JP2000031262A - 半導体装置及びシャロ―・トレンチ・アイソレ―ションの形成方法 - Google Patents
半導体装置及びシャロ―・トレンチ・アイソレ―ションの形成方法Info
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Abstract
ッチングプロセスが行われている間に半導体基板の活性
領域を保護している各層の当該トレンチに隣り合ってい
る部分が削り取られるのを防止することを目的とする。 【解決手段】 半導体基板10上のバリヤ酸化物層11
上で素子分離用トレンチを形成するために画定された領
域において第1のU字状のくぼみを有し、且つ、隣り合
って対向するシリコン窒化物パッド14に対してシリコ
ン酸化物層12と共にバッファ領域を提供するポリシリ
コン層13を形成し、さらに第1のU字状のくぼみより
広い第2のU字状のくぼみを、酸化物12及びポリシリ
コン13からなるスペーサSを形成するバッファ領域を
構成する傾斜の付いた対向する側壁部を有するように、
形成する。
Description
の半導体装置及び集積回路基板上にフィールド酸化物
(FOX)領域を形成するための製造技術に関し、より
詳細には、集積回路基板上にシャロー・トレンチ・アイ
ソレーション(STI)領域を形成するための製造技術
に関する。
上に形成された電子集積回路の適正な機能を保証するた
めに必要な回路保護を提供する誘電材料からなるアイソ
レーション領域を設けるプロセスを含んでいる。このプ
ロセスは、シリコン表面を局所的に酸化する手法(LO
COS)を含んでいる。このプロセスは、典型的には、
シリコン酸化物層(バリヤ酸化物層)上にシリコン窒化
物層を0.05μm〜0.10μmの範囲の厚さに堆積
することから始まる。シリコン窒化物は、典型的には、
低圧化学気相成長(LPCVD)法を用いて堆積され
る。次いで、このシリコン窒化物層上に、工業的に知ら
れている適当な市販のフォトレジスト材料からなるフォ
トレジストマスク層が堆積される。次に、素子分離用の
トレンチを形成するためにフォトレジストマスク層がパ
ターニングされる。更にエッチングを行うことで、素子
分離用のトレンチが、シリコン酸化物層及びシリコン窒
化物層とフォトレジストマスク層の一部に隣り合って形
成される。このトレンチを形成するために、典型的に
は、基板の表層部分が僅かに、約0.25μm程度エッ
チング除去される。次に、シリコン酸化物堆積用のソー
スとしてのテトラエチルオルトシリケート(TEOS)
を用いて、アイソレーション領域に厚いシリコン酸化物
のパッドを堆積することにより酸化物層が形成される。
この酸化物パッドはフィールド酸化物(FOX)パッド
とも称され、その厚さは1.2μm〜1.5μmの範囲
にある。
領域に形成された酸化物パッドをシリコン窒化物層の表
面レベルと実質的に同じ表面レベルの厚さまで研磨する
工程を含んでいる。このようにして酸化物パッドを形成
した後、ウエットエッチングによりシリコン窒化物層及
びシリコン酸化物層が除去され、その部分に、種々の集
積回路素子を形成するのに用いられる活性領域が露出す
る。ウエットエッチングは、典型的には、先ず熱リン酸
を用いてシリコン窒化物層をエッチングし、次いで基板
をフッ酸(HF)に浸してシリコン酸化物層をエッチン
グすることで、行われる。
技術に係るトレンチ形成方法では、トレンチの形成の際
に、活性領域を保護しているバリヤ酸化物層及びシリコ
ン窒化物層の当該トレンチに隣り合っている部分が削り
取られるという課題があった。これに鑑み、半導体基板
の活性領域を覆っているバリヤ酸化物層及びシリコン窒
化物層において素子分離用トレンチに隣り合っている部
分を削り取ることなく当該トレンチを形成する方法が求
められている。
ンチを形成するのに用いるエッチングプロセスが行われ
ている間に半導体基板の活性領域を保護している各層の
当該トレンチに隣り合っている部分が削り取られるのを
防止することができるシャロー・トレンチ・アイソレー
ションの形成方法及び半導体装置を提供することにあ
る。
を解決するため、本発明の一形態によれば、シャロー・
トレンチ・アイソレーションを形成する方法であって、
第1のシリコン酸化物層としてのバリヤ酸化物層を有す
るように形成された半導体基板を準備する工程と、前記
バリヤ酸化物層の上に互いに間隔をおいて複数のシリコ
ン窒化物パッドを形成する工程と、前記複数のシリコン
窒化物パッドの表面と各シリコン窒化物パッド間の領域
