JPS60136328A - 半導体装置 - Google Patents

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】 ［技術分野］ この発明は、半導体技術に関し、例えば半導体装置にお
ける素子間の分離領域の形成に利用して有効な技術に関
する。

［背景技術］ 従来、半導体集積回路における素子間の分離法として、
拡散層を用いた接合分離法と基板表面のＬＯＧＯ８と呼
ばれる選択酸化膜を利用した酸化膜分離法が行なわれて
いる。ところが、こ６らの分離法では、素子分離領域の
幅が比較的大きくされてしまい、素子を微細化して行く
に従って素子分離領域の占める割合が大きくなり、ＬＳ
Ｉ（大規模集積回路）の高密度化を図る上での障害とな
そこで１本出願人は、素子分離領域となる部分を削って
Ｕ字状の溝を形成し、この溝の内側に酸化膜を形成して
から溝の中をポリシリコン（多結晶シリコン）のような
誘電体で埋めることによっ°　て素子分離領域とするＵ
溝分離法と称する分離技術を提案した（特願昭５７−１
６８３５５号）。

上記先願発明は、Ｐ型半導体基板１上にＮ＋型埋込層２
およびＮ−型エピタキシャル層３を形成した後、方向性
のエツチングによりＮ中型埋込層２を突き抜けるように
溝４を形成する。その後、熱酸化により基板表面および
溝４の内側に酸化膜（ＳｉＯ□１噴）等の絶縁膜５を形
成する。それから、ＣＶＤ法でポリシリコンロを厚く堆
積させて溝４を埋めた後、公知の技術により、素子領域
内にＮ型コレクタ引上げ領域７．Ｐ型ベース領域８、Ｎ
型エミッタ領域９を形成してから、保護膜１１に間口し
たコンタクトホール１２を介してアルミニウム電極１３
を接続するというものである（第１図参照）。

ところで、上記Ｕ溝分離法においては、ポリシリコンロ
を被覆性のすぐれた低圧の化学的気相成長法（ＬＰ−Ｃ
ＶＤ法）で付着させると、ポリシリコンロの表面が比較
的平坦化される。ところが、このような被覆性のすぐれ
たＬＰ−ＣＶＤ法でポリシリコンロを形成しても、ポリ
シリコンロは等方的に成長が進むため、第２図に示すよ
うに溝の端部から最も離れている溝の中心部の上に深さ
ｄなる窪み１０が生じてしまう。

その後、ポリシリコンロをドライエツチングで素子領域
の表面が露出されるまでエツチングを行なった場合にも
、ポリシリコンロの表面の形状はほとんど変化すること
なく下方へ向かってエツチングが進むので、溝４の上の
部分には第３図に示すごとく、窪み１０がそのまま残っ
てしまう。

しかも、第４図に示すように、分離用の溝４が十字状に
交わるような個所では、交叉点の中心部が、直線的な溝
の中心部よりも更に溝の角部から離れているため、窪み
１０の深さが最も深くなることが分かった。

例えば、分離用の溝４の幅を２．０μｍ、ポリシリコン
ロの厚みを３μｍ程度にした場合、直線的な溝の中心の
窪みの深さは０．１７μｍ程度であるのに対し、十字状
交叉点では０．３５μＩｌｌ程度の窪みが生じてしまう
。

そのため、その後、第５図のごとく保護膜１１を形成し
、その上にアルミニウムを蒸着してホトエツチングによ
り、アルミ電極およびアルミ配線１３ａ、１３ｂを形成
したときに、アルミニウムの一部が分離用の溝４の上の
窪み１０内に残ってしまい、この残留アルミニウム片１
３ｃによって配線１３ａ、］’３ｂ間が短絡されるおそ
れがある。

また、このようなアルミ配線間の短絡事故を防止するに
は、分離用溝の交叉点近傍に配設されるアルミ配線の間
隔を広くしてやらなければならないため、ＬＳＩの高集
積化の妨げになる。以上のことが本発明者によって明ら
かにされた。

［発明の目的］ この発明の目的は、素子間の分離領域となる部分に溝を
掘って誘電体で埋めてやることにより分離領域とするよ
うにした半導体装置において、プロセス等によって決ま
るような通常の配線ピッチでアルミ配線を配設しても、
分離用溝の上に残ってしまう残留アルミニウム片によっ
てアルミ配線間の短絡事故が生じないようにすることに
ある。

この発明の他の目的は、Ｔ字状に交叉する分離用溝を近
接して設ける場合、二つのＴ字路を配線間の短絡を防止
しながらどこまで近づけられるかその臨界条件を提供す
ることにある。

