JPS6159836A - 半導体装置の製造方法 - 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】 （産朶上の′Ａ：り月分野） 本発明は、集積（ロ）路などの半導体装置の製造方法、
詳しくは絶縁層の製造において、絶縁層の下地の収差も
しくは凹凸をｌｌＩ！秋もしくは十阻化しうる絶線層形
成力法に開するものである。

特に、微細素子間分離における絶縁物の溝哩め込み、及
び耐層工程における絶縁喚形成に適用しうるものである
。

（従来技術及び発すｊが・解決しようとする問題点）従
来集積回路における倣細な素子間分離の刀　　。

法として、第６図、及び第７図に示す方法が提案されて
いた。まず第６図において、１は第１の導電／！！！を
有するシリコン基板、２は第２の導紙型を有するエピタ
キシャル層、３はｌｌ１ｌ域２を分離する友めに形成さ
れｔ分離溝である。、に＆６図（ａ）の分離溝３を埋め
る定めには、まずシリコン基板１とエピタキシャル層２
の表面を酸化してシリコン醸化換４を形成した後、多結
晶シリコン層５を堆積する。多結晶シリコン層５の表面
は、９剛ｉ［３０幅がｌ　ｐｎｓ程度の場合、はぼ平坦
になるので、第６図（ｂ）の形状を得る。その後、多結
晶シリコン層５をエツテングして、分Ｒ１ｆｆ１ｔｋ３
にのみ多結晶シリコンｌψ６ｆ：ａし−ｃ第６図（Ｑ）
の形状を得る。さらに多結晶シリコン層６の次面を醇化
し、熱を収化膜７を形成する。以上の分暦工桟において
は、まず、分離溝３の形状や幅Ｗが異なると、第６図（
ｂ）において多結晶シリコンＲ１１５が平坦にならなか
ったり、多結晶シリコンｊ−５の溝内に空洞が生じ７２
：りする欠点があった。、また、１９６図（ｄ）の多結
晶シリコン層６の酸化において、酸化膜がもとのシリコ
ン暎に比べて約２．４倍に膨張することにエフ、エピタ
キシャル層２に歪が加わり、欠陥？誘発する欠点があっ
た。さらに、第６図（ｄ）において、分Ｉｗ講３円は杷
は物で完全に雄められておらず、素子が形成されるエピ
タキシャル層２０間の耐圧が低い欠点がめった。

次に、第７図に示す方法について説明する。

図において、１１は渠１の導電型を有するシリコン層、
１２は第２の導電型を五するエピタキシャル層、１４は
シリコン酸化膜、１５は金属層°である。

第７図（ａ）では分離のための構１３が形成されている
。第７ＩＡ（ａ）の構造に絶縁物１６〜１８を形成する
。

ここで、プラズマＣＶＤ法等によって絶縁Ｕ！Ａｅ形成
すると、溝１３の側壁部分の絶縁層１７の部分は、絶縁
層１６及び１８の部分エフもエツチング速度が大さいの
で選択的にエツチング除去ができる（第７図（Ｃ））。

その後、金ＨＮ　１ｓをエツチングすると、絶縁層１６
は同時に除去され、絶縁層１８が分ｌｉ＃溝円に残る。

さらに、絶縁層１９を堆積し、表面乞平坦にした後（第
７図（ｄ））、この絶縁層１９をエツチングして、第７
図（Ｇ）の構造を得る。第７図に示す分離工程において
は、第７図（ＣＪに示す工うに、絶縁層１６を除去する
のにリフトオフという工程金倉み、そのため歩留りが悪
く、工程が複雑であるという欠点を有していた。

一方、配勝工程の前に下地の段差を＠減する方法として
ｔよ、従来リンガラスのフローが用いられてい友。この
方法は、１０００℃ＷｉＪ後の熱処理を必要とし、その
ため累÷鯛域の不純物設置が変化する欠点があつ友。従
って微細な不純物分布を有する索子に過用することかで
きなかった。

さらにリンガラスは１通常集積回路工程で用いられるエ
ツチング液に対して非常にｍヶや丁く、リンガラスの加
工において厳密な制御が必要であるという欠点を有して
いた。

（問題点を解決するための手段） 本発明は上ｄピの欠点を改善するために提案されたもの
で、耐薬品性に優れ几杷縁物５Ｉ：簡便な方法で溝に埋
め込み、あるいは下地の段差ｙ＆：緩和することを目的
とする。

したして本発明は、少くとも二酸化ゲルマニウムを言む
二酸化シリコン層全水素中において熱処理することに工
って、処理中に大きなｌ５ｖＣ動性を生ぜしめ、たつゲ
ルマユ９ムを揮発放散さ・せることｔ特徴とするもので
ある。

