JPS62173738A - 集積半導体回路の絶縁分離溝の充填方法 - Google Patents

集積半導体回路の絶縁分離溝の充填方法

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JPS62173738A
JPS62173738A JP62012148A JP1214887A JPS62173738A JP S62173738 A JPS62173738 A JP S62173738A JP 62012148 A JP62012148 A JP 62012148A JP 1214887 A JP1214887 A JP 1214887A JP S62173738 A JPS62173738 A JP S62173738A
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layer
phosphorus
filling
sio
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    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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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】
〔紙業上の利用分野〕 この発明は、集積回路の能動素子を絶縁分1Iilt丁
。 る目的で作られた溝に王としてS i O,から成る絶
縁材料を充填する方法に関するものである。 〔従来の技術〕 M OSならびにバイホーラ回路の構造微細化が進むに
つれて、従来のL OCOS絶縁技術はくちばし状の8
10.フィールド酸化膜の長さの、壱で行き詰まること
からI[シい絶縁分離技術が必要となる。その上選択酸
化によって基板単結晶に内部応力が発生し、回路の一気
特性に強い影響を及ば丁。 史に別の構造微細化に対する障害はJ、(10(JS過
程にネタいての1均温度C二よるチャネル・ストッパ注
入イオンの横力間拡散である。 例えば欧州特肝出1―第0044082A2号明細書に
記載されている溝絶縁分離技術は上記の問題の解決に適
したもので1M08)ランジスタの絶縁分離用として幅
1μm、ffさ05乃至1μmの溝を作ることができる
。 CMO8回路の導電型を異にするトランジスタの絶縁分
離の場合これよりも深い溝例えば深さ4μ簿、幅】μm
の溝により著しい表面積縮小が達成される。バイポーラ
・トランジスタの場合も同様であり、深い溝により埋込
み形のドーピング層相互を絶縁分離することができる。 これらの絶縁分離技術の進歩の実現には絶縁材料で充填
さnた深い溝の製作が可能であることが前提となる。 幅に対する深さの比が1より太さい1みの充填に対して
はこれまで(二種々の方法が提案され実施されてきたが
、これらの方法にはそれぞれ特有の欠点かある。CVD
法によって作られた物潰(二よって溝を址める方式のも
のでは、総てに共通1′−充填の良否が7+’+7の形
状の外(二九墳物實析出法にも大きく関係する。特に溝
の上縁端(二おいて両側から近づいて来る層表面を突き
合わせるためこの部分で析出速度を高くすることから、
溝の下の部分は対応する厚さの単一層で完全に充填され
なくなるというCVD法の傾向は重要な問題となる。更
I:必要な平坦表面を達成するためには、IAの充填が
終った後にも鳩析出を続けて溝に伴って生じたくぼみを
埋めることが必要となる。 このような長時間を必要とする追加析出を避けるため、
深い溝を充填した後(2残されているくぼみを感光樹脂
又は流動ガラスによって平坦にした後進エツチングを実
施することが提案されている(例えば1アイ・ビー・エ
ム・テクノロジー・ディスクロージャー・ブレティン(
I HM Techno l。 Discl、 Bull、 ) Vol、 25−5.
 10.82.  I)。 2292−2293又は欧州特許出′1lJA第005
521 A1号および第0098687A2号明細書参
煕)。しかしこの方法では最初の溝上縁端に達したとき
両側のCV D I@の縫合嵌上でエツチング速度が商
くなり、縫合部C2深いくぼみがエッチされ時(二は溝
の下部(2残された空所(二まで達する危険がある。 このような曳(A、Hは以後の工程に対して許されない
ものである。更≦二CVD充填材料によっては後で行わ
れる高温処理(2貯して溝が作られている基板との熱膨
張係数の差に基き結晶欠陥が発生する危険もある。 溝の酸化に基く別の方法(「アイ・ビー・エム・テクノ
ロジー・ディスクロージャー・ブレティンI IBM 
Technol、 Djscl、 Bull、 ) J
 Vol、 25−4.9.82.  p、+890−
1891  )においても所望の平坦表面は達成不列能
であり、又基板に強い内部応力が生ずる。 文献[アイ・ビー・エム・テクノロジー・ディスクロー
ジャー・ブレティン(IBM Technol。 Dlscl、Bull、)J  25−8. 1.83
.  P、4410−4411に記載されているスピン
−オン・グラス法も、そのガラスが後で行われる高温過
【二おいて大きな容積変動を起し内部応力と空洞の発
