JPS6113643A - アイソレーション構造の形成方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体基板のトレンチを充填して、基板内に
ボイド（孔）のないアイソレーション・パターンを形成
する方法に関するものである。具体的に言うと、エピタ
キシャル半導体材料と多結晶シリコン材料を含むアイソ
レーションのパターンを半導体基板中に形成する方法お
よび、それによって得られる構造に関係するものである
。

〔開示の概要〕

ボイド（孔）のないアイソレーション（分りされた半導
体基板が開示される。これは半導体本体中に実質的に垂
直な側壁を有するトレンチ（溝）ツバターンを持ってい
る。アイソレーション・トレンチのパターンは、能動及
び受動半導体装置を含むであろう単結晶半導体材料の領
域を分離する。

第１の絶縁層がトレンチの側壁上に設けられる。

トレンチの基部又は底は単結晶半導体に通じている。ト
レンチの基部から延びたエピタキシャル層が、トレンチ
の上表面から次式により大よそ表されるレベルまでトレ
ンチ・パターンを埋める。

ｙ”＝０．３４ｘ ここで、ｙはエピタキシャル層とトレンチ上表面の間の
間隔であり、Ｘはトレンチ幅である。トレンチ幅の好捷
しい範囲は約１０マイクロメータまたはそれ以下である
。多結晶シリコン層がエピタキシャル層上のトレンチ・
パターンの追加部分を埋める。第２の絶縁層がトレンチ
内の多結晶シリコン層上に置かれて周囲からトレンチ・
パターンをアイソレーションする。密なエピタキシャル
単結晶半導体がトレンチ・パターン内のボイドの生成を
防止する。エピタキシャル層上の多結晶シリコン層が、
エピタキシャル半導体成長構造の表面の好ましくない鋭
どく開いた結晶面を完全に覆う。

〔従来技術および発明が解決しようとする問題点〕

モノリシック集積回路技術では、通常は集積回路構造内
で能動素子上受動素子を互いにアイソレーション（分離
）することが必要である。これらの装置は、ＰＮ接合の
逆バイアシング、部分誘電体分離、または完全誘電体分
離によってアイソレーションされてきた。使用される誘
電体材料は、二酸化ケイ素などであった。これらの能動
装置および受動装置に対する好ましいアイソレーション
は、何らかの形の誘電体分離である。誘電体分離は、回
路素子を分離部と接することができ、そのため集積回路
構成中の能動装置と受動装置の充填密度がより大きくな
るので、ＰＮ接合分離よりもずっと有利である。

誘電体分離の一つの形がＨＵＢ　Ｐｏｇｇｅ　の米国特
許第４２５６５１４号に開示されている。Ｐｏｇｇｅは
、化学蒸着法などを使って二酸化ケイ素や多結晶シリコ
ンなどの絶縁材料をトレンチ（溝）のパターンに被着す
るという、深いトレンチ分離形成のだめの分離再充填法
について記載している。かかるシステムは、二酸化ケイ
素、多結晶シリコンなどを反応性化学種から気体状に形
成し、そこから表面やトレンチのパターンに被着する、
均質気相反応を含んでいる。この被着方法の問題点は、
トレンチ・パターン内、特にトレンチが互いに交差する
所でボイドを形成する傾向があることである。また、再
充填被着では、構造的に欠陥のある材料または緩くパッ
クされた材料が生成されることがあるが、これは壷良の
集積回路のアイソレーション構造とはいえない。ボイド
の存在とこの緩い構造は、後で能動装置または受動装置
領域として使われるシリコン領域での欠陥形成を拡大す
る傾向がある。

本発明と同じ出願人に譲渡された１９８２年６月３０日
出願のり０Ｍ、Ｅｐｈｒａｔｈ等の特許出願シリアル番
号第３９３９９７号には、トレンチのパターンがボイド
のない多結晶シリコン″！、たけエピタキシャルシリコ
ンで充填される、別の誘電体アイソレーションの方法と
それによって得られる構造が記載されている。Ｅｐｈｒ
ａｔｈ等は、核形成材料がその上についたまたは、つい
ていない絶縁材料から構成される側壁を利用している。

