JP2000124326A - 集積回路の形成方法 - Google Patents
集積回路の形成方法Info
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
- H01L21/76—Making of isolation regions between components
- H01L21/763—Polycrystalline semiconductor regions
Abstract
回路の新たな形成方法を提供する。 【解決手段】 トレンチ14,24内にイオン注入バリ
ア層30を形成して自己整合型の構造体を形成するため
にイオン注入を実行する。本発明によれば、ポリシリコ
ンは1回の堆積プロセスでトレンチ内に形成される利点
がある。
Description
に集積回路内の二重ポリシリコン構造とその製造方法に
関する。
ンの二重層を具備するデバイス構造は、DRAMセル、
SRAMセルのような集積回路で用いられている。二重
ポリシリコン構造の製造方法は、複数回のポリシリコン
堆積ステップとパターニングステップとエッチングステ
ップを必要とする。それぞれの堆積ステップ、パターニ
ングステップ、エッチングステップは、長時間処理を必
要としその結果高コストである。
された多層のポリシリコン構造は、平面状ではなく、こ
の上にさらに別の処理ステップが必要である。その後の
処理ステップを平面状態でない構造体の上に実行するこ
とは困難である。
ような二重ポリシリコン構造の形成方法および二重ポリ
シリコン構造を有する集積回路の新たな形成方法を提供
することである。
プロセスよりも製造ステップの数が少なくすむ。本発明
によればポリシリコン層を堆積する前に第1の絶縁層に
異なる深さのトレンチ(溝)を形成する。第2の絶縁層
がこのトレンチの上に形成される。平面構造が必要とさ
れる実施例においては、バリア層が各トレンチ内に堆積
され、その後このバリア層にイオン注入が行われて自己
整合型のソース/ドレイン領域が形成される。その後、
のトレンチを充填するポリシリコンが堆積され平面化さ
れる。
を部分的にしか充填しないポリシリコン層は、イオン注
入用バリア層を形成する前に形成される。いずれの実施
例も1回のポリシリコン形成ステップのみを用いて二重
ポリシリコン構造を構成するため、必要なステップ数を
減らすことができる。さらに本発明の実施例では、従来
の方法により提供されるよりもより平面状の構造体を提
供することができる。
シリコン構造を実現できる。この二重ポリシリコン構造
は、均一の厚さを有する第1絶縁層と、この第1絶縁層
内に異なる深さを有する複数のトレンチと、第1絶縁層
よりも薄い第2絶縁層(各トレンチの底において)と、
このトレンチを少なくとも部分的に充填するポリシリコ
ン層を有し、比較的平坦な表面を形成する。
積回路を構成する新たな方法を提供する。本発明の実施
例においては、異なる深さの複数のトレンチがポリシリ
コン層を堆積する前に、絶縁層内に形成される。このト
レンチは、第1絶縁層とこの第1絶縁層上のバリア層を
形成することにより形成される。その後、第2絶縁層が
このバリア層の上に形成される。第1のトレンチが第2
絶縁層に形成され、第2トレンチが第1絶縁層を貫通し
てバリア層と第2絶縁層に形成される。
され、その後イオン注入が行われて自己整合型のソース
領域とドレイン領域が形成される。トレンチを充填する
のに十分なポリシリコン層がその後堆積され平面化され
る。この本発明のプロセスにより、1回のポリシリコン
形成ステップにより二重ポリシリコン構造を形成する
為、必要なステップの回数を減らすことができる。さら
に本発明の従来の方法により提供されるのよりもより平
坦な形状を有する構造体を提供できる。
リシリコン構造を形成する方法は、このような構造体を
形成するのに必要な製造ステップの数を減らせることが
特徴である。本発明のプロセスは、異なる深さを有する
少なくとも2個のトレンチを形成するステップと、その
後1回ポリシリコン堆積を行うステップと、エッチング
ステップとを有する。本発明の方法により平坦な形状を
有する構造体が得られる。本発明の個々のステップは、
従来の処理技術を用いるものである。
明する。基板12の上に(第1)絶縁層10が形成され
る。この絶縁層10はSiO2製であり均一の厚さを有
する。基板の材料は、Si,GaAs,Geあるいは他
の基板に適した公知の材料である。基板12と絶縁層1
