JP2002222855A - 浅いトレンチ分離構造を有する半導体デバイス及びその製造方法 - Google Patents

浅いトレンチ分離構造を有する半導体デバイス及びその製造方法

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JP2002222855A JP2001365202A JP2001365202A JP2002222855A JP 2002222855 A JP2002222855 A JP 2002222855A JP 2001365202 A JP2001365202 A JP 2001365202A JP 2001365202 A JP2001365202 A JP 2001365202A JP 2002222855 A JP2002222855 A JP 2002222855A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 P-FETの漏れ電流を減らしながら、DR
AM素子の特性を向上させることのできるSTI構造を
有する半導体デバイス及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 第1トレンチが形成された第1領域及び
第2トレンチが形成された第2領域が限定された半導体
基板と、第1トレンチの内側表面に形成された第1側壁
酸化膜と、第2トレンチの内側表面に形成され、第1側
壁酸化膜よりも薄い第2側壁酸化膜と、第1及び第2側
壁酸化膜の表面に各々形成されるストレス緩衝用ライナ
ー、及び第1及び第2トレンチの内部に埋め込まれる絶
縁物を含み、第1領域はP-FETの間を分離する領域
であり、第2領域はN-FETの間、N-FETとP-F
ETとの間、N-FETとその他の回路素子との間、P-
FETとその他の回路素子との間、及びその他の回路素
子の間を分離する領域である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は素子分離膜を有する
半導体デバイス及びその製造方法に係り、より具体的に
は、浅いトレンチ分離(STI;Shallow Trench Isola
tion)構造を有する半導体デバイス及びその製造方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】半導体技術の進歩、さらには、半導体素
子の高速化、高集積化が進展しつつある。これにより、
パターンに対する微細化の必要性が次第に高まりつつあ
り、パターンの寸法面でも高精度化が要求されている。
これは、半導体素子において、広い領域を占める素子分
離領域にも適用される。
【0003】従来の半導体デバイスの素子分離膜として
は、LOCOS酸化膜がほとんど用いられていた。しか
し、LOCOS方式の素子分離膜は、その縁部に嘴状の
バーズビーク現象が生じ、アクティブ領域の面積を縮め
るほか、漏れ電流を生じるという短所があった。
【0004】現在では、狭い幅を有すると共に、優れた
素子分離特性を有するSTI素子分離膜が広く採用され
ている。
【0005】図1を参照すれば、半導体基板10の上部
に素子分離領域を露出させるための遮断パターン(図示
せず)を形成する。この時、半導体基板10はセル領
域、コア領域及び周辺領域に区分される。また、遮断パ
ターンとしては、酸化膜及びシリコン窒化膜の積層膜が
用いられる。遮断パターンをマスクとして露出された半
導体基板10を定まった深さにエッチングする。これに
より、半導体基板10内にトレンチt1、t2が形成さ
れる。ここで、t1はセル領域に形成されるトレンチで
あり、t2はコア領域及び周辺領域に形成されるトレン
チである。また、トレンチt1、t2を形成するための
エッチング工程は、例えば、プラズマガスを用いたドラ
イエッチング方式により行われる。
【0006】この時、トレンチt1、t2を形成するた
めのドライエッチング工程中に、トレンチt1、t2の
内側表面にシリコン格子欠陥及びダメージが生じる場合
がある。従来には、このようなシリコン格子欠陥及びダ
メージを減らすために、トレンチt1、t2の内側表面
を熱酸化して側壁酸化膜12を形成していた。この時、
側壁酸化膜12は50〜100Å以下の薄膜に形成され
る。また、側壁酸化膜12の形成により、トレンチt
1、t2の角部に生じる尖点が除去される。
