JPS6156446A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JPS6156446A JP59178646A JP17864684A JPS6156446A JP S6156446 A JPS6156446 A JP S6156446A JP 59178646 A JP59178646 A JP 59178646A JP 17864684 A JP17864684 A JP 17864684A JP S6156446 A JPS6156446 A JP S6156446A
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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】 〔発明の技術分野〕 本発明は半導体装置、特に半導体基板の主表面に対して
垂直な溝壁を有する凹溝を形成し、該凹溝を素子分離や
容量素子に利用した半導体装置の改良と、その製造方法
に係る。
〔発明の技術的背景〕
半導体集積回路装置の集積度を高めるために、半導体基
板の主表面に対して垂直な溝壁をもった凹溝を形成し、
該凹溝表面を絶縁膜で覆った上でこの領域を素子分離あ
るいは容量素子等に用いる手法が従来から行なわれてい
る。なお、上記のように基板の主表面に対して垂直な溝
壁をもった凹溝は、例えばRIE(反応性イオンエツチ
ング)のような異方性エツチングによって形成されてい
る。
第1図(A)はこの手法を0MO8におけるウェル領域
と基板領域との分離に用いた例を示している。同図にお
いて、1はN型シリコン基板である。該シリコン基板1
にはP型ウェル領域(Pウェル)2が形成されている。
このPウェル2の周縁にはこれを取囲む凹溝が形成され
、該凹溝内にはシリコン酸化膜3が形成されている。そ
して、Pウェル2にはNチャンネルMO8トランジスタ
4が形成され、N型基板領域にはPチャンネルMOSト
ランジスタ5が形成されている。このように、Pウェル
2とN型基板領域1との間を絶縁膜3で分離する構成と
することで、両者間に存在する横方向の寄生バイポーラ
トランジスタが動作するのを抑制し、ラッチアップ現象
を防止できる効果が得られる。この結果、Pチャンネル
MO8、トランジスタ、4及びNチャンネルMOSトラ
ンジスタ5間の距離を短縮することが可能となり、集積
度の向上を達成することができる。
第2図(B)は上記凹溝による手法をDRAMメモリセ
ルの容量素子に適用した例を示している。
同図において、11はP型シリコン基板である。
該シリコン基板11の表面には選択酸化法によるフィー
ルド酸化膜12が形成され、該フィールド酸化膜にかこ
まれたメモリセル領域が分離されている。このメモリセ
ル領域にはRIEにより断面矩形の凹溝が形成され、該
凹溝表面上には熱酸化膜13を介して多結晶シリコン層
からなる電極14が形成されている。また、前記凹溝の
溝壁表面からシリコン基板11内にN型不純物がドープ
され、N型不純物領域15が形成されている。このN型
不純物領域15、前記熱酸化113および前記多結晶シ
リコン電極14によってDRAMの容量素子が構成され
ている。なお、16はDRAMメモリセルの転送トラン
ジスタで、該転送トランジスタのドレイン領域は前記容
量素子を構成するN型不純物領域15に連なっている。
このように、   1凹溝の溝壁表面を利用して容量素
子を形成することによって、容量の低下を伴うことな(
容量素子が専有する素子面積を縮小し、高集積化を因る
ことが可能となる。
その他、上記のように基板の主表面に対して垂直な溝壁
をもった凹溝を利用して集積度を向上する手法は、例え
ば抵抗素子や通常の素子分離等にも広く応用されている
。
ところで、第3図(A)に示すように、半導体装置の製
造に用いられるシリコン基板21の殆どは面方位(10
0)の結晶面を主表面としたウェハー形状を有しており
(以下、これをシリコンウェハーと言う)、主表面に対
して垂直な面方位(110)のオリエンテーションフラ
ット22が形成されている。そして、このようなシリコ
ン基板21を用いて第2図(A)または同図(B)のよ
うな半導体装置を製造する際、容量素子あるいは分11
を領域として用いる凹溝23は、次の理由で従来はオリ
エンテーションフラット22に平行または垂直な方向に
形成されていた。即ち、回路パターンのマスク化はコン
ピュータ処理で行なわれているが、オリエンテーション
フラットに対して平行または垂直でない線はコンピュー
タデータとして取扱い難いからである。
こうして凹溝23をオリエンテーションフラット22に
対して平行または垂直な方向に形成した結果、第3図(
B)に示すように、シリコンウェハー21の索表面に対
して垂直な溝壁表面は全て(110)の結晶面を有し、
また溝底表面は主表面に平行であるため(100)の結
晶面を有していた。
〔背景技術の問題点〕
従来の半導体装置では、容量素子や素子分離領域を形成
するために用いられている凹溝の露出表面が、上記のよ
うに溝底では(100)の結晶面を有する一方、これに
