JP5446388B2 - 集積化半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
基板と前記基板の上に配置された第1の絶縁膜と前記第1の絶縁膜の上に配置され半導体層とから成るウェーハを用意する工程と、
前記半導体層を複数の半導体素子領域に分離するために前記半導体層の表面から前記第1の絶縁膜に向って延びているトレンチを前記半導体層に形成する工程であって、前記半導体層の主面と前記第1の絶縁膜との間における前記半導体層の厚みよりも小さい厚みを有する部分が該トレンチと前記第1の絶縁膜との間に残存するように前記半導体層にトレンチを形成する工程と、
前記半導体層の前記トレンチに露出している部分を酸化させることによって前記トレンチの壁面を覆い且つ前記第1の絶縁膜に接触している第2の絶縁膜を得る工程と
を有し、前記第2の絶縁膜を得る工程は、
前記半導体層の前記トレンチの入口から前記厚みの小さい残存部分までの前記トレンチの主側面に沿って第1の濃度に不純物を導入し、前記厚みの小さい残存部分に沿って前記第1の濃度よりも高い第2の濃度に不純物を導入する工程と、
前記不純物が導入された前記半導体層を酸化性雰囲気で熱処理することによって前記第2の絶縁膜を得る工程と
を含んでいることを特徴とする集積化半導体装置の製造方法に係わるものである。
また、請求項3に示すように、前記半導体層を酸化性雰囲気で加熱することによって前記第2の絶縁膜を得る工程は、前記第2の濃度に不純物が導入された領域の酸化速度を前記第1の濃度に不純物が導入された領域の酸化速度よりも大きくすることができる第1の温度の熱酸化処理を前記半導体層に施し、前記第1の濃度に不純物が導入された領域上の酸化膜よりも厚い酸化膜を前記第2の濃度に不純物が導入された領域上に得る工程と、前記第1の温度よりも高い第2の温度の熱酸化処理を前記半導体層に施す工程とを含んでいることが望ましい。
また、請求項4に示すように、前記トレンチを前記半導体層に形成する工程は、前記半導体層の主面から前記第1の絶縁膜に達しない深さの第1のトレンチを前記半導体層に形成する第1の工程と、前記第1のトレンチの下の前記半導体層を更に除去して前記第1の絶縁膜に達する先細の先端を有する第2のトレンチを形成する第2の工程とを含んでいることが望ましい。
また、請求項5に示すように、前記トレンチを前記半導体層に形成する工程は、該トレンチの底と前記第1の絶縁膜との間に、前記第2の絶縁膜を形成する工程で酸化物に変換できる厚みを有する前記半導体層の残存部分が生じるようにトレンチを形成する工程であることが望ましい。
また、請求項6に示すように、前記トレンチの前記半導体層の主面から前記半導体層の前記小さい厚みを有する部分までの主側面は、前記半導体層の主面に対してほぼ垂直に延びていることが望ましい。
また、請求項7に示すように、前記半導体層の前記小さい厚みを有する部分は、傾斜又は湾曲した表面を有していることが望ましい。
また、請求項8に示すように、集積化半導体装置を製造するために、
基板と前記基板の上に配置された第1の絶縁膜と前記第1の絶縁膜の上に配置され半導体層とから成るウェーハを用意する工程と、
前記半導体層を複数の半導体素子領域に分離するために前記半導体層の表面から前記第1の絶縁膜に達するトレンチを前記半導体層に形成する工程と、
前記半導体層の前記トレンチの入口から途中までの第1の部分の壁面に沿って第1の濃度に不純物が導入し、前記第1の部分と前記トレンチの先端との間の第2の部分の壁面に沿って前記第1の濃度よりも高い第2の濃度に不純物が導入された部分とを形成する工程と、
前記第2の濃度に不純物が導入された前記第2の部分の酸化速度を前記第1の濃度に不純物が導入された前記第1の部分の酸化速度よりも大きくすることができる第1の温度の熱酸化処理を前記半導体層に施し、前記第1の濃度に不純物が導入された領域上の酸化膜よりも厚い酸化膜を前記第2の濃度に不純物が導入された前記第2の部分上に得る工程と、
前記第1の温度よりも高い第2の温度の熱酸化処理を前記半導体層に施す工程とを含んでいることが望ましい。
