JP2858383B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JP2858383B2
JP2858383B2 JP26504791A JP26504791A JP2858383B2 JP 2858383 B2 JP2858383 B2 JP 2858383B2 JP 26504791 A JP26504791 A JP 26504791A JP 26504791 A JP26504791 A JP 26504791A JP 2858383 B2 JP2858383 B2 JP 2858383B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法に
関し、詳しくはシリコン基板に深い溝を形成する場合の
結晶欠陥を解消する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、深い溝を形成して素子間分離
を図ることによりモノリシックな半導体集積回路を構成
する方法が知られている。例えば、特開昭61−598
52号公報には、貼り合わせSOI基板に分離溝を形成
して素子分離を行う半導体装置の製造方法が開示されて
いる。この方法は、絶縁膜を介して一対のシリコン基板
を接合して作製されたSOI基板の表面に所定部位が開
口したマスクとしての酸化膜を形成し、該開口を介して
一方のシリコン基板をエッチングして上記絶縁膜に達す
る分離溝を形成し、そして熱酸化などにより分離溝及び
上記一方のシリコン基板の表面に絶縁被膜を形成した
後、多結晶シリコンで分離溝を埋め、分離溝からはみ出
た絶縁被膜及び多結晶シリコンや上記マスクとしての酸
化膜を除去することにより、分離溝及び絶縁被膜で他の
領域と電気的に完全に分離された素子領域を形成するも
のである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記分離溝
は一般にR.I.E(Reactive Ion Et
ching)処理によりシリコン基板をエッチングして
形成される。このR.I.E処理は、シリコン基板が載
置される電極に高周波を印加して陰極降下電圧(バイア
ス電圧)を発生させ、フッ素系の原料ガスがプラズマ放
電されて発生した活性粒子としてのイオンやラジカル
を、シリコン基板と衝突、反応させてエッチングするも
のである。
【0004】ところが、このR.I.E処理により分離
溝を形成すると、上記したようにR.I.E処理は物理
的なエッチング機構を伴い攻撃性が大きいため、シリコ
ン基板の分離溝の内壁面や、分離溝の周囲のシリコン基
板表面にエッチングダメージによる結晶欠陥が発生し、
電流漏れの原因となる。このような結晶欠陥を除去する
目的で、従来より分離溝の内壁面に犠牲酸化処理又は
C.D.E(Chemical Dry Etchin
g)処理を施すことが行われていた。なお、犠牲酸化処
理とは、分離溝の内壁面に結晶欠陥の存在する深さまで
達する酸化膜を形成し、この酸化膜をエッチング除去す
ることにより結晶欠陥をなくす処理である。また、C.
D.E処理とは、プラズマ放電により活性化した原料ガ
スのラジカルによって、結晶欠陥のある部分を攻撃性の
小さい化学的なエッチング機構のみでエッチング除去す
る処理である。
【0005】ところが、上記犠牲酸化処理やC.D.E
処理では結晶欠陥を完全に無くすには未だ不充分であ
り、結晶欠陥による不都合を十分に解消していないこと
が判明した。本発明は、深い溝をエッチングする際に溝
内壁面や溝の周囲のシリコン基板表面に発生する結晶欠
陥を好適に解消して、半導体装置の電流漏れを防ぐをこ
とを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、シリコン基板に溝を形成する工程と、上記溝
の内壁面をC.D.E(Chemical Dry E
tching)処理する工程と、上記C.D.E処理し
た溝の内壁面をアニール処理する工程とを具備すること
を特徴とする。
【0007】上記C.D.E処理の条件は特に限定され
ないが、溝形成時に発生したダメージ層を完全にエッチ
ング除去でき、しかもこのC.D.E処理による新たな
ダメージ層の発生が極力抑えられる条件とすることが好
ましい。このC.D.E処理により、溝形成時に発生し
たダメージ層の深さの2〜5倍の深さをエッチング除去
する。
【0008】アニール処理は、C.D.E処理で除去し
きれなかったダメージ層や、C.D.E処理により新た
に発生したダメージ層を回復することさえできれば、特
にその条件は限定されないが、例えば不活性なN2 雰囲
