JPH11330228A - 分離トレンチを形成するための方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】一様な平坦化を実現する分離トレンチの組立プ
ロセスを提供する。 【解決手段】半導体基板（１０）で隣接する半導体デバ
イス領域（１９／１８）を分離するトレンチ（２０）を
形成する。 ウェーハの第１の層（２６）を通って、半
導体基板（２２）内に達する分離トレンチ（３２）を形
成し、第１の層及び分離トレンチに第１の材料（３５）
の第２の層（３４）を堆積させ、第２の層の上に第２の
材料（４５）の第３の層（４４）を堆積させる。第２の
層の凹所（３８）内に第２の材料（４５）を残置しつつ
ウェーハの外側表面（４６）に沿って少なくとも第２の
層（３４）まで全面平坦化する。次に、第２の層の凹所
（３８）から第２の材料（４５）を剥離する。次いで分
離トレンチ（３２）内に第１の材料（３５）を残置しつ
つ少なくとも第１の層（２６）まで全面平坦化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、概して、半導体組
立プロセスに関するものであり、特に、分離トレンチを
有する集積回路表面の平坦化に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体基板においてデバイスまたはデバ
イスの一部が形成される領域は、活性領域と呼ばれる。
デバイスが所望の特性を示すためには、それぞれのデバ
イスの活性領域を分離しなければならない。デバイスの
分離は、一般に、局所酸化技法またはトレンチ分離技法
を利用することによって実現する。局所酸化技法では、
活性領域間の障壁の働きをする酸化材料の厚膜が用いら
れる。トレンチ分離技法では、隣接デバイスの活性領域
間にトレンチが形成される。トレンチには、誘電体また
は酸化物材料が充填される。トレンチ分離の利点は、一
般に、局所酸化技法を用いると遭遇する地形の不規則性
が回避されることである。局所酸化技法の欠点は、当該
技術においてバーズビーク効果と呼ばれる酸化物の活性
領域内への侵入である。トレンチ分離技法を利用する
と、より実装密度が高く、より高速であるデバイスを実
現することが可能になる。

【０００３】分離トレンチを形成する場合、誘電体の堆
積及び後続の研磨によって、極めて不規則な表面を生じ
る可能性がある。不規則性が過度になると、デバイスの
異常な漏れ、分離完全性の低下、及び、後続のメタライ
ゼーションの欠陥が生じる可能性がある。この不規則性
は、後続の組立プロセスにおいて増幅されるので、基板
及び分離トレンチは、できる限り平坦であることが重要
になる。

【０００４】当該技術において、さまざまなタイプの分
離トレンチが知られている。深く狭いトレンチは、１つ
のデバイスをもう１つのデバイスから分離するために用
いられる。浅いトレンチは、デバイス内の個々の素子を
分離する（例えば、ＭＯＳＦＥＴのソースからドレンを
分離する）ために用いられる。広いトレンチは、メタラ
イゼーション・パターンを被着させるべき領域に用いら
れる。浅いトレンチ、深いトレンチ、及び、広いトレン
チは、デバイス及びその部分を分離するために、交換可
能に利用することが可能である。これらのトレンチに
は、コンフォーマル堆積プロセス（例えば、化学蒸着）
を利用して、二酸化珪素または窒化珪素のような誘電体
材料が充填される。

【０００５】分離トレンチ技法には、活性領域から誘電
体材料を除去するが、トレンチ内の誘電体はそのままに
しておく、平坦化プロセスが含まれる。狭いトレンチ及
び実装密度の高いトレンチは、比較的容易に平坦化でき
るが、広いトレンチまたは実装密度の低いトレンチは、
より困難になり得る。すなわち、狭いトレンチの平坦化
に利用されるプロセスによって、より広いトレンチから
かなりの誘電体が除去される可能性がある。トレンチの
幅がさまざまであるため、一様な平坦化を実現するのが
困難である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、一様な平坦化を実現する分離トレンチの組立プロセ
スを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、分離ト
レンチの組立中に、２ステップの平坦化が実施され、分
離トレンチの組立プロセスが完了すると、集積回路基板
の平坦化がより一様になる。