0との間にさらに別の層があってもかまわない。絶縁層
10の厚さは使用されるプロセスおよび技術と基板12
の表面形状に依存して変わる。
レンチ14が図1−4には示されている)が、標準の光
リソグラフ技術を用いてエッチングすべき領域をパター
ン化し、その後(例えば化学的に)エッチングして第1
トレンチ14を形成する。特にトレンチ14は絶縁層1
0の厚さと等しい深さだけエッチングされる。言い換え
るとトレンチ14は、基板12の表面を露出するまでエ
ッチングされる。
の上にレジスト材料層を形成するステップと、2)この
レジスト材料をパターンマスクを透過するエネルギソー
スに露光するステップと、3)レジスト材料層にパター
ンを形成するために、ある部分のレジスト材料の領域を
除去するステップと、4)トレンチ14をエッチングす
るステップと、5)残ったレジスト材料を除去するステ
ップとを含む。エネルギソースは、電子ビーム,光ソー
スあるいは他の適宜のエネルギソースである。
ンチ20(図2)が絶縁層10内に形成される。第2ト
レンチ20の深さは第1トレンチ14のそれよりも浅
い。そのため絶縁層10の残りの部分の上に底部を有す
る。第2トレンチ20は第1トレンチ14を形成するの
に説明したプロセスにより形成される。第2トレンチ2
0の深さ、あるいは第2トレンチ20の下に残った絶縁
層10の厚さは、製造される構造の所望の特性に依存す
る。
4(図2)が第1トレンチ14の底部と第2トレンチ2
0の底部に形成される。第2絶縁層24はSiO2製
で、各トレンチ内にほぼ同時に形成される。第1トレン
チ14の底部に形成された第2絶縁層24は、基板12
の上部表面に直接接触する。
ア層30がトレンチ14,20を充填するようその後堆
積される。イオン注入バリア層30は第2絶縁層24ま
で注入されたイオンが貫通することのないような材料で
構成されている。イオン注入バリア層30に使用される
一般的な材料は、窒化シリコン,窒化タンタル,窒化チ
タン,窒化タングステン,窒化ジルコニウムである。ブ
ランケット方法で堆積した後、イオン注入バリア層30
の材料を処理してイオン注入バリア層30の表面が絶縁
層10の表面と同一となるようにする。例えば、これは
従来の化学機械研磨(CMP)あるいは他の平面化技術
を用いて行われる。
ープした拡散領域32を形成する。薄くドープした拡散
領域32の形成の後、この構造体をアニール処理する。
その後トランジスタのソースとドレインを形成する為に
イオン注入が行われ、この構造体を再びアニール処理す
る。このアニール処理は全てのイオン注入が完了した後
行うのが好ましい。ソース/ドレイン領域34を図3に
示す。注入されるイオンの選択およびその注入エネルギ
は、得られる素子の所望の電気的特性により決定され
る。イオン注入は、標準の処理技術(例えば、所望のイ
オン注入領域を露出するためにパターン化されたフォト
レジスト材料のマスクを通して)に従って行われる。
注入バリア層30を選択的にエッチングするが絶縁層1
0は残すようなエッチングプロセスを実行することによ
り除去される。第2絶縁層24もまた除去される。例え
ば、イオン注入バリア層30が窒化シリコンから構成さ
れている場合には、イオン注入バリア層30はリン酸に
よりエッチングされる。イオン注入バリア層30と第2
絶縁層24を除去すると、第1トレンチ14と第2トレ
ンチ20を再度開口させることになる。
実行して、図4の酸化物層124を形成する。この酸化
物層124は、例えばSiO2製である。トレンチ14
内の酸化物層124は、MOSトランジスタのゲート酸
化物層を構成する。酸化物層124の厚さは、この構造
体の所望の特性により決定される。第2トレンチ20内
の酸化物層124の目的は、以下に述べるようなアプリ
ケーションに応じて変わる。本発明の他の実施例におい
ては、第2絶縁層24を除去せずゲート酸化物として用
いることも可能である。
する。具体的に説明すると、ポリシリコンのブランケッ
ト堆積を実行した後、ポリシリコン層40の表面を処理
して(例えば、CMPで)、ポリシリコン層40の表面
を絶縁層10の表面と同一面となるようにする。これに
より図4に示した二重ポリシリコン構造が形成できる。
れぞれ整合した2個のMOSトランジスタを有する。さ
らに、浅い第2トレンチ20内に形成されたポリシリコ
ン層40を用いて、1)第2絶縁層24と絶縁層10と
基板12と組み合わせて用いた場合にはキャパシタを、
