(57)【要約】シリコンウェハ内に浅いトレンチアイソレーション領域を形成する方法。この方法により、結果的に、ウェハにおいて長い範囲のすべり転位をなくし、アイソレーション領域全体の漏れ電流を減じる。シリコンウェハ（１１）内に、ウェハの（１１１）面に対して４５度の角度で、長く浅いトレンチ（１７）が形成される。このことは、トレンチの形成前にウェハの主フラットを（１００）面に移動させることによって達成される。それにより、長いトレンチの下縁がいくつかの（１１１）面と交差して、どのような（１１１）面の１つに沿っても応力が伝播されない。次に、トレンチ（１７）が酸化物等の絶縁材料で充填される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンウェハ内に浅いトレンチアイソレーションを形成する方法であって、
前記シリコンウェハの（１００）面の方向にウェハフラットの方位をアライメントするステップと、
前記ウェハ内にトレンチを形成するステップとを含み、前記トレンチは、対向する１対の壁と、前記壁の各々と出合って１対の接合縁を形成する床部とを有し、前記接合縁は、前記壁の１つの垂直縁に対応する各端部において角部領域を有し、前記方法はさらに、
前記トレンチを絶縁材料で再充填するステップを含む、方法。
【請求項２】
前記トレンチの前記壁は、前記シリコンウェハの（１１１）面とアライメントされない、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記シリコンウェハの前記（１１１）面は、前記トレンチの前記壁と４５度の角度をなす、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記絶縁材料は酸化物である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ウェハ内に複数のトレンチを形成するステップをさらに含み、前記トレンチの各々の壁は、前記ウェハの（１１１）面と４５度の角度に配向される、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
この発明は、浅いトレンチアイソレーション（ＳＴＩ）の形成に関し、より特定的に、シリコン内の欠陥を減じるためにＳＴＩ領域をアライメントする方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
半導体集積回路チップは、ウェハ上にダイとして形成される。典型的なウェハ材料は、結晶シリコンである。ウェハは、チョクラルスキー（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ）、すなわち、ＣＺの結晶成長法によって、より不純なポリシリコンから成長させた単結晶シリコンインゴットから切断される。ＣＺ成長法では、坩堝に入った溶融シリコンから単結晶インゴットが引き出される。チョクラルスキーシリコンウェハ、すなわちＣＺウェハは、ＶＬＳＩの適用例に好まれる。なぜなら、それらが、高い熱応力に耐えることができ、ウェハ表面上のデバイス構造から所望しない不純物を除去することのできる内部ゲッタリングメカニズムをもたらし得るためである。また、このことにより、シリコンのダイヤモンド立方格子構造に基づいた均一な内部構造をウェハに与える。ダイヤモンド立方格子はウェハに強度と剛性とをもたらすが、結晶格子内の不完全な部分がウェハの電気的特性に悪影響を及ぼして、１ウェハ当りの良好なダイの数の減少を招くおそれがある。
【０００３】
シリコン、すなわちＳｉは、ＩＶ属元素であり、４つの価電子を有し、これらの電子の各々は、４つの最近接Ｓｉ原子の１つによって共有される。最近接原子間で共有された価電子の対の各々が共有結合を生じ、シリコンに強固な結晶構造を与える。シリコンのダイヤモンド立方格子構造が図１に示される。
【０００４】
ウェハの結晶格子構造は、それと複数の方向に交差する面を形成する。代表的な３つの面を図２に示す。例示的な立方構造２２、２４、および２６のそれぞれの内におけるこれらの面（１１１）、（１１０）、および（１００）の方位が示される。各面の方向は、３つの軸方向ｘ、ｙ、およびｚを規定する３つのベクトル成分の組を定めることによって決定される。３つの立方体２２、２４、および２６のすべては、ｘ、ｙ、およびｚの３つの軸方向に沿ってアライメントされ、各立方面は１の単位長を有する。この座標系において、面がどの軸と交差しているかが示される。たとえば（１１１）によって規定された面は、３つの軸ｘ、ｙ、およびｚのすべてと交差していることが示される。同様に、面（１１０）はｘ軸およびｙ軸と交差し、面（１００）はｘ軸とのみ交差する。
【０００５】
