JPS589338A - 残留物の除去方法 - Google Patents

残留物の除去方法

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JPS589338A
JPS589338A JP57108589A JP10858982A JPS589338A JP S589338 A JPS589338 A JP S589338A JP 57108589 A JP57108589 A JP 57108589A JP 10858982 A JP10858982 A JP 10858982A JP S589338 A JPS589338 A JP S589338A
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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】 本発明の分野 本発明は、半導体装置の個々の素子を分離するだめの誘
電体材料の埋設領域を設けられた半導体装置の製造方法
に係シ、更に具体的に言えば、エミッタが分離領域に端
部を接している大きな漏洩を生じないトランジスタの形
成及び短路を生じない抵抗回路の形成を可能にする、深
い誘電体分離領域の形成方法に係る。
先行技術 モノリシック集積回路技術に於ては、集積回路構造体に
於ける種々の能動及び受動素子を相互に分離させること
が通常必要とされる。それらの装置は、従来に於ては、
逆バイアス、PN接合、部分的誘電体分離、及び完全な
誘電体分離によって分離されている。従来の誘電体分離
技術に於て用いられている誘電体材料は、二酸化シリコ
ン、ガラス等である。これらの能動素子及び回路のだめ
の好ましい分離は成る形の誘電体分離である。集積回路
装置に於ける誘電体分離は、回路素子が分離領域に端部
を接することを可能にし、従って集積回路装置上に能動
及び受動素子をより高い密度で実装させ得るので、PN
接合分離に優る大きな利点を有している。
成る形の誘電体分離は、分離領域の形成されるべき領域
のシリコン中に溝又は凹所を形成することを含む。その
溝が形成される間、他のシリコン表面は、溝を形成する
ために用いられるシリコン食刻液及び酸化雰囲気により
実質的に影響されない保護膜によって保護されている。
通常用いられる保護層は、窒化シリコン及び二酸化シリ
コンのサンドイッチ層である。通常の化学的食刻によシ
溝が形成された後、シリコン基体に通常の酸化工程が施
され、その結果溝の領域に於けるシリコンが酸化されて
、溝が二酸化シリコンにより充填され且つシリコンが更
に深く酸化されて分離領域が形成される。この方法に関
連する主要な問題の1つは、鳥のくちばし″として知ら
れている現象である。
鳥のくちばし”は、溝の上部周返に平坦でない二酸化シ
リコンが形成される現象であり、その現象は窒化シリコ
ン層の下側に於ける横方向の酸化によって生じる。成る
特定の厚さのシリコンの酸化は膨張するために略同等量
の自由空間を要し、そしてSi3N4 は抑制されない
膨張を制限するので、窒化シリコンが溝の端部に於て押
し上げられる結果となる。最終的には、溝の周返領域に
一般的応力が生じるとともに、後に二酸化シリコンの垂
直部分に端部を接する良好な拡散領域を達成することが
困難になる。その様に端部を接し得ない場合には、その
二酸化シリコン領域の始めの目的の主要な利点は無効と
なる。エミッタが分離領域に端部を接している漏洩を生
じないトランジスタ及び短絡を生じない抵抗を得ること
が主要な問題である。この方法については、米国特許第
%970486号、第3554254号、第36481
25号、及び日本国特許842031号の明細書によシ
詳細に記載されている。
誘電体分離を形成するだめの他の技術が、米国特許第3
386865号の明細書及び Electrochemical Technolog
y、第5巻、第5−6号、1967年5月−6月、第3
08頁乃至第310頁に於けるR、E、Jones及び
V、Y+Doo  等による” A Composit
eInsulator−Junction  l5ol
ation”と題する論文に記載されている。この技術
は、誘電体分離が必要とされる領域に於て基板上に二酸
