JPS63502313A

JPS63502313A - 半導体基板に分離領域を形成する方法

Info

Publication number: JPS63502313A
Application number: JP62501072A
Authority: JP
Inventors: カイザー，アレン　エルズワース; ムント，ランドル　ステイ−ブン
Original assignee: エヌ・シー・アール・インターナショナル・インコーポレイテッド
Priority date: 1986-02-05
Filing date: 1987-01-27
Publication date: 1988-09-01
Also published as: EP0258311B1; WO1987004856A1; US4671970A; EP0258311A1

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】半導体基板に分離領域を形成する方法この発明は半導体基板のアクティブ領域間に誘電体材料で満たされた分離領域（トレンチ）を形成する如き方法に関する。

背景技術縦壁を有し二酸化シリコンのような誘電体材料で均一に満たされたトレンチを半導体基板に形成すること（そのトレンチ面を大体アクティブ領域と同一面にする）は元来量も多くの専門家が意図したことよシ以上に困難であるということが証明された。特に、幅が異なるトレンチに誘電体を満たすだめの広く適用可能な技術を開発するために、非常に大きな努力が払われてきた。不幸にして、基板のシリコンから二酸化シリコン誘電体を成長させる技術は典型的に、単結晶シリコンを二酸化シリコンに変換する際の体積の増加にょシ、最終製品にストレス問題が発生する。それに対し、二酸化シリコンをデポジットしてトレンチを満たすようにした技術は狭いトレンチにメイド（空洞）を形成したり、広いトレンチ領域を誘電体で十分溝たさなかったシ、又は粘性ポリマの使用を含むプレーナ技術がトレンチ形成の後はぼ平坦な基板表面を形成することができない程その混成面の地勢が平坦でないという問題を生ずる。

この粘性問題を解決するだめの１つの試みは米国特許第４，４４５，９６７号に開示されている。それによると、その第１Ａ図乃至第１Ｆ図に示すように、基板に主トレンチを形成した後、誘電体層が全面デポジットされ、広いトレンチ領域にホトレジストで選択的にマスクする。露出した誘電体の異方性エツチングと、その後、後で露出した基板に順に第２の誘電体デポジション及びプレーナ・エツチングを与える。又、広いトレンチ領域を満たすことに注意が向けられるべきであシ、狭いトレンチのボイドの形成に対して注意を限定するべきでない。もし、ｓｂそうなことで、アクティブ領域に隣接するトレンチ領域を選択的に深くすることはボイドを形成する可能性を更に強調したであろう。

がイドにトラップされた汚染による問題はよく知られている。

発明の開示この発明はボイドがなく、はぼ平坦な表面の地勢を有し、幅が変化する誘電体で満たされたトレンチを提供する方法を提供することを目的とする。

従って、この発明によると、基板に相当狭く及び広い幅のトレンチを形成し、前記トレンチ及びアクティブ領域上に酸化障壁材料を含む第１のコンフォーマル層を形成し、前記酸化障壁材料上に誘電体材料のエツチング材に耐え、誘電体に変換しつる材料から成る第２のコンフォーマル層を形成し、大体コンフォーマルな第３の誘電体材料層をデポジットし、前記アクティブ領域と狭い幅のトレンチと幅の広いトレンチの周辺領域とから選択的に誘電体材、料を除去し、前記第２のコンフォーマル層の材料を誘電体に変換し、前記選択的に誘電体材料を除去した領域に前記アクティブ領域のレベルの上のレベルまで第２の誘電体材料を満たし、前記アクティブ領域のレベルまで基板をプレーナライズする各工程を含み、半導体基板のアクティブ領域間に誘電体材料で満たされたトレンチを形成する方法を提供する。

発明を実施するだめの最良の形態第１図は、まず多くの公知の方法で異方性にエツチングして、夫々のアクティブ面４，６．７を有するアクティブ領域８，９．１１を分離するように作用する狭いトレンチ領域２と広いトレンチ領域３を形成するようにした単結晶シリコン基板を表わす。この実施例では、狭いトレンチは４マイクロメートル以下に規定され、４マイクロメートルよシ広いトレンチはすべて広いトレンチとする。基板１は比較的簡単な熱酸化を受けてＰＡＤ酸化物層１２が形成される。ＰＡＤ酸化物層１２は単結晶基板１と後にデポジットした窒化シリコン層１３との間にストレス救済界面を提供する。好ましくは、温度約１０５０℃、大気圧、約４５分間Ｈ２０及び０゜ガス中で熱酸化が行われ、約１００ナノメートル厚の大体コンフォーマルな熱ＰＡＤ酸化層を形成する。