【0007】その後、側壁酸化膜12の表面にシリコン
窒化膜ライナー14を形成する。この時、シリコン窒化
膜ライナー14は、知られたように、シリコンよりなる
半導体基板10と以降にトレンチt1、t2内に埋め込
まれるシリコン酸化膜との間の熱膨張係数の違いによる
ストレスの発生を防止する役割をする。
【0008】トレンチt1、t2が十分に埋め込まれる
ように、半導体基板10の結果物の上部に絶縁物、例え
ば、高密度プラズマ(High DensiTy Plasma、以下、HD
P)酸化膜を蒸着する。次に、HDP酸化膜及び遮断パ
ターンを半導体基板10の表面が露出されるように化学
的機械的研磨(Chemical Mechanical Polishing、以下、
CMP)して、トレンチt1、t2内にHDP酸化膜を
埋め込む。これにより、STI膜16が完成される。
【0009】しかし、側壁酸化膜12を薄膜に均一に形
成することにより、次のような問題が生じる。
【0010】図2A及び図2Bを参照すれば、一般に、
高集積半導体モストランジスタのホットキャリアは高い
エネルギーを有しているため、薄膜のゲート酸化膜22
にはね上がったり、あるいは側壁酸化膜12を貫通して
STI膜16に浸透し易い。ここで、STI膜16に浸
透されるホットキャリアはほとんど負電荷、すなわち、
電子100であって、STI膜16内のシリコン窒化膜
ライナー14及びシリコン窒化膜ライナー14と側壁酸
化膜12との界面にトラップされ易い。この時、側壁酸
化膜12の厚さが、前述のように極めて薄膜であるた
め、電子100は極めて密にトラップされる。このよう
に、STI膜16の縁部に電子100が密集すれば、M
OSトランジスターが形成される半導体基板10の正電
荷、すなわち、ホール102がSTI膜16の外周に誘
起される。この時、電子100がシリコン窒化膜ライナ
ー14及びシリコン窒化膜ライナー14と側壁酸化膜1
2との界面に極めて密にトラップされているため、半導
体基板10内のホール102も同様に極めて密に集ま
る。
【0011】ここで、N−チャネル電界効果トランジス
タ(N-channel field effect Transistor、以下、N-F
ET)は、図2Aに示されたように、主キャリアが電子
100であるため、たとえ、STI膜16の外周にホー
ル102が密集されていても、電子100が主キャリア
として作用するN型接合領域26a、26bの間にパス
が形成されない。
【0012】しかし、P−チャネル電界効果トランジス
タ(P-channel field effect Transistor、以下、P-F
ET)は、公知のように、主キャリアがホール102で
あるため、図2Bに示されたように、STI膜16の外
周に密に配列されたホール102がSTI膜16を挟ん
で分離されたP型接合領域28a、28bの間を接続さ
せる電流パスIとして作用する。これにより、STI膜
16により素子分離されたとしても、隣接するP-FE
Tの間には進行性スタンバイ電流などの漏れ電流が生じ
てしまい、P-FET特性が劣化する。ここで、符号2
4はMOSFETのゲート電極である。
【0013】さらに、STI膜16とアクティブ領域と
の界面(以下、境界面)に位置するP-FETの場合に
は、薄膜の側壁酸化膜12を挟んでP-FETのチャネ
ル領域(図示せず)及び電子がトラップされたシリコン
窒化膜ライナー14が対峙する。したがって、シリコン
窒化膜ライナー14にトラップされた電子により、境界
面に位置するP-FETのチャネル領域にホールが誘起
され易く、P-FETのターンオン時に誘起されたホー
ルがターンオン時に容易に除去されず、残留してしま
う。これにより、境界面に形成されるP-FETのチャ
ネル長が次第に短くなり、しきい電圧が変わる。このた
め、P-FETの素子特性が変わる。
【0014】前記のように、P-FETでの問題点を解
決するために、側壁酸化膜12を全体的に厚くする技術
が提案されている。
【0015】しかしながら、側壁酸化膜12が全体的に
厚くなれば、側壁酸化膜12を通じてオキシダントが浸
透され易い。このように、オキシダントの浸透により、
ストレッジキャパシタと接続されるセル領域のN-FE
Tのストレスが増える。これにより、ストレッジキャパ
シタのデータリテンションタイム、すなわち、リフレッ
シュタイムが格段に短縮され、その結果、DRAM素子
の特性が劣化する。
