JP3189387B2 - 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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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、誘電体分離構造の半導
体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】特開昭63ー58817号公報は、半導
体基板表面に形成された基板絶縁膜上に溝絶縁膜付きの
分離溝により互いに分離された複数の第1半導体領域を
形成し、基板絶縁膜の開口部上にエピタキシャル成長に
より基板導通可能な第2半導体領域を形成すると同時に
分離溝をポリシリコンで埋めて、誘電体分離構造の半導
体装置を作製している。
【0003】この種の半導体装置は、第2半導体領域に
パワー素子を有し、第1半導体領域に高耐圧の集積回路
を有するインテリジェントパワー素子に好適である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報に開示される方法でこの種の誘電体分離構造の半導体
装置を製造する場合、エピタキシャル成長に適した高温
環境で分離溝にポリシリコンを充填することになるため
に、分離溝中のポリシリコン中に巣が生じる場合があっ
た。このような巣が生じると、製造工程中の凹部が露出
し例えば配線の段切れ、凹部でのゴミ等の残査により信
頼性の低下という問題が生じる。なお、エピタキシャル
成長・ポリシリコン充填の途中で何回もアニールを行っ
て巣を低減することも可能であるが、工程が複雑とな
り、エピ領域の特性も劣化する虞れがある。エピタキシ
ャル成長温度を低減するとエピ領域の特性が劣化してし
まう。
【0005】特に、上記問題は微細化を図る場合に重大
となった。これは高温条件では大粒径のポリシリコンが
形成されるので、微細化により分離溝幅が縮小するとま
すます分離溝内のポリシリコンに巣が生じ易くなる。本
発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、ポリシリ
コンが充填された分離溝とエピ領域とを有する半導体装
置の製造方法において、分離溝中のポリシリコンに含ま
れる巣を低減することを、その目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】第一発明の半導体装置の
製造方法は、半導体基板表面に形成された基板絶縁膜上
に溝絶縁膜付きの略垂直な側壁を有する分離溝により互
いに分離された複数の第1半導体領域を形成する第1工
程と、前記基板絶縁膜の開口部上にエピタキシャル成長
により基板導通可能な第2半導体領域を形成するととも
に前記分離溝をポリシリコンで埋める第2工程とを有す
る半導体装置の製造方法において、前記第2工程は、前
記分離溝を埋める分離溝充填とエピタキシャル成長によ
り基板導通可能な第2半導体領域の下部を形成する低温
の工程と、その後に実施されてエピタキシャル成長によ
り前記第2半導体領域の上部を形成する高温の工程と、
その後で表面部を平坦化する工程とを有することを特徴
としている。第二発明の半導体装置の製造方法は、半導
体基板表面に形成された基板絶縁膜上に溝絶縁膜付きの
略垂直な側壁を有する分離溝により互いに分離された複
数の第1半導体領域を形成する第1工程と、前記基板絶
縁膜の開口部上にエピタキシャル成長により基板導通可
能な第2半導体領域を形成するとともに前記分離溝をポ
リシリコンで埋める第2工程とを有する半導体装置の製
造方法において、前記第2工程は、前記分離溝をポリシ
リコンで埋める低温の工程と、その後に実施されて基板
導通可能な第2半導体領域になる領域に堆積された前記
ポリシリコンとその下部の上記半導体基板表面に形成さ
れた基板絶縁膜とを選択除去する工程と、その後で前記
第2半導体領域を高温のエピタキシャル成長により形成
する工程と、その後で表面部を平坦化する工程とを有す
ることを特徴としている。
【0007】なお、分離溝に埋設されるポリシリコンは
アモルファスシリコンを随伴することもできる。
【0008】
【発明の効果】以上説明したように本発明の半導体装置
の製造方法は、エピタキシャル成長時の温度よりも低温
条件でポリシリコン堆積を行って略垂直に形成された
離溝をまず埋め、その後、高温でエピタキシャル成長を
行って第2半導体領域を完成させ、その後、上記ポリシ
リコン堆積及びエピタキシャル成長時に生じる不要なシ
リコンを除去して表面部を平坦としている。
【0009】このようにすれば、エピタキシャル成長領
域すなわち第2半導体領域の電気特性を劣化させること
なく分離溝中の巣を低減することができ、また別工程で
行われる上記分離溝充填工程及びエピタキシャル成長工