化シリコン層又は同種の層全形成することを含む。
上記二酸什シリコンが配置された領域を除くすべての領
域に於て基板上にエピタキシャル層が形成されて、上記
二酸化シリコン層上に開孔が残される。上記エピタキシ
ャル層の表面及び上記開孔の側面が部分的に熱酸化され
る。上記開孔が部分的に熱酸化される。それから、上記
開孔が多結晶シリコン、二酸化シリコン又は同様な材料
の気相付着によって充填される。この技術は幾つかの欠
点を有している。この技術によシ必要とされる選択的エ
ピタキシャル技術は、二酸化シリコン領域とシリコン領
域との間の領域関係によって極めて影響全党は易い。例
えば、2つの異なる寸法のシリコン領域は異なる速度で
充填されがちであシ、従って処理の終りに於てそれらの
領域は異なる程度に充填されている。又、メサ形の付着
に於ては、結晶面(crystallographic
  faceting)が生じがちである。これは、ピ
ラミッド状の成長を生じて、始めのりソブラフイ能力以
上に分離領域を拡大させがちである。傾斜したシリコン
と二酸化シリコンとの界面は、又、二酸化シリコン領域
に端部を接している信頼性を有する拡散領域の達成に困
難を生じる。エミッタが分離領域に端部を接している漏
洩を生じないトランジスタ及び短絡を生じない抵抗を得
ることが主要な問題である。
溝の形成及び充填については、米国特許第389260
8号及び第3969168号の明細書の如き他の文献に
記載されている。それらの文献に於ては、V型の溝、円
形の底部を有する溝、又は矩形の排気された空間を形成
するために化学的食刻が用いられている。それらの溝が
どの様にして形成されるかについては詳細に述べられて
いないが、それらの溝が化学的食刻工程の性質により制
限されることは明らかである。その方法は必ずしも平坦
な表面を生じず、溝が形成された後にフォトリングラフ
ィを必要とする。米国特許第39へ6063号の明細書
は、多結晶シリコンによる充填を伴う同様な化学的食刻
について記載している。
この場合にも、溝は化学的食刻技術によって制限され、
多結晶シリコンの過度の成長がどの様にして除かれるか
についても明らかでない。米国特許第、!、72516
0号及び第5979237号の明細書も溝の充填f:示
している。これらの特許明細書に於ては、化学的食刻の
効果がより明確に示されており、シリコン表面が整合さ
れる特定の面の結晶に応じて正確な角度で傾斜する左右
対称の側壁を有している溝を設けるために単結晶シリコ
ンが選択的に化学的に食刻されることが示されている。
米国特許第4104086号及び第4016077号の
両明細書は、シリコン基板中に深い埋設酸化物分離領域
を形成するだめの方法について開示しており、これらの
場合には、溝がシリコノ基板中に反応性イオン食刻を用
いて形成され、それらの溝を充填するために表面上に5
i02層が形成され、それから溝の中に配置されたS 
i 02材料を除いて5i02層が表面上からすべて除
去される。
極めて高密度の極めて小さい集積回路装置を形成するだ
めの他の方法が、米国特許第4256514号、第42
09350号、及び第4234362号の明細書に記載
されている。それらの特許明細書に記載されている、1
μm技術、深い溝及び浅い溝を用いた技術、及びポリベ
ース技術は、ヨリ低いコレクター分離領域間のキャパシ
タンス、よシ低いコレクターベース間のキャパシタンス
、より低いベース抵抗、及び低い拡散領域のキャパシタ
ンスを与える。しかしながら、この技術により形成され
たエミッタが溝又はメサ形領域と端部を接している装置
、及び溝又はメサ形領域と端部を接している抵抗は、“
側壁レール(5ide  rail)”効果として知ら
れている現象の故に、更にマスクを用いずには形成され
得ない。側壁レールとは、多結晶シリコンを除去するた
めに用いられた反応性イオン食刻工程に於て除去されな
かった、メサ形領域の垂直な側壁上のドープされた多結
晶シリコンの薄い領域を言う。これらの一部の特許明細
書は、実質的に垂直であシそして垂直線から5℃よりも
大きくない角度を有する、メサ形領域の側壁について記
載してい−る。
本発明の要旨 本発明の目的は、反応性イオン食刻後に半導体装置中の
