JPH065694A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、半導体装置における主として溝型
素子分離構造の製造方法に関するもので、その溝構造上
部の周辺部に凹状が形成されることを除去し、表面平坦
性を向上させることを目的とする。 【構成】 半導体基板１０１上に形成した絶縁膜（１０
４、１０５、１０６）に溝１０７を形成し、その側壁に
窒化膜１０８を形成した後、その溝１０７をさらに深く
（１０７ａ）し、その溝下部を酸化処理（１０９）（深
溝側壁全部が窒化膜でもよい）して、溝１０７ａに多結
晶シリコン１１０を埋め込み、上部の不要な絶縁膜を除
去してキャップ酸化膜１１１を形成するようにしたもの
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
に係わり、特に半導体装置の素子分離（以下単に分離と
称す）構造、中でも溝型の分離構造形成のための製造方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の半導体装置の分離構造を形成する
ための製造方法の一例を図５（Ａ）〜（Ｆ）に示し、以
下、順を追って説明する。

【０００３】まず、図５（Ａ）に示すように、Ｐ^- 型シ
リコン基板５０１上の全面に、Ｎ⁺型埋め込み拡散層５
０２を形成し、このＮ⁺ 型埋め込み拡散層５０２上にＮ
^- 型エピタキシャル層５０３を形成する。更に、Ｎ^- 型
エピタキシャル層５０３の一部領域を公知の方法で素子
分離酸化膜５０４に変換した後、Ｎ^- 型エピタキシャル
層５０３と素子分離酸化膜５０４上の全面に窒化膜５０
５とＣＶＤ（化学的気相成長）酸化膜５０６を順次積層
して形成する。尚ここで、窒化膜５０５の下にパッド酸
化膜（図示せず）を形成しても良い。

【０００４】次いで、最上層膜のＣＶＤ酸化膜５０６上
の選択された一部領域にレジストパターン（図示せず）
を公知のホトリソ（ホトリソグラフィ）技術を用いて形
成した後、このレジストパターンをマスクにして、ＣＶ
Ｄ酸化膜５０６、窒化膜５０５、素子分離酸化膜５０４
を通してＮ⁺ 型埋め込み拡散層５０２の表面に到達す
る、概略垂直な側壁を有する溝５０７を形成する（図５
（Ｂ））。

【０００５】次に、溝５０７をマスクに用いて、Ｐ^- 型
シリコン基板５０１に到達する、概略垂直な側壁を有す
る深い溝５０７ａを形成する（図５（Ｃ））。次に、深
い溝５０７ａの底部及び側壁部のＰ^- 型シリコン基板５
０１とＮ⁺ 型埋め込み拡散層の露出した面に薄い熱酸化
膜（図示せず）を形成した後、ＣＶＤ酸化膜５２０を深
い溝５０７ａ内部及びＣＶＤ酸化膜５０６表面上にほぼ
均一な厚みで形成する。次いで、半導体基板全面に多結
晶シリコン膜を付着形成して深い溝５０７ａを多結晶シ
リコンで充填した後、公知のＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ
Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）技術を用いてエッチバック
処理し、窒化膜５０５より若干低目の位置に表面が来る
様に深い溝５０７ａ内部を多結晶シリコン５１０で埋め
戻す（図５（Ｄ））。尚ここで、ＣＶＤ酸化膜５２０形
成前に硼素原子イオン注入を行い、深い溝５０７ａの底
部に接するＰ^- 型シリコン基板５０１の一部の不純物濃
度を高めて素子間分離特性の向上を目的としたチャンネ
ル形成阻止領域を形成しても良い。

【０００６】次に、ＣＶＤ酸化膜５０６及び５２０を除
去して窒化膜５０５を露出した後（図５（Ｅ））、窒化
膜５０５を耐酸化性マスクとして熱酸化を行ない、多結
晶シリコン５１０の表面部分をキャップ酸化膜５１１に
変える。最後に耐酸化性マスクとして用いた窒化膜５０
５を除去して、素子形成領域であるＮ^- 型エピタキシャ
ル層５０３を露出して、素子分離酸化膜と深溝型分離を
組み合わせた分離構造が完成する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上述
べた従来技術による製造方法を用いた分離構造には、図
５（Ｅ）に示すように、深い溝５０７を充填する多結晶
シリコン５１０表面の周辺部分において大きな凹部が形
成され、平面段差形状が悪化するという問題点があっ
た。この凹部の形成による平面段差形状の悪化は、ＣＶ
Ｄ酸化膜５０６，５２０を除去する時に発生し、図５
（Ｆ）に示すように、キャップ酸化膜５１１を形成した
後も保存される。この凹部は後工程の金属配線形成時に
近接して配置される金属配線間の電気的短絡不良を引き
起こし、重大な歩留阻害要因になる恐れがあった。