【0016】すなわち、STIの側壁酸化膜12を、P
-FETに進行性スタンバイ電流が生じない程度の厚さ
に全領域に亘って同一に形成すれば、P-FETの進行
性スタンバイ電流は減り、セル領域のストレッジキャパ
シタのデータリテンションタイムが短縮される。これに
対し、STIの側壁酸化膜12を、適宜なDRAMのデ
ータリテンションタイムが確保できる程度の厚さに全領
域に亘って同一に形成すれば、DRAMのデータリテン
ションタイムは確保できるが、P-FETには深刻な進
行性スタンバイ電流が生じ、その結果、P-FETの素
子特性が確保し難い。
【0017】これにより、各領域の側壁酸化膜を均一に
形成すれば、セル領域のN-FET及びコア領域と周辺
領域のP-FETが同時に優れた特性を有し難い。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の目的
は、P-FETの進行性スタンバイ電流を減らしなが
ら、P-FETの素子特性を確保すると共に、DRAM
などのメモリ素子の特性を向上させることのできる、S
TI構造を有する半導体デバイスを提供することであ
る。
【0019】また、本発明の他の目的は、前記STI構
造を有する半導体デバイスの製造方法を提供することで
ある。
【0020】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の一観点の一実施形態によるSTI構造を有
する半導体デバイスは、第1トレンチが形成された第1
領域及び第2トレンチが形成された第2領域が限定され
た半導体基板と、前記第1トレンチの内側表面に形成さ
れた第1側壁酸化膜と、前記第2トレンチの内側表面に
形成され、第1側壁酸化膜よりも薄い第2側壁酸化膜
と、前記第1及び第2側壁酸化膜の表面に各々形成され
るストレス緩衝用ライナーと、前記第1及び第2トレン
チの内部に埋め込まれる絶縁物とを含むことを特徴とす
る。
【0021】また、本発明の他の実施形態によるSTI
構造を有する半導体デバイスは、P-FET及びその他
の回路素子が形成されるコア領域と周辺領域及びメモリ
素子が形成されるセル領域に区分され、コア領域、周辺
領域及びセル領域に形成される素子を分離するための第
1及び第2トレンチが形成された半導体基板と、前記第
1トレンチの内側表面に形成された第1側壁酸化膜と、
前記第2トレンチの内側表面に形成され、第1側壁酸化
膜よりも薄い第2側壁酸化膜と、前記第1及び第2側壁
酸化膜の表面に各々形成されるストレス緩衝用ライナー
と、前記第1及び第2トレンチの内部に埋め込まれる絶
縁物とを含むことを特徴とする。
【0022】ここで、前記第1トレンチは前記コア領域
及び前記周辺領域に形成され、前記第2トレンチは前記
セル領域に形成される。また、第1トレンチは前記コア
領域及び前記周辺領域のうちP-FETの間を分離する
ための領域に形成され、前記第2トレンチは前記セル領
域と前記コア及び周辺領域のうちN-FETの間、N-F
ETとP-FETとの間、N-FETとその他の回路素子
との間、P-FETとその他の回路素子との間、及びそ
の他の回路素子の間を分離する領域に形成される。ここ
で、前記第1側壁酸化膜は、P-FETに進行性スタン
バイ電流の発生を阻止できる程度の厚さを有し、前記第
2側壁酸化膜は、定まったメモリ素子のデータリテンシ
ョンタイムが短縮されない程度の厚さを有する。
【0023】また、本発明の他の観点の一実施形態によ
るSTI構造を有する半導体デバイスの製造方法は、下
記の通りである。まず、半導体基板の選択された領域に
第1トレンチ及び第2トレンチを形成する。次に、前記
第1トレンチの内側表面に第1側壁酸化膜を形成し、第
2トレンチの内側表面に第2側壁酸化膜を形成する。次
に、前記第1及び第2トレンチに絶縁物を埋め込む。こ
の時、第1及び第2側壁酸化膜を形成する段階で、前記
第1側壁酸化膜は、第1側壁酸化膜よりも薄く形成す
る。
【0024】また、本発明の他の実施形態によるSTI
構造を有する半導体デバイスの製造方法は、下記の通り
である。
【0025】まず、P-FET及びその他の回路素子が
形成されるコア領域と周辺領域及びメモリ素子が形成さ
れるセル領域に限定される半導体基板を提供する。次
に、前記第1及び第2トレンチの内側表面に初期酸化膜
を形成した後、前記第2トレンチの内部の初期酸化膜を
除去する。次に、第1トレンチの初期酸化膜及び前記第