気下で、1000〜1100℃の温度で10〜30分程
度加熱することにより行うことができる。
【0009】
【作用】本発明の半導体装置の製造方法では、シリコン
基板に形成した溝の内壁面にC.D.E処理を施すこと
により、該溝形成時に溝の内壁面や溝周囲のシリコン基
板表面に発生したダメージ層が十分に又は完全に除去さ
れる。そして、C.D.E処理した溝の内壁面をアニー
ル処理することにより、C.D.E処理で除去しきれな
かったダメージ層や、C.D.E処理により新たに発生
したダメージ層が回復する。これにより、溝の内壁面や
溝の周囲のシリコン基板表面の結晶欠陥は解消すること
が可能となる。
【0010】
【実施例】以下、本発明の実施例を図に基づき説明す
る。本発明の製造方法を絶縁分離バイポーラICに適用
した例を示す。P- 型の第1シリコン基板1の一方の主
面に鏡面研磨を施した後、熱酸化を施し所定の膜厚の絶
縁膜2を形成した。そして、この第1シリコン基板1の
絶縁膜2側に、鏡面研磨された主面を有するN- 型の第
2シリコン基板3を十分に清浄な雰囲気下で密着、加熱
して、それぞれのシリコン基板1、3で絶縁膜2を挟む
ように一体に接合した。これにより、第1シリコン基板
1上に絶縁膜2を介して第2シリコン基板3を接合して
構成されたSOI基板を作製した。なお、第2シリコン
基板3には、接合を施す前に第2シリコン基板3の表面
よりドーピングすることによりN+ 型の高濃度不純物層
4が形成されている。
【0011】そして、一連の酸化、フォトリソグラフ
ィ、不純物拡散工程により、ディープN+ 領域7を第2
シリコン基板3に形成した。この後、第2シリコン基板
3の表面に、熱酸化によりSiO2 膜8を形成した(図
1参照)後、図2に示すようにSi3 4 膜9及びCV
D−SiO2 膜10を順次堆積した。なお、このCVD
−SiO2 膜10は、後工程で分離溝11をエッチング
する際のマスク部材として働き、分離溝11の形成後に
エッチング除去されるものである。
【0012】次いで、フォトリソグラフィ処理及びCF
4 、CHF3 を主成分とするエッチングガスを用いた
R.I.E(Reactive Ion Etchin
g)処理を施し、CVD−SiO2 膜10の表面に形成
されたレジスト膜をマスクとしてSiO2 膜8、Si3
4 膜9及びCVD−SiO2 膜10を第2シリコン基
の表面に達するまで選択的にエッチングして開口を
形成した後、上記レジスト膜を除去し、CVD−SiO
2 膜10をマスクにしてHBrを主成分とするエッチン
グガスを用いたR.I.E処理により第2シリコン基板
3を選択的にエッチングし、絶縁膜2に達する分離溝1
1を形成した(図2参照)。
【0013】そして、CVD−SiO2 膜10はフッ素
溶液によるウェットエッチング処理により除去した。
(図3参照)。次に、分離溝11の内壁面にC.D.E
処理を施した。このC.D.E処理は、高周波放電型の
プラズマ発生装置を用い、原料ガス:CF4 ,N2 ,O
2 、周波数:13.56MHz、エッチング速度:15
00Å/min、プラズマからウエハーまでの距離:1
00cmの条件で行った。これにより、分離溝11の内
壁面を約1500Åエッチングした。
【0014】次に、C.D.E処理した分離溝11の内
壁面をアニール処理した。このアニール処理は、N2
囲気下で、1000℃の温度で30分加熱することによ
り行った。次に、アニール処理した分離溝11の内壁面
を犠牲酸化処理した。この犠牲酸化処理は、1000℃
のドライ酸化により500Åの犠牲酸化膜を形成後、こ
の犠牲酸化膜をフッ酸で除去することにより行った。
【0015】そして、分離溝11の内壁面に1050℃
のウェット熱酸化により絶縁被膜12を形成した(図4
参照)後、多結晶シリコン13をLP−CVD法により
分離溝11及びSi3 4 膜9上に堆積させて、分離溝
11に多結晶シリコン13を充填した(図5参照)。次
に、ドライエッチング処理により、Si3 4 膜9上に
堆積された多結晶シリコン13をエッチングバックした
後、分離溝11内の多結晶シリコン13の上部に熱酸化
により酸化膜14を形成した(図6参照)。
【0016】次に、Si3 4 膜9をリン酸を用いてエ
ッチング除去した(図7参照)。次に、LOCOS酸化
法によりフィールド酸化膜15を形成するとともに一連
のフォトリソグラフィ、不純物拡散工程によりP+ ベー
ス領域5、N+ エミッタ領域6を形成し、最後にAl電
極16を形成することにより半導体装置を製造した(図
8参照)。 (評価)上記実施例において、分離溝11の内壁面に絶