トレンチ・パターンの底面は、シリコンなどの単結晶半
導体本体がむき出しになっている。次に、エピタキシャ
ル・シリコンを底面開口から単結晶シリコンへとまた核
形成材料を含む側壁表面から垂直に成長させる。このエ
ピタキシャル成長の結果、ボイドのない構造ができるが
、絶縁側壁の頂部付近には、第７図かられかるように鋭
い溝ができる。第７図では絶縁側壁は二酸化ケイ素＠１
と窒化ケイ素層２であり、核形成材料は使われていない
。エビタキシャル層充填物３が基板４から成長している
。

このエピタキシャル層と基板は、典型的な場合単結晶シ
リコンである。これは、Ｎ・Ｅｎ　ｄ　ｏ等の”　Ｎｏ
ｖｅｌ　　Ｄｅｖｉｃｅ　　丁５ｎｌｌｉｎｎ　　ｌ’
ｒ１ｃｈｎｏｌｏｇｙｗｉｌｌ＋　５ｅｌｅｃｔｉｖｅ
　Ｅｐｉｔａｘｉａｌ　Ｑｒｎｗｔｈ”■ＥＤＭＴｅｃ
ｈ、　ｌ）ｉｇｅｓｔ　ｐ、２４１、Ｓ；＋ｎ　Ｆｒａ
ｎｃ　ｉ　ｓｃ。

Ｍｅｅｔｉｎｇ　Ｄｅｃ、　１３−１５．１９８２にも
示されている。例えば多結晶シリコンの核形成層５を絶
縁側壁１２の上に使用すると、第８図のように、小さな
エピタキシャル層充填物６と大部分が多結晶性の半導体
層７ができる。通常は構造中の特にトレンチの深さが３
〜６マイクロメ一ドル以上の所にボイド８が形成される
。

〔問題点を解決するための手段〕

半導体本体内に側面がほぼ垂直なトレンチのパターンを
含ム、ボイドのないアイソレーションされた半導体基板
について記載する。アイソレーション・トレンチ・パタ
ーンが多結晶性半導体材料の能動および受動半導体装置
を含む領域を分離している。第１の絶縁層は、トレンチ
の側壁にある。

トレンチの基部ないし底面は、単結晶性半導体本体がむ
き出しになっている。トレンチの基部から伸びるエピタ
キシャル層が、トレンチ・パターンをトレンチの上面か
ら次式によってほぼ決まるレベルまで充填する。

ｙ二０３４Ｘ ただし、ｙはエピタキシャル層から頂面までの間隔、Ｘ
はトレンチの幅である。

好ましいトレンチ幅Ｘの範囲は、約１０マイクロメート
ルまたはそれ以下である。多結晶シリコン鳴が、エピタ
キシャル層の上面より上のトレンチパターンの追加部分
を充填する。第２の絶縁層は、トレンチ内の多結晶シリ
コン層上にあり、トレンチ・パターンを周囲から絶縁し
ている。エピタキシャル・シリコン充填物より上の側壁
とエピタキシャル・シリコン上部にも、多結晶シリコン
核形成層を配置して、トレンチパターン中で多結晶シリ
コン層を高密度で一様に成長させることができる。これ
が、トレンチ・パターン内でのボイド形成を防止する、
高密度のエヒリキシャル単結晶性半導体である。エピタ
キシャル層より上の多結晶シリコン層が、エピタキシャ
ル半導体成長構造の頂部の望捷しくない鋭い結晶面のあ
る構造を完全に覆っている。

