JPH04326549A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH04326549A
JPH04326549A JP9647891A JP9647891A JPH04326549A JP H04326549 A JPH04326549 A JP H04326549A JP 9647891 A JP9647891 A JP 9647891A JP 9647891 A JP9647891 A JP 9647891A JP H04326549 A JPH04326549 A JP H04326549A
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JP
Japan
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film
element isolation
semiconductor device
isolation region
silicon oxide
Prior art date
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Pending
Application number
JP9647891A
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English (en)
Inventor
Naoya Matsumoto
直哉 松本
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置に関し、特に
半導体装置における素子分離領域の構造に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の半導体装置では、図8に示すよう
に、素子分離領域206以外の領域は、後に形成される
金属配線との容量を低く抑えるために、厚いシリコン酸
化膜205により素子分離領域が形成されている。特に
必要に応じて、シリコン酸化膜205の一部にこれを貫
通し、かつN型エピタキシャル領域202を貫通してP
型シリコン基板201に到達する溝型の第2の素子分離
領域が設けられている。溝の表面に薄いシリコン酸化膜
207aを形成した後、溝は多結晶シリコン膜211に
より埋設されている。第2の素子分離領域は、半導体素
子間の素子分離として機能している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら前述の従
来の半導体装置の素子分離領域の構造では、さらに半導
体装置の高速化,高集積化を図ろうとすると、次のよう
な問題点が顕在化する。 (1)溝の部分に埋設されるのが多結晶シリコン膜であ
るため、溝型の第2の素子分離領域と素子形成領域との
間の寄生容量が比較的大きく、埋設多結晶シリコン膜が
浮遊ゲートとして働くことがある。 (2)溝の幅を狭くしたとき、埋設された多結晶シリコ
ン膜に空孔(ボイド)が発生する傾向が増大し、信頼性
を劣化させる。
【0004】この2つの問題点を解決するためには、溝
に埋設する材料としてリフロー性を有する絶縁膜を使用
すればよい。
【0005】そこで、図9に示すように、減圧化学気相
成長法(LPCVD法)により、BPSG膜の埋設の検
討を行なった。溝を形成し、溝の表面にシリコン酸化膜
207bを形成した後、全面にシリコン窒化膜208,
BPSG膜209aを堆積する。シリコン窒化膜208
を形成するのは、後工程でのBPSG膜209aをエッ
チバックする際に、シリコン酸化膜205を保護するた
めである。このとき、図示したように、多結晶シリコン
膜と同様に空孔212が発生することがある。
【0006】次に、図10に示すように、950℃〜1
100℃の熱処理を施こすことにより、BPSG膜20
9aをリフローしてBPSG膜209bに変換する。こ
のとき空孔212は消失する。
【0007】ところが、リフロー処理により平坦化され
たBPSG膜209aの膜厚は、素子形成領域上ではH
1であるのに対し、素子分離領域上ではそれより薄いH
2となる。これは、素子形成領域のN型エピタキシャル
領域202の表面の高さより第1の素子分離領域を構成
するシリコン酸化膜205の表面の高さが高いためであ
る。このような形状のもとでBPSG膜209bを例え
ば弗酸系の溶液ではエッチバックすると、溝の部分では
オーバーエッチされることになり、へこみが発生する。 へこみが存在すると、後工程形成する金属配線の断線が
生じやすくなるため、実用化の障害となっていた。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
半導体基板上に選択的に形成された第1の絶縁膜からな