この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴に
ついては、本明細書の記述および添附図面から明かにな
るであろう。

［発明の概要］ 本願において開示さＡしる発明のうち代表的なものの概
要を説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、この発明は、素子間の分離領域となる部分に
溝を掘って誘電体で埋めてやることにより分離領域とす
るようにした半導体装置において、十字状に交わる溝の
中心に生じる窪みはＴ字状に交わる溝の中心の窪みより
も深くなることに着目し、分離用の溝が必ずＴ字状もし
くはＹ字状に交わるように分離領域のパターンを形成す
ることによって、分１ｉｌＩ用の溝が十字状に交わるの
を禁止して、溝の交叉点の中央部に深い窪みが形成され
ないようにし、これによって、窪み内に残るアルミニウ
ム片の量（面積）を減少させて配線間の短絡事故を防止
するという上記目的を達成するものである。

［実施例］ 第６図は、本発明が適用された半導体装置における分離
用溝の一実施例を示す平面図である。

この実施例では、分離用の溝４が十字状に交叉しないよ
うにするため、各分離用溝４をＴ字状に交叉させるよう
にしである。ただし、このＴ字状の交叉点は次に述べる
ようにある程度まで近接させることができる。

上記分離用溝４のＴ字状の交叉点をどこまで近接させる
ことができる°かを以下に説明する。

図において、各分離用の溝４の幅をＷ、２つの交叉点の
間隔をｋとする。ＬＰ−ＣＶＤ法による溝内へのポリシ
リコンの形成が理想的な被覆性をもってなされたとする
と、ポリシリコンは等方的すなわち全方向に等速度で成
長する。つまり、溝内のポリシリコンロは、第７図（ａ
）、（、ｂ）に示すように成長して行く。

そのため、０≦ｋ　＜　ｗ　／　２の場合には、溝４の
交叉点の角部Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ　（第７図）から最も離れ
た点ＥおよびＦにおいて結晶の成長が一番遅れるため、
窪み１０が最も深くなる。

この場合、形成されたポリシリコンロの膜厚をｔとおき
、Ａ点をＸ、Ｙ、Ｚ軸座標の基準点（０゜０．０）にと
ると、Ｂ点、０点およびＤ点の座標は、それぞれ（ｋｇ
　Ｗ＋　０）、（Ｗ、Ｏ＋Ｏ）、（ｗ＋に、Ｗ、ｏ）と
なる。また、Ｄ点の座標を（ｘ＋　ｙｔ　ｚ）とおくと
、゛８点はＡ、Ｂ、Ｃの各点から等距離にあり、かつそ
の距離はポリシリコンロの厚みｔに等しい″との条件よ
り、次式％式％ が成立する。これらの式より、ｘ、ｙを消去して２につ
いてめると、 Ｚ　＝　ｔ、”　−１／４　［ｗ”　＋ｌ／ｌｉ”％、
（ｋ　−ｗ）”　＋ｗｋ　）　２　］となる。

ここで、Ｅ点における窪み１０の深さｄは、溝以外の部
分のポリシリコンロの膜厚ｔからＥ点の高さＺを引いた
ものであるから、ｄ＝ｔ−ｚである。

従って、０≦ｋ　＜　ｗ　／　２の場合における窪み１
０の深さｄは、 ｄ　（ｋ）　＝ （−仏２−１／’Ｉ　ｈ’　＋１／’ｗ”　ｌ（ｋ　−
ｗ）”　＋ｖｋ　）　”　］となる。Ｆ点についても同
様である。

一方、Ｔ字路間の距離ｋが、ポリシリコンの膜厚ｔの半
分ｗ／２よりも大きくなると、窪み１０の最も深い点は
、第８図（ｄ）からも分かるように゛１゛字状の交叉点
におけるＡ、０点およびこれと反剌側の壁Ｇからそれぞ
れ等距離にある点と同等になる。

従って、この場合には、窪みの深さは距離ｋに関係しな
くなり、ｋ＝ｗ／２とおくことによって、窪み１０の深
さｄは、 ｄ＝ｔ　−ｔ２−２５／６４・ｗ２となる。

−例として、分離用の溝４の幅Ｗを２．６μｍどし、ポ
リシリコンロの膜厚ｔを３．０μｍとした場合の交叉点
における最も深い窪みの深さｄの′工′字路間距離ｋに
対する依存性を、第９図に示す。

さらに、上記窪み１０の深さｄを、Ｔ字路間距ｎ１が充
５）に大きな場合の最も浅い窪みの深さで正規化したも
のをｒとし、これを窪み工０の深さのばらつきの日安ど
すれば、 ０≦ｋ　＜　ｗ　／　２では、 ｒ　＝ｄ　（ｋ）　／ｄ　（ｗ／２） また、ｋ≧ｗ／２ではｒ＝１となる。