二酸化シリコンの垂直な側壁上に残された残留物を除く
だめの方法を提供することである。
本発明の他の目的は、深い誘電体分離領域の側壁レール
効果を除くための方法を提供することである。
本発明の他の目的は、エミッタが分離領域に端部を接し
ている漏洩が減少されたトランジスタの形成方法を提供
することである。
本発明の他の目的は、短絡を生じない抵抗を設けるだめ
の方法を提供することである。
本発明の更に他の目的は、反応性イオン食刻後に二酸化
シリコン層の開孔の側壁上に残された残留物を除くだめ
の方法を提供することである。
本発明の上記及び他の目的は、側壁の垂直方向に関して
少くとも+300の傾斜を有する様に、側壁を再成形す
ることを含む方法によって達成される。その傾斜した側
壁は、反応性イオン食刻された二酸化シリコンの垂直な
側壁上に付着された多結晶のシリコンの残留物を除く。
この方法の1実施例に於ては、深い誘電体分離を用いた
装置に於ける二酸化シリコンのメサ形領域の側壁の上部
がその側壁の露出部分が垂直方向から例えば 30乃至
45°の角度になる様に、イオン・ミリングされる。
本発明の好実施例 第1A図乃至第1E図は、本発明の方法に従って半導体
装置中に埋設酸化物領域を形成するだめの製造工程を示
している。第1A図に示されている構造体は、説明のた
めにP導電型として示されている単結晶シリコン基板1
0、基板10上のN+層12、及び層12上のN導電型
の層14を有している。本発明の目的のためには、基板
1o並びに層12及び14のすべて又は幾つかが、示さ
れている導電型と反対の導電型を有し得る。しがし7な
がら、層12は、最終的にバイポーラ・トランジスタの
コレクタになる、高導電率の領域であることが好ましい
。この構造体は種々の技術によって形成され得る。しか
しながら、その好ましい技術に於ては、P導電型の単結
晶シリコン基板が設けられ、そしてI X 1019乃
至lX1021原子/ccの表面濃度を有するN十領域
を形成するために砒素、アンチモン又は燐の如きN型不
純物の従来の拡散又はイオン注入を用いることによシ基
板中に全体的にN十型拡散が施される。次に、層14が
基板10上の層12上にエピタキシャル成長される。こ
れは、5iCt4/H+ 又は5iH4/I(+の混合
物を用いる如き従来技術によシ、約1[100乃至12
00℃の成長温度に於て行われ得る。
N+層12は1乃至5μmの典型的な厚さを有し、エピ
タキシャル層14は0.5乃至10.pmの厚さを有し
得るが、その厳密な厚さは形成されるべき装置に依存す
る。
又は、上記構造体は、後にバイポーラ装置の形成が望ま
れる場合には埋込サブコレクタ領域の形成を含む、熱拡
散、イオン注入及び/若しくはエピタキシャル成長の種
々の組合せによっても形成され得る。
次に:二酸化シリコン(Si02)層16が、湿った又
は乾燥した酸素の雰囲気中での熱成長又は化学的気相付
着の従来技術によって形成される。
層16の厚さは、典型的には250乃至10000A%
 より好ましくは1000乃至s a o OX。
の任意の適当な厚さであり得る。次に、多結晶シリコン
層1Bが従来技術を用いてSi02層16上に付着され
る。多結晶シリコン層18は、先に述べたエピタキシャ
ル層14の形成に用いられた同一の装置を用いて又は任
意の従来の付着技術によって付着され得る。一般的に、
層18の厚さは、典型的な装置の場合には、0.2乃至
1.5μmの範囲である。
装置中に埋設酸化物領域を形成するためには、溝20が
N+層12を経て基板10に達する様に充分な深さに形
成されねばならない。それらの溝20は任意の適当な技
術によって形成され得るが、好ましくは反応性イオン食
刻によって形成される。
溝を半導体中に反応性イオン食刻技術によシ形成するだ
めの技術は、米国特許第5966577号、第3997
578’号、及びIBM  TDB、第20巻、第1号
、第144頁、1977年6月に於けるS、A、Abb
asによる’Recessed 0xideIsola
tion  Process”  と題する論文に記載
されている。シリコンを食刻するために特に有利な方法
は、特願昭51−79995号の明細書に記載されてい
る。溝20を形成するためには、多結晶シリコン層18
