JPH11274286A - 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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JPH11274286A
JPH11274286A JP10075314A JP7531498A JPH11274286A JP H11274286 A JPH11274286 A JP H11274286A JP 10075314 A JP10075314 A JP 10075314A JP 7531498 A JP7531498 A JP 7531498A JP H11274286 A JPH11274286 A JP H11274286A
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JP
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film
ozone
teos
semiconductor substrate
trench
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JP10075314A
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Tsukasa Doi
司 土居
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    • H10W10/00Isolation regions in semiconductor bodies between components of integrated devices
    • H10W10/01Manufacture or treatment
    • H10W10/011Manufacture or treatment of isolation regions comprising dielectric materials
    • H10W10/014Manufacture or treatment of isolation regions comprising dielectric materials using trench refilling with dielectric materials, e.g. shallow trench isolations
    • H10W10/0145Manufacture or treatment of isolation regions comprising dielectric materials using trench refilling with dielectric materials, e.g. shallow trench isolations of trenches having shapes other than rectangular or V-shape
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 下地表面を表面処理しても、オゾン−TEO
S絶縁膜では0.3μm以下での微細トレンチ構造で
は、トレンチ形成後に絶縁膜の合わさり目にスリットが
発生して良好な埋め込み特性が得られないという問題も
生じる。 【解決手段】 半導体基板1にパッド酸化膜2と窒化シ
リコン膜3を順次形成した後、異方性エッチングにより
順次加工し、半導体基板1にトレンチ溝を形成する。次
に、トレンチ溝にオゾン−TEOS膜4を、トレンチ溝
領域の表面が半導体基板1表面より上になるように埋設
する。次に、熱処理により、オゾン−TEOS膜4の膜
質を緻密化させると同時にオゾン−TEOS膜4下に再
酸化膜5を形成する。次に、オゾン−TEOS膜4表面
を平坦化した後、パッド酸化膜2と窒化シリコン膜3を
除去し、トレンチ溝にオゾン−TEOS膜4及び再酸化
膜5を埋設し、素子分離領域を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、素子分離領域の形
成方法、さらに、詳しくは、トレンチ溝に絶縁膜を埋設
した素子分離領域の形成方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体基板上に形成された素子間の電気
的分離を図るための構造として、トレンチ溝に絶縁膜を
埋設してなる素子分離構造(以下、「トレンチ素子分離
構造」という。)が知られている。このトレンチ素子分
離構造は例えば図2に示したように形成される。
【0003】即ち、まず、半導体基板21の表面に、酸
化シリコンからなる熱酸化膜22を形成し、続いて熱酸
化膜22上に化学的気相成長(CVD)法によって、窒
化シリコン膜23を堆積する(図2(a))。
【0004】そして、フォトリソグラフィ技術にて、マ
スクを形成してこれらの窒化シリコン膜23、熱酸化膜
22及び半導体基板21を異方性エッチングにて加工
し、トレンチ溝を形成する。次に、異方性エッチングで