【０００８】本発明は以上述べた従来技術に認められる
深溝分離構造表面の周辺部の凹部の形成による平面段差
形状悪化という問題点を除去するため、深溝を充填する
多結晶シリコンを取り囲む材料を窒化膜に変更して、側
壁窒化膜構造を形成する製造方法を採用することによ
り、前記凹部の発生を防ぎ、表面平坦性に優れた半導体
装置の製造方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的のため本発明の
第１の実施例は、ＣＶＤ酸化膜，窒化膜及び素子分離酸
化膜より構成される３層膜に設けた概略垂直な側壁を有
する溝の側壁に、側壁窒化膜を形成した後、深い溝の形
成、深い溝下部内壁の酸化処理と深い溝内部への多結晶
シリコン充填を行ない、深い溝上部側壁に露出した、側
壁窒化膜を除去した後、前記ＣＶＤ酸化膜を除去して、
更に多結晶シリコン上部表面にキャップ酸化膜を形成す
るようにしたものである。

【００１０】更に本発明の第２の実施例では、前記側壁
窒化膜の除去前にＣＶＤ酸化膜の除去とキャップ酸化膜
の形成を行なうようにしたものである。

【００１１】また、本発明の第３の実施例では、前記側
壁窒化膜の形成を深い溝の側壁全面に行ない、深い溝内
部を充填する、多結晶シリコン層と深い溝底部に接する
単結晶シリコン基板とを電気的に短絡せしめた後、深い
溝上部側壁に露出した、側壁窒化膜を除去し、続いて上
部のＣＶＤ酸化膜を除去して、最後に多結晶シリコン上
部表面にキャップ酸化膜を形成するようにしたものであ
る。

【００１２】最後に本発明の第４の実施例では、前記第
３の実施例において用いた、深い溝の側壁全面に形成し
た側壁窒化膜の上部を除去する前にＣＶＤ酸化膜の除去
とキャップ酸化膜の形成を行なうようにしたものであ
る。

【００１３】

【作用】前述したように本発明の第１乃至第４の実施例
によれば、何れの場合も深溝を充填する多結晶シリコン
を取り囲む材料を窒化膜に変更して側壁窒化膜構造を形
成する製造方法を採用したので、分離構造の形成が終了
して素子形成領域を露出する、過程において、従来技術
に認められた深溝分離構造上部周縁での凹部の発生がな
く、表面平坦性に優れた分離構造が得られる。

【００１４】

【実施例】本発明の第１の実施例を図１（Ａ）〜（Ｈ）
に示す。以下、同図を用いて、本発明の第１の実施例を
順を追って説明する。

【００１５】まず、図１（Ａ）に示すように、Ｐ^- 型シ
リコン基板１０１上の全面に、Ｎ⁺型埋め込み拡散層１
０２を形成し、このＮ⁺ 型埋め込み拡散層１０２上にＮ
^- 型エピタキシャル層１０３を形成する。更に、Ｎ^- 型
エピタキシャル層１０３の一部領域を公知の方法で素子
分離酸化膜１０４に変換した後、Ｎ^- 型エピタキシャル
層１０３と素子分離酸化膜１０４上の全面に２０００Å
程度の窒化膜１０５と５０００Å程度のＣＶＤ酸化膜１
０６を順次積層して形成する。尚ここで窒化膜１０５の
下に結晶欠陥発生を予防する目的で１００Å〜５００Å
のパッド酸化膜（図示せず）を形成しても良い。