【０００８】本発明の実施態様の１つでは、最終平坦化
ステップの前に、保護層堆積ステップ及び平坦化ステッ
プが追加された。分離トレンチ組立中に、窒化物層を通
って、基板に貫入するトレンチ開口部のエッチングが施
される。次に、基板に誘電体材料層を付着させて、トレ
ンチが充填され、窒化物層が被覆される。誘電体層に凹
所が生じる。先行組立プロセスにおける誘電体層の平坦
化によって生じる皿状へこみによって、従来の技術のセ
クションで既述の欠陥が生じた（デバイスの異常な漏
れ、分離完全性の低下、及び、後続のメタライゼーショ
ンの欠陥）。保護材料を付着させる本発明のステップに
よって、トレンチ領域の上に重なる誘電体層の凹所の一
部が充填される。第１の全面平坦化プロセスによって、
狭い凹所がなくなり、深い凹所が浅くなるので、分離誘
電体材料に皿状へこみが生じない。保護材料の多くは、
第１の全面平坦化プロセスによって除去される。誘電体
層の深い凹所には、保護材料が残ったままである。

【０００９】本発明のもう１つの実施態様によれば、第
１の平坦化プロセスの後、残りの保護層が剥離される。
次に、最終の全面平坦化プロセスが実施される。このプ
ロセスの間に、トレンチ領域外の誘電体材料が、除去さ
れる。トレンチの輪郭の明確な境界線が生じる。トレン
チ充填物すなわち、残りの誘電体材料）の側方遠位部分
は、基板上の窒化物層と境界をなす。この窒化物材料
は、誘電体材料よりも硬い。従って、第２の平坦化中
に、誘電体材料は、窒化物層よりも低いレベルまで除去
される。窒化物層が剥離されると、境界の輪郭の明確な
誘電体材料が残留する。

【００１０】本発明の利点は、有効な分離トレンチが得
られる点にある。本発明の以上の及びその他の態様及び
利点については、添付の図面に関連してなされる下記の
詳細な説明を参照することによってより理解が深まるで
あろう。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１には、複数のデバイス１２、
１４、１６を含む集積回路ウェーハの一部に関する断面
図が示されている。デバイス１４には、複数のコンポー
ネント１８が含まれている。本明細書において用いられ
る「活性領域」という用語は、デバイスまたはデバイス
・コンポーネントが形成されるウェーハ１０の領域１９
を表している。分離トレンチ２０は、活性領域間に形成
されるので、デバイスの実装密度を高め、デバイスを高
速化することが可能になる。図示のように、異なる深さ
のトレンチを形成することが可能であるが、望ましい実
施例の場合、各トレンチ２０は同じ深さである。図２〜
９には、本発明の実施例による分離トレンチ組立インプ
ロセスの個々のステップにおけるウェーハの一部が示さ
れている。一般に、分離トレンチ組立プロセスは、デバ
イス組立プロセスの前に実施されるか、または、デバイ
ス組立プロセスのステップと混合される。

【００１２】最初に、ベア・シリコン基板または部分的
にドープしたシリコン基板２２にクリーニングを施し
て、処理に備える。図２を参照すると、次に、酸化物材
料または他の絶縁材料の層２４が、応力除去酸化堆積プ
ロセス中に付着させられる（例えば、成長させられ
る）。典型的な材料には、二酸化珪素及びＳｉ₃Ｎ₄が含
まれている。次に、保護材料（例えば、窒化物材料）の
層２６が、酸化物層２４に付着させられる（例えば、蒸
着させられる）。次に、窒化物層２６の上に、フォトレ
ジストの層２８が付着させられる。所望のマスクを用い
て、フォトレジスト層を露光させることによって、窒化
物層２６を部分的に露出させるウィンドウ領域３０を備
えた、フォトレジスト領域２８が形成される。