2)抵抗を、3)第2絶縁層24と絶縁層10からなり
トレンチ14内に形成されたデバイスよりも厚いゲート
酸化物を有するトランジスタを構成する。さらにまたこ
れらの構造体を用いてアナログデバイスも製造できる。
実際のデバイスにおいては、電気接続(図示せず)がポ
リシリコン層40とソース/ドレイン領域34に電気的
接続が従来方法により行われる。
2実施例を形成するための最初のステップは、第1実施
例の図1,2に示したステップと同一である。トレンチ
14,20を形成した後、絶縁層24がトレンチ14の
底部と第2トレンチ20の底部に形成される。絶縁層2
4は、例えばSiO2製である。第1トレンチ14の底
部に形成された第2絶縁層24は、基板12の表面に直
接接触する。トレンチ14内の絶縁層24は、従来のM
OSトランジスタのゲート酸化物層を構成する。第2絶
縁層24の厚さはこの構造体の所望の特性により決定さ
れる。第2トレンチ20の底部にある絶縁層24は、第
1実施例で記載したのと同様に機能し、SiO2製であ
る。
0をその後ブランケット方式で堆積する。この堆積され
たポリシリコン層50の表面をその後処理して(例、C
MPを用いて)、ポリシリコン層50の表面と絶縁層1
0の表面とが同一面となるようにする。平面化プロセス
を行った後、標準のポリシリコンの異方性エッチングを
実行して、トレンチ14内のポリシリコン40と第2ト
レンチ20内のポリシリコンのレベルを絶縁層10の表
面のレベル以下にする。この表面からの距離は、十分深
く、イオン注入バリア層52がポリシリコンの上のスペ
ースを占有するようにして、注入されたイオンがポリシ
リコンを貫通しない程度とする。
52をブランケット方式でその後堆積し、イオン注入バ
リア層52を処理して(例えば、CMPを用いて)イオ
ン注入バリア層52の表面が絶縁層10の表面と同一と
なるようにする。かくしてイオン注入の自己整合構造体
が形成される。イオン注入バリア層52の目的は第1実
施例と同一である。イオン注入バリア層52は、前記の
機能を実行するのに十分な材料から構成される。このよ
うなイオン注入バリア層52の材料は、上記した通りで
ある。
して薄くドープした拡散領域32(図5)を形成する。
薄くドープした拡散領域32を形成した後、この構造体
をアニール処理する。トランジスタのソース領域とドレ
イン領域をさらにイオン注入することにより形成し、こ
れらのイオン注入が終了した後、再びアニール処理す
る。別法として全てのイオン注入を実行した後、アニー
ル処理をしてもよい。
5のソース/ドレイン領域34で示す。注入されるイオ
ンの選択およびその注入エネルギは、得られる素子の所
望の電気的特性により決定される。イオン注入は、標準
の処理技術(例えば、所望のイオン注入領域を露出する
ためにパターン化されたフォトレジスト材料のマスクを
通して)に従って行われる。
後選択的エッチング(例えば、化学エッチング)により
除去してイオン注入バリア層52の下のポリシリコン層
50を露出させる。その後、従来方法によりポリシリコ
ン層40とソース/ドレイン領域34への電気的接続を
行う。
する。絶縁層205が基板210の上に形成される。絶
縁層205は、SiO2製で均一な厚さ(深さ)を有す
る。基板210は、Si,GaAs,Geあるいは他の
基板210に適した公知の材料である。基板210と絶
縁層205との間にさらに別の層があってもかまわな
い。絶縁層205の厚さは、使用されるプロセスおよび
技術と基板210の表面形状に依存して変動する。
の上に形成する。ストップ層210は例えばTiN製で
ある。絶縁層205は、以下に説明するようなエッチス
トップ層である。さらに第2絶縁層215を絶縁層20
5の上に形成する。この第2絶縁層215は、例えばS
iO2製である。次にレジスト層220(図7)を第2
絶縁層215の上に形成し、以下に説明するようにパタ
ーン化する。この第2絶縁層215をエッチングしてト
レンチ120(図8)を形成する。
をストップ層210よりも速い速度でエッチングするよ
うな選択的エッチングプロセスである。言い換えると、
ストップ層210は絶縁層215をエッチングするのに
用いられるエッチングプロセスに対し耐性を有する。こ
のプロセスを用いてエッチングプロセスの間形成された
トレンチ120の深さを正確に制御する。
を第2絶縁層215の上に形成する。この第2レジスト
層230を上記したようにパターン化する。第2絶縁層
215とストップ層210と絶縁層205は、各層の材