【００１６】次いで、図１（Ｂ）のように、最上層膜の
ＣＶＤ酸化膜１０６上の選択された一部領域にレジスト
パターン（図示せず）を公知のホトリソ技術を用いて形
成した後、このレジストパターンをマスクにして、ＣＶ
Ｄ酸化膜１０６、窒化膜１０５、素子分離酸化膜１０４
を通して、Ｎ⁺ 型埋め込み拡散層１０２の表面に到達す
る、概略、垂直な側壁を有する溝１０７を公知のＲＩＥ
技術を用いて形成する。尚、ここで形成した溝１０７の
幅は、後の多結晶シリコン層による充填を容易にするた
め、１μｍ前後の幅とするのが望ましい。

【００１７】次に、図１（Ｃ）のように、減圧気相成長
法（ＬＰ−ＣＶＤ）を用いて、全面に、約２０００Åの
窒化膜を形成した後、ＲＩＥ技術を用いて、エッチバッ
クを施し、前記溝１０７の側壁部に側壁窒化膜１０８を
形成する。

【００１８】次いで、図１（Ｄ）のように、側壁窒化膜
１０８及びＣＶＤ酸化膜１０６をマスクに、公知のＲＩ
Ｅ技術を用いて、Ｐ^- 型シリコン基板１０１に到達す
る、概略垂直な側壁を有する深い溝１０７ａを形成す
る。更に、必要に応じて深い溝１０７ａを形成する時
に、単結晶シリコン表面に生じた、結晶欠陥層（図示せ
ず）を除去した後、熱酸化法により、深い溝１０７ａの
底部及び側壁部のＰ^- 型シリコン基板１０１とＮ⁺ 型埋
め込み拡散層１０２の露出した面に酸化膜１０９を形成
する。尚、酸化膜１０９を形成する時、予め薄い熱酸化
膜を形成し、更にイオン注入法にて硼素原子イオンを深
い溝１０７ａ底部に接するＰ^- 型シリコン基板に導入
し、当該部分のＰ型不純物濃度を増加させて、素子分離
特性の向上を目的とした、所謂チャンネルカット領域を
形成しても良い。

【００１９】次に、図１（Ｅ）のように、半導体基板全
面に１μｍ〜２μｍ厚みの多結晶シリコン膜を付着形成
して、深い溝１０７ａを多結晶シリコンで充填した後、
公知のＲＩＥ技術を用いて、エッチバック処理し、窒化
膜１０５とほぼ同じ高さに表面が来る様に深い溝１０７
ａ内部を多結晶シリコン１１０で埋め戻す。

【００２０】次いで、図１（Ｆ）のように、ＣＶＤ酸化
膜１０６及び多結晶シリコン１１０をマスクにして、深
い溝１０７ａ上部に露出した側壁窒化膜１０８の上部
を、公知の方法、例えば熱リン酸等を用いてエッチング
除去する。

【００２１】更に図１（Ｇ）のように、ＣＶＤ酸化膜１
０６を除去して窒化膜１０５を露出した後、窒化膜１０
５及び側壁窒化膜１０８をマスクに、多結晶シリコン１
１０の上部を３０００Å程度エッチング除去して、深い
溝１０７ａ上部に凹部を形成する。

【００２２】最後に、図１（Ｈ）のように、前記窒化膜
１０５及び側壁窒化膜１０８を耐酸化性マスクとして、
熱酸化を行ない、多結晶シリコン１１０の表面部分をキ
ャップ酸化膜１１１に変える。更に耐酸化性マスクとし
て用いた、窒化膜１０５及び側壁窒化膜１０８の上端部
分を除去して、素子形成領域であるＮ^- 型エピタキシャ
ル層１０３を露出して、素子分離酸化膜と深溝型分離を
組み合わせた、本発明の第１の実施例による分離構造の
形成が完了する。

【００２３】本発明の第２の実施例を図２（Ｆ）〜
（Ｈ）に示す。図（Ｆ）に到る製造工程は図１（Ａ）乃
至（Ｅ）と同一であるのでここでは説明を省略する。

【００２４】本発明の第２の実施例は前述の第１の実施
例における図１（Ａ）乃至（Ｅ）に相当する製造方法を
順に施した後、図２（Ｆ）のように、最上部のＣＶＤ酸
化膜（図１の１０６相当）を除去し、必要に応じて深い
溝２０７ａ（第１の実施例の１０７ａ相当）内部を充填
した多結晶シリコン２１０の上部を３０００Å程度エッ
チング除去する。