また、請求項8〜9の発明によれば、半導体層の前記トレンチの入口から途中までの第1の部分の壁面に沿って第1の濃度に不純物が導入し、前記第1の部分と前記トレンチの先端との間の第2の部分の壁面に沿って前記第1の濃度よりも高い第2の濃度に不純物が導入された部分とを形成する工程と、前記第2の濃度に不純物が導入された前記第2の部分の酸化速度を前記第1の濃度に不純物が導入された前記第1の部分の酸化速度よりも大きくすることができる第1の温度の熱酸化処理を前記半導体層に施し、前記第1の濃度に不純物が導入された領域上の酸化膜よりも厚い酸化膜を前記第2の濃度に不純物が導入された前記第2の部分上に得る工程と、前記第1の温度よりも高い第2の温度の熱酸化処理を前記半導体層に施す工程とを組合せることによって、前記第2の部分上に比較的厚い酸化膜を容易に得ることができ、耐圧が高く且つリーク電流の小さい集積化半導体装置を得ることができる。
トレンチ16の下に延びている袖部分18は、トレンチ16を形成するためのエッチングガス、エッチングレート及びエッチング時間、パワー等のエッチング条件を最適に設定することによって容易に得られる。
図5の実施例ではトレンチ16の底に第1のシリコン酸化膜12が幅Wbだけ露出している。図5において第1のシリコン酸化膜12の露出幅Wbはトレンチ16の主側面17aにおける幅Waの約半分Wa/2である。しかし、第1のシリコン酸化膜12の露出を例えば0〜Wa(好ましくは0〜Wa/1.01)の範囲で任意に変えることができる。シリコン半導体層13の袖部分18は傾斜面17bを有している。従って、袖部分18の厚みは、トレンチ16の外周における最大厚みCからトレンチ16の中心に向って徐々に小さくなっている。このため、図5のシリコン半導体層13は図1の従来のシリコン半導体層3のノッチ7に相当するものを有さない。袖部分18の最大厚みCは、シリコン半導体層13の主面と第1のシリコン酸化膜12との間隔Bよりも小さい。
上記第1の温度は、不純物濃度の高い領域23において周知の増速酸化が顕著に生じる温度範囲(好ましくは700〜900℃)内に決定される。
なお、図7のシリコン酸化膜25はこの中に図6の汚染防止酸化膜20を含めた状態で示されている。また、第1の厚みT1はシリコン酸化膜25の第1の部分26の表面に対する垂線方向の厚みで示され、第2の厚みT2はシリコン酸化膜25の第2の部分27の表面における垂線方向又は法線方向の厚みで示されている。
なお、図7及び図8において、トレンチ16の垂直な主側面17aを覆うシリコン酸化膜25、25´の部分を第1の部分26,26´、裾部分18を覆うシリコン酸化膜25、25´の部分を第2の部分27,27´と呼んでいる。
なお、図6に示す汚染防止酸化膜20、図7及び図8に示すシリコン酸化膜25、25´を形成することによって、図5に示す素子領域19及び裾部分18の形状が変化するが、説明を容易にするために図6、図7及び図8においても素子領域及び裾部分が参照符号19、18で示されている。
図7及び図8に示す裾部分18はシリコン酸化膜25、25´を形成するための熱酸化によって図5のそれよりも小さくなるが、素子領域19の垂直な側面よりもトレンチ16側に僅かに突出している。従って、第1の絶縁膜12が裾部分18を伴った素子領域19で覆われていない部分の幅Wb´は、トレンチ16の主側面17a間の幅、即ち素子領域19の相互間の幅Wa´よりも狭い。
また、第1の絶縁膜12と素子領域19との界面に沿って図9で点線35で示すn型半導体領域を形成することができる。このn型半導体領域35はn型素子領域19よりも高い不純物濃度に形成される。
また、トレンチ酸化膜25´を伴っているトレンチ16の中に更に図9で鎖線40で示すように導電性多結晶シリコンから成る電極又は絶縁物を充?することができる。
(1) 図5に示すようにトレンチ16の底に傾斜面17bを有する裾部分18が存在し、素子領域19と第1のシリコン酸化膜12との間に図1のノッチ7に相当するものが形成されていない。また、図8のトレンチ酸化膜(第2の絶縁膜)25´を得るための高温酸化処理時に、素子領域19と第1のシリコン酸化膜12との界面が図7に示すようにトレンチ酸化膜(第2の絶縁膜)25の比較的厚い第2の部分27で覆われている。従って、高温酸化処理時に酸素が素子領域19と第1のシリコン酸化膜12との界面に入り込むことが抑制され、ここにシリコン酸化膜が形成されることが抑制される。このため、本実施例では、図2に示す従来例において生じたシリコン酸化膜8がノッチ7に形成され、これにより素子領域6が持ち上げられて素子領域6に結晶欠陥が生じるような問題が生じない。この結果、素子領域19に形成された半導体素子の特性を良好に保つことができる。