単結晶シリコンなどの半導体本体にボイドのないアイソ
レーション・パターン構造を形成する方法は、まず絶縁
層側壁を備え、底面が単結晶シリコン本体がむき出しに
なった、側面がほぼ垂直なトレンチ・パターンを形成す
る。トレンチに単結晶シリコン底面から単結晶シリコン
をエピタキシャル成長させて、次式によってほぼ決まる
レベルまで高密度のボイドのないトレンチ構造を形成す
る。

Ｙ＝０．３４Ｘ ただし、Ｙはエピタキシャル層から頂面までの間隔、Ｘ
はトレンチの幅である。エピタキシャル成長層の上面は
、絶縁層側壁を備えた、鋭い溝または結晶面のある望ま
しくない構造となる。トレンチ表面に多結晶シリコンを
形成して、この望ましく９）　　　　　　　　　　　　
　へ４．。

くない鋭い結晶面のある構造を完全に覆う。トレンチ・
パターンより上の領域から既知のプレーナ技術によって
多結晶シリコン層を取り除く。二酸化ケイ素などの不働
態層を使って、トレンチ・パターンを周囲からアイソレ
ーションすることができろうこれは、多結晶シリコンを
適当な温度で熱酸化して、トレンチ・パターンの多結晶
シリコン層上に二酸化ケイ素層を形成することによって
実現できる。

〔実施例〕

ここで具体的に第１図を参照すると、Ｐ導電型半導体本
体１２が示されている。この半導体本体は、典型的な場
合結晶学的に＜１００＞方向に配列したシリコンであり
、抵抗率が１〜２０オーム・師のオーダーである。通常
のリソグラフィー技術とエツチング技術を利用して、サ
ブコレクタ拡散工程用のマスクを形成する。次に通常の
方法でｎ型不純物を拡散させて、表面濃度が典型的な場
合５　Ｘ　１０”原子／ｃｃの領域を形成する。ｎ型子
（ｉｏ） 鈍物は、例えばヒ素またはアンチモンでよい。次にこの
構造を熱酸化して、その上に二酸化ケイ素層を形成する
。二酸化ケイ素の形成と同時に、ｎ型不純物は半導体本
体中深くに押し込まれる。ＮＰＮ）ランジスタではな（
ＰＮＰ　）ランジスタを形成したい場合は、当業者なら
承知しているように逆の導電型を使用する。

通常のエツチング技術によって、シリコン本体表面の二
酸化ケイ素層を取り除く。次にシリコン本体をエピタキ
シャル成長槽に入れて、シリコン本体の主要表面にＮ＋
拡散を伴う単結晶シリコン層を成長させる。この成長は
、５ｉｃｆｌ、／Ｉ（２、Ｓ　ｉ　Ｈ２ｃ’ｆｌ　２／
Ｈ２、ＳｉＨ４／Ｈ２混合物を使用するなど通常の方法
で約１０００℃〜１２００℃の成長温度で行なう。エピ
タキシャル層の厚さは、典型的な場合１．５マイクロメ
ートルであるが、０５〜５マイクロメートルの範囲とす
ることができる。

エピタキシャル成長の間、エピタキシャル層を、典型的
な場合２　Ｘ　１０１６原子／ｃｃの低濃度のｎ型不純
物でドープするエピタキシャル成長中にＮ＋領領域エピ
タキシャル層に拡散して、第１図のような最終的Ｎ＋領
領域４を完全に形成する。エピタキシャル層１６の残り
の部分は、Ｎ−ドープされる。領域１４は、当業者なら
承知しているように、ＮＰＮ）ランジスタのサブコレク
タとして接続される。

湿潤または乾燥酸素雰囲気中で温度約９７０℃での熱成
長または化学蒸着の通常のどちらかの方法によって二酸
化ケイ素層２０を形成する。その上に典型的な場合化学
蒸着によって窒素ケイ素層２２を形成する。窒化ケイ素
屋２２の上に第２の二酸化ケイ素層２４を化学蒸着によ
って形成する。