2トレンチの内側表面を酸化して、第1及び第2トレン
チの内側表面に第1及び第2側壁酸化膜を形成する。次
に、第1及び第2側壁酸化膜の内部に絶縁物を埋め込
む。この時、第1側壁酸化膜は、前記第2側壁酸化膜よ
りも相対的に厚く形成される。
【0026】また、本発明の他の実施形態によるSTI
構造を有する半導体デバイスの製造方法は、下記の通り
である。
【0027】まず、P-FET及びその他の回路素子が
形成されるコア領域と周辺領域及びメモリ素子が形成さ
れるセル領域に限定される半導体基板の素子分離予定領
域に第1及び第2トレンチを形成する。次に、前記第1
及び第2トレンチの内側表面に第1側壁酸化膜を所定厚
さに形成した後、第2トレンチの内部の第1側壁酸化膜
を所定厚さだけエッチングして、第2側壁酸化膜を形成
する。次に、第1及び第2トレンチの内部に絶縁物を埋
め込む。
【0028】ここで、前記第1トレンチは前記コア及び
周辺領域に形成し、前記第2トレンチは前記セル領域に
形成する。あるいは、前記第1トレンチは前記コア及び
周辺領域のうちP-FETの間を分離する領域に形成
し、前記第2トレンチはセル領域と、コア及び周辺領域
のうちN-FETの間、N-FETとP-FETとの間、
N-FETとその他の回路素子との間、P-FETとその
他の回路素子との間、及びその他の回路素子の間を分離
する領域に形成する。
【0029】ここで、第1トレンチの第1側壁酸化膜は
P-FETに進行性スタンバイ電流の発生を阻止できる
程度の厚さに形成し、第2側壁酸化膜はメモリ素子の定
まったデータリテンションタイムが短縮されない程度の
厚さに形成する。
【0030】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面に基づき、本
発明の望ましい実施形態について詳細に説明する。
【0031】ここで、本発明の実施形態を各種に変形で
き、本発明の範囲が後述する実施形態に限定されること
はない。本発明の実施形態はこの分野における通常の知
識を有した者に本発明をより完全に説明するために提供
されるものである。したがって、図中の要素の形状等は
より明確な説明のために誇張されており、図中、同一の
要素には同一の符号を使用した。また、ある層が他の層
または半導体基板の“上”にあると記載されている場
合、ある層は前記他の層または半導体基板に直接的に接
触して存在することもできれば、それらの間に第3の層
が挟まれることもできる。
【0032】第1実施形態 まず、図3Aを参照すれば、半導体基板20の上部に素
子分離領域が露出されるように遮断パターン22を形成
する。この時、半導体基板20は所定の不純物を含む基
板であって、メモリ素子が形成されるセル領域とP-F
ETが要求されるコア領域及び周辺領域に区分される。
また、図中には、セル領域A1及びコア領域または周辺
領域A2が示されている。遮断パターン22はシリコン
物質とのエッチング選択比に優れていると共に、酸化を
抑える物質が用いられ、例えば、シリコン酸化膜及びシ
リコン窒化膜の積層膜が用いられる。
【0033】その後、遮断パターン22をマスクとして
半導体基板20を所定深さだけドライエッチングする。
これにより、半導体基板20内に第1及び第2トレンチ
T1、T2が形成される。ここで、トレンチT1、T2
はSTIを形成するための浅いトレンチである。また、
第1トレンチT1はコア及び周辺領域A2に形成される
トレンチであり、第2トレンチT2はセル領域A1に形
成されるトレンチである。さらに、第2トレンチT2は
素子が密集されたセル領域A1に形成されるため、コア
または周辺領域A2に形成される第1トレンチT2より
もその幅が狭い。この時、トレンチT1、T2を形成す
るためのエッチング工程としては、プラズマを用いたド
ライエッチング工程が用いられ、これにより、トレンチ
T1、T2の表面にシリコン格子欠陥及びダメージが生
じうる。合わせて、トレンチT1、T2の角部には尖点
が存在する場合がある。
【0034】次に、図3Bに示されたように、トレンチ
T1、T2の内側表面を熱酸化して、トレンチT1、T
2の内部に熱酸化膜24を形成する。熱酸化工程により
トレンチT1、T2の内部に生じた格子欠陥及びダメー
ジが治され、トレンチT1、T2の尖点が除去される。
ここで、“トレンチT1、T2の内側表面”は、トレン
チT1、T2の内側壁及び底面を含む。
