JPS61256649A - 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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JPS61256649A
JPS61256649A JP9841885A JP9841885A JPS61256649A JP S61256649 A JPS61256649 A JP S61256649A JP 9841885 A JP9841885 A JP 9841885A JP 9841885 A JP9841885 A JP 9841885A JP S61256649 A JPS61256649 A JP S61256649A
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JP
Japan
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film
groove
polycrystalline silicon
oxidized
shallow
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JP9841885A
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English (en)
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Keimei Mikoshiba
御子柴 啓明
Yumi Fukuda
由美 福田
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • 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
    • H01L21/76Making of isolation regions between components

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Element Separation (AREA)

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は素子分離領域の形成方法に関し、特に半導体集
積回路、とりわけCMO8において、ウェル間分離の深
い分離と、素子間分離の浅い分離とを同時に実現する素
子分離領域の形成方法に関するものである。
〔従来の技術〕
従来、CMO8を微細化し、陶時にラッチアップ耐性を
高めるために、ウェル間に深い溝を掘り、絶縁物で埋め
込むrs分離法」が検討されている。
このときウェル間の深い分離に加えてウェル内素子間の
浅い分離の両方が必要になる。代表的な溝分離法として
は、幅の狭い深い溝と、浅い溝を形成した後、(1)多
結晶シリコン膜32を埋め込み、湾口付近に酸化膜31
を形成する第3図(a)に示す方法。(2)溝内に気相
成長酸化膜35たとえばボロンリンガラス(BPSG)
やリンガラス(PSG)を埋め込む第3図(b)に示す
方法などがある。なお第3図(a) 、 (b)におい
て、33及び36はLOCO8法(選択酸化法)により
形成した酸化膜である。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上述した従来の素子分離領域の形成方法は、溝内に多結
晶シリコンを埋め込んた場合、絶縁性を持たせるために
表面を酸化するわけだが、この段階でLOCC18法で
問題となったと同様、ぼ化膜のくい込み、いわゆるバー
ズ・ビークが発生するため、分離幅がマスク寸法よりも
広くなるという問題がある。
また、このバーズビークは横方向ばかりでなく、溝側面
Kaって縦方向にも進行する。この縦方向の食い込みは
、シリコン基板に応力を加え結晶欠陥を発生させる。
また、従来法だと広くて浅い分離ができないので、その
ような分離領域にはLOCO8法を併用しなければなら
ない。
次に、溝内KBPSGやPEGを埋め込む方法では、多
結晶シリコンの場合のようなバーズ・ビークや結晶欠陥
の発生という欠点はないが、後の工程でリンやボロンの
アウトナイフニージョン過剰なエツチングによる膜減、
す(PSGの場合)という間融がある。
本発明は上記のような問題点を解決し、深い溝と浅い溝
が存在する場合でも溝の深さに関係なく絶縁物で埋める
ことが出来、かつ基板に対し酸化膜の影響を与えず、バ
ーズビークの発生、結晶欠陥の発生もなく、また、アウ
トティ7エージヨンによる溝内壁に不純物の拡散も生す
ることのない素子分離領域の形成方法を提供することを
目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕    □本発明の素
子分離領域の形成方法は、半導体集積回路が形成される
べき単結晶シリコン基板の表面士の素子分離領域に、狭
