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JPS62105445A - 半導体デバイス構造の形成方法 - Google Patents

半導体デバイス構造の形成方法

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Publication number
JPS62105445A
JPS62105445A JP61193004A JP19300486A JPS62105445A JP S62105445 A JPS62105445 A JP S62105445A JP 61193004 A JP61193004 A JP 61193004A JP 19300486 A JP19300486 A JP 19300486A JP S62105445 A JPS62105445 A JP S62105445A
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silicon
trench
substrate
groove
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JP61193004A
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クラウス・デイートリツヒ・ベイヤー
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International Business Machines Corp
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Publication date
Application filed by International Business Machines Corp filed Critical International Business Machines Corp
Publication of JPS62105445A publication Critical patent/JPS62105445A/ja
Publication of JPH0344419B2 publication Critical patent/JPH0344419B2/ja
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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】 Ａ、産業上の利用分野 この発明は半導体集積回路の製造に関するものであり、
特に、絶縁層分離領域と、接点領域とを、半導体材料中
に同時に形成させる方法に関するものである。
Ｂ、従来技術 集積回路、特に集積度の高い、絶縁層分離装置を製造す
る際、分離を行うために細い溝が形成される。また、基
板接点を設けたい点を、非常に小さい区域内に作成しな
ければならない。ドーピングしない多結晶シリコン、お
よびエピタキシャル・シリ：ｊンはそれぞれ電気抵抗が
極めて高いことが知られている。それり〕え、溝の側壁
、またはシリコンを充填した溝の−１−の不働態化層の
欠陥は、第２の欠陥が第１の欠陥から数μｍ離れていれ
ば、電気回路の性質に影響を与えることはない６したが
って、一般に周知のＲＡＭチップに用いられるような、
ドーピングしない多結晶シリコンの溝分離を用いること
は、リスクの非常に少い分離法であると考えられている
。すなわち、欠陥が十分前れている限り、特定の溝の側
壁で欠陥を起こす電気的な短絡が存在してもその装置の
動作に有害とはならない。
ドーピングしない多結晶シリコンの溝分離を用いること
はまた、溝の底部の部働態化層を除去する工程を必要と
しない。したがって、溝の側壁は、反応性イオン・エッ
チング（ＲＩＥ）等の、エツチング操作に露出されず、
したがって、後の熱鋸理工程で、溝の近傍における転位
の形成による問題の原因ともなるＳｊ、Ｎ、、等の保護
層を必要としない。
ドーピングしない多結晶シリコンを用いた溝による分離
は、利点があるが、シリコン基板との接点を形成する方
法が容易でないため、不利であると考えられている。た
どえげドーピングした多結晶シリコン、またはエピタキ
シャル成長させたシリコンを使用すると、１つの欠陥が
あるために装置または回路が不良となる。これまで、装
置の加工中に基板との接点を形成し、しかも同じ工程で
、溝分離の目的でドーピングしない多結晶シリコンを使