層２４の上にはレジスト層（図示せず）を被着する。

次に、通常のリソグラフィー技術を使って、この層をマ
スクにし、望みのアイソレーション・トレンチ・パター
ンの開口を設けるようにする。通常の化学エツチング、
反応性イオン・エツチングまたはプラズマ・エツチング
法を用いて、層２０．２２．２４をレジスト層の開口の
所で単結晶シリコン基板までエッチスル。

このとき、層２４の表面からレジスト層を取り除くと、
基板は、層２０．２２．２４をトレンチ形成用マスクと
して利用できる状態にある。この工程は、トレンチに対
してほぼ垂直な側壁を生成する異方性反応性イオン・エ
ツチング（ＲＩＥ）を使って実施しなければならない。

バイポーラ装置のアイソレーションの場合のトレンチの
深さは、少くとも３５．できれば４〜７とする。ＲＩＥ
によるトレンチ形成の適切な一例は、四フッ化炭素（Ｃ
Ｆ４　）ガスの使用である。他の適描なガスの例には、
ｃ　ｃ　Ｑ　４−Ａ　ｒ　Ｉ＝　ｃｎ　２−Ａｒがある
。ＲＴＥの詳細は、本発明と同じ出願人に譲渡された１
９７８年１１月１３０出願の、Ｔ　、　Ｍ　、　Ｉ−Ｔ
　ａ　ｒ　ｖ目ｃ　ｈ　ｔ＋　ｃ　ｋ　　等の同時係属
特許出願シリアル番号第９６０３２２号（現在廃棄され
た１９７５年８月８日出願の特許出願シリアル番号第８
２２７７５号Ｊ　、Ａ、Ｂｏｎｄｕｒ等の米国特許第４
１０４０８６号の継続）に記載されている。

例えば二酸化ケイ素の絶縁層２８は、できれば湿度９７
０℃の水蒸気中でのトレンチ表面の熱酸化によって形成
するとよい。二酸化ケイ素層２８は、化学蒸着によって
形成することもできるが、その場合は被着された二酸化
ケイ素を層の表面から除去することが必要になる。二酸
化ケイ素層２８の望寸しい層厚は、できれば３０〜１０
０ナノメートルとするのがよい。捷た、この二酸化ケイ
素層２８の表面に空化ケイ素層３０を形成して、側壁の
絶縁特性を改善することが望ましい。この空化ケイ素層
は、通常の化学蒸着法で被着することができる。この♀
化物の厚さは、欠陥の形成を防止するために、約３０〜
１００ナノメートルの間にすべきである。できれば、後
の部分エピタキシャル再充填ステップ用として空化ケイ
素層の上に追加的二酸化ケイ素層３１を被着することが
望ましい。この二酸化ケイ素層３１は、５０〜５００ナ
ノメートルの薄さにすることができる。これはＴＥ０１
などの反応体を使ってＬＰＣＶＤ技術で被着することが
できる。