縁被膜12を形成した後、該絶縁被膜12、SiO2
8及びSi3 4 膜9をエッチング除去し、secco
エッチング処理により結晶欠陥を顕在化させて、第2シ
リコン基板3の表面を光学顕微鏡で観察した。そして、
一辺が200μmの正方形中に観察された欠陥を数える
ことにより、欠陥密度を計算した。その結果を図9に示
す。
【0017】また、比較のため、C.D.E処理及びア
ニール処理を施していないもの、アニール処理のみ施し
たもの、アニール処理及び犠牲酸化処理を施したもの、
C.D.E処理のみ施したもの、C.D.E処理及び犠
牲酸化処理を施したもの、さらにはC.D.E処理及び
アニール処理を施したものについても同様に欠陥密度を
調べた。その結果を図9に併せて示す。なお、図9中、
+のプロットを結んだ線図は第2シリコン基板3表面の
中央付近を観察した結果を示し、□のプロッを結んだ線
図は第2シリコン基板3表面の上部付近を観察した結果
を示し、△のプロッを結んだ線図は第2シリコン基板3
表面の下部付近を観察した結果を示す。
【0018】この結果、C.D.E処理及びアニール処
理を施していないもの、又はどちらか一方のみの処理を
施したものは、欠陥密度の減少が認められず、分離溝1
1の周囲の第2シリコン基板3表面に結晶欠陥が観察さ
れた。一方、C.D.E処理、アニール処理及び犠牲酸
化処理を施したもの、並びにC.D.E処理及びアニー
ル処理を施したものは、共に結晶欠陥を無くすことがで
きた。この結果、少なくともC.D.E処理及びアニー
ル処理を施すことにより、結晶欠陥を無くせることが確
認できる。なお、図9中、これらの欠陥密度は104
/cm2 を示しているが、この数値は測定限界によるも
ので、実際には結晶欠陥は観察されなかった。また、上
記欠陥密度の測定は、第2シリコン基板3の表面のみを
観察して行ったものであるが、第2シリコン基板3の横
断面を観察した結果、分離溝11の内壁面の結晶欠陥も
本実施例の方法により無くすことができた。
【0019】このように本実施例の製造方法によれば、
素子分離用に形成された分離溝の内壁面にC.D.E処
理及びアニール処理することにより、分離溝の内壁面や
分離溝の周囲のシリコン基板表面の結晶欠陥を解消する
ことが可能となり、結晶欠陥に起因する電流漏れを防ぐ
ことができる。なお、上記実施例では本発明をSOI基
板の分離溝に適用する例について示したが、単なるシリ
コン基板のトレンチキャパシタやトレンチアイソレーシ
ョンにも本発明を適用することができる。
【0020】
【発明の効果】以上詳述したように本発明の半導体装置
の製造方法は、分離溝形成の際、分離溝の内壁面や分離
溝の周囲のシリコン基板表面に不可避的に発生する結晶
欠陥を、その後のC.D.E処理及びこれに続くアニー
ル処理により解消することができ、結晶欠陥に起因する
電流漏れの不都合を防ぐことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例の半導体装置の製造方法を示す工程図で
ある。
【図2】実施例の半導体装置の製造方法を示す工程図で
ある。
【図3】実施例の半導体装置の製造方法を示す工程図で
ある。
【図4】実施例の半導体装置の製造方法を示す工程図で
ある。
【図5】実施例の半導体装置の製造方法を示す工程図で
ある。
【図6】実施例の半導体装置の製造方法を示す工程図で
ある。
【図7】実施例の半導体装置の製造方法を示す工程図で
ある。
【図8】実施例の半導体装置の製造方法を示す工程図で
ある。
【図9】欠陥密度を測定した結果を示す線図である。
【符号の説明】 1は第1シリコン基板、2は絶縁膜、3は第2シリコン
基板、11は分離溝、12は絶縁被膜である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−166230(JP,A) 特開 昭56−51580(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/3065 H01L 21/324 H01L 21/76

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリコン基板に溝を形成する工程と、 上記溝の内壁面をC.D.E(Chemical Dr
    y Etching)処理する工程と、 上記C.D.E処理した溝の内壁面をアニール処理する
    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。
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