における前記バリヤ酸化物層の上に第2のシリコン酸化
物層を形成する工程であって、前記各シリコン窒化物パ
ッド間の領域が素子分離用のシャロー・トレンチを形成
するための領域を画定している、前記第2のシリコン酸
化物層を形成する工程と、前記第2のシリコン酸化物層
の上にポリシリコン層を形成する工程であって、前記ポ
リシリコン層が、前記素子分離用のシャロー・トレンチ
を形成するために画定された領域において第1のU字状
のくぼみを有し、隣り合って対向するシリコン窒化物パ
ッドに対して前記第2のシリコン酸化物層と共にバッフ
ァ領域を提供している、前記ポリシリコン層を形成する
工程と、エッチング処理により、前記素子分離用のシャ
ロー・トレンチを形成するために画定された領域におい
てより広い第2のU字状のくぼみを形成する工程であっ
て、前記第2のU字状のくぼみが傾斜の付いた対向する
側壁部を有し、該側壁部が酸化物及びポリシリコンから
なるスペーサを形成するバッファ領域を構成している、
前記第2のU字状のくぼみを形成する工程と、前記第2
のU字状のくぼみの側壁部を構成するポリシリコンの部
分をエッチングし、前記バリヤ酸化物層を通して前記半
導体基板内に所定の深さエッチングを行うことにより、
前記半導体基板内に素子分離用のV字状のトレンチを形
成する工程とを含むことを特徴とするシャロー・トレン
チ・アイソレーションの形成方法が提供される。
用のトレンチを形成するために画定された領域において
第1のU字状のくぼみを有するように形成されたポリシ
リコン層は、第2のシリコン酸化物層と共に、隣り合っ
て対向するシリコン窒化物パッドに対してバッファ領域
を提供しているので、かかるバッファ領域の介在によ
り、トレンチの形成に際してエッチングが行われている
間、半導体基板の活性領域を保護しているバリヤ酸化物
層及びシリコン窒化物パッドの当該トレンチに隣り合っ
ている部分が削り取られるのを防止することができる。
のU字状のくぼみを形成する際に、傾斜の付いた対向す
る側壁部を有するように第2のU字状のくぼみを形成し
ているので、該側壁部をスペーサとして利用することが
できる。従って、このスペーサの介在により、シリコン
窒化物パッドを削り取ることなく、V字状のトレンチを
半導体基板内に所定の深さで形成することが可能とな
る。
と、該半導体基板の上に互いに間隔をおいて形成された
第1の誘電材料からなる少なくとも1対のパッドであっ
て、各パッド間の領域が素子分離用トレンチを形成する
ための半導体領域を画定している、前記少なくとも1対
のパッドと、前記各パッドに隣接して形成された第2の
誘電材料からなる傾斜付きスペーサと、前記各パッドに
それぞれ隣接する各傾斜付きスペーサ間の領域において
前記半導体基板内に形成された素子分離用のV字状のト
レンチであって、前記各傾斜付きスペーサの厚さに応じ
て変化する距離だけ前記各パッドから離隔された上端部
分と、前記半導体基板内に所定距離だけ延びている底端
部分とを有するV字状のトレンチ構造を備えた前記V字
状のトレンチとを具備することを特徴とする半導体装置
が提供される。
の実施の形態に開示され、またその記載から明らかとな
るであろう。
に、以下、その一実施形態について添付図面を参照しな
がら説明する。なお、各図を通して、同じ構成要素には
同じ参照符号が付されている。図1〜図5は、本発明に
係るシャロー・トレンチ・アイソレーション構造を形成
する際に用いる一実施形態としてのトレンチ・アイソレ
ーション形成工程を示すものである。
施形態ではシリコン基板)10は、第1のシリコン酸化
物層としてのバリヤ酸化物層11が当該基板10を覆う
ように形成された状態に加工されている。また、バリヤ
酸化物層11の上に部分的に複数のシリコン窒化物パッ
ド14が互いに間隔をおいて形成されている。これらシ
リコン窒化物パッド14を形成した後、第2のシリコン
酸化物層として例えば熱酸化物層12が、シリコン窒化
物パッド14の側壁部分を含めてその表面に、且つ各シ
リコン窒化物パッド14間の領域においてバリヤ酸化物
層11の上に部分的に成長される。ここに、各シリコン
窒化物パッド14間の領域は、素子分離用のシャロー・
トレンチを形成するための領域を画定する。熱酸化物層
12を形成した後、ポリシリコン層13が熱酸化物層1
2の上に形成される。このポリシリコン層13は、上記
素子分離用のシャロー・トレンチを形成するために画定
された領域において第1のU字状のくぼみを有するよう