反応性イオン・エツチングによってトレンチ・パターン
の基部から層２８．３０．３１を除去する。この工程の
結果を第１図に示す。

次に、単結晶性半導体材料、典型的な場合にはシリコン
を、トレンチの単結晶性半導体底面からトレンチ・パタ
ーンにエピタキシャル成長させる。

シリコンを成長させる方法は、気固反応系または不均一
反応系による。不均一反応系は、水素、ケイ素、塩素を
含むことが望ましい。特に望ましい系は、上記の相互参
照特許出願に記載されているように、５ｉｃｆｉ４、Ｈ
２、Ｐ＋ドーパントＢ２Ｈ６を含むガスにＨｃｔ注入を
組み合せたものである。エピタキシャル成長トレンチ充
填工程は、充分に迅速なトレンチ充填を行なうために、
約９００℃〜１１００℃の温度、できれば１０００℃で
実施する。好捷しい速度は、毎分００７〜０．２　Ｍ　
ｍである。トレンチ・アイソレーションのバイポーラ骨
パターンを形成する場合には、トレンチがかなり深いた
めに、それが極めて好ましい。抵抗率が約０、１〜Ｏ，
ＯＯＯ６ｏｈｍ−ｃｍのエピタ＃’７”’Ａ’充填材料
をもたらすための、Ｂ２Ｈ６などのドーパント濃度は、
約５　Ｘ　１７”〜５×１０２０である。次にこの構造
を加熱すると、基板にＰ十領域４２が生成される。これ
は絶縁構造の一部分を形成することになる。同じ集積回
路基板のトレンチ幅は、例えば１〜３００マイクロメー
トルと様々である。実験によると、エピタキシャル・シ
リコンの再充填レベルは、この範囲のトレンチ幅では大
きな変化はないことがわかっており、実験の最大偏差は
約±１０チである。この系を甲いた再充填はボイドを含
まず、配向度の高い単結晶成長を示す成長頂面を示した
。

エピタキシャル層はトレンチ・パターンの基部から、ト
レンチ・パターンの頂部から約０．３〜４マイクロメー
トル以上の所まで伸びている。トレンチ幅が約１マイク
ロメートルのときは０．３４、トレンチ幅が約１０マイ
クロメートルのときは３゜４である。方程式Ｖ＝０．３
４ｘが適用される。ただしｙはエピタキシャル層から頂
面までの間隔、Ｘはトレンチ幅である。好ましいトレン
チ幅の範囲は約１０マイクロメートル以下である。この
トレンチのエピタキシャル充填の高さは、次に多結晶シ
リコン充填材料を被着中にボイドが生じないように、ト
レンチの断面積にもとづいて決定する。

この問題の要件と詳細については、次に第５図および第
６図を詳しく考察する際に検討する。トレンチの深さは
、トレンチのどの部分を最終的ポリシリコン再充填のた
めに残すべきかを判断する際に重要な問題ではない。こ
れは、以下で第６図に関連して説明する成長段階の性格
によるものである。第１図のように核形成層４４を露出
したエピタキシャル表面に被着して、エピタキシャル層
４０の上面、今露出しているトレンチ拳パターンの側壁
、および層２４の上面がこの核形成＠４４で覆われるよ
うにする。所与の成長速度で表面からの均一な成長をも
たらすため、核形成層は多結晶シリコンから構成される
ものを使用することが望ましい。次に多結晶シリコン層
を表面２４から除去するのに、次の化学的機械的研摩工
程が有効となるには、この均一な成長が得られるととが
非常に重要である。この核形成層を設けるための好まし
い方法は、ＬＰＣＶＤシステムでＳ　ｉ　Ｉ−Ｉ　４を
使って６５０℃でポリシリコンを１００〜３００ナノメ
ートルの厚さに被着することを伴うものである。

好ましい量は２００ナノメートルである。

次のステップは、第２図のように多結晶シリコン層４６
を被着して、構造内にボイドを形成することなしにトレ
ンチ・パターンを完全に充填することである。ここでＰ
　ｌ−１＝　１１．８に調節した３重量％５ｉ０２水性
スラリーを使って、ポリシリコン層４６を化学的機械的
に研摩する。研摩は、１６ｐＳｉで所期の時間桁なう。

ポロマー研摩パッドを使って研摩すべきウエノ・を１６
ｐｓｉで回転できるように押しつけて、ポリシリコン層
の盛り上った部分を除去させる。この工程の機構は、完
全にはわかっていないが、ポリシリコンの表面がスラリ
ーによって加水分解され、ＳｉＯ□スラリーと研摩パッ
ドの作用によって研摩されるのは、このより軟かい物質
であると考えられている。

次にプラズマ・エツチングなどを利用して、結晶シリコ
ンの一部分をトレンチ・パターンカラ除去して、第３図
に示した構造を生成することができる。ここで多結晶シ
リコン層・１６の熱酸化によって二酸化ケイ素キャツピ
ング層を形成することができる。その結果得られるキャ
ツピング層を、第４図に層４８として示しである。

