素子領域12を分離した場合の
例で5分離帯11をへき開面<011>方向に対して4
5″傾けて配列している。第1図(b)、(c)は六角
形状の分離帯11の形成例であり、同図(b)ではA、
C方向の分離帯11がへき開面に対してずれた角度を有
している。また、同図(c)では全ての分離帯11がへ
き開面に対してずれた角度を有している。
このように素子領域12を分離するための分離帯11を
へき開面に沿った方向に対しである角度だけずらした状
態で形成することにより、分離帯に沿って発生する結晶
欠陥も少なく抑えることができ。
素子の分離を良好に行なうことができるようになる。
このときのへき開面に対して分離帯11をずらす角度は
、フォトエツチング工程での溝パターンを形成する技術
によって決まり、あまり角度を小さくすると、へき開面
からオフ・アングルでのマスク合せが困難になる。従っ
て、現状では5°以上とすることが好ましい。
更に、このとき第1図(b)、(C)で示すように、分
離帯11の交差角を120@ と大きくとることにより
、第2図に示すように、前述90°交差の開口部のよう
な充填されない部分が殆ど発生せず、前記の洗浄不足や
AQ等の金属配線の断線も殆どなくなる。
一方、U字分離の交差角と結晶に対するストレスの関係
を計算すると第3図に示すようになる。
ここで、縦軸は正確には一定の深さで対称に交差する溝
切りにより発生するストレスの和と交差のない場合のス
トレスσo(2πは規格化のための係数)の比を表わす
。これによれば、より大きな交差角の方がストレスが小
さく、即ち、結晶の歪も少なく欠陥の発生も少ないこと
が判る。
従って1以上のことから前記第2図に示した分離交差角
120°の分離帯11を形成することが、U字分離形状
として最適であることが判る。
次に、以上に説明した交差角120°の素子間分離帯を
シリコン基板上に形成してPNダイオードを製造する方
法を第4図(a)〜(f)に示す工程説明図を参照して
説明する。
(a)  p型(100)面で比抵抗5Ω・印のシリコ
ン基板21を熱酸化またはCVDにより約0.6〜1.
2μm程度のSi0222を成長させる。そして、フォ
トレジストを塗布ベーク後に、所望する素子を120°
の角度で交差する1〜3μm幅の分離帯網で分離できる
ように配列すべく設計されたフォトマスクを用いて、紫
外線露光等により露光現象し、パターンを得る。
(b)  次に、ウェハーを所定のRIE装置内の真空
槽に入れ、前工程で形成したSi0222のパターンを
マスクとしてシリコン基板21にRIEを施こし、4〜
7μmの垂直な溝23を形成する。このエツチングを行
なう代表的条件はエツチングガスCCQ4100cc/
分+0240cc/分、 RF電力1501(13,6
MHz)、圧力3゜5paなどである。
(c)  RIEによる汚染をHNOs : HF :
 CH3COOH=50 : 1 : 50のエツチン
グ液にて約1分化学エツチングすることにより除去した
後、熱酸化により数千へのSi0222を全体に形成す
る。
然る後に、多結晶シリコン24のCvD等により残りの
溝を完全に充填する。
(d)  シリコンウェハーをプラズマエツチング装置
の真空槽内に入れ、プラズマエツチングを用いて溝部を
除き多結晶シリコンを除去する。この場合のエツチング
条件はエツチングガスCF a 100cc/分十02
10cc/分、 RF電力1501tl−圧力1.0T
orrである。
然る後に、シリコンウェハー全体を熱酸化して多結晶シ
リコン24上にもSi022を形成する。
(e)  シリコンウェハーの所定の場所にフォトエツ
チングにより5102に開口を設け、ここからp型不純
物であるボロンを900〜1000°C程度の温度で選
択的に31基板に付着(デポジション)させ、かつ、 
tooo〜1100℃の温度で酸化性雰囲気に置くこと
により、より深く拡散させ、p型拡散領域25を形成す
ると同時に表面にSiOx 22膜を得る。これによっ
て、接合深さ1〜3μmでp型の表面濃度がL X 1
01 a〜lXl0” ’ /印1程度のPN接合が形
成される。
(f)  前工程で形成したp型拡散領域25に電気的
コンタクトを得るためフォトエツチングにてSiOxに
開口を設ける。AQ等の金属を真空蒸気などにより約1
μmの厚さに形成し、同様にフォトエツチングによりA
Q電極26パターンを得る。また。
ウェハー裏面にも同様にAl1.Au等の金属を真空蒸
気などにより数千へ程度被着させて裏面電極27を形成
し、I&終的に電気炉などで加熱し、Siと合金化させ
る。
これにより、第5図(a)に示す如き分離帯形状を素子
間に有するPNダイオード八が得られる。
更に、第5図(b)は上記工程のうち(a)のフォトマ
スクを異ならせて製造したPNダイオードBを示し、ま
た、第5図(c)は分離帯の形状だけは従来通リとし、
他は上記工程と同じ条件で製造したPNダイオードCを