に形成される。ポリシリコン層13と熱酸化物層12
は、この後のエッチング処理の期間中、素子分離用のト
レンチを成形し且つシリコン窒化物パッド14の隅部を
保護するためのバッファ領域を提供する。
り、ここでは、第1のU字状のくぼみを成形すること
で、より広い第2のU字状のくぼみが形成される。この
第2のU字状のくぼみはスペーサSが形成されるように
形成されており、このスペーサSは、酸化物(12)と
ポリシリコン(13)からなるバッファ領域を構成し、
変化する幅Wsを有している。
サSの存在により半導体基板10内に素子分離用のV字
状のトレンチTを形成するのが容易になる。第2のエッ
チング処理によって素子分離用のトレンチTが形成され
ている間、そのエッチング処理によりスペーサSの幅W
sは小さくなる。トレンチTを形成している間、基本的
には、スペーサSのうちポリシリコン(13)の部分が
全てエッチング除去され、酸化物(12)の部分のみが
スペーサSxとして残存する。素子分離用のV字状のト
レンチ構造は、例えば0.2μmの幅Wtをもつ開口部
を形成している上端部分と、0.2μmより小さい幅W
bをもつ底端部分を有している。また、V字状のトレン
チTは、500Å〜2000Åの範囲内で所定の深さd
tをもって半導体基板10内に形成される。
ように、素子分離用の材料(領域15)がトレンチTの
対向するシリコン側壁部から成長される。素子分離用の
材料は、例えば熱酸化物(HTO)形成プロセスを用い
て成長される。この場合、そのプロセスの間、トレンチ
Tの上の方の部分における酸化物層11,12の膜厚は
厚くなる。トレンチTが微小寸法で形成されていること
により、当該トレンチ内を充填するよう成長されるべき
酸化物のピンチ効果を容易に引き出すことができる。こ
のように図4は、V字状のトレンチTの実質部分内を充
填する酸化物の領域15を示している。また、図4に示
されるように、スペーサSxに隣り合っているV字状の
トレンチTの上の方の部分は、この段階では未だ酸化物
の無い状態となっている。
に酸化物の領域15上に堆積された追加的な酸化物の領
域16を示している。この追加的な酸化物の領域16
は、工業的に知られている化学気相成長(CVD)法に
よって堆積される。この後、出来上がった構造の表面の
凹凸を化学機械研磨(CMP)法によって研磨し、平坦
化を行う。
レンチ・アイソレーションの形成方法によれば、V字状
のトレンチTを形成するために画定された領域において
第1のU字状のくぼみを有するように形成されたポリシ
リコン層13は、熱酸化物層12と共に、隣り合って対
向するシリコン窒化物パッド14に対してバッファ領域
を提供しているので、かかるバッファ領域の介在によ
り、トレンチの形成に際してエッチングが行われている
間、半導体基板10の活性領域を保護しているバリヤ酸
化物層11及びシリコン窒化物パッド14の当該トレン
チに隣り合っている部分が削り取られるのを防止するこ
とができる。
のU字状のくぼみを形成する際に、傾斜の付いた対向す
る側壁部を有するように第2のU字状のくぼみを形成し
ており、該側壁部をスペーサSとして利用することがで
きるので、このスペーサの介在により、シリコン窒化物
パッド14を削り取ることなく、V字状のトレンチTを
半導体基板10内に所定の深さで形成することができ
る。
態について特定的に図示し記述しているが、特許請求の
範囲に記載されているような本発明の要旨から逸脱する
ことなく形状や半導体材料或いはその導電型(N型又は
P型)において種々の変更もしくは変形が可能であるこ
とは、当業者にとって明らかであろう。なお、ここに例
示的に開示した発明は、ここに特定的に開示されていな
い何らかの要素が無くても実施し得ることはもちろんで
ある。
ー・トレンチを形成するために画定された領域における
第1のU字状のくぼみを示す断面図である。
が、シリコン窒化物パッドが削り取られるのを防止する
ための、酸化物及びポリシリコンからなるスペーサを形
成している第2のU字状のくぼみを示す断面図である。
た素子分離用のV字状のトレンチを示す断面図である。
ンチと共に、該トレンチの実質部分内に成長された素子
分離用のシリコン酸化物の領域を示す断面図である。
ンチと共に、該トレンチの上の方の部分に堆積された追
加的なシリコン酸化物の領域を示す断面図である。
リコン酸化物の領域) S,Sx…スペーサ T…V字状のトレンチ
Claims (14)
- 【請求項1】 半導体基板と、 該半導体基板の上に互いに間隔をおいて形成された第1