【００１３】図３を参照すると、次に、トレンチ・エッ
チング・ステップを実施して、ウィンドウ領域３０にト
レンチ開口部３２が形成される。１つ以上のエッチング
・プロセスによって、窒化物層２６、酸化物層２４を通
り、基板２２に貫入する、開口部３２のエッチングが施
される。その後、湿式または乾式剥離ステップを利用し
て、フォトレジスト２８が剥離される。次に、トレンチ
領域３２内において、酸化物プリクリーニング・プロセ
スを利用して、酸化物層２４にクリーニングが施され、
酸化物層２４は、窒化物２６及び基板２２の対応するエ
ッジから部分的に離れるように後退させられる。図４を
参照すると、次に、酸化物層２４´が付着させられ（例
えば、成長させられ）、基板２２に沿ってトレンチ開口
部３２の内側を被う。層２４´には、層２４と同じかま
たは異なる絶縁材料が用いられる。

【００１４】次に、トレンチ充填プロセスが実施され、
酸化物材料のような誘電体材料３５が、トレンチ開口部
３２及び窒化物層２６に堆積させられる。典型的な誘電
体材料には、酸化物、減圧ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、また
は、高密度プラズマ酸化物が含まれる。図４には、誘電
体材料の層３４が示されている。堆積プロセスによっ
て、一般に、均一な量の材料が堆積させられる。誘電体
材料３５を堆積させる輪郭表面が平面ではないので、層
３４の地勢は平面ではない。図４に示すように、トレン
チ領域３２の上に重なる層３４には、凹所３６、３８が
存在する。広いトレンチの上の凹所３８は、狭いトレン
チの上の凹所３６より深くまで延びている。

【００１５】誘電体材料３５の堆積が済むと、層３４の
遠位（外側）表面３９にクリーニングが施され、除染さ
れる。次に、インプロセス・ウェーハ１０が炉内で加熱
中に、アニーリングが実施される。加熱によって、誘電
体材料３５の密度が高くなり、層３４の遠位表面３９の
非平坦性が増す。

【００１６】アニーリング・ステップの後、層３４は、
窒化物層２６の上の部分における厚さがＴＨ１になる
が、これは、窒化物層２６の遠位表面４１からトレンチ
領域３２のベース４２までのトレンチ開口部３２の深さ
Ｄ１を超える（すなわち、ＴＨ１＞Ｄ１）。誘電体材料
３５は、誘電体層３４の最も低い地勢３８´において、
厚さＤ１を超える厚さＤ２にわたって延びている（すな
わち、Ｄ２＞Ｄ１）。厚さＤ２は、トレンチ３２のベー
ス４２から最も深い凹所３８内の表面３８´まで延びて
いる。実施例によっては、厚さＤ２が、窒化物層２６の
厚さＤ３に近い距離だけ厚さＤ１を超える場合もある
（すなわち、Ｄ２−Ｄ１が略Ｄ３である。）。厚さの差
（Ｄ２−Ｄ１）は、厚さＤ３の１／２以上であることが
望ましい。広いトレンチの場合、厚さＤ２は、厚さＴＨ
１と同じになる。

【００１７】図５を参照すると、アニーリング・ステッ
プの後、保護材料４５（例えば、先行保護層２６につい
て列挙した窒化物材料または他の材料）の層４４が、イ
ンプロセス・ウェーハ１０の誘電体層３４の上に付着さ
せられる。こうした材料は、層２６の材料と同じにする
ことも、あるいは、異なる材料にすることも可能であ
る。保護層４４の遠位表面４６には、凹所３６、３８の
上に重なる凹所３６″、３８″が含まれている。保護層
４４の効果は、凹所３６、３８の領域を縮小することに
あり、とりわけ、凹所３６、３８の長さ／幅または直径
を縮小ことにある。層４４の最も深い凹所３８″の最も
深い部分における遠位表面の部分番号は４８である。保
護層４４の厚さは、厚さＤ４である。