第５図は、エピタキシャル・シリコンによって部分的に
充填されたトレンチの上にコンフォーマル（同形）な多
結晶シリコン層を形成する問題を概略的に図示したもの
である。第６図は、時間を変えた５図のポリシリコン再
充填実験で観察された、再充填レベルとトレンチ幅の関
係を示す曲線である。詳細な実験は、下記の実験■〜Ｖ
に示しである。シリコン基板に様々な幅のトレンチを形
成し、異なるレベルまで充填されるようにした。

トレンチと再充填の開裂断面の走査式電子顕微鏡写真を
撮った。写真から測定を行なって、第６図と第１表−第
７表に示したデータを得た。第６図では、挿入図として
後でもつと詳しく説明するデータに添えて観察された再
充填の重要な各成長段階の概略図を示しである。

ポリシリコン再充填でボイドをなくすには、第６図で定
義されるようなコンフォーマルな成長体制を逸脱しない
ことが重要である。この体制は、曲線のデータと原点を
通って引いた直線５０よりも下の部分を含む状態を含む
ものである。この直線５０は一次方程式ｙ＝ｏ、３４ｘ
で表現できる。

ただしｙは最初のボイドが形成され得る「再充填レベル
」であり、Ｘは「トレンチ幅」である。側壁の成長がト
レンチ底面で交わって、初期尖点ないし急勾配のＶ字形
再充填を形成するときに、ボイドが形成され得る。再充
填速度は、この側壁面の初期交点で急激に増大すること
が観察される。

この速度は第６図から、各データについて実現された再
充填レベルを、図中に示されている実験と関連する時間
で割ることによって得ることができる。第６図のグラフ
は曲線６０＝３．３分；曲線６２−５分；曲線６４＝６
．６分；曲線６６＝１０分；曲＠６８　＝　１５分であ
る。ボイドが形成されるのは、この最終閉鎖段階である
。僅かだけ整合しない表面が交わって合し、蒸着ガスが
それ以上近づくのを妨げるときに、ボイドができる。観
察されるボイドは、壁面の凹凸を形成するポリシリコン
微結晶のオーダー（約２００ナノメートル以下）であり
、失点と整列した継目に沿ってランダムに生じることが
観察される。この失点は、トレンチの中心を走る。との
凹部はトレンチの交差部と所与の幅のトレンチにとって
対角線語離がより大きくなる隅でより目立つことがある
。

第６図に示されているような所与の幅のトレンチが丁度
充填されるレベルでは、トレンチの隅と交差部は、充填
不足となる。したがって、必要な充填レベルは、トレン
チ形状の隅または交差部にみられる最も幅広いトレンチ
寸法をもとにして決めるべきである。また、局部的非平
面性を減らすには、トレンチを少し過剰に充填すること
が望ましいこともわかっている。（失点減少）コンフォ
ーマル（同形）体制での成長の運動学的特徴は、ポリシ
リコン核形成層４４から垂直に測ったポリシリコンの直
線速度がほぼ一定であり、ポリシリコン再充填がコンフ
ォーマル（同形）で、トレンチの垂直面および水平面か
ら測った厚さが等しいことである。したがって、コンフ
ォーマル体制のままで所期の再充填レベルを実現するこ
とが重要である。このコンフォーマル体制のｉｔでは、
ボイドは形成されない。

第６図のデータを使って、幅約１〜１０マイクロメート
ルのトレンチでコンフォーマル（同形）成長が起こる、
トレンチの深さを決定する。ただし、同じウェハ上にも
っと小さな幅のトレンチが共存する場合、その中でもコ
ンフォーマル（同形）な成長が起こっているので、３０
０マイクロメートルまたはそれ以上などそれよりも大き
な幅のトレンチも含まれ得ることを理解すべきである。