料を選択的にエッチングするプロセスを用いてトレンチ
140を形成する。言い換えるとストップ層210はト
レンチ140をエッチングするのに用いられるエッチン
グプロセスに対しては耐性を許さない。
230の残りの部分を除去する。トレンチ140は、図
1−5に示したトレンチ14に類似し、トレンチ120
は図1−5に示したトレンチ20に類似する。トレンチ
140,120が一旦形成されると、層124,ポリヂ
コン層40,50および/またはイオン注入バリア層5
2に類似の層が第1実施例と第2実施例で説明したよう
に形成されて、ポリシリコンデバイスを形成する。
例を用いて形成した素子を示す。図11の素子は、SR
AMである。図11に示した実施例においては、レジス
タ300をトレンチ120または20を具備する構造体
を用いて形成され、トランジスタ310はトレンチ14
または140で形成された構造を用いて形成される。そ
の後金属層を形成して、相互接続レジスタ300とトラ
ンジスタ310を接続する。
る。図12に示した実施例においては、トランジスタ4
00はトレンチ120または20内に形成され、トラン
ジスタ410はトレンチ14または140内に形成され
た構造体を用いて形成される。その後金属層を形成して
相互接続トランジスタ400とトランジスタ405とを
接続する。
13に示した実施例においては、レジスタ500は浅い
トレンチ120または12内に形成された構造を用いて
形成される。トランジスタ510は、トレンチ14,1
40内に形成された構造体を用いて形成される。この後
金属層を相互接続レジスタ500とトランジスタ505
を接続するよう形成される。
の第1段階を示す図
の第2段階を示す図
の第3段階を示す図
の第4段階を示す図
積しエッチングした後、注入バリア層を堆積し平面化し
た後の二重ポリシリコン構造の断面図
の第1段階を示す図
の第2段階を示す図
の第3段階を示す図
の第4段階を示す図
法の第5段階を示す図
Claims (28)
- 【請求項1】 (A)第1絶縁層(10)を形成するス
テップと、 (B)前記第1絶縁層(10)の中に異なる深さの少な
くとも第1トレンチ(14)と第2トレンチ(20)を
形成するステップと、 (C)前記第1トレンチと第2トレンチ内にポリシリコ
ン材料層(40または50)を形成するステップとを有
することを特徴とする集積回路の形成方法。 - 【請求項2】 前記第1トレンチ(14)は、第2トレ
ンチ(20)よりも深く、 (D)前記第2トレンチ(20)を形成する前に第1ト
レンチ(14)を形成するステップをさらに含むことを
特徴とする請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 (E)前記第1トレンチと第2トレンチ
内に第2絶縁層(24)を形成するステップをさらに有
することを特徴とする請求項1記載の方法。 - 【請求項4】 (F)前記第1トレンチと第2トレンチ
内にイオン注入バリア層(30または52)を形成する
ステップを有し、 前記注入されたイオンが、第2絶縁層(24)内に入る
のを阻止することを特徴とする請求項3記載の方法。 - 【請求項5】 前記イオン注入バリア層(30または5
2)は、第1トレンチと第2トレンチ内にのみ形成され
ることを特徴とする請求項4記載の方法。 - 【請求項6】 (G)イオンを第1絶縁層(10)内に
注入するステップをさらに有することを特徴とする請求
項1記載の方法。 - 【請求項7】 (H)イオン注入バリア層(30または
52)を除去するステップをさらに有することを特徴と
する請求項6記載の方法。 - 【請求項8】 (I)イオン注入バリア層(30または
52)を除去するステップと、 (J)その後前記第1トレンチと第2トレンチ内にポリ
シリコン材料層(40または50)を形成するステップ
をさらに有することを特徴とする請求項6記載の方法。 - 【請求項9】 (K)イオンを第1絶縁層(10)内に
注入するステップをさらに有することを特徴とする請求
項4記載の方法。 - 【請求項10】 (L)第1構造体を形成するために第
1トレンチ(40)内に第2絶縁材料層(24)を形成
するステップと、 (M)第2構造体を形成するために第2トレンチ(2
0)内に第2絶縁材料層(24)を形成するステップと
をさらに有することを特徴とする請求項1記載の方法。 - 【請求項11】 少なくとも2個の第1構造体と少なく