上式より、ポリシリコンロの膜厚ｔが大きくなるほど、
窪み１０の深さｄは小さくなることが分かる。

しかも、膜厚ｔが溝幅Ｗに比べて十分に大きければ、上
式における分子のルートの項と、分母のルートの項をそ
ＩＬぞれティラー展間して、第２項以降を省略して近似
することにより、 ０≦ｋ＜　ｗ／２では、 ｒ＝１／　（２・４）ＸＩ／ｌ”　［ｗ２＋ｌ／ｗ’　
（（ｋ−ｗ）　２＋ｗｋ）　”　］　／　［２５／　（
２・６４）ｘ　ｗ２　／　ｔ　２　コ　＝１６／２　５
　Ｘ　［１＋　（（ｋ／ｗ−１）２＋に／ｗ）　２］が
得られる。

また、ｋ≧ｗ／２ではもちろんｒ＝１である。

上式をグラフにして、ｒのｋ　／　ｗに対する依存性を
示すと第１０図のようになる。このグラフよリ、ｋ　／
　ｗを０．２８以上にす九ば、窪み１０の深さｄのばら
つき度ｒは、１．０５以下になる。

しかして、窪み１０の深さｄとこの窪み内に残るアルミ
ニウム片の大きさは略比例関係にあるので、上記ばらつ
き度ｒが１，０５以下になれば、窪み１Ｏ内に残るアル
ミニウム片の大きさをかなり小さくさ仕ることができる
。

このことは、１”字路間距離にと窪み１０との大きさと
の関係を示す第８図（ａ）〜（ｄ）を見るとよく分かる
。

従って、この実施例によれば、例えば分離用のイＺΦ４
の上部の幅Ｗを２．６μｒｎ、また、ポリシリコンロの
膜厚ｔを３．０μＩｎとした場合には、２つの）：ζが
交わるＴ字路の間隔ｋが０．２８・Ｗすなわちこの場合
０．７３μｒｎ以下に接近しないようにしてやＡしば、
窪み１０の深さｄのばらつき度１を１．０５以下にして
やることができる。

前記第６図は、上記条件下において、Ｔ字路間距ＦＪｉ
　ｋが０．７５μｍで近接している場合の状態を示す。

この図面において、点Ｎ、Ｊ、に、Ｆ’。

Ｌ、Ｅ、Ｇ、Ｈ，Ｉ、Ｍに沿った断面形状を誇張して示
すと第１１図のようになる。上記溝内の各点Ｋ　−Ｈは
、溝以外の部分（点Ｎ、Ｊ、Ｉ、Ｍ等）に比べてＪ’　
−ＫもしくはＩ　−Ｈだけの段差を持っている。そして
、点Ｆ−Ｅ間に窪み内の最も深い点りが存在するように
なるが、点Ｊ−Ｌ間もしくはＩ−Ｌ間の高さとＪ−に間
もしくはＩ−８間の高さは、それぞれ０．５０μｍと０
．４８７ｚｎｔとなり、その差は約４％にしかならない
。

そのため、窪み１０内に残るアルミニウムの残留量も、
これを挟むようにして形成された一対のアルミ配線間を
短絡させるおそｉしがない程度に充分に少なくされる。

その結果、アルミ配線の形成に際して何ら問題が生じる
ことがなく、集積度の高い半導体装置を実現することが
可能となる。

なお、上記実施例では、各分離用の溝４が十字状に交叉
しないようにするため、互いにＴ字状に交叉するように
するとともに、その場合における各Ｔ字状の交叉点をど
こまで近づけて配設できるか、その臨界条件を考察した
ものについて説明したが、上記のような丁字状の交叉点
とする代わり　−に、各分ｎｌｃ用の溝がＹ字状に交叉
して素子間を分離するように構成してもよい。このよう
にした場合にも、各交叉点を十字状に構成したものに比
べて交叉部の溝の上に形成される窪みが小さくされ、ア
ルミ配線形成時における配線間の短絡事故を防止する効
果がある。

上記のように各交叉点をＹ字状にした場合における各交
叉点の近接ｎＪ能な距離的臨界条件は、上記実施例にお
いてめた条件０．２８・Ｗとは一致しない。ただし、上
記実施例と同一の手法により、交叉点の上に生ずる窪み
をばらつき度ｒで正規化して、■が例えば１．０５以下
になるような条件をＪくめることにより、容易にその臨
界条件を得ることができる。