【0035】図3Cを参照すれば、セル領域A1の第2
トレンチT2部分が露出されるように、公知のフォトリ
ソグラフィ工程によりフォトレジストパターン26を形
成する。この時、フォトレジストパターン26はP-F
ETが要求されるコア領域及び周辺領域A2をいずれも
遮へいするように形成される。次に、露出されたセル領
域A1の熱酸化膜24を等方性エッチング方式により除
去する。この時、熱酸化膜24の等方性エッチングは、
ウェットまたはドライエッチングである。これにより、
セル領域A1のトレンチT2の内部が露出される。この
ような等方性エッチング方法により、トレンチT2の両
側上端に位置する遮断パターン22のシリコン酸化膜が
なくなりうる。これにより、トレンチT2の上端角部が
よりなだらかになる。
【0036】図3Dを参照すれば、フォトレジストパタ
ーン26(図3Cを参照)を、例えば、プラズマアッシ
ング等の方式により除去する。次に、半導体基板の結果
物を熱酸化する。これにより、第1トレンチT1の内部
には第1トレンチT1に残留する熱酸化膜24が再酸化
され、その結果、熱酸化膜24よりも厚い第1側壁酸化
膜28が形成される。
【0037】第2トレンチT2には露出されたベアシリ
コンが熱酸化されるため、第1側壁酸化膜28よりは薄
い第2側壁酸化膜30が形成される。この時、第1側壁
酸化膜28は、第2側壁酸化膜30の厚さ及び熱酸化膜
24の厚さを合計した厚さを有する。望ましくは、第1
側壁酸化膜28は、以降に形成されるストレス緩衝用ラ
イナーにトラップされた電荷が半導体基板20内に浸透
することを防止できる程度の厚さ、例えば、約100〜
300Å程度に形成される。また、第2側壁酸化膜30
はDRAM素子のデータリテンションタイムが短縮され
ない程度の厚さ、例えば、20〜100Åの厚さに形成
される。これにより、コア領域及び周辺領域A2に形成
される第1トレンチT1内の側壁酸化膜28とセル領域
A1に形成される第2トレンチT2内の側壁酸化膜30
とは相異なる厚さを有する。
【0038】次に、図3Eを参照すれば、遮断パターン
(図示せず)の表面及びトレンチT1、T2の内部の第
1及び第2側壁酸化膜28、30の表面にストレス緩衝
用ライナー32を形成する。この時、ストレス緩衝用ラ
イナー30は、公知のように、後続する熱工程に際し、
シリコンよりなる半導体基板20とトレンチT1、T2
の内部に埋め込まれるシリコン酸化膜との間の熱膨張係
数の違いによるストレスを緩衝させるために挟まれる。
このストレス緩衝用ライナー32は、望ましくは、第1
及び第2側壁酸化膜28、30よりも薄く形成され、例
えば、シリコン窒化膜Sixyまたはシリコン窒酸化膜
SiONが用いられる。次に、層間埋込み特性に優れた
トレンチ埋込み用絶縁膜、例えば、高密度プラズマ酸化
膜をトレンチT1、T2が十分に埋め込まれるように蒸
着する。次に、半導体基板20の表面が露出されるまで
トレンチ埋込み用絶縁膜、ストレス緩衝用ライナー32
及び遮断パターン22をCMPする。これにより、第1
及び第2トレンチT1、T2内に絶縁膜が埋め込まれて
STI膜34が完成される。
【0039】図4は、コア領域または周辺領域、特にP
-FETを限定するトレンチ内に形成された側壁酸化膜
の厚さによるスタンバイ電流を示したものであって、側
壁酸化膜SWoxの厚さを30Å、50Å、80Å及び1
10Åに各々変えつつスタンバイ電流を測定した結果を
示したグラフである。ここで、◆、◇は側壁酸化膜が3
0Åである時のスタンバイ電流を表わし、△、▲は側壁
酸化膜が50Åである時のスタンバイ電流を表わす。ま
た、□、■は側壁酸化膜が80Åである時のスタンバイ
電流を表わし、○、●は側壁酸化膜が110Åである時
のスタンバイ電流を表わす。合わせて、オープンされた
図形はP-FETを駆動させた後1時間内に測定された
スタンバイ電流を表わし、マーキングされた図形はP-
FETを駆動させた後、48時間が経った後に測定され
たスタンバイ電流を表わす。また、グラフのx軸は側壁
酸化膜の厚さを表わし、y軸は進行性スタンバイ電流を
表わす。
【0040】この図面によれば、P-FETを駆動させ
た直後には、たとえ、側壁酸化膜の厚さを薄く形成して
も、スタンバイ電流がほとんど生じない。しかし、約4
8時間が経った後、スタンバイ電流が生じ、このスタン
バイ電流の量は側壁酸化膜の厚さと反比例する。すなわ
ち、P-FETを限定するトレンチT1の側壁酸化膜4