用するのに必要な、ドーピングしたシリコンの溝の領域
を形成する技術はなかった。
従来技術には、多結晶シリコンを溝を充填する材料とし
て使用した例が多い。米国特許第４４７３５９８号、第
４１−４０５５８号、および第４２５２５７９号明細書
にこれらの例が開示されている。シリコンによる分離の
ための溝の充填技術については、米国特許第４５２６６
３１号明細書、ならびに、ＩＢＭテクニカル・ディスク
ロジャ・ブレティン第２５巻第２号（１９８２年７月）
Ｐ。
５５８、第２５巻第６号（１９，８２年１１月）Ｐ。
コ３１０５、第２７巻第２号（１９８４年７月）Ｐ。
１３１３以後、および第２７巻第３号（第１９８４年８
月）ｐ、１４８１にも開示されている。これらの参考文
献によれば、従来技術においては、シリコンによる溝の
充填のための多くの方法が与えられているが、ドーピン
グしたエピタキシャル・シリコン充填材と、ドーピング
しないエピタキシャル・シリコン充填材を同時に形成す
る方法は開示されていない。従来技術による装置のある
ものは、装置の溝分離にドーピングしないシリコン充填
材を使用しているが、ドーピングしたシリコンが必要な
他の領域に、基板との接点を設けるという問題が残って
いる。ドーピングしたシリコンを全般的に使用するこれ
らの技術では、欠陥の近接による、装置の完全な不良の
問題は解決されていない。さらに、装置によっては、必
要なシリコン基板接点形成の簡単な方法がない。ある装
置では、ウェーハの裏面が、付随的な構造の存在のため
、シリコン基板との接点として使用することができない
。これは、ウェーハの裏面を、熱放散等に使用する熱伝
導モジュールに見られる。
Ｃ０発明が解決しようとする問題点 この発明の主目的は、ドーピングしたエピタキシャル・
シリコン充填材と、ドーピングしないエピタキシャル・
シリコン充填材とを、同時に形成する方法を提供するこ
とにある。
Ｄ９問題点を解決するための手段 従来技術における欠点を除去するべく、この発明は、基
板接点のため、１く−ピングしない多結晶シリコンの溝
分離と、１（−ピンクした、エピタキシャル成長させた
シリコンとを、同時に使用する方法を与える。この発明
の方法によれば、非装置領域の溝の側壁に、典型的には
ホウケイ酸塩ガラスのライニングを形成し、次に、エピ
タキシャル成長させたシリコンを、溝中で成長させる。
次に加熱することによって、エピタキシャル成長させた
シリコンが、ホウケイ酸塩中のホウ素によってドーピン
グされる。充填材の温度も、ドーパントの移動に影響を
与える。
さらに、この発明の他の実施例によれば、ドーピングし
ないシリコンを充填した後、多結晶シリコンのドーピン
グを行い、さらに周知の化学的・機械的研摩により平坦
化を行う。このように、最初のエピタキシャル充填材は
、基板接点に用いられ、一方接の多結晶シリコン（ドー
ピングされていない）は、装置の分離に用いられる。
このように、この発明の第１の実施例では、単結晶半導
体基板に、基板の主表面から基板材料の内部へ向って伸
びる、実質的に垂直な側壁のパターンを有する溝が設け
られる。絶縁層が、溝の側壁に形成される。次にホウ素
イオンを注入して、溝の底部にチャネル・ストップ層を
形成する。次に、分離層の側壁上にホウケイ酸塩ガラス
層を形成させる。絶縁層の一部は、ホウケイ酸ガラス層
の一部とともに、エツチングによって底部から除去され
る。１つの方法は、異方性エツチングである。次に、リ
ソグラフィおよびエツチング技術により、電気的接点を
設けたい場所以外の、溝のすべての部分から、ホウケイ
酸塩ガラス層を除去する。次に溝をシリコンで充填して
、基板への電気的接点をもたらすように、シリコンをド
ーピングするために、ホウケイ酸塩層が存在する場所を
除いて、溝内にドーピングしないシリコンを充填した分
離溝のパターンを生成する。
この発明のもう一つの実施例によれば、月１結晶半導体
基板に、基板の主表面から基板材料の内部へ向って伸び
る、実質的に垂直な側壁を有する形状の溝が形成される
。基板と溝にＳ　ｉ　Ｏ２でライニングが行われ、Ｐ型
にドーピングしたチャネル・ストップを形成するため、
溝の底部にホウ素イオンが注入される。次に、フォトレ
ジストを塗布した後ＲＩＥ工程を行い、溝の底部のシリ
コン基板接点を形成すべき場所から酸化物を除去する。
接点が無い溝では、フォトレジストが溝に充填されて残
り、これにより、その溝の底部の５ｉｎ２ライニングが
ＲＩＥエツチングされないように保護する。フォトレジ
ストの除去後、周知の方法を用いて、Ｐ型にドーピング
したエピタキシャル・シリコンを基板接点領域に指定さ