る第1の素子分離領域と、第1の素子分離領域に第1の
絶縁膜を貫ぬいて形成された第2の絶縁膜からなる溝型
の第2の素子分離領域と、を有する半導体装置において
、第1の絶縁膜表面の高さが素子形成領域における半導
体基板表面の高さより、高くない構造となっている。
【0009】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明する
。図1は、本発明の第1の実施例を説明するための断面
図である。図2〜図5は、本実施例に係わる半導体装置
の製造方法を説明するための途中工程の断面図である。
【0010】まず、図1を参照して、本実施例による半
導体装置の素子分離領域の構造を説明する。P型シリコ
ン基板101上にはN型エピタキシャル領域102が設
けられている。素子形成領域106を除く領域には、逆
台形のくぼみが形成されてN型エピタキシャル領域10
2の表面が低くなり、その部分に第1の絶縁膜であると
ころの熱酸化によるシリコン酸化膜105bが設けられ
ている。素子形成領域106におけるN型エピタキシャ
ル領域102の表面の高さは、シリコン酸化膜105b
の表面の高さと等しくなっている。なお、シリコン酸化
膜105bの表面の高さが素子形成領域106表面の高
さよりも低くなっていても良い。第1の素子分離領域の
所定箇所には、P型シリコン基板101に到達する溝が
設けられている。溝とP型シリコン基板101並びにN
型エピタキシャル領域102との間には、熱酸化による
シリコン酸化膜107が設けられている。溝には、シリ
コン窒化膜108を介して、第2の絶縁膜であるところ
のBPSG膜109bが埋設されている。シリコン酸化
膜107,シリコン窒化膜108,およびBPSG膜1
09bにより、溝型の第2の素子分離領域が構成されて
いる。
【0011】次に、図2〜図5,および図1を参照して
、本実施例に係わる半導体装置の素子分離領域の形成方
法を説明する。
【0012】まず、P型シリコン基板101上にN型エ
ピタキシャル領域102が形成された半導体基板表面に
、膜厚30〜60nmのシリコン酸化膜103,膜厚8
0〜120nmのシリコン窒化膜104aを順次形成す
る。フォトリソグラフィ技術,エッチング技術を用いて
素子形成領域以外の領域(第1の素子分離領域を形成す
る領域)のシリコン窒化膜104a,シリコン酸化膜1
03を除去する。その後、900℃〜1100℃の熱酸
化を行ない、第1の素子分離領域の形成予定領域に選択
的に膜厚800nm程度のシリコン酸化膜105aを形
成する〔図2〕。この段階で、素子形成領域におけるN
型エピタキシャル領域102表面より、シリコン酸化膜
105aの表面は360nm(800nmの約45%)
突出し、シリコン酸化膜105aの底面(N型エピタキ
シャル領域102との界面)は440nm(800nm
の約55%)深くなっている。
【0013】次に、シリコン窒化膜104aをマスクに
して、弗酸系溶液によりシリコン酸化膜105aをエッ
チング除去する。続いて、膜厚20〜80nmのシリコ
ン窒化膜104bを全面に堆積する。その後、異方性ド
ライエッチング技術を用いて、前述のシリコン窒化膜1
04aが露出するまでシリコン窒化膜のエッチングを行
なう。この工程により、シリコン窒化膜104bはシリ
コン窒化膜104aのひさし部分にのみ残留する〔図3
〕。
【0014】次に、900℃〜1100℃での熱酸化を
再度行なう。このとき、くぼみの底部は440nm低く
なっているため、440nm÷0.45=970nmの
膜厚の第1の絶縁膜であるところのシリコン酸化膜10
5bを形成する。これにより、第1の絶縁膜からなる第
1の素子分離領域が形成され、これの表面の高さは素子
形成領域106の表面の高さと等しくなる。その後、シ
リコン窒化膜104a,104bをエッチング除去する
〔図4〕。
【0015】次に、シリコン酸化膜103の膜厚分だけ
のシリコン酸化膜のエッチングを行なった後、フォトリ
ソグラフィ技術により、第1の素子分離領域の所定箇所
からP型シリコン基板101に到達する溝を形成する。 900℃〜1000℃程度の熱酸化を行ない、溝に露呈
したP型シリコン基板101,N型エピタキシャル領域
102表面に、100〜150nm程度の膜厚のシリコ
ン酸化膜107を形成する。続いて、全面に膜厚30〜
100nm程度のシリコン窒化膜108を堆積する。そ
の後、LPCVD法により、膜厚が溝の幅の1.2〜1
.5倍程度のBPSG膜を全面に堆積する。引き続いて
、950℃〜1100℃のスチーム雰囲気での熱処理を
行ない、前述のBPSG膜をリフローし、BPSG膜1
09aを形成する〔図5〕。
【0016】更に、弗酸系水溶液により溝に埋設されて
いない部分のBPSG膜109aを除去し、溝内部にの
み埋設されたBPSG膜109bを残留させる。最後に