とも2個の第2構造体とを有し、 (N)SRAMセルを構成するために、少なくとも2つ
の第1構造体と第2構造体とを相互接続するステップを
さらに有することを特徴とする請求項10記載の方法。 - 【請求項12】 (O)DRAMセルを形成するために
第1構造体と第2構造体を接続するステップをさらに有
することを特徴とする請求項10記載の方法。 - 【請求項13】 基板(12)と、 前記基板上に形成された第1絶縁層(10)と、 前記第1絶縁層(10)内に異なる深さの第1トレンチ
(14)と第2トレンチ(20)と、 前記トレンチ内に形成された第3絶縁層(24)と、 前記トレンチ内に形成されたポリシリコン層(40また
は50)とを有することを特徴とする集積回路。 - 【請求項14】 前記ポリシリコン層(40または5
0)は第3絶縁層(24)の上に形成されることを特徴
とする請求項13記載の集積回路。 - 【請求項15】 前記ポリシリコン層(40または5
0)の上部表面と第1絶縁層(10)の上部表面とはほ
ぼ同一面にあることを特徴とする請求項14記載の集積
回路。 - 【請求項16】 前記第2絶縁層と第1絶縁層との間に
形成された第2絶縁層とストップ層(210)をさらに
有することを特徴とする請求項13記載の集積回路。 - 【請求項17】 前記第2トレンチは、ストップ層を貫
通して形成され、前記第1トレンチの底部は、前記スト
ップ層の上部表面であることを特徴とする請求項16記
載の集積回路。 - 【請求項18】 基板と前記第1絶縁層との間に形成さ
れた第2絶縁層と、 前記第1絶縁層と第2絶縁層との間に形成されたストッ
プ層と、 をさらに有することを特徴とする請求項13記載の集積
回路。 - 【請求項19】 (A)前記第1絶縁層(205)を形
成するステップと、 (B)前記第1絶縁層(205)の上にバリア層(21
0)を形成するステップと、 (C)前記バリア層(210)の上に第2絶縁層(21
5)を形成するステップと、 (D)第2絶縁層(215)内に第1トレンチ(12
0)を形成するステップと、 (E)前記第1絶縁層(205)とバリア層(210)
と第2絶縁層(215)を貫通して第2トレンチ(14
0)を形成するステップとを有することを特徴とする集
積回路の形成方法。 - 【請求項20】 (F)前記第1トレンチと第2トレン
チ内に第3絶縁層(24)を形成するステップをさらに
有することを特徴とする請求項19記載の方法。 - 【請求項21】 (L)第1構造体を形成するために第
1トレンチ(120)内にポリシリコン層(40または
50)を形成するステップと、 (M)第2構造体を形成するために第2トレンチ(14
0)内にポリシリコン層(40または50)を形成する
ステップとをさらに有することを特徴とする請求項20
記載の方法。 - 【請求項22】 少なくとも2個の第1構造体と少なく
とも2個の第2構造体とを有し、 (N)SRAMセルを構成するために、少なくとも2つ
の第1構造体と第2構造体とを相互接続するステップを
さらに有することを特徴とする請求項21記載の方法。 - 【請求項23】 (O)DRAMセルを形成するために
第1構造体と第2構造体を接続するステップをさらに有
することを特徴とする請求項21記載の方法。 - 【請求項24】 (F)前記第1トレンチと第2トレン
チ内にイオン注入バリア層(30または52)を形成す
るステップを有し、 前記注入されたイオンが第3絶縁層の一部内に入るのを
阻止することを特徴とする請求項20記載の方法。 - 【請求項25】 前記イオン注入バリア層(30または
52)は、第1トレンチと第2トレンチ内にのみ形成さ
れることを特徴とする請求項24記載の方法。 - 【請求項26】 (H)イオン注入バリア層(30また
は52)を除去するステップをさらに有することを特徴
とする請求項24記載の方法。 - 【請求項27】 (I)イオン注入バリア層(30また
は52)を除去するステップと、 (J)その後前記第1トレンチと第2トレンチ内にポリ
シリコン材料層(40または50)を形成するステップ
をさらに有することを特徴とする請求項24記載の方
法。 - 【請求項28】 前記イオン注入バリア層(30または
52)は窒化シリコン,窒化タンタル,窒化チタン,窒
化タングステン,窒化ジルコニウムのうちの少なくとも
1つを含むことを特徴とする請求項24記載の方法。
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