(2) 図5に示すように裾部分18の傾斜面17bはトレンチ16の主側面17aに対して傾斜している。この結果、トレンチ16の主側面17aに対するイオン注入角度と同一の角度を保って傾斜面17bにイオンを注入すると、主側面17aの近傍よりも高い不純物濃度の領域23が傾斜面17bの近傍に生じる。これにより、不純物濃度の高い領域での酸化速度が大きいという周知の増速酸化の働きで傾斜面17bに沿ってシリコン酸化膜25の厚い第2の部分27を容易に形成することができる。要するに特別な工程を設けずに、裾部分18の傾斜面17bにシリコン酸化膜25の厚い第2の部分27を得ることができる。
(3) 比較的低い第1の温度の酸化処理によって傾斜面17bにシリコン酸化膜25の厚い第2の部分27を予め形成し、その後に比較的高い第2の温度の高温酸化処理によって図8の最終的なトレンチ酸化膜(第2の絶縁膜)25´を形成するので、高温酸化処理時における素子領域19と第1のシリコン酸化膜12との間の界面に酸化膜が生成されることを良好に抑制できる。更に、比較的高い第2の温度の高温酸化処理によって最終的なトレンチ酸化膜(第2の絶縁膜)25´を形成すると、シリコン酸化膜は低粘性係数状態を保って成長し、シリコン酸化膜とシリコン半導体層13との熱膨張係数の差による応力が抑制され、シリコン半導体層13に結晶欠陥が生じることを抑制できる。
なお、上記の低い不純物濃度の領域22と高い不純物濃度の領域23の形成と、比較的低い第1の温度による熱酸化処理と比較的高い第2の温度による熱酸化処理によるシリコン酸化膜25の形成との組合せは、素子領域19に袖部分18が生じない場合においても有用である。即ち、上記組合せによれば、トレンチ16の先端部に厚いシリコン酸化膜を容易且つ良好に形成することができる。
(4) n型拡散層24の形成と同時にトレンチ酸化膜(第2の絶縁膜)25´を形成するので、トレンチ16内のトレンチ酸化膜(第2の絶縁膜)25´を容易に得ることができる。
(5) トレンチ16内に図9の鎖線40に示すように導電性ポリシリコンから成る電極を埋め込み、この電極と素子領域19との間に電圧を印加する形態の集積化半導体装置を構成する場合において、電界強度が高くなるトレンチ16の底部にトレンチ酸化膜25´の厚い第2の部分27´が形成されているので、トレンチ酸化膜25´の厚い第2の部分27´に流れるリーク電流を低減することができる。
(6)本実施例の集積化半導体装置は、図2に示す従来例において生じたノッチ7に基づく鋭角部に相当するものを有さないので、従来例よりも電界集中が低減し、耐圧が向上する。
次に、シリコン半導体層13に対して酸化雰囲気中で比較的高い第2の温度(好ましくは1200℃)の熱処理を施して図8のシリコン酸化膜25´と同様な酸化膜を形成する。しかる後、素子領域19に目的とする半導体素子(例えばFET)を図9と同様に形成する。
(1) n型拡散領域24の形成と別の工程でシリコン酸化膜25´、25a等を形成することができる。
(2) 半導体素子の各領域の導電型を実施例1〜3と逆にすることができる。
(3) 不純物濃度の低い領域22と高い領域23との形成を、矢印21で示すイオンの入射角度のみに依存して形成する代わりに、イオン注入のエネルギー、注入時間等の制御に基づいて形成することもできる。
(4) 増速酸化を使用しないで、図7及び図12に示すシリコン酸化膜25,25aを形成することができる。
(5) 基板11をシリコン以外の半導体材料又は絶縁材料又は金属材料で形成することができる。
(6) シリコン酸化膜(絶縁膜)12、25´、25aをシリコン酸化物以外の絶縁材料で形成することもできる。
(7) トレンチ16,16´の先端(底部)を階段状に先細に形成することができる。
(8)各実施例では、素子領域19に裾部分18,18´、18´´が生じるようにトレンチ16,16´、16´´を形成したが、裾部分18,18´、18´´が生じないように、又は図1のノッチ7と同様なものが生じるようにトレンチを形成することができる。この場合には、イオン注入の条件を変えることによって実施例1と同様に素子領域19にイオン注入量(不純物量)の少ない第1の領域22とイオン注入量の多い第2の領域23とを設け、実施例1と同様に比較的低い第1の温度による熱酸化処理と比較的高い第2の温度による熱酸化処理との組合せで第2のシリコン酸化膜(絶縁膜)を形成する。これにより、第1の温度による熱酸化処理と比較的高い第2の温度による熱酸化処理との組合せの効果を実施例1と同様に得ることができる。
12 第1の絶縁膜
13 半導体層
16 トレンチ
17b 傾斜面
Claims (9)
- 基板と前記基板の上に配置された第1の絶縁膜と前記第1の絶縁膜の上に配置され半導体層とから成るウェーハを用意する工程と、