くて深い溝、溝幅は任意で浅い溝を形成する工程と、畝
溝が形成された前記基板表面に熱酸化膜、シリコン窒化
膜、ガラス膜を順次形成する工程と、前記ガラス膜を熱
処理によって流動化させる工程と、該流動化されたガラ
ス膜を前記浅い溝とほぼ同じ深さ分だけ深い溝内に残る
ようにエツチングする工程と、前記浅い溝の深さの約1
/2の厚さの多結晶シリコン膜を形成する工程と、前記
多結晶シリコン膜が平坦になるようにエツチングして溝
内に残す工程と、前記多結晶シリコン膜を完全に熱酸化
する工程とから構成されている。
〔実施例〕
次に、本発明について図面を参照して説明する。
第1図(a)〜U)は本発明の第1実施例を説明するた
めに工程順に示した断面図である。なお実際のデバイス
の作成に必要な不純物拡散工程は省略して説明する。従
って例えr、rMO8LSIを実現するためには必要な
工程vi−:ik′X付は加える必要がある。
まず、第1図(a)に示すように、単結晶シリコン基板
lに、例えはフォトレジスト膜2をマスクにしてRIE
により溝を形成する。図では狭くて深い溝3.狭くて浅
い1*4.広くて浅い溝503種類の溝幅を示しである
。シリコンエツチングのマスクには、フォトレジストの
他に酸化膜も用いることができる。
次に、第1図(b)に示すように、フォトレジスト膜2
を除去してから、HIEによる表面汚染層を取り除いた
のち熱酸化膜6.気相成長窒化膜7゜ガラス膜8(例え
ばBP8G膜またはPSG@)を順次形成する。
次に、第1図(C)に示すように、1ooo℃前後の熱
処理によりガラス膜8を流動化させ深い害を完全に埋め
る。
次に、第1図(d)に示すように、深い溝にのみガラス
膜が残るように、ガラス膜8をエツチングする。このと
きガラス膜80呆さけ、溝を埋めたあとの溝の深さが浅
い溝とほぼ同じになるようにする。
次に、第1図(e)に示すように、深い溝の底部をガラ
ス膜8で埋めたのち、気相成長多結晶シリコン膜9.気
相成長酸化膜10をそれぞれ成長させるO 次に、第1図<i>に示すように、酸化膜10をパター
ニングして、溝幅の広いところにはダミーパターン11
を形成する。その形成方法としては、溝マスクの反転マ
スクを用いてダミーパターンのレジストパターンを形成
して、この酸化膜10をオーバーエツチングすることに
よって、溝内部にダミーパターン11を残すというやり
方がある。
このような方法をとると、狭い溝部分3.4では、オー
バーエツチングのためにダミーパターンは消滅する。し
かし、もともとダミーパターンを作る目的はt!#幅の
広いところで縄分子樹脂膜によるエッチバックを容易に
することにあるから、溝幅の狭いところではダミーパタ
ーンは必要ではない。
次に、第1図(g)に示すように、ダミーパターン11
を形成後、高分子樹脂膜12を塗布する。高分子樹脂膜
としてはフォトレジスト膜などが使える。なお、高分子
樹脂膜としてはできるだけ平坦性の良い膜がよい。
次に、第1図1h)に示すように、0宜プラズマ処理で
高分子樹脂膜12をエツチングしてダミーパターン11
と溝壁との隙間13に高分子樹脂膜12aが残るように
する。
次に、第1図ti)に示すように、隙間13に残された
高分子樹脂膜12aとダミーパターン11をマスクとし
て、多結晶シリコン膜9をエツチングする。このときの
エツチング条件は、多結晶シリコン膜厚のちょうど2倍
がエツチングされるようなものとする。こうすると、溝
内には多結晶シリコン膜14を平坦に残すことができる
。多結晶シリコンのエツチングでは、途中で窒化膜が延
出するため、多結晶シリコンと窒化膜のエツチング速度
比が十分大きいことが必要である。その点、凡IEだと
エツチング速度比を十分取ることが可能なので、この工
程に適している。
次に、第1図(j)に示すように、ダミーパターン11
と高分子樹脂膜12aを除去してから、溝深さ約1/2
に残された多結晶シリコン膜9を完全に酸化する。この
とき基板表面は窒化膜で被われているので、酸化は多結
晶シリコン膜についてだけなされ、基板は酸化の影響を
受けない。ここで溝内の多結晶シリコンが酸化される際
、体積膨張は膜厚の方向にのみ進み、溝壁面に対して垂
直な方向には進まない。よって、酸化時に体積は増大し
てもシリコン基板そのものにストレスを加えるようなこ
とはない。従って、基板に結晶欠陥が生じることもない
。また、シリコンが酸化されると膜厚は約2倍になるか
ら、酸化膜15の表面は基板表面とほぼ一致し表面は平
坦になる。あとは窒化膜、酸化膜を順次エツチングして
基板表面を露出させればよい。
以上により深い分離と浅い分離とを同時に実現すること
ができる累子分離領域の形成方法が得られる。なおこの
後MO8)ランジスタを作るのであれば、ゲート酸化膜
形成工程がこれに続けばよい0 第2図(a)〜(d)は本発明の第2実施例を説明する
ために工程順に示した一部工程の断面図である0本実施
例では広い溝幅が200〜300μm程度以下の場合に
適用して好適な方法である。なお、本爽施例の工程のう
ちさきに説明した第1図(d)までの工程は同一である