の誘電材料からなる少なくとも1対のパッドであって、
各パッド間の領域が素子分離用トレンチを形成するため
の半導体領域を画定している、前記少なくとも1対のパ
ッドと、 前記各パッドに隣接して形成された第2の誘電材料から
なる傾斜付きスペーサと、 前記各パッドにそれぞれ隣接する各傾斜付きスペーサ間
の領域において前記半導体基板内に形成された素子分離
用のV字状のトレンチであって、前記各傾斜付きスペー
サの厚さに応じて変化する距離だけ前記各パッドから離
隔された上端部分と、前記半導体基板内に所定距離だけ
延びている底端部分とを有するV字状のトレンチ構造を
備えた前記V字状のトレンチとを具備することを特徴と
する半導体装置。 - 【請求項2】 前記第1の誘電材料からなる少なくとも
1対のパッドはシリコン窒化物から形成され、前記第2
の誘電材料からなる傾斜付きスペーサは熱酸化物形成プ
ロセスによって成長されたシリコン酸化物から形成され
ていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 【請求項3】 前記上端部分は大きさが0.2μmの開
口部を有し、前記底端部分の大きさは実質上0.2μm
より小さいことを特徴とする請求項1に記載の半導体装
置。 - 【請求項4】 前記半導体基板はシリコンからなってお
り、前記V字状のトレンチの実質部分内に熱酸化物形成
プロセスによって成長された第1のシリコン酸化物の領
域を更に具備することを特徴とする請求項3に記載の半
導体装置。 - 【請求項5】 前記V字状のトレンチの前記上端部分に
堆積された第2のシリコン酸化物の領域を更に具備する
ことを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。 - 【請求項6】 半導体基板と、 該半導体基板の上に互いに間隔をおいて形成されたシリ
コン窒化物からなる少なくとも1対のパッドであって、
各パッド間の領域が素子分離用トレンチを形成するため
の半導体領域を画定している、前記少なくとも1対のパ
ッドと、 前記各パッドに隣接して形成されたシリコン酸化物から
なる傾斜付きスペーサと、 前記各パッドにそれぞれ隣接する各傾斜付きスペーサ間
の領域において前記半導体基板内に形成された素子分離
用のV字状のトレンチであって、前記各傾斜付きスペー
サの厚さに応じて変化する距離だけ前記各パッドから離
隔された上端部分と、前記半導体基板内に所定距離だけ
延びている底端部分とを有するV字状のトレンチ構造を
備えた前記V字状のトレンチと、 該V字状のトレンチの実質部分内に成長された第1のシ
リコン酸化物の領域とを具備することを特徴とする半導
体装置。 - 【請求項7】 前記上端部分は大きさが0.2μmの開
口部を有し、前記底端部分の大きさは実質上0.2μm
より小さくされており、前記第1のシリコン酸化物領域
は、前記V字状のトレンチの対向する側壁部から成長さ
れて当該トレンチ内を充填していることを特徴とする請
求項6に記載の半導体装置。 - 【請求項8】 前記V字状のトレンチの前記上端部分に
CVD法によって堆積された第2のシリコン酸化物の領
域を更に具備することを特徴とする請求項6に記載の半
導体装置。 - 【請求項9】 シャロー・トレンチ・アイソレーション
を形成する方法であって、 (a)第1のシリコン酸化物層としてのバリヤ酸化物層
を有するように形成された半導体基板を準備する工程
と、 (b)前記バリヤ酸化物層の上に互いに間隔をおいて複
数のシリコン窒化物パッドを形成する工程と、 (c)前記複数のシリコン窒化物パッドの表面と各シリ
コン窒化物パッド間の領域における前記バリヤ酸化物層
の上に第2のシリコン酸化物層を形成する工程であっ
て、前記各シリコン窒化物パッド間の領域が素子分離用
のシャロー・トレンチを形成するための領域を画定して
いる、前記第2のシリコン酸化物層を形成する工程と、 (d)前記第2のシリコン酸化物層の上にポリシリコン
層を形成する工程であって、前記ポリシリコン層が、前
記素子分離用のシャロー・トレンチを形成するために画
定された領域において第1のU字状のくぼみを有し、隣
り合って対向するシリコン窒化物パッドに対して前記第
2のシリコン酸化物層と共にバッファ領域を提供してい
る、前記ポリシリコン層を形成する工程と、 (e)エッチング処理により、前記素子分離用のシャロ
ー・トレンチを形成するために画定された領域において
より広い第2のU字状のくぼみを形成する工程であっ