0を相対的に厚くするほど、スタンバイ電流の量が著し
く減るということが分かる。これにより、この実施形態
のように、P-FETが要求されるコア領域及び周辺領
域のトレンチ内に厚目の側壁酸化膜を形成することによ
り、スタンバイ電流を低減することができる。
【0041】この実施形態によれば、一回のマスク使用
によりセル領域トレンチの側壁酸化膜の厚さとコア領域
及び周辺領域トレンチの側壁酸化膜の厚さとを別々に形
成できる。これにより、DRAM素子のデータリテンシ
ョンタイムを確保でき、その結果、進行性スタンバイ電
流の発生可能性を減らしうる。
【0042】第2実施形態 この実施形態は、トレンチT1、T2の形成工程から熱
酸化膜24の形成工程までは前述した第1実施形態と同
様なため、それ以降の部分についてのみ述べる。
【0043】まず、図5Aを参照すれば、フォトレジス
トパターン26をセル領域A1が露出されるようにフォ
トリソグラフィ工程により形成する。次に、露出された
セル領域A1の熱酸化膜24を等方性エッチング方式に
よりエッチングする。この時、熱酸化膜24は、第2ト
レンチT2内に所定厚さだけ残留するようにエッチング
される。熱酸化膜24を残留させる理由は、シリコンよ
りなる半導体基板20が疏水性であるため等方性エッチ
ング中にダメージを与えやすく、したがって、これを防
止するためである。ここで、触れていない符号24aは
所定厚さだけエッチング処理された熱酸化膜である。
【0044】次に、図5Bに示されたように、フォトレ
ジストパターン26(図5Aを参照)を公知の方法によ
り除去する。次に、第1トレンチT1及び第2トレンチ
T2内の熱酸化膜24、24aを再度酸化して、第1及
び第2側壁酸化膜28、30を形成する。ここで、第2
トレンチT2内の熱酸化膜24aは第1トレンチT1内
の熱酸化膜24aよりも薄いため、第2側壁酸化膜30
が第1側壁酸化膜28よりも薄く形成される。
【0045】次に、図示してはいないが、ストレス緩衝
用ライナーを形成する工程及び絶縁物を埋め込む工程は
前述した第1実施形態と同一である。本実施形態によれ
ば、熱酸化膜を一部残すようにエッチングして、半導体
基板に追加的に生じるダメージを低減できる。
【0046】第3実施形態 本実施形態は、トレンチT1、T2を形成する工程まで
は前述した第1実施形態と同一なため、その以降の部分
についてのみ述べる。
【0047】図6Aを参照すれば、トレンチT1、T2
の内側表面を熱酸化して、第1側壁酸化膜40を形成す
る。この時、第1側壁酸化膜40は、コア領域及び周辺
領域A2のP-FETにスタンバイ電流が防止できる程
度、すなわち、後続工程により形成されるストレス緩衝
用ライナーにトラップされた電荷が基板の内部に浸透す
ることを防止できる程度の厚さ、例えば、100〜30
0Åの厚さに形成される。
【0048】次に、図6Bに示されたように、コア領域
及び周辺領域A2を遮へいするように公知のフォトリソ
グラフィ工程によりフォトレジストパターン26を形成
する。次に、フォトレジストパターン26により露出さ
れたセル領域A1のトレンチT2内の第1側壁酸化膜4
0を所定厚さだけエッチングして、第2側壁酸化膜42
を形成する。この時、第2側壁酸化膜42は、DRAM
素子のリテンションタイムが短縮されない程度の厚さ、
例えば、20〜100Åの厚さが残留するようにエッチ
ングされる。これにより、コア領域及び周辺領域A2の
トレンチT1の内部には厚目の第1側壁酸化膜40が形
成され、セル領域A1のトレンチT2の内部には薄目の
第2側壁酸化膜42が形成される。
【0049】次に、図6Cを参照すれば、フォトレジス
トパターン26を公知の方式により除去する。次に、第
1及び第2側壁酸化膜40、42の表面にストレス緩衝
用ライナーを形成する工程、トレンチT1、T2内に絶
縁膜を埋め込む工程は前述した第1実施形態と同一であ
る。
【0050】本実施形態のように、全体的に側壁酸化膜
を厚く形成し、セル領域の側壁酸化膜の一部を除去し
て、領域別に厚さが相異なる側壁酸化膜を形成できる。
【0051】第4実施形態 本実施形態によるSTI構造を有する半導体デバイスの
製造方法は、前述した第1実施形態ないし第3実施形態
のうちいずれか一つの実施形態と同一であり、STI膜
の位置だけが異なる。
【0052】すなわち、前述した第1実施形態ないし第