れた溝中で成長させて、これらの溝を、わずかに過充填
する。エピタキシャル成長の１９例は、米国特許第４５
２６６３１号明細書に開示されている。次に、ドーピン
グしない多結晶シリコンを、すべての溝および基板表面
１−に付着させる。その後、Ｐ型にドーピングした、選
択性エピタキシャル・シリコン充填の、シリコン基板接
点溝と、ドーピングしない多結晶シリコン分離溝の両方
を、周知の化学・機械的研摩技術で平坦化させる。
Ｅ、実施例 第１図および第２図を参照して、この発明の第１の実施
例につき説明する。この説明および図面において、この
発明を説明するのに不必要な半導体構造の部分、または
この発明に余分な工程については除外しである。これら
は周知のものである。
この発明の第１の実施例では、溝の側壁層構造の内側を
ライニングするために、ホウケイ酸塩の化最蒸着（ｃｖ
Ｄ）を使用する。これは第１図に示す。
第１図はこの発明の中間開始点を示し、通常、基板１０
は３層構造である。Ｐ型の基板材料は、通常エピタキシ
ャル層のＦにある、低抵抗接点またはコレクタ領域とし
て働く、Ｎ十領域を有する。
第３の層は、Ｎ十領域上に形成されたＮ型エピタキシャ
ル層である。この層は、デバイスの活動領域として働く
。これらの層の部分の電気的絶縁の問題が生じるのは、
この３層構造である。この特定の問題はこの発明により
解決される。
熱形成した５１０２ライニング２２が、溝の内壁中の基
板表面を覆う。熱形成５ｊｏ２層の」二に、Ｓｉ３Ｎ４
の層２４を付着させた後、５ｉＯ２（７）ＣＶｒ）によ
り、層２６を付着させる。周知の方Ｖ；により、溝１８
および２ｏを基板中に形成させる。
この発明によれば、溝の側壁内側のライニングとして、
ＣＶＤによりホウケイ酸塩を形成させる。
この層２８は、溝１８および２ｏ中に付着させる。
ＲＴＥ等の技術を用いて、溝の底部３ｏを開「１させる
。すなわち、溝の底部から層２２．２４および２８を除
去し、チャネル・ストップ層３２を形成させる。
チャネル・ストップは、周知の各種の方法で形成するこ
とができる。たとえば、底部表面３ｏにイオン沈入して
形成させるか、内壁をホウケイ酸塩でライニングした後
、熱処理してホウ素を拡散させるか、またはこれらの組
合せにより、形成することができる。
次に第２図を参照して、後の工程を説明する。
第２図に示すように、溝２０は最終的に基板接点となり
、一方溝１８は分離溝となる。図には２つの溝が示され
ているが、基板１０の−Ｌには、このような溝の列があ
ってもよい。また、溝の寸法は変ってもよく、接触技術
と非接触技術とで異ってもよい。このように、基板接点
領域を除くホウケイ酸塩の溝側壁のすべての部分を除去
するため、選択性エツチングを行う。第２図に示すよう
に。
溝２０にはホウケイ酸塩が残り、溝１８の側壁がらは除
去される。これは、選択性エツチングによるフォトアラ
インメントによって行なわれ、ホウケイ酸塩の溝ライニ
ング材が除去される。このようなエツチング方法は周知
のものである。次に、溝１８および２０が、エピタキシ
ャル・シリコンの選択的付着によって完全に充填される
。このドーピングしない充填材は、１薄１８および２０
を完全に充填する。
充填工程中に、ホウ素が前に付着させたホウケイ酸塩の
ライニングから、基板接点領域３２中のドーピングしな
いエピタキシャル・シリコン中に拡散して、エピタキシ
ャル・シリコンをドーピングする。しかし、ドーピング
しない多結晶シリコンまたはエピタキシャル・シリコン
充填材を充填する前に、ホウケイ酸塩が除去された溝中
では、溝チャネル・ストップのホウ素拡散３２が、溝の
底部に近いエピタキシャル・シリコン中に拡散すること
によってのみドーピングが起る。したがって、第２図に
示すように、エピタキシャル・シリコンがドーピングさ
れるため、溝２０中に基板接点領域３６が形成される。
分離溝１８中では、チャネル・ストップのホウ素の拡散
は、溝底部近くのエピタキシャル・シリコン中にのみ起
る。これは、第２図の浅い部分３８で示される。したが
って、この技術により、一連の分離溝と、一連の基板接
点溝が同時に形成される。この構造は、溝１８上に５１
０２絶縁材］９を、接触溝２０−トに金属接点２３を設
けることにより完成する。
上述の実施例によれば、熱形成Ｓ　ｊＯ２／　Ｓ　１ａ
Ｎ４／ＣＶＤホウケイ酸塩が、ドーピングしないエピタ
キシャル充填材をドーピングするための、溝の側壁とし
て使用される。これらの材料は、後の熱処理により、従
来の側壁構造に見られるような変位の可能性の少い永久
側壁構造を形成する。たとえば、この構造は、熱形成Ｓ