シリコンの構造特性の多くは、その面方位に依存する。面（１１１）は原子の密度が最も高く、極めて密に詰まっている。面が密に詰まるほど、すべり転位の生じる可能性が高まる。これらの転位は、デバイスの故障につながり得る電荷の漏れを助長するおそれがある。
【０００６】
したがって、ウェハ上の結晶面を特定する能力が重要である。これらの面を特定する助けとなるように、ウェハは一般的に、選択された結晶方位に対する主フラット領域を有して形成される。主フラット方位は、Ｘ線技術によって特定され、いくつかの目的で用いられる。たとえば、自動式ウェハ処理設備は、主フラットを用いて正しいアライメントを得ており、主フラットを基準として用いることによって、ウェハ上のデバイスを特定の結晶方向に配向することができる。
【０００７】
一般に、ウェハの主フラットは、面（１１０）にアライメントされる。その結果、形成されたデバイスの中には、より密に詰まった面に沿ってアライメントされるディメンション（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ）を有し得るものがある。このことが、これまで問題にならなかったのは、生じたどの欠陥もデバイス性能にほとんど影響を及ぼさず、無視できるものだったからである。
【０００８】
しかしながら、すべての欠陥を無視することはできず、特定の欠陥を減じるための技術がいくつか提案されてきた。ガルディ（Ｇｕｌｄｉ）への米国特許第５，５７６，２３０号は、イオン注入後の再結晶を複数の結晶面に沿って進行させた場合に、ＭＯＳトランジスタのドレインおよびソース領域内に微細な転位が生じ得ることを説明している。これらの微細な転位は、上位層からの応力下において進行し得る。ガルディは、或る角度からドレインおよびソース領域に注入した場合に、１つの面、特に面（１１０）に沿って再結晶が促され、他の面に沿った再結晶を制限し得ることを示唆している。
【０００９】
アイソレーション領域の寸法が比較的大きいために、特にアイソレーション領域に沿った基板内の構造的欠陥が懸念される。リー（Ｌｅｅ）他への米国特許第５，９１３，１３３号は、マスクのミスアライメントによってアイソレーション領域に損傷が生じ得ることを説明している。リーは、アイソレーション層の縁部を基板の表面に露出させないようにアイソレーション層を形成することによって、損傷を減じることができると述べている。ジョン−ホワン・ソン（Ｊｅｏｎｇ−Ｈｗａｎ Ｓｏｎ）他への米国特許第５，９０４，５３８号は、トレンチを形成する前に、トレンチが形成されるべき半導体基板内にフッ素イオンを注入することによって、半導体メモリデバイス内に浅いトレンチアイソレーション領域、すなわちＳＴＩを形成するための方法を示す。フッ素イオンは、基板表面に隣接するトレンチの上角部に沿って両側に拡散される。フッ素イオンは、アイソレーション領域を露光から保護し、それによって損傷を減じる。
【００１０】
これらのアプローチは、ＩＣ製造プロセスに特定の変更を加えることによって欠陥を減じようとする。欠陥を減じるための別のアプローチは、ウェハ自体の品質の改良である。このことを行なう１つの方法は、単結晶基板の表面上に単結晶材料の薄い層を堆積するエピタキシャル成長プロセスを介するものである。このようなウェハは、エピウェハとして公知である。濃くドープされた基板上の、薄くドープされた薄いエピタキシャル層に、回路構造を形成することができる。これらのタイプのウェハを用いた実験によると、それらが標準的な研磨ウェハよりも高い歩留りを有することが示された。しかしながら、今のところ、エピタキシャル基板を有するウェハは、標準的な研磨ウェハの２倍を超えて高価であり、その利点がその高いコストを補うには至らない。
【００１１】
この発明の目的は、ＩＣ基板において、不純物に対するゲッタリング点およびすべり転位等の欠陥を減じることである。
【００１２】
この発明の別の目的は、コストの上昇を最小限にとどめて基板内のアイソレーション領域を改良することである。
【００１３】
この発明のさらに別の目的は、シリコン固有の結晶構造による欠陥を減じるＳＴＩアイソレーション領域を形成するプロセスを提供することである。
【００１４】
【発明の概要】
デバイスの寸法が縮小し続けて、ヒートサイクルが増大し続けるにつれて、デバイスの性能にとって基板の品質がより重要になることを出願人は認めている。ＳＴＩおよびＬＯＣＯＳ等のトレンチの形成により、不純物に対するゲッタリング点および他のシリコン欠陥等の著しい応力集中点を生じる。
【００１５】