生の危険があるので、深いmの充填(二は不適当である
。 リン・ケイ酸塩ガラスで溝を部分的に!llI覆した後
流動させるという提案も、このガラスの流動性が悪いた
め被ff1If!Iの高濃度リン・ドーピングとレーザ
ー光線を使用する効果的な流動化過程の組合せによって
実施可能である。 〔発明が解決しようとする問題点〕 この発明の目的は、八108ならびにバイポーラ回路の
サブミクロン領域の絶縁分離に必要な極端に深い溝まで
も内部応力、空洞又は不均等エツチングの発生を伴うこ
となく充填することができ。 11r11又は2回の標準的加熱炉を使用する流動化処
理C二より平坦な表面を作ることかできる溝絶縁充填法
を提供することである。 〔問題点を解決するだめのヨ;没〕 この目的は冒シlに卆げた充填法に対して!F)許請求
の範IIII第1項に特徴として卒けた工程紋fal、
 fbl、 fclを採用することによって達成される
。 集積半尋体回路の¥−亜配嵌の絶縁分織中間1qiにテ
トラニブルオルトケイ酸塩糸の酸化物セ「山崩を使用す
ることは1985年FJcs秋期集会において発表され
ている。この発明の方法において熱分解の温度は630
℃と680℃の間に、圧力は133゜32Pa 以下の
値特に15Paと100Paの間に設定される。フォス
フインを使用する場合酸素の混合が推奨されるが、フォ
スフイン対酸素比は02以下とする。 この方法の種々の実施態様は特許請求の範11fl第2
項以下に示されている。 〔実施例〕 図面第1図乃至第5図と実施例についてこの発明を更に
詳細C二説明する。図面にはこの発明C2従ってホウ素
・リン、ケイ酸塩ガラス(B)’SG+2で埋められる
エツy−溝lの断面が示されている。 第1図ではBPSGが溝】をほとんど完全に埋めている
が、光墳層2の厚さは1j(= 1の幅の少くとも60
%に選定される。 ホウ素含有量を5亜鼠予以上、リン含有量を約31鼠%
(二遠ぷことにより、ガラスの軟化点な調整して900
℃以下の流動温度において既に第2図(二示すような空
隙のない充填が達成されるようにすることができる。続
く逆エツチング過f?1.l:おいて基板表面3に残さ
れた余分のホウ素・リン・ケイ酸塩ガラス2aが除去さ
れる。 第3!Al二示すよう(二極端にRいたる形の溝である
ことから、テトラエテルオルトケイ酸塩、トリノブール
ホク酸塩およびO1含有フォスフインか11威るホウ素
・リン・ケイ酸塩ガラスt  TEOS・l3PSG)
もその艮好な流動特性と他の方法」;りも1ぐれた縁端
被覆特性(二も拘らず空隙無しの充填が達成不能であれ
ば、購1内(二5%以上の斧祉のホウ素をドープしたB
PSGI曽J2を溝幅の50チ以トj)厚さに析出させ
た後流動させて溝)含“部分的に充填する。 第4図f−小″f′ようにBpsul媛22の析出とイ
ーのび目り」化過程を・適当イ;変史し、て繰り収丁こ
と+7− J: 1.1、’1lilを完全(二充填し
その表i’fn S−°平角に1C)ことができ6o7
+!=板表面3上の残留層128.λ2ルは第2図の場
合と同様な方法で除去される。 第5図に示すよう(2溝全充填する際の工程段の組合せ
は次のように選定することも可能である。 まず第1段の充填層+2.+2aによって溝の大部分が
埋められ、第zFAzの充填層32としてに例えばテト
ラエチルオルトケイ酸塩(TEOS)から730℃(二
おいてドーピング無しく二析出させたもので充分である
よう(二する。このよう(=形成されたBPSG層iz
aと5101m32aは棺の上縁端3に達するまで逆エ
ッチする。このエツチングはマグネトロン・イオンエツ
チングによるのが有利であり、これ(二よってホウ素・
リン・ドープ層(12a)と無ドープ8 i 0.層(
32a)に対して等しいエツチング速度が達成される。 この方法に。続いて行われる高温処理において溝充填醜
化物輸の上部からその上の層へのホウ素又はリンの拡散
が望ましくない場合〔2採用されるものである。 この点C2関して#求膚]の上部をホウ素だけ又ト求リ
ンを含むTEO8酸化物で埋めることも当然可能Cある
1、溝yの壁が析出したS j O,によってドーグさ
れることが望まれないときは、溝1の一面を予め加熱成
長酸化物又はCVD析出酸化物でv′艷−イ゛ろ、lこ
の被覆は図面C2示されていない0.こ、11.、 j
′戸Lし’rtつ素又t1リンじ、よろ壁面のト°−ピ
ング2゛i望まれる場合には、f3pso4f?出に先
立ってスパス′/拳ノ、:けの1曽又はリンを含むTE
O8酸化物j曽で/苦i41?彼覆する。ホウ素ドーピ
ングの場合ンリフンどSIO,−二対するリンの商い拡
散係数のためBPSQの間に無ドープsio、層を挿入
子ることかできろうこの層も図面にはホされていない。 こ7t、らのj田(2,+2.22.32)は11−1
じ装置内で形成可能である。上記の方法はヒ素ケイ酸塩
プ1ラヌ(ASG +を使用する場合にも通用される。 このメ1ラスは’rgosと有機ヒ素化合物例えはトリ
エトキシアルvンI C,H,0)、As  tの反L
t、に、【つてO←)れ◇。 〔うれ明の効果〕 ト□−ブされたJ’ E OS酸化♀′づケ使バjする
。“Q、)発明の方法に、基板(2生ずる内部応力が小