ｉＯ２の厚みが約５００オングストローム、Ｓｉ、Ｎ４
が約５００オンゲス１−ローム、ＣＶＤホウケイ酸塩が
約４．　ＯＯＯオングストロームである。これ以外の相
対的厚みも、この発明の範囲内である。また、この構造
の代りに、他の分離層を使用することもできる。
次に第３〜６図を参照して、この発明の第２の実施例に
ついて説明する。この実施例で同じ構造を用いる限り、
同じ番号を使用している。すなわち、２層１２、Ｎ土層
１４、Ｎ層１６からなる同じ３層構造の基板に溝１８お
よび２０を設ける。
熱形成５ｉｎ２層２２．５ｊ３Ｎ４層２４、およびＣＶ
ＤＳｉＯ２層２６は、第１の実施例と共通の開始点であ
る。他の分離層を使用することもできる。また、Ｐ型に
ドーピングしたチャネル・ストップ３２の形成のため、
溝の底部にホウ素イオンを注入する。
この実施例が第１の実施例と異なる点は、次の工程で、
フォトレジスト４０で１．（板表面を完全に被覆し、各
溝を充填することである。周知のＪＪ法を使用して、接
点を設けたい溝の１−のレジスト４０を開目させる。第
４図は、ＲＩ　＋・；により溝の１底部を開口させ、酸
化物層の−１一部の一部を除去した後の構造を示す。典
型的には、″将来の″シリコン基板接点を形成するため
、溝２０から酸化物を除去するのにＲＩＥが用いられる
。すなわち、第４図は、溝が接点のため開口するよう酸
化物を除去した溝２０と、フォトレジストが充填された
ままの溝［８を示す。このエツチングはまた、ＣｖＤ酸
化物も選択的に除去し、溝２０上の領域を開口させる。
次にフォトレジスト４０を除去する。
次に第５図を参照して、次の工程と、装置の次の中間段
階について説明する。第５図において、選択的に■）型
ドーピングしたエピタキシャル・シリコン域４４を、基
板接点溝２０中に付着させ、成長させる。このエピタキ
シャル・シリコンによる再充填は、図に示すように、溝
２０をわずかに過度に充填する。エピタキシャル・シリ
コンは」二方および外方へ成長させ、溝２０を完全に封
入する。これを第５図（構造４６）に示す。この選択的
成長は、後で溝の底部に基板接点を開［コさせる溝だけ
に起る。選択的エピタキシャル再充填の後、ドーピング
しない多結晶シリコンのブランケット成長を行う。この
層４８は、溝１８を完全に充填し、ＣＶＤ酸化物層２６
を被覆する。この層は、ドーム４６およびエピタキシャ
ル成長させた、Ｐ型ドーピングしたシリコン層も被覆す
る。
第５図は、ドーピングしない多結晶シリコン４８を付着
させると、溝の充填が行われる領域で、平坦性の不連続
が生じることを示す。キャップ４６の近くには隆起も生
じる。装置の平坦化のため、Ｐ型にドーピングしたエピ
タキシャル・ドーム４６と、溝１８を充填する多結晶シ
リコンのドーピングしない材料４８の両方を平坦化する
。化学・機械研摩技術により、ｃｖｎ酸化物層が除去さ
れ、ドーム型構造４６は、基板の上面５０が平坦化され
るように除去される。これを第６図に示す。構造は、Ｓ
ｉ、０２層１９を溝１８上に、金属接点２３を溝２０上
に設けて完成させる。
」二連のように、この技術により、ドーピングしない多
結晶シリコンを充填した分離溝１８が形成され、一方、
同時加工により、Ｐ型にドーピングしたエピタキシャル
・シリコンを付着させ、成長させた基板接点溝２０が形
成される。
次に第７Ａ図および第７Ｂ図を参照して、重なり接点の
例を説明する。前述の実施例では分離溝１８上の５ｉｎ
２被覆１９は、その溝の−にに集中された。同様に、基
板接点溝２０　Ｊ＝−の接点２３は、その溝と心合わせ
された。この発明によれば、接点を溝充填材と、溝側壁
の上に重ねることができる。
第７Ａ図は、多結晶シリコンで再充填した溝４８を有す
る分離溝を示す。絶縁構造２２は、開口部２５が溝１８
、その側壁、および基板の表面を包囲するように開かれ
る。この開口部に多結晶シリコン、エピタキシャル・シ
リコン、またはこれらの組合わせを選択的に付着させる
。溝の充填材および基板材料を過度に充填することによ
り、開口部中に接点が形成される。この構造は、ＣＭＯ
ＳダイナミックＲＡ、　Ｍ技術におけると同様に、溝コ
ンデンサ・セルへの接点を形成するのに用いることがで
きる。
第７Ｂ図は、選択的エピタキシャル成長により再充填し
た溝２０を有する基板接点溝を示す。第７Ａ図に示す実
施例と同様、絶縁構造は溝２０および基板の一部を部分
的に覆うよう開口している。
開口部２５は、ドーピングしたエピタキシャル・シリコ
ンを再充填した溝２０、絶縁溝の側壁および基板のエピ
タキシャル表面に重なっている。この区域は、エピタキ
シャル・シリコン、多結晶シリコン、またはこれらの組