前記半導体層を複数の半導体素子領域に分離するために前記半導体層の表面から前記第1の絶縁膜に向って延びているトレンチを前記半導体層に形成する工程であって、前記半導体層の主面と前記第1の絶縁膜との間における前記半導体層の厚みよりも小さい厚みを有する部分が該トレンチと前記第1の絶縁膜との間に残存するように前記半導体層にトレンチを形成する工程と、
前記半導体層の前記トレンチに露出している部分を酸化させることによって前記トレンチの壁面を覆い且つ前記第1の絶縁膜に接触している第2の絶縁膜を得る工程と
を有し、前記第2の絶縁膜を得る工程は、
前記半導体層の前記トレンチの入口から前記厚みの小さい残存部分までの前記トレンチの主側面に沿って第1の濃度に不純物を導入し、前記厚みの小さい残存部分に沿って前記第1の濃度よりも高い第2の濃度に不純物を導入する工程と、
前記不純物が導入された前記半導体層を酸化性雰囲気で熱処理することによって前記第2の絶縁膜を得る工程と
を含んでいることを特徴とする集積化半導体装置の製造方法。 - 前記半導体層に不純物を導入する工程は、所定角度で前記トレンチ壁面に不純物イオンを注入する工程であることを特徴とする請求項1記載の集積化半導体装置の製造方法。
- 前記半導体層を酸化性雰囲気で加熱することによって前記第2の絶縁膜を得る工程は、
前記第2の濃度に不純物が導入された領域の酸化速度を前記第1の濃度に不純物が導入された領域の酸化速度よりも大きくすることができる第1の温度の熱酸化処理を前記半導体層に施し、前記第1の濃度に不純物が導入された領域上の酸化膜よりも厚い酸化膜を前記第2の濃度に不純物が導入された領域上に得る工程と、
前記第1の温度よりも高い第2の温度の熱酸化処理を前記半導体層に施す工程と
を含んでいることを特徴とする請求項1又は2記載の集積化半導体装置の製造方法。 - 前記トレンチを前記半導体層に形成する工程は、
前記半導体層の主面から前記第1の絶縁膜に達しない深さの第1のトレンチを前記半導体層に形成する第1の工程と、
前記第1のトレンチの下の前記半導体層を更に除去して前記第1の絶縁膜に達する先細の先端を有する第2のトレンチを形成する第2の工程と
を含んでいることを特徴とする請求項1又は2又は3記載の集積化半導体装置の製造方法。 - 前記トレンチを前記半導体層に形成する工程は、該トレンチの底と前記第1の絶縁膜との間に、前記第2の絶縁膜を形成する工程で酸化物に変換できる厚みを有する前記半導体層の残存部分が生じるようにトレンチを形成する工程であることを特徴とする請求項1又は2又は3記載の集積化半導体装置の製造方法。
- 前記トレンチの前記半導体層の主面から前記半導体層の前記小さい厚みを有する部分までの主側面は、前記半導体層の主面に対してほぼ垂直に延びていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の集積化半導体装置の製造方法。
- 前記半導体層の前記小さい厚みを有する部分は、傾斜又は湾曲した表面を有していることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の集積化半導体装置の製造方法。
- 基板と前記基板の上に配置された第1の絶縁膜と前記第1の絶縁膜の上に配置され半導体層とから成るウェーハを用意する工程と、
前記半導体層を複数の半導体素子領域に分離するために前記半導体層の表面から前記第1の絶縁膜に達するトレンチを前記半導体層に形成する工程と、
前記半導体層の前記トレンチの入口から途中までの第1の部分の壁面に沿って第1の濃度に不純物が導入し、前記第1の部分と前記トレンチの先端との間の第2の部分の壁面に沿って前記第1の濃度よりも高い第2の濃度に不純物が導入された部分とを形成する工程と、
前記第2の濃度に不純物が導入された前記第2の部分の酸化速度を前記第1の濃度に不純物が導入された前記第1の部分の酸化速度よりも大きくすることができる第1の温度の熱酸化処理を前記半導体層に施し、前記第1の濃度に不純物が導入された領域上の酸化膜よりも厚い酸化膜を前記第2の濃度に不純物が導入された前記第2の部分上に得る工程と、
前記第1の温度よりも高い第2の温度の熱酸化処理を前記半導体層に施す工程と
を含んでいることを特徴とする集積化半導体装置の製造方法。 - 前記第1及び第2の濃度に不純物を導入する工程は、不純物をイオン注入法で導入する工程であることを特徴とする請求項8記載の集積化半導体装置の製造方法。
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