垂直な側壁では(110)の結晶面を有していることか
ら下記のような問題があった。
第一の問題は、シリコン/絶縁膜(例えばSiO2膜)
の界面に特徴的に発生する十の固定電荷が、(110)
面では(100)面よりも多いことに起因する。この問
題を第2図?A)のC1′M。
Sについて説明すれば次の通りである。第4図(A)に
示すように、シリコン酸化膜3とPウェル2の界面に上
記子の固定電荷が多量に発生する結果、図中一点鎖線で
示すようにPウェル2には電子の蓄積による反転層が形
成され易い。このため、該反転層を通して図中矢印で示
すリーク電流が流れることとなり、このリーク電流によ
ってラッチアップがトリガーされることになる。
なお、P型基板を用いた通常のMO8型半導体装置の場
合にも、上記凹溝を用いて素子分離を行なえば、同様の
電流リークを生じることになる。
第二の問題は、シリコン基板の表面を熱酸化した場合の
酸化速度が、(110)面では(100)面よりも速い
ことに起因する。この問題を第2図(B)の容器素子に
ついて説明すると、酸化速度が異なることから、第4図
(B)に示すように凹1    溝表面を覆う熱酸化1
1113は溝底で薄くなり、垂直な側壁で厚くなって膜
厚が不均一になる。この結果、図中丸印を付した部分X
で耐圧が劣化するという問題が生じる。
なお、上記第一および第二の何れの問題についでも、従
来は殆ど問題にされることはなかった。
これは上記の問題自体が、一段と高集積化が進展した極
く最近になって初めて認識されるようになったことによ
るものである。また、凹溝を利用することによる高集積
化の利点の方が著しく大きかったし、既述のようにマス
ク作製上の便宜が大前提とされていたことも上記問題に
ついて殆ど留意されなかった大きな理由である。
〔発明の目的〕
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、シリコン基
板の主表面に対して垂直な溝壁を有する凹溝を容最素子
や素子分離等に用いて高集積化を図ると共に、該凹溝の
溝底と側壁とで結晶面が相違することに起因して生じて
いる問題、即ち電流リーク或いは耐圧劣化の問題等を回
避できる半導体装置およびその製造方法を提供するもの
である。    :l〔発明の概要〕 本発明による半導体装置は、(100)の結晶面を主表
面とする半導体基板と、該主表面に対して垂直な側壁お
よび前記主表面に対して平行な溝底を有し、且つ矩形の
平面形状を有する凹溝と、該凹溝の溝壁表面を覆って形
成された絶1tIIとを具備し、前記凹溝の領域に容發
素子若しくは高抵抗素子を形成し、または前記凹溝のf
R域に素子分離領域を形成した半導体装置において、前
記凹溝側壁の結晶面の少なくとも一つが(100)であ
ることを特徴とするものである。
また、本発明による半導体装置の製造方法は、(100
)の結晶面を主表面とし且つ(110)の結晶面をオリ
エンテーションフラットとした半導体ウェハーを用い、
該主表面に対して垂直な側壁および前記主表面に対して
平行な溝底を有する平面形状が矩形の凹溝を形成し、該
凹溝の溝壁表面を覆う絶縁膜を形成した後、前記凹溝の
領域に容母素子若しくは高抵抗素子を形成し、または前
記凹溝の領域に素子分11iltWAXii!を形成す
る半導体装置の製造方法において、前記凹溝の少なくと
も一辺を前記オリエンテーションフラットの方向に対し
て45°の角度をなす方向に形成することを特徴とする
ものである。
上記本発明の半導体装置における凹溝は、溝底および側
壁の全ての溝壁が(100)の結晶面を有しているから
、その表面を覆って形成された絶縁膜との界面に発生す
る十の固定電荷は従来よりも少なく、従って反転層を通
しての電流リークを抑制することができる。また、溝壁
表面の酸化速 度は全て均一になるから、前記絶縁膜を
熱酸化膜として容器素子や高抵抗素子を形成した場合に
も、絶縁膜の膜厚不均一による耐圧の劣化を回避するこ
とができる。
また、本発明の製造方法によれば凹溝の形成方向を変え
るだけで、その他は従来と全く同じプロセスを用い、同
じ半導体ウェハーを用いて初期の半導体装置を得ること
ができる。この場合、凹溝パターンを形成するためのマ
スク作製に際しては45°の線を作製しなければならな
いが、データ処理の複雑さを別とすれば、コンピュータ
処理によって45度のパターンを作製することは可能で
ある。
なお、オリエンテーションフラットを(100)而に形
成した半導体ウェハーを用いれば、本発明の製造方法に
よらず、従来と全く同じ方法で本発明の半導体装置を得
ることができる。
〔発明の実施例〕
以下、第1図(A)〜(F)を参照し、本発明を容量素
子に適用した一実施例とその製造方法を説明する。
まず、第1図(A)に示すように従来と同じP型シリコ
ン基板21、即ち、(100)の結晶面を主表面とし、
(110)の結晶面をオリエンテーションフラット22
としたP型シリコン基板21を用い、該P型シリコン基
板21の表面に選択的にフィールド酸化膜を形成する。
続いて、レジストパターンをマスクとして選択的にRI
Eを施し、素子領域に容量素子を形成するための凹溝2