合せたものにより、選択的に充填される。シリコンを充
填した溝と、１１（板材料上で過度に成長させることに
より、ｔｉｌｌ　ｌ’ｉ部に接点が形成される。
この接点構造の利点は、基板表面上の面積製筒約し、隣
接装置との間隔を狭くすることである。
この技術により、加工工程が節減され、接点の位置が正
確になる。すなわち、接点が必要な位置に、高度にドー
ピングされた材料を付着させることができる。この技術
により、過度に成長した部分は、被覆酸化物とほとんど
同一面にあるため、平坦な表面が得られる。
この接点形成技術は、第１〜６図の絶縁構造（Ｓｉｎ２
．５ｉ３Ｎ４）に限定されるものではない。絶縁物は酸
化物でも、窒化物でも、またはそれらを組合わせたもの
でもよい。さらに、接点は溝の上部を横切るように示さ
れているが、側壁に沿って埋め込んだものでもよい。
Ｆ０発明の詳細 な説明したように、この発明によれば、ドーピングしな
い多結晶シリコンによる溝分離と、ドーピングした、エ
ピタキシャル成長させたシリコンによる基板接点を、同
時に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図および第２図は、この発明の１実施例による集積
回路製造の各工程における半導体ウェーハの一部の断面
図、第３〜６図は、この発明の第２の実施例による集積
回路製造の各二［程における半導体ウェーハの一部の断
面図、第７Ａ図および第７Ｂ図は、半導体の一部および
重なり接点を示す断面図である。 １０・・・・基板、１−２・・・・Ｐ一層、１４・・・
・Ｎ層層、１６・・・・Ｎ層、１８・・・・分離溝、２
０・・・・基板接点溝、２２・・・・Ｓｉｎ２層、２４
・・・・Ｓ　ｊ、３　Ｎ４層、２６・・・・ＣｖＤ　Ｓ
ｉＯ２層。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）（ａ）主表面から下方に延びる、実質的に垂直な
    壁面を有する溝の形状を有する半導体基板を形成し、 （ｂ）前記の溝の壁面上に、絶縁層を形成し、 （ｃ）前記絶縁層上に、ホウケイ酸塩ガラス層を形成し
    、 （ｄ）前記の溝の底部から、異方性エッチングにより、
    前記絶縁層および前記ホイケイ酸塩ガラス層の一部を除
    去し、 （ｅ）溝の、分離が行われるべきすべての部分から前記
    ホウケイ酸塩ガラス層を除去し、前記基板と電気的接触
    が行われるべき部分にはホウケイ酸塩ガラス層を残し、 （ｆ）前記の溝のすべてにシリコンを充填し、シリコン
    がホウケイ酸塩層によりドーピングされる溝中に、ドー
    ピングされないシリコンを充填した分離溝のパターンと
    、基板接点のパターンとを、同時に形成する、工程から
    なることを特徴とする、分離パターンおよび接点パター
    ンを有する半導体デバイス構造の形成方法。
  2. （２）異方性エッチングの後、さらに、前記の溝にホウ
    素を注入して、チャネル・ストップ層を形成する工程を
    有することを特徴とする、特許請求範囲第（１）項記載
    の方法。
  3. （３）前記の等方性エッチングが、反応性イオン・エッ
    チングであることを特徴とする、特許請求範囲第（１）
    項記載の方法。
  4. （４）さらに、前記の基板接点のパターンを有する溝の
    上に、接点を設ける工程を有することを特徴とする、特
    許請求範囲第（１）項記載の方法。
  5. （５）前記の溝に充填する前記のシリコンが、ドーピン
    グされないエピタキシャル・シリコンであることを特徴
    とする、特許請求範囲第（１）項記載の方法。
  6. （６）前記の絶縁層を形成する工程が、前記の基板およ
    び、前記の溝の主壁面上に、熱形成ＳｉＯ＿２層を付着
    させ、前記ＳｉＯ＿２層上にＳｉ＿３Ｎ＿４の層を付着
    させる工程からなることを特徴とする、特許請求範囲第
    （１）項記載の方法。
  7. （７）前記ホウケイ酸塩層を、前記絶縁層上に付着させ
    ることを特徴とする、特許請求範囲第（６）項記載の方
    法。
  8. （８）前記ホウケイ酸塩層を除去する工程が、エッチン
    グによることを特徴とする、特許請求範囲第（１）項記
    載の方法。
JP61193004A 1985-10-31 1986-08-20 半導体デバイス構造の形成方法 Granted JPS62105445A (ja)

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