ＰＡＤ酸化物１２の成長後、ウエノ・は窒化シリコン層１３でコンフォーマリにカバーされる。それは、好ましくは、温度約８６０℃、圧力的０．２５）ル、約５５分間、５ｉＨ２Ｃｔ２及びＮＨ，の混合物を入れたチャンバにおいて、プラズマ・エンハンスドＣＶＤによりデポジットされ、厚さ約１００ナノメートルの層を形成する。

後の説明から十分わかるように、窒化物層１３はその後に形成された多結晶又はアモルファス・シリコン層をトレンチ酸化物に変換中、アクティブ領域及びトレンチをマスクする酸化障壁として作用する。

第１図は、更に基板が多結晶シリコン層１４のコ／、フォーマル・デポジションによって全面的にカバーされることを表わす。好ましくは、ポリシリコン（ポリ）層１４は、約３５分間、圧力的０．２６）ル及び温度約６２０℃におけるＳｉＨ４使用のＣＶＤ動作で形成され、厚さ約２５０ナノメートルの層１４を形成する。Ｉす層１４は固有の多結晶シリコンであることが好ましいが、ドープド多結晶シリコン又はアモルファス・シリコンを軽くデポジットすることも可能である。後に十分説明するように、窒化物層１３と酸化物層１６との間のポリ層１４は（その形成は後述する）２つの目的を実行する。第１に、ポリ層１４は酸化物層１６のプラズマ・エツチングにおけるエツチング・ストップとして働く。その第２の容量において、ポリ層１４は、後に二酸化シリコンに変換するときに狭いトレンチのディトの形成を防止するシリコンを提供する。

第１図でデポジットされた断面構造を形成するために、基板１に形成された最後の層はプラズマ・エンノ１ンスドＣＶＤ二酸化シリコン層１６である。それは、好ましくは、基板１に対し、約８５分間、温度約４２５℃及び圧力的０．２５）ルの反応剤Ｓ　ｉＨａ及び０２を施こすことにより、広いトレンチ３の中央領域のような広い水平面で層約２，０００ナノメートル厚を形成する。

それを実行する者に公知のように、プラズマ・エンハンスドＣＶＤ酸化物はそのデポジションにおいて比較的コンフォーマルであり、第１図の１７．１８のように比較的シャープな角においであるリエントリ又は尖頭特性を表わす。故に、それは普通、狭いトレンチにデポジットされる酸化物がまず閉鎖される。例えば、第１図の１９における閉鎖と、それによって形成されたディト２１とを見ることができる。広いトレンチ３の中央領域のＣＶＤ酸化物１６のレベルはアクティブ領域面４，６．７上の厚さに近い。大体平坦な最終構造を形成する可能性を改良するために、広いトレンチ３の深さをＣ’ＶＤ酸化物１６の厚さに合致させるのが望ましい。

次に、この発明の好ましい実施例によると、ホトレジストがデポジットされ、そしてホトリソグラフ処理され、広いトレンチ３の中央領域のＣＶＤ酸化物１６上に２２のような選ばれたマスク・セグメントを保有する。アクティブ領域８，９．１１．狭いトレンチ領域２、及び広いトレンチの周辺領域３上にレジストがないことに注目しよう。

そこで、基板１はホトレジスト・マスク２２の存在下で異方性酸化物エツチング２３を受け、大体すべてのマスクされていないＣＶＤ酸化物１６を除去する。それは、好ましくは、約５０分間、電圧約１，０００ワツトを使用し、温度約３０ ℃及び圧力的０．０３）ルにおいてＣＨＦ　及び０２のプラズマで行われる。シリコン層１４は、それが固有ポリ、ドープド・ポリ又はアモルファス・シリコンで構成されているかいないかに拘わらず、有効な酸化物エツチング・ストップとして作用する。

第１図で説明したプラズマ２３によるＣＶＤ酸化物１６のエツチングに続き、ホトレジスト・マスク２２を使用した従来の溶剤ストリッ・ゾによシ第２図の構造にされる。その断面図において、ホトレジスト２２（第１図）の下に形成されだＣＶＤ酸化物１６はそのままに残され、その他の酸化物層１６のすべてにおいて残されたものは場所２４．２５．２６．２７におけるわずかな側壁部分である。

この後者は反応イオン・エツチングの方向における相対的な酸化物１６の厚さが厚いことによって残される。それは特に、ポリ層１４は高度に有効な酸化物エツチング・ストップとして作用し、原地勢近くまでエツチングされた広いトレンチ３の周辺領域２８．２９及び狭いトレンチ２に戻すことになる。