3′を形成する。その際、第1図(A)に図示したよう
に、凹@23′の平面形状は矩形とし、且つオリエンテ
ーションフラット22に対して45°の角度をなす方向
に形成する。この結果、凹溝23′の側壁(主表面に対
して垂直)は、第1図(B)に示すように全て(100
)の結晶面を有している。また、基板の主表面に平行な
溝底は当然に(100)の結晶面を有しているから、凹
溝23′を限定する溝壁は全て(100)の結晶面とな
る。なお、第1図(A)における凹溝23′はその方向
を示すだけの目的で記載してあり、従って、実際の大き
さとは全く異なっている。
こうして容量素子のための凹溝23′が形成された素子
領域の断面図を第1図(C)に示す。
次に、CVD法を行なうことにより、第1図(D)に示
すように膜厚約3000人のPSG膜(燐添加シリコン
酸化膜)25を全面に堆積し、1000℃で10分間ア
ニールする。これによってPSG膜2膜管5シリコン基
板中に燐を熱拡散し、N+型不純物領域26を形成する
。
次いで、PSG膜2膜管5離し、シリコン基板    
(表面を熱酸化して膜厚約100人の熱酸化膜27を形
成する。続いてCVD法により膜厚約3500人の多結
晶シリコン層28を堆積し、900℃で30分の燐拡散
を行なった後、再び全面にCVD法による多結晶シリコ
ン層29を堆積して凹溝。
23′の穴埋めを行ない、第1図(E)の構造を得る。
その後、RIEにより熱酸化膜27および多結晶シリコ
ン層28.29の不要部分を除去することにより、第1
図(F)に示すようにN1型不純物領域26および多結
晶シリコン層28を電極とし、熱酸化膜27を誘電体と
した容量素子が形成される。
上記実施例になる容量素子においては、凹溝23′の溝
壁が全て(100)の結晶面を有しているため、熱酸化
II!127が均一な膜厚で形成されている。従って、
酸化膜のII厚が不均一であることによる耐圧の劣化と
いった問題は生ぜず、優れた特性を得ることができる。
′なお、上記の実施例は本発明を容量素子に適用した例
であるが、0MO3におけるウェル領域の分離あるいは
素子分離に本発明を適用すれば、絶縁膜との界面で発生
する固定電荷に起因したり−少電流を抑制できる効果が
得られることは更に説明するまでもなく明らかである。
〔発明の効果〕
以上詳述したように、本発明によればシリコン基板の主
表面に対して垂直な溝壁を有する凹溝を容量素子や素子
分離等に用いて高集積化を図ると共に、該凹溝の溝底と
側壁とで結晶面が相違することに起因して生じている問
題、即ち電流リーク或いは耐圧劣化の問題等を回避でき
る等、顕著な効果が得られるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図(A)〜(F)は本発明による半導体装置および
製造方法を容量素子に適用した一実施例を示す説明図、
第2図(A)および(B)は夫々基板の主表面に対して
垂直に掘られた凹溝を用いた従来の半導体装置の例を示
す断面図、第3図(A)(B)は従来の半導体装置で形
成されている凹溝の状態を示す説明図、第4図<A)(
B)は従来の半導体装置における問題点を示す説明図で
ある。 21・・・Pをシリコンウェハー、22・・・オリエン
テーションフラット、23.23’ ・・・凹溝、24
・・・フィールド酸化膜、25・・・PSGII!I、
26・・・N+型不純物領域、27・・・熱酸化膜、2
8.29・・・多結晶シリコン層。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第3図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)(100)の結晶面を主表面とする半導体基板と
    、該主表面に対して垂直な側壁および前記主表面に対し
    て平行な溝底を有し、且つ矩形の平面形状を有する凹溝
    と、該凹溝の溝壁表面を覆って形成された絶縁膜とを具
    備し、前記凹溝の領域に容量素子若しくは高抵抗素子を
    形成し、または前記凹溝の領域に素子分離領域を形成し
    た半導体装置において、前記凹溝側壁の少なくとも一つ
    の結晶面が(100)であることを特徴とする半導体装
    置。
  2. (2)(100)の結晶面を主表面とし且つ(110)
    の結晶面をオリエンテーションフラットとした半導体ウ
    ェハーを用い、該主表面に対して垂直な側壁および前記
    主表面に対して平行な溝底を有する平面形状が矩形の凹
    溝を形成し、該凹溝の溝壁表面を覆う絶縁膜を形成した
    後、前記凹溝の領域に容量素子若しくは高抵抗素子を形
    成し、または前記凹溝の領域に素子分離領域を形成する
    半導体装置の製造方法において、前記凹溝の少なくとも
    一辺を前記オリエンテーションフラットの方向に対して
    45°の角度をなす方向に形成することを特徴とする半
    導体装置の製造方法。
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