次に本発明の実施例を説明する。なお実施例は一つの例
示であって、本発明の精神を逸脱しない範囲で、Ａｍ々
の変更あるいは改良を行いうろことは言うまでもない。

゛ 第１図は、不発明の８１４１の実施例であり、絶縁物の
溝埋め込み９關に過用し７Ｃ揚合の実施例である。第１
図（ａ）において、２１は第１の専゛成型を壱するシリ
コン基板、２２は第２の導電型を有するエピタキシャル
層、２３はシリコンの熱酸化膜、２４は２μｍの幅、ｌ
ｐｍの深さの幅の広い分離溝、葛はｌ　ｐｅｎの幅、１
μｍｃＤ深さの幅の狭い分離溝であ夛、同一基板上に幅
の異なる分離溝が形成されている。第１図（ａ）に示す
基板上に、少くとも二酸化ゲルマニウムを含む二酸化シ
リコン層２６を形成し、第１図（ｂ）の構造を得る。こ
こで二酸化ゲルマニウムを含む二酸化シリコン層２６を
形成する方法として、スパッタ法、シラン。

ゲルマン、酸素等を原料ガスとする化学気相成　−良法
、同様のガスを用いたプラズマ堆積法、５ｉ−Ｑａ合金
ノーを堆積した後、その合金層を酸化する方法等がある
。ここでは、５をＧｅ合金層の酸化にエフ、二酸化シリ
コン層２６　’に形成した。５ｉ−Ｇｅ合金層は、シラ
ンとゲルマンの混合ガス？４５０℃で熱分解して地積す
るが、酸化後の二酸化シリコン層２６中の二酸化ゲルマ
ニウムの組成比が５５モル条となるように、シランとゲ
ルマンのガス流ｈｉ比を調節した。二酸化シリコン層２
６の表面は第１図（ｂ）に示すごとく、分離溝の幅に１
って異なる形状の凹凸をＭする。次に・、＠１図（ｂ）
に示すシリコン基板全９００℃で、水素中で１０分１【
１」熱処理を行なった。熱処理後、二酸化シリコンｊ−
２６は、第１図（Ｃ）のｎに示す工うに表面の凹凸がな
くなり、平坦な映となった。また同時に二酸化シリコン
層ｎの膜厚は、水素中での熱処理ＭｉＪ　Ｖ）　膜厚に
比べて約１／２となった。水素熱処坤後の二酸化シリコ
ン層ｎ中には、二酸化ゲルマニウムは存在せず、５モル
チ以下の単体ゲルマニウムが存在するだけであることが
判明した。さらに、二酸化シリコン層２７を、通常のシ
リコン酸化膜のエツチング前金用いてエツチングし、シ
リコン熱酸化膜も同様にエツチングし、エピタキシャル
ｔ＊　２２が露出した時点でエツチングを終了すると、
第１図（ｄ）に示ア形状が得られ、分離工程が終了する
。ここで、二酸化シリコン層ｎの緩衝フッ酸液に対する
エツチング速度は６１０シ分であり、シリコン熱酸化１
良のエツチングＭ度５７０＾／分とほぼ同程度であるの
で、第１図（ｄ）に示すごと〈平坦な表面を得ることが
できる。

以上の工うに、この実施例において、二酸化ゲルマニウ
ムを含む二酸化シリコン層を水素中で熱処理すると、処
理中に大きな流動を生じ、様々な幅や形状をＭする溝を
同時に絶縁物で埋めることができる。また、水素処理前
の二酸化シリコン層は二酸化ゲルマユ９ムを含むｔめ耐
湿性や耐薬品性か純粋な二酸化シリコンに比べて劣るが
、水素処理後の二【俊化シリコン層は、二酸化ゲルマニ
ウムを含まないため、純粋な二酸化シリコンとほぼ同程
度の化学的性ＩＡ、を示ア。

水素処理後の二酸化シリコン層（第１図２７）は、なお
若干のゲルマニウムを含むが、これ′ｌｊＩ：８００℃
、ｌＯ分加湿酸索中で処理を行い、残留ゲルマニウムを
再び二酸化ゲルマニウムに変え、さらに、９００℃で５
分間水素中で熱処理することにエリ、残留ゲルマニウム
に１％以下とすることもできる。必女に応じて、第１図
（ｂ）の二酸化シリコン層２６＋’Ｆｖｃ！／ンを添加
することによシ水索処理後の二酸化シリコン層γのエツ
チング速度を大きくシ、るるいはボロ７２に添加するこ
とＶＣＣエフエツチング速度を小さくすることもできる
。