示している。
これら第5図(a)〜(c)に示すPNダイオードの逆
方向電流を測定したところ、第6図に示す結果が得られ
た。即ち、従来の構造である(Oll>方向に沿った分
離帯を持つダイオードCが最も逆方向電流が大きく、顕
微鏡観察により分離帯に沿って多くの結晶欠陥の発生が
見られた。一方、ダイオードA、Bにおいては、顕微1
IAIl!察にても特に結晶欠陥の発生が見られず、ダ
イオードCを45°回転して(011)方向に沿った結
晶欠陥の発生を抑えであるダイオードBではダイオード
こより小さい逆方向電流が観測された。また1分離帯の
交差角を120°と大きくシ、歪を小さくすることによ
り。
欠陥発生をより低く抑えたダイオードAでは、より少な
い逆方向電流が観測され1本発明の効果が実証された。
このことから、本発明による分離帯形成方法を用いて固
体イメージセンサの各画素間分離を行なえば、従来の接
合分離に比べ、■寄生容量が小さく絶縁性が良いこと、
■光吸収の大きい多結晶シリコンを溝充填に用いている
ので、素子間の遮光性も良いことなどがあるため、画素
間の信号のクロストークが極めて小さ、くなる。従って
1画像のぼけが少なく、高解像度で、かつブルーミング
の少ない撮像が期待できる。
尚、本発明は上記実施例のみならず、殆どすべてのバイ
ポーラトランジスタ、FET、SIT、MOS。
C−MOS等の素子を用いたIC,LSIの素子間分難
に問題なく適用できる。
また、上記実施例のように、必ずしも素子工程前に分離
帯を製作する必要はなく、素子形成工程後に分離帯を形
成することも充分可能である。
更に1本発明はシリコン(100)面ウェハーに限られ
るものではなく、シリコン(111)面の場合は<11
0> 、 <101> 、 <011>等の方向からず
らすことなどにより実現でき、また、他面方向も同様な
原理により可能である。
更にまた、半導体基板はシリコンのみに限られる訳では
な(、GaAs等の■−■族半導体等の分離帯形式にも
適用可能なことは言う迄もない。
[発明の効果コ 以上のように本発明によれば、分離帯をへき開面に沿っ
た方向から傾けて形成するようにしたので1分離帯に生
じる結晶欠陥が少なくなる。更に素子間に形成する分離
帯の形状を六角形状とすることにより、結晶歪も結晶欠
陥も少なくなり、素子間分離が良好に行なわれるように
なる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(c)は本発明の各実施例を示す素子分
離帯形成方法説明図、第2図は第1図(b)、(c)の
分離帯交差部の拡大説明図、第3図は交差角と結晶スト
レスの関係図、第4図(a)〜(f)は本発明の適用例
を示すPNダイオード製造工程説明図、第5図(a)〜
(c)は本発明と従来例を比較するための各素子の平面
構造図、第6図は第5図の各素子の逆方向電流特性図、
第7図(a)〜(d)は一般的なU字分離帯形成工程説
明図、第8図は従来例におけるU字分離帯平面構成図、
第9図は第2図の交差部拡大図で、(a)はその平面図
、(b)はそのA−A断面図である。 1.21・・・シリコン基板、2,22・・・SiO2
。 3.23・・・溝、 4.24・・・多結晶シリコン、
11・・・分離帯、12・・・素子領域、13・・・結
晶欠陥、14・・・充填物、15・・・充填されない部
分、16・・・金属配線、25・・・p型拡散領域、2
6・・・AQ電極、27・・・裏面電極。 第 1 図 <+)+j> 第2図 第3図 第4図 (a) (C) 第4図 (d) 第5図 く○IT> 第6図 逆方向即如電圧(■)− 第7図 第8図 第9図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体基板上に形成する複数個の素子間に分離帯
    を形成する半導体素子分離帯の形成方法において、少な
    くとも分離帯の一部に当該半導体のへき開面に対して角
    度を持たせて前記分離帯を形成することを特徴とする半
    導体素子分離帯の形成方法。
  2. (2)半導体基板上に形成する複数個の素子間に分離帯
    を形成する半導体素子分離帯の形成方法において、素子
    間に形成する前記分離帯の形状を六角形状に形成するこ
    とを特徴とする半導体素子分離帯の形成方法。
  3. (3)特許請求の範囲第1項または第2項記載において
    、半導体基板上に形成、分離すべき複数個の素子がフォ
    トダイオードまたはイメージセンサ用受光素子であるこ
    とを特徴とする半導体素子分離帯の形成方法。
JP23529084A 1984-11-09 1984-11-09 半導体素子分離帯の形成方法 Granted JPS61114548A (ja)

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