溝内部以外のシリコン窒化膜108をエッチング除去す
ることにより、図1に示した構造の素子分離領域を有す
る半導体装置が形成される。
【0017】図6,図7は本発明の第2の実施例に係わ
る半導体装置の製造方法を説明するための主要工程順の
断面図である。本実施例は、第1の実施例における図5
で示した工程までは第1の実施例と同様に形成される。
【0018】その後、第1の実施例と同様に、弗酸系溶
液によりBPSG膜のエッチングを行なう。このとき、
エッチング速度,およびBPSG膜の膜厚のばらつきに
より、溝に埋設されたBPSG膜109bにへこみが発
生する場合がある。このへこみを埋設するように全面に
SOG(スピン・オン・グラス)膜110aを塗布し、
熱処理を施こす〔図6〕。
【0019】次に、異方性ドライエッチング法により埋
設部以外のSOG膜110aを除去してSOG膜110
bを残留させる。更に、溝部以外のシリコン窒化膜10
8を除去することにより、本実施例に係わる構造の素子
分離領域を有する半導体装置が完成する〔図7〕。
【0020】本実施例において、SOG膜の使用が可能
な理由は、素子形成領域の表面の高さとシリコン酸化膜
105bの表面の高さとが等しいためである。従来のよ
うに素子分離領域の絶縁膜の表面の方が高い場合には、
素子形成領域上でのSOG膜の膜厚の方が厚くなるため
、使用することは好ましくなかった。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、半導体装
置の素子分離領域が素子形成領域面とほぼ同じ高さの面
を有する第1の絶縁膜からなる第1の素子分離領域と溝
内にリフロー性を有する第2の絶縁膜を埋設してなる第
2の素子分離領域とから構成されている。
【0022】その結果、溝内部に埋設する第2の絶縁膜
の空孔の発生は防止され、溝上端における金属配線の断
線は避けられる。また、溝に多結晶シリコン膜を埋設す
る場合に比較して、例えばバイポーラLSIの場合、コ
レクタ・コレクタ間の寄生容量が従来の1/3程度とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を説明するための断面図
である。
【図2】本発明の第1の実施例の製造方法を説明するた
めの断面図である。
【図3】本発明の第1の実施例の製造方法を説明するた
めの断面図である。
【図4】本発明の第1の実施例の製造方法を説明するた
めの断面図である。
【図5】本発明の第1の実施例の製造方法を説明するた
めの断面図である。
【図6】本発明の第2の実施例の製造方法を説明するた
めの断面図である。
【図7】本発明の第2の実施例の製造方法を説明するた
めの断面図である。
【図8】従来の半導体装置を説明するための断面図であ
る。
【図9】従来の半導体装置の問題点を説明するための断
面図である。
【図10】従来の半導体装置の問題点を説明するための
断面図である。
【符号の説明】
101,201    P型シリコン基板102,20
2    N型エピタキシャル領域103,105a,
105b,106,107,205,206,207a
,207b    シリコン酸化膜104a,104b
,108,208    シリコン窒化膜 109a,109b,209a,209b    BP
SG膜 110a,110b    SOG膜 211    多結晶シリコン膜 212    空孔 H1,H2    BPSG膜の膜厚

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  半導体基板上に選択的に形成された第
    1の絶縁膜からなる第1の素子分離領域と、前記第1の
    素子分離領域の一部に前記第1の絶縁膜を貫ぬいて形成
    された第2の絶縁膜からなる溝型の第2の素子分離領域
    とを有する半導体装置において、前記第1の絶縁膜の表
    面の高さが、前記第1および第2の素子分離領域を除く
    領域における前記半導体基板表面の高さ以下であること
    を特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】  前記第2の素子分離領域が、前記第2
    の絶縁膜と、前記第2の絶縁膜上に形成された第3の絶
    縁膜とから構成され、前記第3の絶縁膜の表面の高さが
    、前記第1の絶縁膜の表面の高さと等しいことを特徴と
    する請求項1記載の半導体装置。
JP9647891A 1991-04-26 1991-04-26 半導体装置 Pending JPH04326549A (ja)

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Effective date: 19971028