かかる大きな幅のトレンチの側壁閉鎖は、より小さなト
レンチが充分に充填されるまで起こらず、ボイドは形成
されないはずである。

第５図は、問題とその解決方法、すなわち上記のような
ボイドのないエピタキシャル・シリコンでまず部分的に
再充填する方法を示したものであり、初期尖点形成なら
びに、続いて起こる付随的な急速なボイドを取り込む再
充填速度が回避されるように、第６図から、ポリシリコ
ンで充填される残りの部分が決定される。

第５図は、その他に下記第６図に示す例とデータの有用
性を例示した表で論じられている測定値と数量を概略的
に定義している。

下記の例は、単に本発明を理解しやすくするために含め
たものであり、当業者なら本発明の精神と範囲から外れ
ることなく、変更を加えることができるはずである。

例　　Ｉ 第１表に示した幅をもつ一連のトレンチを形成するため
にセットされたマスクを使って、シリコン基板上の二酸
化ケイ素層を覆うフォトレジスト層を露光させた。標準
的なリソグラフィー技術とエツチング技術を用いて、二
酸化ケイ素層にこの所期のパターンを形成した。ＣＦ４
−４（２の使用を伴う反応性イオン・エツチング法を使
って、各トレンチ幅について第１表に示した幅のトレン
チを形成した。カリフォルニア州すンタ・クララのＡｐ
ｐｌ　ｉｅｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社製のエピタキシャ
ルＡＭＣ７０００反応器を使って、常圧で多結晶シリコ
ンを被着させた。まず、窒素ガスを次に水素ガスを使っ
て、ウェハを入れた反応器から空気を追い出した。反応
器を１０００℃の温度に加熱した。

反応性ガス５ｉｄ４とドーパントＢ２Ｈ６を、反応器に
流し込んだ。５ｉｃｎ４流星は２０　ｐｓｉｇのＨ２〜
Ｓ　＋　ｃ　Ａ　４で５１ｐｍ　（リットル７分）（室
温の気泡管）であり、Ｂ２Ｈ６流星は６０ｐｐｍ　のも
のが８．５１ｐｍであった。ポリシリコン被着速度は、
約０２２マイクロメートル／分であった。０．００３　
ｃｈｍ−（２）の抵抗率が得られた。再充填工程は５分
間続けた。

被着後に、反応器を水素で次に窒素で浄化した。

サンプルを異なる幅のトレンチ・セットに割って、走査
式電子顕微鏡（ＳＢＭ）法で再充填の断面図を得た。写
真から測定を行なって、異々な幅のトレンチの再充填速
度を決定し、再充填の性質を決定した。これらの測定値
を第１表に示す。

第■例 第１例と同じ方法を使って、１０分間再充填工程を続け
た。また、トレンチ幅とトレンチ深さは第■表に示すが
、第１例とは少し異なっている。

この過程の結果を第１例のようにして測定した。

第ｍ例 第■表に示したトレンチ幅とトレンチ深さを使って、第
１例の過程を繰り返し、１５分間再充填工程を続けた。

その結果得られた充填構造を第１例のようにして測定し
、結果を第■表に示した。

第Ｖ例 第■表に示したトレンチ幅とトレンチ深さを使って、第
ｍ例の工程を繰り返し、３．３分間再充填工程を続けた
。その結果得られた充填構造を第ｍ例のようにして測定
し、結果を第■表に示した。

第Ｖ例 第７表に示したトレンチ幅とトレンチ深さを使って第Ｖ
例の工程を繰シ返し、６６分間再充填工程を続けた。そ
の結果得られた充填構造を第Ｖ例のようにして測定し、
結果を第７表に示した。