【００２５】次に図２（Ｇ）のように、露出した窒化膜
２０５及び側壁窒化膜２０８を耐酸化性マスクとして、
熱酸化を行ない、多結晶シリコン２１０の表面部分をキ
ャップ酸化膜２１１に変える。

【００２６】最後に図２（Ｈ）のように、耐酸化性マス
クとして用いた、窒化膜２０５及び側壁窒化膜２０８の
露出部分を除去して、素子形成領域である、Ｎ^- 型エピ
タキシャル層２０３を露出して、素子分離酸化膜と深溝
型分離を組み合わせた、本発明の第２の実施例による分
離構造の形成が完了する。

【００２７】本発明の第３の実施例を図３（Ａ）〜
（Ｈ）に示す。図３（Ａ）、（Ｂ）、即ちＣＶＤ酸化膜
３０６、窒化膜３０５、素子分離酸化膜３０４から成る
積層膜の一部領域に選択的に、概略垂直な側壁を有する
溝３０７を設ける工程迄は第１の実施例で説明した図１
（Ａ）、（Ｂ）に対応するのでここでは説明を省略す
る。

【００２８】図３（Ｂ）に引き続き、前記積層膜をマス
クに、公知のＲＩＥ技術を用いて、Ｐ^- 型シリコン基板
３０１に到達する、概略垂直な側壁を有する深い溝３０
７ａを形成する。

【００２９】更に図３（Ｃ）のように、減圧気相成長法
（ＬＰ−ＣＶＤ）を用いて、全面に、約２０００Åの窒
化膜を形成した後、ＲＩＥ技術を用いて、エッチバック
を施し、前記深い溝３０７ａの側壁部に側壁窒化膜３０
８を形成する。

【００３０】次に図３（Ｄ）のように、必要に応じて、
深い溝３０７ａの底部に露出したＰ^- 型シリコン基板３
０１にイオン注入法にて硼素原子イオンを導入して、当
該部分のＰ型不純物濃度を増加させた後、半導体基板全
面に１μｍ〜２μｍ厚みの多結晶シリコン膜を付着形成
して、深い溝３０７ａを多結晶シリコンで充填し、更に
公知のＲＩＥ技術を用いて、エッチバック処理し、窒化
膜３０５とほぼ同じ高さに表面が来る様に深い溝３０７
ａ内部を多結晶シリコン３１０で埋め戻す。尚この時、
多結晶シリコン３１０とＰ^- 型シリコン基板３０１は深
い溝３０７ａ底部において電気的短絡状態となり、後の
熱処理によりＰ^- 型シリコン基板３０１より多結晶シリ
コン３１０中に硼素原子の拡散が生じ多結晶シリコン３
１０にＰ型不純物がＰ^- 型シリコン基板３０１側より供
給される。

【００３１】次いで図３（Ｅ）のように、ＣＶＤ酸化膜
３０６及び多結晶シリコン３１０をマスクにして、深い
溝３０７ａ上部に露出した側壁窒化膜３０８の上部を、
公知の方法、例えば熱リン酸等を用いてエッチング除去
する。

【００３２】更に図３（Ｆ）のように、ＣＶＤ酸化膜３
０６を除去して窒化膜３０５を露出した後、窒化膜３０
５及び側壁窒化膜３０８をマスクに、多結晶シリコン３
１０の上部を３０００Å程度エッチング除去して、深い
溝３０７ａ上部に凹部を形成する。

【００３３】次に図３（Ｇ）のように、前記窒化膜３０
５及び側壁窒化膜３０８を耐酸化性マスクとして、熱酸
化を行ない、多結晶シリコン３１０の表面部分をキャッ
プ酸化膜３１１に変える。

【００３４】最後に図３（Ｈ）のように、耐酸化性マス
クとして用いた、窒化膜３０５及び側壁窒化膜３０８の
上端部分を除去して、素子形成領域である、Ｎ^- 型エピ
タキシャル層３０３を露出して、素子分離酸化膜と深溝
型分離を組み合わせた、本発明の第３の実施例による分
離構造の形成が完了する。