の上面に適当なマスクが形成され、基板が反応性イオン
食刻される。マスクを形成するための典型的な技術は、
多結晶シリコン層18の表面を酸化しそして溝の形成さ
れるべき領域上の部分を従来のフォトリソグラフィ技術
により除去する方法である。マスク層は当技術分野に於
て周知であるので、特に示されていない。
それから、第1A図に示される如く、溝20が形成され
る。それらの溝の深さは、第1A図に於ける拡散された
N十層12の下方迄延びる様に充分深くなければならな
い。
第1B図に示されている如く、次の工程は、溝20を適
当な誘電体材料で充填することである。溝20を完全に
充填するためには、全体的な誘電体材料の層22が少く
とも溝20の幅の半分又は溝2Dの深さと同一である厚
さのいずれかの適当な厚さを有していなければならない
。溝20を充填するだめの好ましい誘電体材料は、CO
2/ S iH4/N2又はN 2 Q/ 8 i H
4/ N 2の気体混合物を用′いて800乃至100
0℃で化学的に気相付着する技術によって付着されたS
 i 02である。その典型的な付着速度は毎分50乃
至200Xのオーダーであシ、付着された全体の厚さは
少くとも溝20の幅の半分である。溝200幅は典型的
には0゜1乃至50μmの範囲内で異なり、その深さは
典型的には0,2乃至10μmの範囲内で異なる。
溝20の深さ及び幅に応じて、充填された溝20の上方
に於て表面上に凹所24が形成される。
層22の表面から均一な厚さが除去された場合には凹所
24は下方に伝えられて、装置の表面中に現われる。そ
の様な凹所は、最終的装置上に必要な導体を形成する際
に問題を生じる。凹所24を除くためには、第1C図に
示されている如く、凹所24を充填して比較的平坦な表
面28を得るだめに層26材料が表面上に流される。層
26は、ポリイミド樹脂の如き有機材料又は適当なレジ
スト材料の層であることが好ましい。その厚さは任意の
適当な厚さでよいが、好ましくは1乃至5.0Fmであ
る。
第1D図に示されている如く、層26、層22、及び層
18の一部が除去されて、誘電体材料で充填された溝2
0が残され、その誘電体材料で充填された溝は同一基板
上の関連する素子間に電気的分離を設けるために単結晶
シリコン装置を包囲すする分離領域として働く。この除
去の工程は、層26、層22、及び層18の一部を反応
性イオン食刻することによって達成される。この方法の
ために用いられる装置は、基板がシリコン陰極のカバー
・プレート上に配置される、低圧スパッタ食刻装置であ
ることが好ましい。有機材料/ S i02/Stの食
刻速度比が略1:1:1になる様に、CF4の如き弗素
化された炭化水素が食刻剤として用いられる。気体の圧
力は、毎分2乃至50ccの気体流量で、1o乃至7o
μmf生じ得る。
高周波電力レベルは、0.2乃至0.5ワツト/crn
2であることが好捷しい。この様にして、反応性イオン
食刻処理は、Si、5i02及びポリイミドの食刻速度
が略同−であるので、それらの層が漸次食刻される間、
始めの比較的平坦な表面28を維持する。反応性イオン
食刻後の新しい表面32が第1D図に示されている。
第1E図に示されている如く、埋設領域の形成に於ける
次の工程は、残されている多結晶シリコン層18の除去
である。その多結晶シリコン層18を除去するためには
、多結晶シリコンだけを選択的に食刻してS i 02
材料を食刻゛しない食刻剤に基板がさらされる。その様
な食刻剤はピロカテコールである。ピロカテコール食刻
剤は第1E図に示されている5i02層16上の多結晶
シリコンをすべて除去する。又は、上記の残されている
多結晶シリコン層18は、シリコンを選択的に除去する
雰囲気中で反応性イオン食刻することによっても除去さ
れ得る。例えば、多結晶シリコン及び酸化物の食刻比が
15:1であるSF6、又は上記食刻比が45:1であ
るSF6/C12、又は上記食刻比が6:1であるC1
2/アルゴン等が用いられる。第1E図に示されている
如く、層16の表面上に僅かに突出する埋設酸化物領域
即ちメサ形領域34A及び34Bが形成される。しかし
ながら、メサ形領域54A及び34Bの上面は、付着さ
れた層22に存在していた凹所24を有さす、平坦であ
る。