ので、それ以下の工程について説明する。
まず、第2図(a)に示すように、第11&(a)〜第
1図(d)の工程に従いシリコン基板1に狭くて旅い溝
狭くて浅い溝、広くて浅い溝がつくられその溝を含む表
面に熱酸化膜6.シリコン窒化膜7が形成され、粂い溝
の底部はガラス@8で埋められ、その上に気相成長多結
晶シリコン膜9が形成される。
次いで新たな工程としてウェー71全面に高分子樹脂膜
22を表面が平坦になるように]!!17fhL、11
を内部を完全に埋める。高分子樹脂膜としてはポリイミ
ド膜などが使える。なお高分子樹脂膜としてはできるだ
け平坦性のよいものがよい。
次に、第2図(b)に示すように、高分子樹脂膜22を
エツチングして溝内に残るようにする。これを多結晶シ
リコン膜9をエツチングするときのマスク22aとして
使う。このような方法をとれば第1の実施例のようにダ
ミーパターンを形成する必要はないし、目合せ工程が1
回分減るので製造プロセスが著しく簡略化される。
次に、第2図(C)に示すように、前工程で作った高分
子樹脂膜のマスク22aを使って、多結晶シリコン膜9
をエツチングする。このときのエツチング条件は、多結
晶シリコン膜厚のちょうど2倍がエツチングされるよう
なものとすれば、多結晶シリコン811114 aを平
坦に残すことができる。
次に、第2図(dlに示すように、マスクとして使った
高分子樹脂1[22aを除去してから、!深さ約1/2
に残された多結晶シリコン膜14aを完全に酸化し酸化
膜152とする。最後に、基板表面の窒化膜、酸化膜を
順次エツチング基板表面を篇出させる。
しかるときは第1の実施例と同様深い分離と浅い分離と
を同時に実現できる素子分離領域の形成方法が得られる
〔発明の効果〕
以上説明したとおり、本発明は、深い溝の底部にガラス
膜で埋め込むことと、上部に多結晶シリコンの酸化物を
形成することの組み合わせにより、深い溝と浅い溝が同
時に存在する場合に深さに関係なく溝内部を絶縁物で塊
めることかできる効果がある。
また、本発明の方法を使えば、溝内部が全て絶縁物であ
るために埋め込まれた多結晶シリコンの帯電は起きない
。さらに、多結晶シリコンを酸化するときに基板表面は
窒化膜で被われているため、基板自体は酸化の影響を受
けない。よって、バーズ・ピークの発生、結晶欠陥の発
生もない。
また、溝内壁は窒化膜で被われているので、ガラス膜を
エッチバックする際溝壁面のシリコンが膳出しない。し
たがって、アウトディ7ユージ冒ンによりて溝内壁に不
純物が拡散するようなこともない等の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(j)は本発明の第1の実施例を説明す
るために工程順に示した断面図、第2図<a>〜(d)
は本発明の第2の実施例を説明するために工程順に示し
た一部工程の断面図、第3図(a) t tb)は何れ
も従来の素子分離領域の形成方法を説明するための断面
図である。 1・・・・・・シリコン基板、2・・・・・・フォトレ
ジスト膜、3・・・・・・深い溝、4・・・・・・浅く
て狭い溝、5・・・・・・浅くて広い溝、6・・・・・
・熱酸化膜、7・・・・・・窒化膜、8・・・・・・ガ
ラス膜、9・・・・・・多結晶シリコン膜、10・・・
・・・酸化膜、11・・・・・・ダミーパターン、12
・・・・・・高分子樹脂膜、13・・・・・・隙間、1
4,14a・・・・・・多結晶シリコン、15,15a
・・・・・・酸化膜、22,22a・・・・・・高分子
樹脂膜、31・・・・・・酸化膜、32・・・・・・多
結晶シリコ/膜、33・・・・・・LOCO8(選択数
化法による酸化膜)、34・・・・・・酸化膜、35・
・・・・・気相成長酸化膜、36・・・・・・LOCO
8(選択酸化法による酸化@)。 第1図 δ 第1図 第2図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 半導体集積回路が形成されるべき単結晶シリコン基板の
    表面上の素子分離領域に、狭くて深い溝および溝幅は任
    意で浅い溝を形成する工程と、該溝が形成された前記基
    板表面に熱酸化膜、シリコン窒化膜、ガラス膜を順次形
    成する工程と、前記ガラス膜を熱処理により流動化させ
    る工程と、該流動化されたガラス膜を前記浅い溝とほぼ
    同じ深さ分だけ前記深い溝内に残るようにエッチングす
    る工程と、前記浅い溝の深さの約1/2の厚さの多結晶
    シリコン膜を形成する工程と、前記多結晶シリコン膜が
    平坦になるようにエッチングして溝内に残す工程と、前
    記溝内に残された前記多結晶シリコン膜を完全に熱酸化
    する工程とを含むことを特徴とする素子分離領域の形成
    方法。
JP9841885A 1985-05-09 1985-05-09 素子分離領域の形成方法 Pending JPS61256649A (ja)

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