第２図の断面図を形成する異方性エツチングの後に、基板は約３２０分間、約１気圧で及び温度１１５０℃において、好ましくはＨ２Ｏ及び０□から成る他の酸化状態を受け、ポリシリコン層１４を二酸化シリコンに変換する。それで生じた代表的な構造は大体第３図の如くなる。ポリ１４（第２図）の二酸化シリコンへの変換中、公称２：１だけ体積が増加し、底部から側部に対し、狭いトレンチ領域及び周辺領域に部分的に誘電体が満たされ、前の残留ＣＶＤ酸化物２４，２５．２６゜２７（第２図）と混合する。望ましくないシリコン基板１の酸化は窒化物層１３のマスク効果で防止される。

酸化の結果、第３図の断面は各種傾斜されたチーツク状凹部３１，３２とアクティブ領域面４．６．７の平面の上のレベルまで立上ったトレンチ領域３３の存在を表わす。凹部３１は狭いトレンチ領域２に対応し、凹部３２は広いトレンチの周辺に対応する。そのように調製された形状と比較的浅い凹部３１，３２が与えられ、すべてのトレンチ領域に対し、プレーナライズのだめに適当なレベルまで酸化物で満たすことが可能となった。

酸化物で満たすこと及びグレーナライゼーションを完成させるため、第３図の構造は、次に、第２のＣＶＤポリシリコン・コンフォーマル・デポジションヲ受ケるのが好ましい。そのデポジションは前に説明した方式に従って公称深さ約２５０ナノメートルのポリシリコン層を形成する。デポジションはどのような従来の方式を使用して行ってもよく、前に提案したように、軽くドープしたポリ又はアモルファス・シリコンを使用してよい。その後、シリコンは第４図の構造に進むため、熱酸化によって二酸化シリコン誘電体に変換される。それは、ＣＶＤ酸化物又は他の容易にプレーナライズすることができる誘電体によって直接凹部３１゜３２を満たすこともできる。再び、窒化物層１３は、望ましくないシリコン基板１の変換を禁止する酸化障壁を提供するということに注目しよう。

第４図は、すべてのトレンチ及び凹部を満たすボイドのない断面を示し、アクティブ領域面４，６．７の平面の相当上のレベルを有する二酸化シリコン３４を形成する。そこで、第４図の構造は各種公知の方式の１つを使用してプレーナライズされる。好ましくは、プレーナライズの最後の段階では、スピニオン・プレーナライジング・ポリマ３６の使用と、大体等しい速度でポリマ３６と露出した酸化物３４とをエツチングするプラズマを使用したエツチング・パックとを含む。

このエツチングは、アクティブ領域面４．６．７の上の窒化物層１４が露出するまで続けられる。その後、１：１窒化シリコン対二酸化シリコン・エツチングが使用され、表面４，６．７の上の窒化シリコン・キャップを除去し、その後、等しい速度でＰＡＤ酸化物１２及び酸化物３４を除去するよう変更される。その結果の構造は第５図に示す。第５図の完成構造は、トレンチとアクディグ領域の面が大体共通平面上にあるようにアクティブ領域８，９．１１を分離する誘電体で満たされた狭いトレンチ２と広いトレンチ３とを含む。

その後、アクティブ装置は多くの普通の方式の１つを使用して形成することができる。

第４図の構造からのエツチング・パックはプレーナライジング・ポリマを使用して行われ、電力約１０００ワツト、圧力約０．０４）ル、温度約５０℃において、ＣＨＦ３及び０２から成るエツチング・プラズマを使用して行うのが好ましい。各種層を通して行われる１：１工ツチング速度を確保するため、ガスの構成は０２の流速を４　Ｑ　ｓｅｅｍ乃至５　ｓｅｃｍの４つの変化量だけ変化することによって変更するのが望ましく、その間ＣＨＦ３の流量比は約７５　ｓｅｃｍに維持される。

この発明は、各種層のトレンチが容易に満たされ、熱酸化物を使用してプレーナライズされるトレンチ酸化物分離製造方法を提供し、狭いトレンチに空洞ができるのをほとんど防止するということがわかった。この発明は、歩止シを高め、コストを下げると共に、きわどい製造工程や多数のマスク工程を防止するということもわかった。ポリ層１４の重複的役割を特に注目すると、第一に、ＣＶＤ酸化物の選択的除去中エツチング・ストップとして作用し、第二に、狭いトレンチ及び広いトレンチの周辺を部分的に満たすシリコン源として作用することである。