面（１１０）に沿ってウェハをエッチングすることにより、ＳＴＩ島状構造が、面（１１１）と垂直方向および水平方向の両方にアライメントすることが分かっている。この結果は、面（１１１）の面（１１０）に対する相対方位から生じる。トレンチが形成されると、その湾曲は、面（１１１）とアライメントする。面（１１１）とのこのアライメントによってウェハの品質が低下する。なぜなら、面（１１１）が極めて密に詰まっており、すべりおよび他の転位の欠陥を生じやすいためである。
【００１６】
ＣＺウェハの主フラットの形成を、面（１１０）から面（１００）に４５°だけ動かすことにより、トレンチ形成部が面（１１１）とアライメントされないことが分かっている。この場合、トレンチは、４５°の角度で面（１１１）と交差する。これにより、（１１１）方向に沿った応力の伝播／緩和を著しく減じ、それによって、特にＳＴＩの角部において欠陥を減じることが分かっている。
【００１７】
【発明を実施するための最良のモード】
図３を参照すると、当該技術においてフラットと呼ばれる直線領域１３を有するウェハ１１が示される。フラット１３は、ウェハ１１上に回路素子１２等の電気的構成要素を形成する際に基準として用いられる。フラット１３の方位は、当該技術において公知のＸ線技術を用いることによって特定される。この例において、フラット１３は、当該技術において一般的であるように、面（１１０）とアライメントされる。回路構造が一般的にウェハのフラットとアライメントされるため、ウェハ１１上に形成される回路素子１２もまた面（１１０）とアライメントされる。面（１１１）は、ウェハ１１の表面、すなわち面（１１０）と４５°の角度で交差しており、このことを示すために、三角形の形状を有して示される。象徴的に交差線１５を用いて面（１１１）とウェハ１１の表面との接合部を示すのは、面（１１１）がウェハ１１の境界を越えて延びるからである。フラット１３が面（１１０）にアライメントされるため、交差線１５もまたフラット１３に平行でなければならない。したがって、回路素子１２もまた、交差線１５に平行である。
【００１８】
図４を参照すると、ウェハ１１の斜視図が示される。例示のために、図３の回路素子１２が、際立って大きなトレンチ領域１７として実現される。トレンチは、集積回路の活性領域を分離するために用いられる浅いトレンチアイソレーション領域、すなわちＳＴＩを形成する際の、最初の処理のステップである。ＳＴＩアイソレーション領域は、トレンチ１７を酸化物等の絶縁材料で充填することによって完成する。ＳＴＩアイソレーション領域は、基板の活性領域間の電荷の漏れを制限する。トレンチ構造をこの説明で用いているのは、アイソレーション領域が集積回路上において比較的大きな構造であり、それらの相対サイズが大きくなるにつれ、それらの経路に沿ってしばしば構造上の欠陥が集中することを出願人が認めたためである。特に、それらは、転位誤差を生じやすい。デバイス構造のサイズが縮小し続けて、現在の処理方法がひき続きヒートサイクルを増大させるにつれ、これらの転位誤差が不純物に対するゲッタリング点として作用し、虫食い状の孔を生じ得ることを、出願人はさらに認識している。
【００１９】
図４において、面（１１１）は示されていないが、それとウェハ１１との交差線１５がフラット１３に平行であることが示される。面（１１１）は、ウェハ１１と４５°の角度で交差する。線５−５は、図５に示されるトレンチ１７の２次元断面図の方位を示す。
【００２０】
図５を参照すると、トレンチ１７がウェハ１１内に刻みこまれ、角部領域２５と、実質的に垂直の壁２３と、床部７２とを有する谷を形成していることが示される。上述のとおり、トレンチ１７の壁２３は、面（１１０）に沿ってアライメントされる。その直接の結果として、面（１１１）は角部領域２５と、かつ、トレンチ壁２３に沿って、アライメントする。面（１１１）は、トレンチ壁２３と、さらにウェハ１１の表面と、４５°の角度をなす。
【００２１】
図６において、ウェハ１１の部分斜視図は、それが（１１０）方向にアライメントされていることを示す。ここでもトレンチ領域１７は、トレンチ壁２３と、床部２７と、角部領域２５とを有することが示される。方向の矢印Ｈは水平方向を示し、方向のＶは垂直方向を示す。面（１１１）が４５°の角度でウェハ１１と交差して、交差線１５をなすことが示される。上述のとおり、トレンチ壁２３および床部２７が出合い、面（１１１）に沿って角部領域２５を形成する。したがって、壁２３および床部２７の連続接合縁３５は、面（１１１）と水平方向Ｈにアライメントする。面（１１１）がシリコンのダイヤモンド立方構造によって規定される、積み重なった面を示すために、壁２３は、面（１１１）と垂直方向Ｖにもアライメントされる。
【００２２】
シリコンの構造特性により、面（１１１）は、極めて密に詰まった高密度の原子を有している。連続接合縁３５に面（１１１）がアライメントされるために、この連続接合縁の領域は、すべりおよび他の転位の欠陥を生じやすい。