第1E図に於て、2つの酸化物領域即ちメサ形領域34
A及び34Bは、メサ形領域の側壁38に端部を接する
領域56に於ける抵抗がメサ形領域の側壁部分40上の
残留物(図示せず)によってしばしば短絡を生じること
を指摘するために示されている。その残留物は、典型的
には、付着されそして装置の他の部分から反応性イオン
食刻により除去されるドープされた多結晶シリコンが残
されたものである。同様に、側壁38に端部を接するエ
ミッタを有しているトランジスタは上述の側壁部分40
上の残留物によりしばしば漏洩を生じる。第1E図に示
されている装置の領域42が第1F図に於て拡大して示
されている。
第1F図に示されている如く、メサ形領域の側壁部分4
0は、垂直線との間に角度θlを成し、角度θ1は5°
以下である。この場合、それを−5°以下の値と定める
本発明の方法に従って、メサ形領域の側壁部分40が、
新しい側壁部分404を形成する様に再成形される。メ
サ形領域の新しい側壁部分4DAは、θ2が+300以
上である様に、上面44がら外方へ傾斜している。角度
θ2は、側壁部分40A上のすべての残留物が後の反応
性イオン食刻工程に於て完全に除去され得る様に、30
0以上でなければならない。側壁部分40Aから残留物
をすべて除去することにょシ、エミッタが分離領域に端
部を接しているトランジスタは漏洩を生じず、又領域3
6に於ける抵抗は短絡を生じない。
角度θ2は50’以上且っ9o0以下の任意の角度であ
り得るが、上限の値は装置の形状によって制限される。
実際的な制限として、通常は、約70°のオーダーの角
度が上限である。
第1G図に於て、側壁部分40Aはイオン・ミリングに
より形成された。イオン・ミリングは角度θ2の上限を
約45°に制限し、従って+30乃至45°の範囲のθ
2を生じる。一般的には、傾斜が緩くなる様に、角度θ
2を出来る限り大きくすることが好ましい。典型的には
、角度θ2は出来る限り大きくされ、その上限は装置の
形状により又は傾斜した側壁の形成方法により決定され
る。
メサ形領域の傾斜した側壁部分40A’i形成する他の
方法が第2A図及び第2B図に示されている。第2A図
に示されている如く、化学的に気相付着された二酸化シ
リコン層(CVD−8iC)z層)46がメサ形領域3
4A及び5i02層16上に形成される。次に、層46
が、傾斜した側壁部分40A’5有する領域48を除く
すべての領域に於て反応性イオン食刻される。こあ方法
を用いた場合には、角度θ3の上限は50°のオーダー
である。
更にもう1つの方法が第5A図乃至第3C図に示されて
おシ、この場合には、DVD−8iO2層46が第2A
図に示されている如く付着されてから、層46上に平坦
化のための層50が付着される。この層50は、前述の
層26と同様に、ポリイミド樹脂の如き有機材料又は適
当なレジスト材料の層から成ることが好ましい。それか
ら、層46A及び50Aが平坦な表面52を形成する迄
、装置が反応性イオン食刻される。この点に於て、反応
性イオン食刻の条件は、メサ形領域54Aの上面から層
46A以外の部分が除去される様に、変更される。その
結果形成されたメサ形領域は傾斜した側壁部分40Bi
有し、その角度θ4は30°から70°以上迄である。
この場合の上限は装置の形状によって決定される。この
方法を用いいた場合には、角度θ4は、先に述べた2つ
の方法を用いた場合よりも大きくされ得る。
本発明の方法は又、第4A図乃至第4D図に示されてい
る如く、半導体装置上の金属接点への貫通孔に於ける残
留物を除去するためにも有用である。貫通孔62を有す
る5i02層60が、金属接点66を有する半導体装置
64上に付着される。
第4A図に於ける領域68が第4B図に於て拡大して示
されている。第4C図に示されている如く、CVD−8
r02層99が5i02層60及び金属接点66上に付
着される。それから、50°以上の角度θ5を有する傾
斜した端部70が層60に設けられる様に、層99が反
応性イオン食刻される。
本発明の方法は又、第5A図乃至第5D図に示されてい
る如く、半導体装置に接点開孔を設けるためにも有用で
ある。第5A図に於て、層80.82及び84を有する
半導体装置上に、5i02層86及び88が付着され、