除去されたシリコン部分は、活性領域との境界部分にお
いて、ダメージを受けており、品質的に好ましくないの
でトレンチ溝表面に表面酸化膜24を形成し、品質を良
好に保つ(図2(b))。
【0005】続いて、オゾン−TEOS反応を利用した
CVD法にてトレンチ溝を埋め込む酸化シリコン層を形
成する。高オゾン濃度(オゾン濃度4.5%以上)のオ
ゾン−TEOS反応を利用したCVD法では、下地がシ
リコン酸化膜の場合、下地依存性があるため、下地依存
性の少ない低オゾン濃度(オゾン濃度1%以下)でのオ
ゾン−TEOS絶縁膜25aを薄く形成した後に、高オ
ゾン濃度でのオゾン−TEOS絶縁膜25bを形成する
(図2(c))。
【0006】その他に、下地依存性を低減するために下
地表面を表面処理(窒素やアンモニアプラズマ処理、ア
ルゴンプラズマ処理、TMAH(Trimetyl A
nmmonia Hydroxy)でのディップ処理)
を行ってもよい。
【0007】次に、埋め込まれたオゾン−TEOS絶縁
膜25a、25bの緻密化(例えば、熱酸化膜と近い膜
質が得られるためには、オゾン−TEOS反応を利用し
た絶縁膜では窒素雰囲気中での1000〜1100℃で
の熱処理が必要である。)を行った後に、CMP等によ
り平坦化を行う(図2(d))。更に、表面の酸化シリ
コン膜と窒化シリコン膜とを除去し、トレンチ溝内に酸
化シリコン層が埋め込まれたトレンチ分離構造が得られ
る(図2(e))。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、下地依
存性を低減するためには、まず、膜質の劣る低オゾン濃
度でのオゾン−TEOS絶縁膜を500〜1000Å以
上形成する必要があり、低オゾン濃度でのオゾン−TE
OS絶縁膜を形成した後に高オゾン濃度でのオゾン−T
EOS絶縁膜を形成する場合には、低オゾン濃度でのオ
ゾン−TEOS絶縁膜は緻密化のための熱処理を行って
も膜質は悪い。このため、トレンチ工程後のウエットエ
ッチング処理を行った場合、エッチングレートの違いに
より、低オゾン濃度でのオゾン−TEOS絶縁膜と高オ
ゾン濃度でのオゾン−TEOS絶縁膜との間で段差が生
じてしまう。
【0009】また、微細化が進んでいき、開口径の小さ
い所と大きい所がある場合、小さい所においては、低オ
ゾン濃度でのオゾン−TEOS絶縁膜のみでトレンチ部
分が埋まってしまい、良好な素子分離特性が得られない
という問題が生じる。
【0010】更に、下地表面を表面処理しても、オゾン
−TEOS絶縁膜では0.3μm以下での微細トレンチ
構造では、図2に示すように、トレンチ形成後に絶縁膜
の合わさり目にボイド26が発生して良好な埋め込み特
性が得られないという問題も生じる。
【0011】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の本発明
の素子分離領域の形成方法は、半導体基板に第1の絶縁
膜と耐酸化用堆積膜を順次形成する工程と、上記耐酸化
用堆積膜と第1の絶縁膜と半導体基板とを異方性エッチ
ングにより順次加工し、半導体基板にトレンチ溝を形成
する工程と、上記トレンチ溝にオゾン−TEOS反応を
用いて形成した第2の絶縁膜を、上記トレンチ溝領域の
表面が半導体基板表面より上に位置するように埋設する
工程と、熱処理により、上記第2の絶縁膜の膜質を緻密
化させると同時に該第2の絶縁膜と上記半導体基板との
間に再酸化膜を形成する工程と、上記第2の絶縁膜表面
を平坦化した後、上記耐酸化用堆積膜と上記第1の絶縁
膜を除去することにより、素子分離領域を形成する工程
とを有することを特徴とするものである。
【0012】また、請求項2に記載の本発明の素子分離
領域の形成方法は、上記再酸化膜の膜厚を50Å以上で
且つ1500Å以下であることを特徴とする、請求項1
に記載の素子分離領域の形成方法である。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、実施の形態に基づいて本発
明について詳細に説明する。
【0014】図1は本発明のトレンチ素子分離構造の素
子分離領域の形成工程を示す図であり、図1において、
1は半導体基板、2はパッド酸化膜、3は窒化シリコン
膜、4はオゾン−TEOS膜、5は再酸化膜を示す。
【0015】図1(a)に示すように、半導体基板1上
に第1の絶縁膜(パッド酸化膜2)を50〜300Åの
厚さ(0.25μmプロセスにおいては、140Å程
度)で形成した後、表面全体に耐酸化用堆積膜として、
窒化シリコン膜3を1000〜3000Åの厚さ(0.
25μmプロセスにおいては、1600Å程度)で形成
する。
【0016】次に、素子分離領域形成用マスクを用いた
エッチング工程で、窒化シリコン膜3、パッド酸化膜
2、半導体基板1を異方性エッチングにて、加工し、ト
レンチ溝を半導体基板1上に1000〜5000Å
(0.25μmプロセスにおいては、4000Å程度)
の深さで形成する。
【0017】次に、図1(b)に示すように、トレンチ
溝にオゾン−TEOS反応を利用した第2の絶縁膜(オ
ゾン−TEOS膜4)を3000〜10000Å(0.