表■ トレンチ幅　　　　　　　　　　　　全体再充填（１１
ｍ）　　　　　　　　　　　　　　　　　（μｍ）１．
３６　　　　　　　　　　　　　　　　４．５１．５６
　　　　　　　　　　　　　　　　２．５１、７　　　
　　　　　　　　　　　　　　１．３２．２　　　　　
　　　　　　　　　　　　．７４．６　　　　　　　　
　　　　　　　　　．８表■ トレンチ幅　　　　　　　　　　　　全体再充填（μｍ
）　　　　　　　　　　　　　　　　　（μｍ）１、３
５　　　　　　　　　　　　　　　　６．２１・７５．
８ ２、２　　　　　　　　　　　　　　　　５．２５２・
８３．０ ３°２６　　　　　　　　　　　　　　　　１．Ｂ３、
２８　　　　　　　　　　　　　　　　１．３５．０２
　　　　　　　　　　　　　　　１４第■表ないし第７
表で得られたデータを第６図にプロットした。ポリシリ
コン再充填でボイドをなくすることは、第６図に示すよ
うにコンフォーマル（同形）成長体系を逸脱しないこと
によって実現される。コンフォーマル（同形）な成長の
条件は、式ｙ＝０．３４ｘで表される線５ｏより下にあ
ることである。

本発明をその良好な実施例に則して具体的に示し説明し
てきたが、当業者なら了解できるように、本発明の精神
と範囲から外れることなしに、形状および細部に上記の
およびその他の変更を加えることができる。例えば、絶
縁トレンチ・パターン内に、本明細書の主な例で説明し
たようなバイポーラ装置ではなく、ＭＯ８ＦＥＴ装置を
形成することができる。ＭＯ，５ＦＥＴ装置を使用する
場合、当業者なら了解できるように、エピタキシャル層
が存在することも存在しないこともある。エピタキシャ
ル層を使用しない場合は、絶縁パターンの深さを減らす
ことができる。

〔発明の効果〕

本発明の方法によればボイドのないアイソレーション分
離を単結晶シリコン本体中に形成することができる。本
発明の半導体装置はボイドのないアイソレーション分離
を有するため高信頼性及び高集積化を得ることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は、単結晶性半導体本体にボイドの
ない絶縁構造を形成するための本発明の方法を示すもの
である。 第６図は、ボイドを形成させずに、トレンチ・パターン
の頂部を多結晶シリコンで充填することの問題点と解決
方法を示すものである。 第７図は、半導体材料のエピタキシャル成長を利用して
形成された、先行技術にもとづく充填されたトレンチ構
造を示すものである。 第８図は、多結晶シリコンを用いて充填された先行技術
にもとづくトレンチの図である。 ２８・・・・二酸化ケイ素層、３ｏ・・・・窒化ケイ素
層、３１・・・・二酸化ケイ素層、４０・・・・エピタ
キシャル層、４６・・・・多結晶シリコン層。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁層の側壁と単結晶シリコンの底面を備えた、
   側面がほぼ垂直なトレンチのパターンを用意すること、 該トレンチ中で該単結晶シリコン底面から単結晶シリコ
   ンをエピタキシャル成長させること、該単結晶の成長を
   該トレンチの頂面から約０．３〜４．０マイクロメート
   ルの所で終わらせること、該トレンチを含む表面および
   該トレンチ中に、該トレンチが充填されるまで多結晶シ
   リコンを被着させること、 からなる、単結晶シリコン本体中にボイドのないアイソ
   レーシヨン構造を形成する方法。
2. （２）半導体本体内の側面がほぼ垂直なトレンチのパタ
   ーン、 該トレンチの側壁上の第１の絶縁層、 該トレンチの基部から延び、該トレンチを該トレンチの
   上面から約０．３〜４．０マイクロメートルの所まで埋
   めるエピタキシャル層、 該エピタキシャル層上の多結晶シリコン層、および 該トレンチパターンを周囲から絶縁する、該多結晶シリ
   コン層上の第２の絶縁層からなる、ボイドのないアイソ
   レーシヨンされた半導体装置。