［効果］ （１）素子間の分離領域となる部分に溝を掘って誘電体
で埋めてやることにより分離領域とするようにした半導
体装置において、分離用の溝が必ず′Ｉ゛字状もしくは
Ｙ字状に交わるように分離領域のパターンを形成するよ
うにしたので、分離用の溝が十字状に交わるのが防止さ
れ、溝の交叉点の中央ｆ＝ｌ近にできる窪みの深さが４
−字路の交叉点に比べて浅くなるという作用により、ア
ルミ配線形成時のホトエツチングの際に、窪み内に残る
アルミニウム片の量（面積）が減少されて配線間の短絡
事故が防止され、これによって集積度の高い半導体装置
を実現できるようになるという効果がある。

（２）素子間を分離する溝が′ｒ字状に交叉するように
分離領域のパターンを形成するとともに、各゛１゛字状
の交叉点間を近接させることができる最小距離に関する
臨界条件（０，２８・Ｗ）を設定したので、その条件を
必ず満たずように分離領域を形成すれば、アルミ配線形
成時の短絡事故を確実防止できる保証が与えられるとい
う作用により。

分離領域のパターン設工１が容易に行なえるようになる
という効果がある。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で秤々変更可能
であることはいうまでもない。例えば、分離用の溝の内
側に充填される物質はポリシリコンに限定されず他の誘
電体であってもよい。また、溝の内側に形成される絶縁
膜は酸化膜のみてなく、酸化膜と窒化膜の二層あるいは
三層構造であってもよい。さらに、溝の形状は、Ｕ字状
に限定されるものでなく、Ｖ字状であってもよい。

［利用分野］ この究明は、バイポーラ集積回路におけるバイポーラ１
−ランジスタ間の分離領域のみでなく、Ｍ０Ｓ床積回路
等における素子間の分離領域の形成にも利用できるもの
である。

図面のｎｔｉ　ｊｌｌな説明 第１図は、Ｕ溝分離法を適用した先願の半導体装置にお
けるバイポーラ１−ランジスタおよびその素Ｙ・間分離
領域の構成例を示す断面図、第２図および第３図は、Ｕ
溝分離領域の形成方法と溝の上部に生ずる窪みとの関係
を示す断面図、第４し１は分離用溝の交叉点の上の窪み
に残るアルミニ９１１片とアルミ配線との関係を示す平
面図、第５図は第４図におけるＶ−■に沿った断面図。

第Ｇ［’２１は分離用溝の交叉の仕方の一例を示す平面
図、 第７図（ａ）、（ｂ）は分離用溝内に充填されるポリシ
リコンの成長の仕方を示す説明図、第８図（ａ）−（ｄ
）は、２つのＴ字路（′１゛字状交叉点）間の距離とそ
の上に生ずる窪みの形状（大きさ）との関係を示す平面
説明図、第９図は、Ｔ字路間距離にと窪みの深さｄとの
関係を示す特性説明図、 第１０図は、Ｔ字路間距離にと窪みの深さｄのばらつき
度ｒとの関係を示す特性説明図、第１１図は、第８図に
おける点Ｎ−に−Ｅ−Ｈ−Ｍに沿った断面説明図である
。

■・・・・半導体基板、２・・・・Ｎ＋型埋込層、３・
・・・Ｎ−型エピタキシャル層、４・・・・分離用溝、
５・・・・絶Ｂ膜、６・・・・誘電体（ポリシリコン）
、７・・・・コレクタ引上げ領域、８・・・・ベース領
域、９・・・・エミッタ領域、１０・・・・窪み、１１
・・・・保護膜、１２・・・・コンタクトホール、１３
・・・・アルミ電極、１３ａ、１３ｂ・・・・アルミ配
線、１３ｃ・・・・残留アルミニラ１１片。

第　１　図 第　４　図 第　５　図 第　６　図 第　７　図 と化） 第　８　図 （Ｃ）　（ｄ） ４ニーΔ　−冷ぐ弄くガ 第　９　図 丁官″５子藺距畔４（ｐ−篤） 第１０図 工づ１（開１Ｆ陶剣や 第１１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体基板の主面に形成される素子の活性部域間に
   溝を掘って内側に絶縁膜を形成してから畝重体を充填す
   ることにより、分離領域が形成されるようにさ」してな
   る半導体装置において、上記り）離領域が必ずＴ字状も
   しくは７字状に交わるように形成されてなることを特徴
   とする半導体装置。 ２、’ｌ”字状に交わるように形成された上記分離督域
   の各交叉部が互いに、少なくとも上記溝の幅Ｃ０，２８
   倍以上離れるように形成されてなることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の半導体装置。