この実施例においては、ｔ！＃金絶縁物のみで埋めるこ
とができ、多結晶シリコンを用いていないので、素子形
成枳城であるエピタキシャル層２２間の耐圧を簡＜シ、
容ｔを低減することかできる。さらに溝内に多結晶シリ
コンを埋め込み、その多結晶シリコン熱酸化膜酸化いう
工程を用いておらず、水素中での熱処理の際に生ずる流
動性を用いて情理め込みを行っているため、エピタキシ
ャル層２２には全く歪が加わらない。分離溝２４及び２
５付近の′ｖｒ面をジルトルエツチング法で調べたとこ
ろ、欠陥の発生は□全く観察されなかつｔ０二酸化シリ
コン層２７〜２９の電気的特性を別の試料を用いて評価
したところ、絶縁耐圧は５　Ｘ　１０’　Ｖ／ｃｍ以上
、ｓｉｔ抵抗は５Ｘ１（１”Ω’ｃｍ以上でめジ、絶は
体として艮好な特性でおることが判明し友。

なお、この実施例において第１の専砥型金有するシリコ
ン基板２１のかわりに絶縁体基板、あるいは表面Ｖこ近
いき１分のみ絶縁層である基板を用い７２：場合におい
ても、同様の工程に１って分離を行うことができる。

第２図は、本発明の第２の実施例を示すものでらり、図
において３１は第１の導電型をＭするシリコン基板、３
２は第２の導電型を有するエピタキシャル層、３３はシ
リコンの熱酸化膜、３４は底部の拡かつ九゛分離溝で、
３１と３２の間でサイドエツテングが施されている。こ
のような構造は、３１の上面に、３２ヲ成長させる前に
高濃度のアンテモンあるいはヒ素を拡散させておき、そ
の高濃度拡散層のエツチング速度の大きいエツチング液
を用いて！イドエツチングすることにより形成できる。

次に第２図（ａ）の基板３１上に、二酸　・化ゲルマニ
ウムを含む二酸化シリコン層３５ｆ、、シラン−ゲルマ
ン−酸素を原料ガスとする化学気相成長法で堆積した（
第２図（ｂ））。このとさ、二酸化ゲルマニウムの組成
は、第１の実施例と同様５５モル地となるようにし′ｆ
ｃｏ第２図（ｂ）で、分離溝３４付近の断面を観察する
と、分離溝３４０ノ弐都に空洞が存在する。この空洞は
、二酸化ケルマニワムを含む二酸化シリコン層３５０代
わりに多結晶シリコンで溝部めを行っても同様に発生す
る。第２図（ｂ）の基板′ｆｃ９００℃で、水素雰囲気
中で１０分間熱処理を行うと、二酸化シリコン層あ申の
二酸化ゲルマニウムが揮発放散し、同時Ｖこ大きなゐ動
性が生ずるため、第２図ＣＣ）に示すごとく、二酸化シ
リコン層３７０表面は平坦であり、さらに、分離溝内に
空洞は観察されな刀為りた。この工うに、本発明を用い
ると、分離溝の鳳都が横方向へ拡がった形状であっても
、分離溝を絶縁物で完全ＶＣ埋めることができる。第２
図（Ｃ）の二酸化シリコン層の性質については第１の実
施例で述べたとおりである。

第３図は本発明の第３の実施例を示すもので１りす、第
３図（ａ）は金Ｗ４配線ｔｈつ前段階でのシリコン基板
の一部でおる。図において４１はシリコン基板、４２は
絶縁層、４３は多結晶シリコン抵抗体もしくは多結晶シ
リコン配線である。ここで、油密の方法で多結晶シリコ
ン層４３を絶縁物で論い、コンタクト窓をあけた後金属
配線を行うと、段差４４の部分で配線切れを生ずるため
、歩留りの低下や１８顆性の低下を招く。この実施例で
は、まず二酸化ゲルマニウムを含む二酸化シリコン層４
５を形成しく第３図（ｂ））〜次いで・水素雰囲気中で
、襖処理し、二酸化ゲルマニウム？含まない二酸化シリ
コン層４６を形成する（第３図（Ｃ））。ここの＝Ｆ−
順は、第１の実施例で述べたとおりでるる。ここで、二
酸化シリコン層は第３図（ｅ）の４６に示すごとく、水
素イ囲気申での熱処理にエリ、段差４７をなだらかにへ
う。この効果にＬり、二酸化シリコン層４６にコンタク
ト窓（第３図（ｄＪ　）　４９をあけ、金員配線４８を
施したとさ、多結晶シリコンＪ會４３の段差４７　’！
ｌ−越える部分での配線切れは全く親祭されなかった。