【００１８】図６を参照すると、次に、インプロセス・
ウェーハ１０に対して第１の全面平坦化プロセス（例え
ば、機械的平坦化または化学機械的平坦化）が施され
る。実施例によっては、平坦化が少なくとも表面３９及
び４８に達するものもある。また、実施例によっては、
平坦化が表面４８を超える位置に達するものもある。さ
らに、実施例によっては、平坦化が表面４８から数百オ
ングストローム内にまで達するものもある。平坦化ステ
ップによって、保護材料４５及び３５は、図６に示す最
も深い３８″のほぼ表面４８の深さまで除去されるのが
望ましい。層４４の堆積及び全面平坦化の効果は、浅い
凹所３６、３６″を除去し、同時に、深い凹所３８、３
８″の皿状へこみを防ぐことにある。保護材料４５は、
誘電体材料３５よりも硬いことが望ましい。これによっ
て、浅い凹所３６に隣接した誘電体材料を除去して、凹
所３６″における保護材料４５の皿状へこみを阻止する
ことが可能になる。

【００１９】全面平坦化ステップの後、インプロセス・
ウェーハ１０の遠位表面５０は、多くの部分に誘電体材
料３５、深い凹所３８、３８″に保護材料が含まれてい
る。遠位表面５０の地勢は、トレンチ充填ステップの
後、遠位表面３９の地勢よりも平坦になるが、それでも
完全に平坦というわけではない。保護材料４５と境界を
なす誘電体材料３５に皿状へこみが生じないで、凹所３
８内において、保護材料４５の皿状へこみが生じる場合
もある。

【００２０】図７を参照すると、全面平坦化の後、湿式
剥離を実施して、インプロセス・ウェーハの遠位表面５
０から（すなわち、凹所３８のそのままになっていた部
分から）保護材料４５が除去される。次に、インプロセ
ス・ウェーハ１０に、第２の全面平坦化プロセス（例え
ば、機械的平坦化または化学機械的平坦化）が施され
る。図８を参照すると、第２の全面平坦化プロセスによ
って、窒化物層２６の複数部分の上に重なる誘電体層３
４が除去され、実施例によっては、窒化物層２６が薄く
なる。誘電体材料３５は、窒化物材料２６より柔らかい
ことが望ましい。第２の全面平坦化が完了すると、トレ
ンチ３２内における誘電体材料３５の遠位表面５４は、
ほぼ平坦で、残りの窒化物層２６より高いレベルの部分
はなくなる。次に、露出表面５４及び２６のクリーニン
グ及び除染が実施される。図９を参照すると、窒化物層
２６の残りの部分及び酸化物層２４の基礎をなす部分が
剥離される。実施例によっては、窒化物層２６の部分だ
けしか剥離されないものもある。実施例によっては、ト
レンチ領域３２内の誘電体材料３５の遠位表面５４のク
リーニング及び除染ステップより前に、剥離が実施され
る場合もある。

【００２１】図９には、トレンチ分離組立プロセスの完
了時におけるウェーハ１０の一部が示されている。その
後、デバイス組立プロセスを実施することによって、各
種デバイス１４、１６、１８、活性領域１９、及び、分
離トレンチ２０を備えた、図１の集積回路ウェーハ１０
が得られる。分離トレンチ２０は、誘電体材料３５を充
填した図９のトレンチである。基板２２の領域６０内及
びトレンチ２０間において、ゲート、配線ライン、相互
接続、接点、及び、バイアのドーピング及び形成を実施
することによって、デバイス１２、１４、１８、及び、
デバイス・コンポーネント１４の活性領域１９（図１参
照）が形成される。

【００２２】本発明の望ましい実施例について例証し、
解説してきたが、さまざまな代替、修正、及び、同等実
施例の利用が可能である。従って、以上の説明は、付属
の実施例によって定義される本発明の範囲を制限するも
のとみなしてはならない。本発明の広汎な実施の参考に
するため、以下に本発明の実施態様をさら数例示す。