25μmプロセスにおいては、7000Å程度)の厚さ
にて埋め込む。この際の条件は、温度400℃、O2
3=7.5SLM(100mg/m3)、TEOS=
2.2SLM(バブリング温度は65℃)とする。
【0018】オゾン−TEOS膜4はトレンチ溝とパッ
ド酸化膜2と窒化シリコン膜3とのトータルの厚さより
厚い膜厚で形成し、トレンチ溝領域におけるオゾン−T
EOS膜4の表面が半導体基板1表面より上に位置する
ように形成する。
【0019】ここで、トレンチ溝内面がシリコンと窒化
シリコン膜の状態では、オゾン−TEOS絶縁膜4形成
において、下地依存性はなく、トレンチ径が0.15μ
mのまで、ボイドの発生なく埋め込むことができる。
【0020】次に、オゾン−TEOS膜4は熱酸化膜と
のエッチングレートで2倍以下のウエットエッチング速
度を得ようとする目的での緻密化のためと、埋め込み酸
化膜の界面特性を確保するために50〜1500Åの厚
さ(0.25μmプロセスにおいては、1200Å程
度)で熱酸化処理を行い、オゾン−TEOS膜4下に再
酸化膜5を形成する。この際、窒化シリコン膜3によ
り、パッド酸化膜2の酸化は抑制できる。
【0021】この熱酸化処理の条件は、雰囲気はドライ
酸化又はパイロ酸化で、1050〜1150℃とする。
また、再酸化膜の膜厚が50Åより薄い場合は、膜収縮
抑制効果が無いという問題点がある。また、1500Å
より厚い場合にはトランジスタ特性が劣化するという問
題点がある。
【0022】酸化処理はオゾン−TEOS反応を利用し
た絶縁膜の膜ストレスを改善し、トレンチ工程後の熱酸
化や注入不純物等の熱拡散などの熱処理工程により、半
導体基板1中に結晶格子にすべりや転移等の結晶欠陥を
低減し、結晶欠陥を介してリーク電流が流れて、素子分
離機能が低下することを防止することができる。
【0023】次に、図1(e)に示すように、CMP法
を利用して、窒化シリコン膜3表面まで研磨して、表面
を平坦化する。最後に、窒化シリコン膜3とパッド酸化
膜2を除去して、トレンチ素子分離構造を形成する(図
1(f))。
【0024】表1に従来技術と本発明とでのオゾン−T
EOS絶縁膜の埋め込み特性と膜ストレスの比較を示
す。
【0025】
【表1】
【0026】本発明では、下地依存性なく0.15μm
までの微細トレンチまでボイド発生なく埋め込むことが
できるが、従来技術では、0.40μm以下では、トレ
ンチ工程終了後のウエットエッチングにより埋め込み絶
縁膜の合わさり目にボイドが発生する。
【0027】また、表1に示すように、従来技術におい
て、オゾン−TEOS絶縁膜では、約9〜10%程度の
膜収縮が発生し、膜ストレスは2×109dyen/c
2の引っ張り応力から3×109dyen/cm2の圧
縮応力に大きな変化を起こしている。また、従来技術に
おいては、ラマン分光法にてシリコン中のストレスを評
価すると、大きなストレスが発生しているのが分かる。
【0028】これに対し、本発明では、約6〜7%程度
と膜収縮率が低減され、また、ラマン分光法にてシリコ
ン中でのラマンシフト量が従来技術の0.77cm-1
ら0.02cm-1に低減されていることから、ストレス
が低減されていることがわかり、トレンチ工程後の熱酸
化や注入不純物等の熱拡散などの熱処理工程により、半
導体基板中の結晶格子に対して、すべりや転移等の結晶
欠陥を低減し、欠陥を介してリーク電流が流れて素子分
離機能が低下することを防ぐことが可能となる。
【0029】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、トレンチ
溝を形成した状態で、トレンチ溝内にオゾン−TEOS
反応を利用した絶縁膜を埋め込むことで下地依存性がな
く、微細素子分離領域まで、良好な埋め込み特性が得ら
れる。
【0030】また、膜質改善のためとトレンチ内の酸化
膜の界面特性を確保するために緻密化の熱酸化処理を行
うことで、埋め込んだオゾン−TEOS反応を利用した
絶縁膜の緻密化による膜収縮により半導体基板に生じた
応力を低減することでトレンチ工程後の熱酸化や注入不
純物等の熱拡散などの熱処理工程によい半導体基板中に
結晶格子にすべりや転移等の結晶欠陥の発生を低減する
ことができ、そのために欠陥を介してリーク電流が流れ
て素子分離機能が低下することを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態の素子分離領域の形成工
程図である。
【図2】従来のトレンチ素子分離領域の形成工程図であ
る。
【符号の説明】
1 半導体基板 2 パッド酸化膜 3 窒化シリコン膜 4 オゾン−TEOS膜 5 再酸化膜

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板に第1の絶縁膜と耐酸化用堆
    積膜を順次形成する工程と、 上記耐酸化用堆積膜と第1の絶縁膜と半導体基板とを異
    方性エッチングにより順次加工し、半導体基板にトレン
    チ溝を形成する工程と、 上記トレンチ溝にオゾン−TEOS反応を用いて形成し
    た第2の絶縁膜を、上記トレンチ溝領域の表面が半導体
    基板表面より上に位置するように埋設する工程と、 熱処理により、上記第2の絶縁膜の膜質を緻密化させる
    と同時に該第2の絶縁膜と上記半導体基板との間に再酸
    化膜を形成する工程と、 上記第2の絶縁膜表面を平坦化した後、上記耐酸化用堆
    積膜と上記第1の絶縁膜を除去することにより、素子分
    離領域を形成する工程とを有することを特徴とする、素
    子分離領域の形成方法。
  2. 【請求項2】 上記再酸化膜の膜厚を50Å以上で且つ
    1500Å以下であることを特徴とする、請求項1に記
    載の素子分離領域の形成方法。
JP10075314A 1998-03-24 1998-03-24 素子分離領域の形成方法 Pending JPH11274286A (ja)

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