また、第１１／）実施例で述べたごとく、二酸化シリコ
ン層は多結晶シリコン層４３とＡ１層配稼４８との間の
Ｍ５琢Ｉ曽として艮好な化学的・屯気的注貝を有する。

第４図は不発明の第４の実施しりであって、東横回路の
多層配線工程におけるＪ曽曲杷球１換の形成に通用し友
ものである。ｌ＠４図（ａ）は第一層金属配鷹全行った
直後の断面図で、図において５１はシリコン基板、５２
は第−鳩金稙配称、５３は第一層金編配晦り端である。

ここで、稟一層金属配線５２としては、モリプ、テン、
タングステン等の高融点金１１１４を用いる必要がるり
、この実施νりではモリブデンとじ７？：、ｆ、次に、
ｇＡ４図（ａ）の基板上に二酸化ゲルマニウムを含む二
酸化シリコンＩ曽５４ｔ″堆積するが（第４図（ｂ）〕
、ここでは、第一層金鴎５２が酸化されないようにする
ｔめ、二酸化ゲルマニウムと二酸化シリコンｉ５０モル
φづつ含むターゲットを用いてスパッタ法に工って形成
した。、欠いで水茎中で９００℃で熱処理管行い、段差
５３を緩かに覆う（殖４図（Ｃ））。第３図に示し７を
第３の実施例と同様の手順に従い、第２）＊Ｊ目の金員
配線５６を形成し、第４図（ｄ）の構造を得る。この実
施例に２いては、高温で行なわれる処１２１４は水素雰
囲気中のみであるので、第−鳩金鴎５２は全く酸化され
丁に残る。また、水茎中での処理時に大きな流動性が生
ずるため、第−贋金！Ａ５２が、例えば５μｍの高さ奮
有してい。

たとしても、二酸化ゲルマニウムＫｌむ二酸化シリコン
層別が十分厚ければ、水素中での処理波の表ＩｆＩｔユ
、殆ど平坦でお９、厚い層間杷縁嗅の形成がｉｔＪ　’
、４しである。、第５図はその工程を示すものでめジ、
図中６１はシリコン基板、６２は高融点金属を用いｆＣ
第１層金属配騙で６り、第４図に示しｔ方法と全く同じ
手順で二酸化ゲルマニウム金倉む二酸化シリコン層６３
ヲ形成し、水素雰囲気中で熱処理を施して６３を二酸化
ゲルマニウムの少ない二酸化シリコンＪｍ６４　ＶＣ変
え、７０）つ乎坦性の工い表［１１＋を得る（第５図（
Ｃ））。ここで、第１層金纏配騙６２上の二酸化シリコ
ン層６４は十分薄いので、褐５図（Ｃ）の基板全５二酸
化シリコンに対して通常用いられるエツチング液、りる
いはプラズマを用いてわずかにエツナング丁６と、第５
図（ｄ）に示すごとく、第一層金緘６２の表面を鋤出さ
ぜ、力・つ、６２の間には十分厚い二酸化シリコンｊＮ
）　６４７！″残丁ことができる。Ｏの二うに本発明を
用いると、厚い層間杷緑Ｉ換全形成し、かつ第一層金属
倉、その層間絶縁漠の上部まで掩出さセ゛る工程がｏ］
ｉヒとなる、 （発明の効果） 以上説明した工うに、本発明方法に工れば、手心体基板
上して形成された溝内に絶縁物を卵め込与、分ｇ＋Ｉ　
ｋ行う工程において、二酸化ゲルマニワムを含む二酸化
シリコン層を堆積し、ついでこの二酸化シリコン層に水
素亦囲気中で熱処理を施し、二酸化ゲルマニウムを揮発
放散させることにＬジ、二酸化ゲルマニワムｒ殆ど言ま
ず、〃・つ前配熱処轢中に生するηｃｗＪ性にエフ平坦
化さ、ｒシた表面を有する絶縁層を得ることができる。

従って、ノｅ成さ１″した杷紗映はシリコンの熱版化ｌ
ＩＱと１ＬｉＪ等の化学的性質を有すること、前６己随
４ｉｉｌＪ性にエリ、竹独め込み工程Ｖ（ふ・けるφの
発生ｒ仰Ｍｉｌｌでさ、休々な形状の６４を同時に埋め
ることができる利点がある。

さら（（本発明方法によれば、配線工程において、下地
の段差を緩和し、耐薬品性に優れ友絶転換′ｆＩ−面便
な方法で得ることかでさ、心安とする熱処理温度も従来
の方法Ｖこ比べて１００Ｍ、以上像状できる効果かめる
。