さくなる点で公知の絶縁分離技術よりも遥J:有初であ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図乃至第5図を求この発明の方法(二よりホウ素・
リン・ケイ1IIll−ガラス)3PSGで埋められた
絶縁分離溝】の断面形状を示T(1 2、+2.22. :う2・・・シl、 3・・・基板
表面。 r611R) (?対人jrY、u:冨F−T  Q 
  、14.五゛

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)(a)絶縁分離溝充填材としてのSiO_2の析出
    に対してテトラエチル・オルト・ケイ酸塩がトリメチル
    ・ホウ酸塩と共に、フオスフインが酸素と共に同時に熱
    分解されること、 (b)これらの化合物の熱分解が低圧反応器内で600
    ℃から700℃の間の温度範囲で行われること、 (c)ホウ素・リン・ケイ酸ガラスの層(2)が900
    ℃以下の温度で流動化した後基板表面(3)の上にある
    ホウ素・リン・ケイ酸ガラス層(2a)が逆エッチング
    により除去されること を特徴とする集積半導体回路の能動素子の絶縁分離の目
    的で作られた溝に主としてSiO_2から成る絶縁材料
    を充填する方法。 2)熱分解の温度が630℃乃至680℃に、圧力が1
    33.32Pa以下に調整されることを特徴とする特許
    請求の範囲第1項記載の方法。 3)フオスフイン化合物に酸素が混合され、その際フオ
    スフイン対酸素比が0.2以下に選ばれることを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載の方法。 4)フオスフインの代りにトリメチル・リン酸塩が使用
    されることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の方
    法。 5)反応器内の圧力が15Paから100Paの間に調
    整されることを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第
    4項の1つに記載の方法。 6)溝を埋めるホウ素・リン・ケイ酸塩ガラス層の厚さ
    が溝の幅の少くとも60%に調整されることを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項乃至第5項の1つに記載の方法
    。 7)ホウ素含有量が少くとも5重量%に、リン含有量が
    3重量%付近の値に調整されることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項乃至第6項の1つに記載の方法。 8)絶縁材料の析出が複数の段階に分れて行われ、最初
    にホウ素を5重量%以上にドープされた層(12)が最
    大で溝幅の半分に等しい厚さに析出し、次いで流動化処
    理が実施され、それに続いて流動化処理と析出過程が溝
    の充填が終るまで繰り返されることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項乃至第7項の少くとも1つに記載の方法
    。 9)最後の析出過程においてドープされないSiO_2
    層(32)が設けられることを特徴とする特許請求の範
    囲第8項記載の方法。 10)逆エッチングがマグネトロン・イオン・エッチン
    グによることを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第
    9項の少くとも1つに記載の方法。 11)充填用のホウ素・リン・ケイ酸塩ガラス層(2、
    12、22)の形成前に熱酸化又はシリコンと酸素を含
    むガス状化合物の熱分解によつて溝の壁面(1)が無ド
    ープSiO_2被覆層で覆われることを特徴とする特許
    請求の範囲第1項乃至第10項の少くとも1つに記載の
    方法。 12)充填用のホウ素・リン・ケイ酸塩ガラス層(2、
    12、22)の形成前にテトラエチル・オルトケイ酸塩
    とトリメチル・ホウ酸塩又はフオスフイン、あるいはト
    リメチルホウ酸塩の熱分解により溝の壁面がホウ素被覆
    層又はリンをドープされたSiO_2被覆層で覆われる
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第10項の
    少くとも1つに記載の方法。 13)ホウ素をドープされたSiO_2層とホウ素・リ
    ン・ケイ酸塩ガラス層(2、12、22)の間に無ドー
    プSiO_2層を析出させることを特徴とする特許請求
    の範囲第12項記載の方法。 14)フオスフイン又はトリメチル・リン酸塩の代りに
    有機ヒ素化合物例えばトリエトキシアルシンが使用され
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第13項
    の少くとも1つに記載の方法。
JP62012148A 1986-01-22 1987-01-20 集積半導体回路の絶縁分離溝の充填方法 Pending JPS62173738A (ja)

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