層80へ接点開孔87が設けられる。第5A図に於ける
領域89が第5B図に於て拡大して示されている。露出
された層80及びS i 02層88上にCVD−8i
O2層90が付着される。それから、第5D図に示され
ている如く、層88の側壁91が新しい傾斜した側壁9
2に再成形された構造体が形成される様に、層90が反
応性イオン食刻される。再成形された側壁92は30°
以上の角度θ6を形成する。
【図面の簡単な説明】
第1A図乃至第1G図は本発明の方法の第1実施例に従
って形成されている装置を示す縦断面図、第2A図及び
第2B図は本発明による方法の第2実施例を示す縦断面
図、第5A図乃至第3C図は本発明による方法の第5実
施例を示す縦断面図、第4A図乃至第4D図は貫通孔を
設けるために用いられている本発明の方法を示す縦断面
図、第5A図乃至第5D図は接点開孔を設けるために用
いられている本発明の方法を示す縦断面図である。 10・・・・単結晶シリコン基板(P導電型)、12・
・・・N十層、14・・・N導電型のエピタキシャル層
、16.60.86.88・・・・5i02層、18・
・・・多結晶シリコン層、20・・・・溝、22・・・
・誘電体材料の層、24・・・・凹所、26.50.5
0A・・・・平坦化のための層、2B、52・・・・平
坦々表面、′52・・・・RIE後の新しい表面、34
A、34B・・・・メサ形領域(埋設酸化物領域)、3
8・・・・メサ形領域の側壁、40・・・・側壁部分、
40A140B・・・・再成形された傾斜した側壁部分
、44・・・・上面、46.46A、90.99°。 ・・CV D−8i02層、62・・・・貫通孔、64
・・・・半導体装置、66・・・・金属接点、70・:
・・傾斜した端部、80.82.84・・・・層、87
・・・・接点開孔、91・・・・側壁、92・・・・再
成形された傾斜した側壁。 出願人  インターカシ町りレービジネス・マシーンズ
・コーポレーションL            L 第1頁の続き 0発 明 者 ジョン・レスター・マウア・フォース アメリカ合衆国コネチカット州 サウス・ケント・ギア・マウン テン・ロード(番地なし) 0発 明 者 ホミ・ガスタジ・サー力すアメリカ合衆
国ニューヨーク州 ホープウェル・ジャンクション ・バーブランク・アベニュー29 番地

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 側壁部を有するメサ形領域上に付着されそして反応性イ
    オン食刻により除去されるべき層の残留物を上記側壁部
    から除去するための方法であって、表面上に上記メサ形
    領域を有する基板を設け、上記基板の上記表面に垂直な
    線に関して傾斜する様に上記メサ形領域の側壁部の一部
    を再成形することを含む、 側壁部を有するメサ形領域上の残留物の除去方法。
JP57108589A 1981-06-30 1982-06-25 残留物の除去方法 Granted JPS589338A (ja)

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US06/279,129 US4389294A (en) 1981-06-30 1981-06-30 Method for avoiding residue on a vertical walled mesa
US279129 1981-06-30

Publications (2)

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JPS589338A true JPS589338A (ja) 1983-01-19
JPH0371781B2 JPH0371781B2 (ja) 1991-11-14

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JP (1) JPS589338A (ja)
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EP0068275A2 (en) 1983-01-05
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