４゜図面の薗ｊ４１な説明 第１凶は本発明を用いた第１の実施例で溝即め込み分離
の工程図、第２図は本４色明を用いた第２の実施し１１
でＩｊｔ都の拡がった隣を鹿め込む分離の工程図、第３
図は本発明の第３の実施例であり、金々１配勝前の段差
緩和の工＆！図、第４図及び第５図は本発明の第４の実
施例であり、段差の緩かなバ４間絶線嗅を形成する工程
図、第６図は従来の６°４埋め込み分離の工程図、第７
図は従来のｇｋｊＵめ込今分離の工程図を示す、１・・
・・・・ｖＪＬの尋゛亀但をイ１するシリコン基板２・
・・・・・第２の碑１に型を有するエピタキシャル層３
・・・・・・分１．ｌｌ＃溝 ４・・・・・・シリコン酸化膜 ５・・・・・・多結晶シリコン層 ６・・・・・・溝内の多結晶シリコン層７・・・・・・
多結晶シリコン層６の熱酸化膜１１・・・・−・第ｌの
４電型を有するシリコン基板１２・・・・・・第２の専
ＩＬ型を有するエピタキシャル層１３・・・・・・分離
溝 １４・・・・・・シリコン酸化ｊ換 １５　・・・　・・・　金　Ｗ　　］轟１６・・・・・
・絶縁膜 １７・・・・・・絶縁層の側壁ａ＋＋分１８・・・・・
・溝円の絶縁物 １９・・・・・・絶縁Ｉ音 ２１・・・・・・第１の等電型を有するシリコン基板２
２・・・・・・第２の等成型を有するエピタキシャル層
２３・・・・・・シリコン酸化膜 ２４・・・・・・幅の広い分離溝 ２５・・・・・・幅の狭い分離溝 ２６・・・・・・二酸化ゲルマニワムを言む二酸化シリ
コン層ｎ・・・・・・水素処理全施し友二散化シリコン
層２８・・・・・・２４内の二酸化シリコン層２９・・
・・・・２５円の二酸化シリコン層３１・・・・・・第
１の嚇′ＦＭ、型を有するシリコン基板３２・・・・・
・第２の導電型を有するエピタキシャル庖３３・・・・
・・シリコンｆｆｔ　化ｔｉｐ３４・・・・・・底部の
拡がった分離溝あ・・・・・・二酸化ゲルマニ「２ムを
含む二酸化シリコン層３６・・・・・・３５円の空洞 ３７・・・・・・二酸化シリコン層 ４工・・・・・・シリコン基板 ４２・・・・・−絶縁層 ４３・・・・・・多結晶シリコン層 ４４・・・・・・４３の端ｈ ４５・・・・・・二酸化ゲルマニワムを含む二酸化シリ
コン層４６・・・・・・二酸化シリコン層 ４７・・・・・・４６の４４り上の部分　。

４８・・・・・・第１層金属配線 ４９・・・・・・コンタクト窓 ５１・・・・・・シリコン基板 ５２・・・・・・第１／−金部配線 ５３・・・・・・５２の４Ｌ都 ５４・・・・・・二敵化ゲルマニワムヲせむ二酸化シリ
コン層団・・・・・・二酸化シリコン層曽 ５６・・・・・・第１層金属配線 ５７・・・・・・５ムリ５３り上のＢ１１分６１・・・
・・・シリコン基板 ６２・・・・・・第Ｉ　Ｆ＃金金部線 ６３・・・・・・二酸化ゲルマニウムを含む二酸化シリ
コン層６４・・・・・・二酸化シリコン層 ９許出願人　日不蒐信電鈷公社 第１図 ２７一−ｔｋｒｔｇｔｔｍｔｒ＝二ｒｍ＞・＋＊リソ−
２８−２４ｇｘｚ＃ｃシリコン１２９−・・・２５１１
１１．ｌニーな４０し１）つ〉１第２図 第　３図 第４図 ３１Ｓ５　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　半導体基板上に、少くとも二酸化ゲルマニウムを含む
   二酸化シリコン層を形成する工程と、ついで前記の二酸
   化シリコン層を水素中で熱処理して二酸化ゲルマニウム
   の一部を揮発させ、二酸化シリコン層を波動化させるこ
   とにより、水素中での熱処理前の二酸化シリコン層より
   も二酸化ゲルマニウムの含有量が少ない二酸化シリコン
   層を、半導体基板上に形成する工程とを具備することを
   特徴とする半導体装置の製造方法。