程で形成される不要シリコンを最後に除去しているの
で、工程短縮もできる。
【0010】
【実施例】(実施例1)以下、本発明の一実施例を示す
断面図を図1に示す。この半導体装置において、1はN
+ シリコン基板(半導体基板)、2はシリコン酸化膜
(基板絶縁膜)、3、4は第1半導体領域、5は第1半
導体領域3、4を分離する分離溝、6は分離溝5の表面
に形成されたシリコン酸化膜(溝絶縁膜)、7は分離溝
6に充填されたポリシリコン、8はN- エピ領域からな
る第2半導体領域、Gはゲート絶縁膜(図示せず)上の
ゲート電極である。第1半導体領域3にはPMOSトラ
ンジスタが形成されており、第1半導体領域4にはNP
Nバイポーラトランジスタが形成されており、第2半導
体領域8には縦型チャンネルパワーMOSトランジスタ
が形成されている。なお、上記素子に関してはフィール
ド絶縁膜、配線等は省略してある。
【0011】以下、上記装置の製造工程を図1から図5
を参照して詳述する。まず図2に示すように、N+ 拡散
層91を形成した比抵抗1〜20Ω・cmのN- 型(1
00)単結晶シリコン基板92を用意し、その表面に熱
酸化シリコン酸化膜2を0.1〜2μmの厚さに形成し
た。また、Asなどの不純物を高濃度に含んだN+
(100)単結晶シリコン基板1をH2 2 −H2 SO
4 混合液中で加熱し、親水性処理を行い、室温でこれら
基板92、1を合わせ、摂氏600〜1000度で30
分〜2時間熱処理し、接合させた。
【0012】つづいて所定の厚さ(例えば、0.5〜3
0μm、本実施例では5μm)に基板92を鏡面研磨し
てSOI基板を作製し、このSOI基板の表面に酸化膜
(図示せず)を形成し、通常のホトリソ工程により所定
のマスクパタンを形成し、ドライエッチングによりシリ
コン酸化膜2に達するトレンチ領域5、50を形成し
た。トレンチ領域5は本発明でいう分離溝であり、トレ
ンチ領域50はパワー素子のためのエピ成長領域である
(図3参照)。このトレンチにより互いに空間分離され
た単結晶の第1半導体領域3、4が形成される。
【0013】つづいて図4に示すように、熱酸化により
シリコン酸化膜6を0.1〜1μm形成し、各第1半導
体領域3、4の上面及び側面を絶縁保護する。側面のシ
リコン酸化膜6は本発明でいう溝絶縁膜となっている。
つづいてトレンチ領域50のシリコン酸化膜2を除去し
て窓部51を形成し、シリコン基板1を露出した。つづ
いて図5に示すように、第1のデポジション工程(本発
明でいう分離溝充填工程)を実施し、露出したシリコン
基板1の表面に単結晶のN- エピタキシャル領域を成長
させ、同時にシリコン酸化膜6表面にポリシリコン層7
1を堆積させる。この実施例では、トレンチ領域5の埋
設が完了するまでこの第1のデポジション工程を実施す
る。
【0014】ここで重要なことは、トレンチ領域5中の
ポリシリコン層71に巣が生じるのを防ぐために、第2
半導体領域8中の結晶欠陥などによる特性劣化の許容範
囲でできだけ炉内温度を低下することである。この実施
例では、第1のデポジション工程は減圧状態で摂氏60
0〜1050度(好適には摂氏950度)で実施され
る。なお、デポジションの途中でアニールを行うことは
当然可能である。
【0015】このようにすれば小粒径のポリシリコンが
析出するので、トレンチ領域5の幅が2μm以下、トレ
ンチ深さが5μm以上であっても、巣の発生を防止する
ことができる。つづいて第2のデポジション工程(本発
明でいうエピタキシャル成長工程)を実施し、トレンチ
領域50のエピタキシャル領域81の上に更に単結晶の
- エピタキシャル領域82を成長させ、エピタキシャ
ル領域81、82により第2半導体領域8を形成する。
第2のデポジション工程は、エピタキシャル領域82の
表面が第1半導体領域3、4上のシリコン酸化膜6より
も高位置となるまで行う。このようにするとポリシリコ
ン層71上にポリシリコン層72が形成される。
【0016】ここで重要なことは、エピタキシャル領域
82の電気特性を向上させるために、第2のデポジショ
ン工程を摂氏1050〜1200度の高温(ここでは摂
氏1150度)で行うことである。このようにすること
により、後でエミッタ、ベース、チャンネルなどが形成
される第2半導体領域8の表面部の電気特性の劣化が防
止される。また、トレンチ領域5の内でやや広い幅をも
つもので上記第1のデポジション工程では埋め切れなか
ったもの(図示せず)にも、完全にポリシリコン充填が
完了する。
【0017】つづいて図1に示すように、シリコン酸化
膜6をストッパとして選択研磨により表面を平滑にした
(本発明でいう平坦化工程)。つづいて通常のIC製造
プロセスにより第2半導体領域8には縦型チャンネルパ
ワーMOSTを作製し、第1半導体領域3にはNMOS
T(図示せず)、PMOSTを作製し、第1半導体領域