【００２３】（実施態様１）半導体基板（１０）で隣接
する半導体デバイス領域（１９／１８）を分離する働き
をする分離トレンチ（２０）を形成するための方法であ
って、インプロセス・ウェーハの第１の層（２６）を通
って、半導体基板（２２）内に達する分離トレンチ（３
２）をエッチングして形成するステップと、第１の層
（２６）及び分離トレンチ（３２）に第１の材料（３
５）の第２の層（３４）を堆積させ、第２の層の外側表
面（３９）に、分離トレンチと整列した凹所（３８）を
備える地勢を形成するステップと、第２の層（３４）の
上に第２の材料（４５）の第３の層（４４）を堆積さ
せ、第３の層の外側表面（４６）に、第２の層の凹所
（３８）及び分離トレンチ（３２）と整列した凹所（３
８″）を備える地勢を形成するステップと、第３の層の
堆積ステップ後に、第２の層の凹所（３８）内の第２の
材料（４５）を残置しつつ、インプロセス・ウェーハの
外側表面（４６）に沿って少なくとも第２の層（３４）
まで全面平坦化を施すステップと、平坦化ステップ後
に、第２の層の凹所（３８）から第２の材料（４５）を
剥離するステップと、剥離ステップ後に、分離トレンチ
（３２）内に第１の材料（３５）を残置しつつ、インプ
ロセス・ウェーハを少なくとも第１の層（２６）まで全
面平坦化するステップが含まれている、方法。

【００２４】（実施態様２）半導体基板（２２）に隣接
する半導体デバイス領域（１２、１４／１８、１６）を
分離する働きをする分離トレンチ（２０）を形成するた
めの方法であって、インプロセス・ウェーハの第１の層
（２６）を通って、半導体基板に貫入する複数のトレン
チ（３２）のエッチングを行うステップと、第１の層及
び分離トレンチに第１の材料（３５）の第２の層（３
４）を堆積させ、第２の層の外側表面（３９）に、対応
する分離トレンチと整列した凹所（３６、３８）を備え
る地勢を形成するステップと、第２の層の上に第２の材
料（４５）の第３の層（４４）を堆積させ、第３の層の
外側表面（４６）に、第２の層の凹所及び分離トレンチ
と整列した凹所（３６″、３８″）を備える地勢を形成
するステップと、第３の層の堆積ステップ後に、第２の
層の凹所の少なくとも１つに第２の材料を残置しつつ、
インプロセス・ウェーハの外側表面に沿って少なくとも
第２の層（３４）まで全面平坦化を施すステップと、平
坦化ステップ後に、前記少なくとも１つの第２の層の凹
所から第２の材料（４５）を剥離するステップと、剥離
ステップ後に、分離トレンチ内に第１の材料（３５）を
残置しつつインプロセス・ウェーハを少なくとも第１の
層（２６）まで全面平坦化するステップが含まれてい
る、方法。

【００２５】（実施態様３）さらに、少なくとも第１の
層までのインプロセス・ウェーハに対する全面的平坦化
ステップ後に、第１の層（２６）を剥離するステップが
含まれることを特徴とする、実施態様１または２に記載
の方法。

【００２６】（実施態様４）半導体基板（２２）に、そ
れぞれ、隣接する半導体デバイス領域（１２、１４／１
８、１６）を分離する働きをする分離トレンチ（２０）
を形成するための方法であって、インプロセス・ウェー
ハの複数の第１の層（２４、２６）を通って、半導体基
板に貫入する複数の分離トレンチ（３２）のエッチング
を行うステップと、第１の層及び複数の分離トレンチに
第１の材料（３５）の第２の層（３４）を堆積させ、第
２の層の外側表面（３９）に、それぞれ、複数の分離ト
レンチの対応する１つと整列した複数の凹所（３６、３
８）を備える地勢を形成するステップと、第２の層の上
に第２の材料（４５）の第３の層（４４）を堆積させ、
第３の層の外側表面（４６）に、それぞれ、複数の第２
の層の凹所及び分離トレンチの対応する１つと整列した
複数の凹所（３６″、３８″）を備える地勢を形成する
ステップと、第３の層の堆積ステップの後、第２の層の
凹所のうちの少なくとも１つの凹所（３８″）に第２の
材料を残置しつつ、インプロセス・ウェーハの外側表面
に沿って少なくとも第２の層（３４）まで全面平坦化す
るステップと、平坦化ステップ後に、前記少なくとも１
つの第２の層の凹所（３８″）から第２の材料（４５）
を剥離するステップと、剥離ステップ後に、複数の分離
トレンチ（３２）のそれぞれに第１の材料（３５）を残
置しつつインプロセス・ウェーハを少なくとも複数の第
１の層（２４、２６）の１つまで全面平坦化するステッ
プが含まれている、方法。