て、前記第2のU字状のくぼみが傾斜の付いた対向する
側壁部を有し、該側壁部が酸化物及びポリシリコンから
なるスペーサを形成するバッファ領域を構成している、
前記第2のU字状のくぼみを形成する工程と、 (f)前記第2のU字状のくぼみの側壁部を構成するポ
リシリコンの部分をエッチングし、前記バリヤ酸化物層
を通して前記半導体基板内に所定の深さエッチングを行
うことにより、前記半導体基板内に素子分離用のV字状
のトレンチを形成する工程とを含むことを特徴とするシ
ャロー・トレンチ・アイソレーションの形成方法。 - 【請求項10】 前記(f)の工程は、前記隣り合って
対向するシリコン窒化物パッドに対し変化する厚さをも
つ対向するスペーサを形成する工程を含み、前記スペー
サが前記素子分離用のV字状のトレンチの上端の側壁部
分を構成していることを特徴とする請求項9に記載のシ
ャロー・トレンチ・アイソレーションの形成方法。 - 【請求項11】 前記V字状のトレンチの実質部分内に
素子分離用のシリコン酸化物を成長させる工程を更に含
むことを特徴とする請求項9に記載のシャロー・トレン
チ・アイソレーションの形成方法。 - 【請求項12】 CVD法により、前記V字状のトレン
チの上端部分にシリコン酸化物を堆積させる工程を更に
含むことを特徴とする請求項11に記載のシャロー・ト
レンチ・アイソレーションの形成方法。 - 【請求項13】 シャロー・トレンチ・アイソレーショ
ンを形成する方法であって、 (a)第1のシリコン酸化物層としてのバリヤ酸化物層
を有するように形成された半導体基板を準備する工程
と、 (b)前記バリヤ酸化物層の上に互いに間隔をおいて複
数のシリコン窒化物パッドを形成する工程と、 (c)前記複数のシリコン窒化物パッドの表面と各シリ
コン窒化物パッド間の領域における前記バリヤ酸化物層
の上に第2のシリコン酸化物層を形成する工程であっ
て、前記各シリコン窒化物パッド間の領域が素子分離用
のシャロー・トレンチを形成するための領域を画定して
いる、前記第2のシリコン酸化物層を形成する工程と、 (d)前記第2のシリコン酸化物層の上にポリシリコン
層を形成する工程であって、前記ポリシリコン層が、前
記素子分離用のシャロー・トレンチを形成するために画
定された領域において第1のU字状のくぼみを有し、隣
り合って対向するシリコン窒化物パッドに対して前記第
2のシリコン酸化物層と共にバッファ領域を提供してい
る、前記ポリシリコン層を形成する工程と、 (e)エッチング処理により、前記素子分離用のシャロ
ー・トレンチを形成するために画定された領域において
より広い第2のU字状のくぼみを形成する工程であっ
て、前記第2のU字状のくぼみが傾斜の付いた対向する
側壁部を有し、該側壁部が酸化物及びポリシリコンから
なるスペーサを形成するバッファ領域を構成している、
前記第2のU字状のくぼみを形成する工程と、 (f)前記第2のU字状のくぼみの側壁部を構成するポ
リシリコンの部分をエッチングし、前記バリヤ酸化物層
を通して前記半導体基板内に所定の深さエッチングを行
うことにより、前記半導体基板内に素子分離用のV字状
のトレンチを形成する工程と、 (g)前記V字状のトレンチの実質部分内に素子分離用
のシリコン酸化物を成長させる工程とを含むことを特徴
とするシャロー・トレンチ・アイソレーションの形成方
法。 - 【請求項14】 CVD法により、前記V字状のトレン
チの上端部分にシリコン酸化物を堆積させる工程を更に
含むことを特徴とする請求項13に記載のシャロー・ト
レンチ・アイソレーションの形成方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US09/082,607 | 1998-05-20 | ||
US09/082,607 US6232646B1 (en) | 1998-05-20 | 1998-05-20 | Shallow trench isolation filled with thermal oxide |
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Publication Number | Publication Date |
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ID=22172223
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