4にはバイポーラトランジスタを作製した。
【0018】なお本実施例において窓部51を形成する
時、第1半導体領域3、4上面のシリコン酸化膜6を選
択除去することもできる。また、上記第1、第2のデポ
ジション工程に際し、レーザー照射による光エピタキシ
ャル成長を採用すれば、基板温度の低下と結晶品質の向
上を図ることができる。更に、第1のデポジション工程
で超高真空中で低温エピタキシャル成長(600〜80
0℃)することにより結晶品質を向上することができ
る。 (実施例2)他の実施例の製造工程を図6〜図11に示
す。
【0019】この実施例の装置は図1に示す実施例1の
装置と同一構造をもつ。まず実施例1と同じ工程で図3
に示す半製品を形成し、この上に上記した第1のデポジ
ション工程を行う。なお、この場合にはトレンチ領域5
0のシリコン酸化膜2は開口されていないのでトレンチ
領域50にもポリシリコン層71が形成される。したが
って、この第1のデポジション工程はエピタキシャル成
長温度に規制されることなく、ポリシリコン層71の小
粒径化のための最適な炉内温度(ここでは摂氏650
度)を選択でき、これにより、トレンチ領域5に巣のな
いポリシリコン層71が充填される。また、この時ポリ
シリコン層71にリン等の不純物を導入すれば抵抗化、
ゲッタリングを確実におこなう事ができる。
【0020】つづいてホトリソ工程によりトレンチ領域
50を選択エッチングして窓部52を形成する。ここで
は、トレンチ領域50のポリシリコン層71はドライエ
ッチングで、その下のシリコン酸化膜2はウェットエッ
チングで除去し、単結晶のシリコン基板1を露出させ
た。つぎに上記した第2のデポジション工程を実施し、
トレンチ領域50に第2半導体領域を構成する単結晶の
- エピタキシャル領域83を形成した。この時、ポリ
シリコン層71上にはポリシリコン層72が堆積する。
【0021】つづいて実施例1と同様にシリコン酸化膜
6をストッパとして選択研磨をおこない表面を平坦に
し、工程の要部を完了した。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の製造方法を適用した半導体装置の断面
図、
【図2】実施例1の工程を示す断面図、
【図3】実施例1の工程を示す断面図、
【図4】実施例1の工程を示す断面図、
【図5】実施例1の工程を示す断面図、
【図6】実施例2の工程を示す断面図、
【図7】実施例2の工程を示す断面図、
【図8】実施例2の工程を示す断面図、
【符号の説明】
1はN+ シリコン基板(半導体基板)、2はシリコン酸
化膜(基板絶縁膜)、3、4は第1半導体領域、5.5
0はトレンチ領域(分離溝)、6はシリコン酸化膜
(溝絶縁膜)、7はポリシリコン、8は第2半導体領
域、

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板表面に形成された基板絶縁膜
    上に溝絶縁膜付きの略垂直な側壁を有する分離溝により
    互いに分離された複数の第1半導体領域を形成する第1
    工程と、前記基板絶縁膜の開口部上にエピタキシャル成
    長により基板導通可能な第2半導体領域を形成するとと
    もに前記分離溝をポリシリコンで埋める第2工程とを有
    する半導体装置の製造方法において、 前記第2工程は、前記分離溝を埋める分離溝充填とエピ
    タキシャル成長により基板導通可能な第2半導体領域の
    下部を形成する低温の工程と、その後に実施されてエピ
    タキシャル成長により前記第2半導体領域の上部を形成
    する高温の工程と、その後で表面部を平坦化する工程と
    を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 半導体基板表面に形成された基板絶縁膜
    上に溝絶縁膜付きの略垂直な側壁を有する分離溝により
    互いに分離された複数の第1半導体領域を形成する第1
    工程と、前記基板絶縁膜の開口部上にエピタキシャル成
    長により基板導通可能な第2半導体領域を形成するとと
    もに前記分離溝をポリシリコンで埋める第2工程とを有
    する半導体装置の製造方法において、 前記第2工程は、前記分離溝をポリシリコンで埋める低
    温の工程と、その後に実施されて基板導通可能な第2半
    導体領域になる領域に堆積された前記ポリシリコンとそ
    の下部の上記半導体基板表面に形成された基板絶縁膜と
    を選択除去する工程と、その後で前記第2半導体領域を
    高温のエピタキシャル成長により形成する工程と、その
    後で表面部を平坦化する工程とを有することを特徴とす
    る半導体装置の製造方法。
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