【００３５】本発明の第４の実施例を図４（Ｅ）〜
（Ｇ）に示す。図４（Ｅ）に到る製造工程は図３（Ａ）
乃至（Ｄ）と同一であるのでここでは説明を省略する。

【００３６】本発明の第４の実施例は前述の第３の実施
例における図３（Ａ）乃至（Ｄ）に相当する製造方法を
順に施した後図４（Ｅ）のように、最上部のＣＶＤ酸化
膜（図３の３０６相当）を除去し、必要に応じて深い溝
４０７ａ内部を充填した多結晶シリコン４１０の上部を
３０００Å程度エッチング除去する。

【００３７】次に図４（Ｆ）のように、露出した窒化膜
４０５及び側壁窒化膜４０８を耐酸化性マスクとして、
熱酸化を行ない、多結晶シリコン４１０の表面部分をキ
ャップ酸化膜４１１に変える。

【００３８】最後に図４（Ｇ）のように、耐酸化性マス
クとして用いた、窒化膜４０５及び側壁窒化膜４０８の
露出部分を除して、素子形成領域である、Ｎ^- 型エピタ
キシャル層４０３を露出して、素子分離酸化膜と深溝型
分離を組み合わせた、本発明の第４の実施例による分離
構造の形成が完了する。

【００３９】本発明の第１乃至第４の実施例によれば、
何れの場合も深溝を充填する多結晶シリコンを取り囲む
材料を窒化膜に変更して側壁窒化膜構造を形成する製造
方法を採用したので、分離構造の形成が終了して素子形
成領域を露出する、過程において、従来技術に認められ
た深溝分離構造上部周縁での凹部の発生がなく、表面平
坦性に優れた分離構造が得られる。

【００４０】又、第１の実施例においてはＣＶＤ酸化
膜、窒化膜及び素子分離酸化膜部に設ける浅い溝の側壁
にのみ、側壁窒化膜を形成する製造方法としたので、比
較的容易に所望の側壁窒化膜構造が形成できることと共
に、深溝上部の充填多結晶シリコン上に露出した側壁窒
化膜を、ＣＶＤ酸化膜をマスクに用いることにより容易
に除去可能となっている。

【００４１】更に第２の実施例においては、前記第１の
実施例と同様に、側壁窒化膜構造が容易に形成できるこ
とと共に、側壁窒化膜除去時に素子形成領域上窒化膜除
去も同時に行なう方法としたため、深溝分離構造の上部
周縁部の凹部の発生を更に低減したものとなっている。

【００４２】次に第３の実施例においては、Ｐ^- 型シリ
コン基板と深溝を充填する多結晶シリコンを電気的に短
絡して、所謂、基板電位を与える目的で形成するサブス
レートコンタクト構造が容易に形成できることと共に、
深溝上部の充填多結晶シリコン上に露出した側壁窒化膜
をＣＶＤ酸化膜をマスクに用いることにより容易に除去
可能となっている。

【００４３】最後に第４の実施例においては、前記第３
の実施例と同様に、サブストレートコンタクト構造が容
易に形成できることと共に、側壁窒化膜除去時に素子形
成領域上窒化膜除去も同時に行なう方法としたため、深
溝分離構造の上部周縁部の凹部の発生を更に低減したも
のになっている。

【００４４】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように本発明によ
れば、分離溝を充填する多結晶シリコンを取り囲む材料
を窒化膜に変更して側壁窒化膜構造を形成する製造方法
を採用したので、分離構造の形成が終了して素子形成領
域を露出する、過程において、従来技術に認められた溝
分離構造上部周縁での凹部の発生がなく、表面平坦性に
優れた分離構造が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例

【図２】本発明の第２の実施例

【図３】本発明の第３の実施例

【図４】本発明の第４の実施例

【図５】従来例

【符号の説明】

１０７ 溝 １０７ａ 深い溝 １０８ 側壁窒化膜 １０９ 酸化膜 １１０ 多結晶シリコン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （ａ）半導体基板の主表面上に絶縁膜を
   形成し、該絶縁膜に前記半導体基板に到達する前記主表
   面に垂直な側壁を有する溝を形成する工程と、 （ｂ）前記溝の少なくとも上部側壁に側壁窒化膜を形成
   する工程と、 （ｃ）前記深溝内部に多結晶シリコン層を充填した後、
   前記側壁窒化膜の上部及び前記絶縁膜の上部を除去する
   工程とを、 具備してなることを特徴とする半導体装置の製造方法。