ポリをエツチング・ストップとして使用することは酸化物エツチング動作中終了点検出に苦労する必要がないということを意味する。

更に、ホトレジスト２２の整列が重大でなく、不整列は単に領域２８．２９の幅を変化するのみで、それら領域は、それでもなお、狭いトレンチの特性を維持し、その後、ポリシリコン層１４の変換及び第２の酸化形成工程によって満たされる。

以上の利益に加え、ポリ層１４及び酸化物層１６の寸法はホトレジスト２２の形成と共に整列許容誤差のために調節することができる。それらの規定を変えうる能力はこの発明の使用者に意図した適用に対する特徴の特定化で大きな自由度を提供するものである。

図面の簡単な説明第１図は、種々のデポジットされ、・母ターン化された層でカバーされたアクティブ及びトレンチ領域を有する基板の断面図である。

第２図は、露出した酸化物の異方性エツチングを行う第１図の基板の断面図である。

第３図は、ポリシリコンの熱酸化を行う基板の断面図である。

第４図は、第２の酸化物形成を行う基板の断面図である。

第５図は、プレーナライズする基板の断面図である。

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Claims

【特許請求の範囲】

１．半導体基板（１）のアクティブ領域（８，９，１１）間に誘電体材料で満たされたトレンチを形成する方法であっで、前記基板に比較的狭い及び広いトレンチ（２，３）を形成し、前記トレンチ（２，３）及びアクティブ領域（８，９，１１）上に酸化障壁材料を含む第１のコンフォーマル層（１３）を形成し、前記酸化障壁材料の上に誘電体材料のエッチング剤に対するレジスタントであり誘電体に変換可能である材料から成る第２のコンフォーマル層（１４）を形成し、誘電体材料の大体コンフォーマルな第３の層（１６）をデポジットし、アクティブ領域（８，９，１１）、狭いトレンチ（２）及び広いトレンチ（３）の周辺領域（２８，２９）から誘電体材料（１６）を選択的に除去し、第２のコンフォーマル層（１４）の材料を誘電体に変換し、前記アクティブ領域（８，９，１１）のレベルの上のレベルまで前記選択的に除去した誘電体材料の領域を第２の誘電体材料で満たし、前記アクティブ領域（８，９，１１）のレベルまで前記基板（１）をプレーナライズする各工程を含む誘電体材料の形成方法。
２．前記誘電体材料（１６）の選択的除去工程は前記広いトレンチ（３）の中央領域の上にマスク（２２）を形成し、前記マスク（２２）の存在下で前記誘電体材料（１６）を異方性にエッチングする工程を含む請求の範囲１項記載の方法。
３．前記誘電体材料（１６）の異方性エッチングは狭い領域（２）及び広い領域（３）の周辺領域の内角の内側に残留するものを除き、すべでの縦に露出した誘電体材料を除去しで終了する請求の範囲２項記載の方法。
４．前記第２のコンフォーマル層（１４）の材料は誘電体材料に変化したときに体積が膨張しで狭いトレンチ（２）及び広いトレンチ（３）の周辺領域を誘電体で部分的に満たすようにした請求の範囲２項又は３項記載の方法。
５．前記第２のコンフォーマル層（１４）の材料を変換する工程は熱酸化で行われる請求の範囲４項記載の方法。
６．前記選択的に誘電体材料を除去した領域を第２の誘電体材料で満たす工程はシリコン層を形成し、該シリコン層を熱酸化する工程を含む請求の範囲５項記載の方法。
７．前記選択的に誘電体材料を除却した領域に第２の誘電体で満たす工程はＣＶＤ二酸化シリコン層のデポジションを含む請求の範囲５項記載の方法。
８．前記酸化障壁材料（１３）は窒化シリコンから成り、前記第２のコンフォーマル層（１４）は多結晶シリコン又はアモルフアス・シリコンから成り、前記第３の大体コンフォーマル層（１６）はＣＶＤ二酸化シリコンから成る請求の範囲６項記載の方法。
９．前記アクティブ領域のレベルまで基板をプレーナライズする工程は前記熱酸化シリコン層の上にプレーナライズするポリマー層（３６）を形成し、前記アクティブ領域（８，９，１１）の平面に対し前記ポリマー（３６）及び熱酸化シリコンを対応する速度でエッチングし、前記アクティブ領域（８，９，１１）の上かち窒化シリコン層（１３）を除去する各工程を含む請求の範囲８項記載の方法。