【００２７】（実施態様５）さらに、インプロセス・ウ
ェーハの少なくとも第１の層までの全面的平坦化ステッ
プ後に、複数の第１の層（２４、２６）のうち少なくと
も１つの層を剥離するステップが含まれることを特徴と
する、実施態様４に記載の方法。 （実施態様６）さらに、分離トレンチ間に、分離トレン
チに隣接して半導体デバイス・コンポーネント（１２、
１４、１６、１８）を形成するステップが含まれること
を特徴とする、実施態様１、２、３、４、または、５に
記載の方法。

【図面の簡単な説明】

【図１】分離トレンチ組立及び半導体デバイス組立後に
おける集積回路ウェーハの部分断面図である。

【図２】分離トレンチの組立プロセス中における図１の
ウェーハの部分断面図である。

【図３】分離トレンチ開口部のエッチング後における図
２のインプロセス・ウェーハに関する部分断面図であ
る。

【図４】誘電体材料を全面に付着させて、トレンチ開口
部を充填した後の、図３のインプロセス・ウェーハに関
する部分断面図である。

【図５】誘電体層の上に保護層を全面に付着させた後
の、図４のインプロセス・ウェーハに関する部分断面図
である。

【図６】第１の全面平坦化プロセス後における図５のイ
ンプロセス・ウェーハに関する部分断面図である。

【図７】保護層を剥離した後の、図６のインプロセス・
ウェーハに関する部分断面図である。

【図８】最終の全面平坦化プロセス後における図７のイ
ンプロセス・ウェーハに関する部分断面図である。

【図９】分離トレンチの組立完了後における図８のイン
プロセス・ウェーハに関する部分断面図である。

【符号の説明】

１０ 半導体基板 １２ 半導体デバイス領域 １４ 半導体デバイス領域 １６ 半導体デバイス領域 １８ 半導体デバイス領域 １９ 半導体デバイス領域 ２０ トレンチ ２２ 半導体基板 ２４ 第１の層 ２６ 第１の層 ３２ 分離トレンチ ３４ 第２の層 ３５ 第１の材料 ３６、３６″、３８、３８″ 凹所 ３９ 第２の層の外側表面 ４４ 第３の層 ４５ 第２の材料 ４６ 第３の層の外側表面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ホマユーン・ハダッド アメリカ合衆国オレゴン州 ベバートン サウスウエスト・サンダーリング・コート 16460

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体基板で隣接する半導体デバイス領域
   を分離する働きをする分離トレンチを形成するための方
   法であって、 インプロセス・ウェーハの第１の層を通って、半導体基
   板内に達する分離トレンチをエッチングして形成するス
   テップと、 第１の層及び分離トレンチに第１の材料の第２の層を堆
   積させ、第２の層の外側表面に、分離トレンチと整列し
   た凹所を備える地勢を形成するステップと、 第２の層の上に第２の材料の第３の層を堆積させ、第３
   の層の外側表面に、第２の層の凹所及び分離トレンチと
   整列した凹所を備える地勢を形成するステップと、 第３の層の堆積ステップ後に、第２の層の凹所内の第２
   の材料を残置しつつ、インプロセス・ウェーハの外側表
   面に沿って少なくとも第２の層まで全面平坦化を施すス
   テップと、 平坦化ステップ後に、第２の層の凹所から第２の材料を
   剥離するステップと、 剥離ステップ後に、分離トレンチ内に第１の材料を残置
   しつつ、インプロセス・ウェーハを少なくとも第１の層
   まで全面平坦化するステップが含まれている、方法。