【００２３】
図７を参照すると、ウェハ１１の表面上の複数の交差線１５が示される。交差線１５の各々は、図３〜図６において上で示されたように、それぞれの面（１１１）がウェハ１１から突出すれば形成するであろう交差経路を示す。トレンチ１７の水平方向は、ここでも方向の矢印Ｈによって特定される。上述のとおり、トレンチ壁２３の水平方向Ｈは、交差線１５とアライメントされる。このことは、面（１１１）に沿って構造上の欠陥が伝播することを助長する。
【００２４】
図８において、ウェハ１１のフラット１３が、図３において上で示された、（１１０）方向に沿った最初の位置から４５°動かされる。その結果、フラット１３は、（１００）方向に沿って効果的にアライメントされる。その結果、新規の回路素子２２が新規のフラット１３とアライメントされ、さらに、ウェハ１１の面（１００）に沿って同様にアライメントされる。
【００２５】
上述の場合と同様に、面（１１１）は依然としてウェハ１１と４５°で交差するものの、今度はフラット１３とも４５°の角度をなす。したがって、ウェハ１１と面（１１１）との間の交差線１５が、新規の回路素子２２とはアライメントされない。回路素子２２は、交差線１５と４５°の角度をなす。
【００２６】
図９を参照すると、ウェハ１１のフラット１３が、図８と同じ方位を有していることが示される。回路素子２２は、フラット１３とアライメントされた新規のトレンチ領域３７に実現される。面（１１１）とウェハ１１の表面との間の交差線１５は、トレンチ３７と４５°の角度で交わる。
【００２７】
図１０は、トレンチ３７が（１００）方向にアライメントされていることを示すウェハ１１の斜視図である。上述のとおり、ウェハ１１は、トレンチ壁２３と、トレンチ床部２７と、角部領域２５とを有する。水平方向および垂直方向は、それぞれＨおよびＶとして示される。面（１１１）は、ウェハ１１と４５°の角度で交差し、さらに、壁２３と４５°の角度をなすことが示される。トレンチ壁２３およびトレンチ床部２７が出合い、水平方向に沿ってアライメントされた、連続接合縁３５を形成する。その結果、連続接合縁３５および角部領域２５は、面（１１１）とアライメントされない。トレンチ３７が面（１１１）と４５°の角度で交差するために、（１１１）面によって形成されるすべり面が、トレンチ領域３７内においてアライメントされ得ず、特に角部領域３５および２５に沿った欠陥の形成が減少するか、または解消される。図１１に示されるこの構成の上面図は、トレンチ領域３７と（１１１）面との交差部分をよりよく示す。
【００２８】
図１１は、ウェハ１１を横切る複数の交差線１５を示す。交差線１５の各々はここでも、ウェハ１１から突出する一連の（１１１）面の交差経路を示す。ウェハ１１上のトレンチ３７の相対方位がここでも示される。
【００２９】
トレンチ壁２３の水平方向Ｈは交差線１５とアライメントされない。むしろ、トレンチ３７は、交差線１５と４５°の角度で交わる。この構造は、（１１１）面によって生じるすべり面とのアライメントを解消し、それによって転位の欠陥を減じる。
【図面の簡単な説明】
【図１】当該技術で公知の、シリコンのダイヤモンド立方格子構造を示す図である。
【図２】シリコンのダイヤモンド立方格子構造の主な３つの面を示す先行技術の図である。
【図３】シリコンウェハに対する面（１１１）および面（１１０）の方位を示す図である。
【図４】トレンチ領域が面（１１０）とアライメントされていることを示す、シリコンウェハの斜視図である。
【図５】図４に示されたシリコンウェハの断面領域の２次元図である。
【図６】面（１１１）が基板と交差することを示す、図５の構造の斜視図である。
【図７】一連の（１１１）面と、面（１１０）に沿って配向されたトレンチとの間の関係を示す図である。
【図８】この発明に従った、シリコンウェハに対する面（１１１）および面（１００）の関係を示す図である。
【図９】面（１００）とアライメントされたトレンチ領域を有するシリコンウェハの斜視図である。
【図１０】この発明に従った、基板と交差する面（１１１）を示す図９の構造の、断面領域の斜視図である。
【図１１】この発明に従った、一連の（１１１）面とトレンチとの間の関係を示す図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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2004517471.tif 000023
【国際調査報告】
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2004517471.tif 000025