3実施形態において、厚目の第1側壁酸化膜28、40
はP-FETが要求されるコア領域及び周辺領域のトレ
ンチT1に形成され、薄目の第2側壁酸化膜30、42
はセル領域のトレンチT2に形成されていた。
【0053】しかし、本実施形態では、厚目の第1側壁
酸化膜28または40はコア領域及び周辺領域のうちP
-FETの間を限定するためのトレンチT3内に形成さ
れる。また、薄目の第2側壁酸化膜30または42はセ
ル領域のトレンチT2だけではなく、コア領域及び周辺
領域のトレンチT1のうちP-FETの間を限定するト
レンチを除いたその他の回路素子を限定するトレンチT
4に各々形成される。すなわち、本実施形態において、
第2側壁酸化膜30または42が形成されるトレンチは
N-FETの間、N-FETとP-FETとの間、N-FE
Tとその他の回路素子との間、P-FETとその他の回
路素子との間、及びその他の回路素子の間に位置でき
る。
【0054】この時、製造方法は前述した第1〜第3実
施形態のうちいずれか一つと同一であり、各実施形態に
おいてフォトレジストパターンを形成する時、セル領域
を露出させると同時に、コア領域及び周辺領域のトレン
チT1のうちP-FETを限定するトレンチT3を除い
たその他のトレンチT4部分をさらに露出させた後に工
程を行えばよい。ここで、触れていない符号NAはセル
領域及びP-FETを限定するトレンチを除いた領域を
表わし、PAはP-FETを限定するトレンチが形成さ
れる領域を表わす。
【0055】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、セ
ル領域内の素子を分離するトレンチ内にはDRAM素子
のリテンションタイムが短縮されないように薄目の側壁
酸化膜を形成し、P-FETを限定するトレンチ内には
進行性スタンバイ電流が生じないように厚目の側壁酸化
膜を形成する。これにより、DRAM素子の特性を改善
でき、その結果、P-FET領域に漏れ電流が減る。
【0056】さらに、本発明の要旨を逸脱しない範囲で
あれば、各種の実施形態が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来のSTI構造を有する半導体デバイスを
説明するための断面図である。
【図2A】 従来のSTI構造により分離されたN-F
ETを示した断面図である。
【図2B】 従来のSTI構造により分離されたP-F
ETを示した断面図である。
【図3A】 本発明の第1実施形態によるSTI構造を
有する半導体デバイスの製造方法を説明するための各工
程別断面図である。
【図3B】 本発明の第1実施形態によるSTI構造を
有する半導体デバイスの製造方法を説明するための各工
程別断面図である。
【図3C】 本発明の第1実施形態によるSTI構造を
有する半導体デバイスの製造方法を説明するための各工
程別断面図である。
【図3D】 本発明の第1実施形態によるSTI構造を
有する半導体デバイスの製造方法を説明するための各工
程別断面図である。
【図3E】 本発明の第1実施形態によるSTI構造を
有する半導体デバイスの製造方法を説明するための各工
程別断面図である。
【図4】 P-FET限定用トレンチ内の側壁酸化膜の
厚さによるスタンバイ電流を示したグラフである。
【図5A】 本発明の第2実施形態を説明するための各
工程別断面図である。
【図5B】 本発明の第2実施形態を説明するための各
工程別断面図である。
【図6A】 本発明の第3実施形態を説明するための各
工程別断面図である。
【図6B】 本発明の第3実施形態を説明するための各
工程別断面図である。
【図6C】 本発明の第3実施形態を説明するための各
工程別断面図である。
【図7】 本発明の第4実施形態を説明するためのST
I構造を有する半導体デバイスの断面図である。

Claims (36)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1トレンチが形成された第1領域及び
    第2トレンチが形成された第2領域が限定された半導体
    基板と、 前記第1トレンチの内側表面に形成された第1側壁酸化
    膜と、 前記第2トレンチの内側表面に形成され、第1側壁酸化
    膜よりも薄い第2側壁酸化膜と、 前記第1及び第2側壁酸化膜の表面に各々形成されるス
    トレス緩衝用ライナーと、 前記第1及び第2トレンチの内部に埋め込まれる絶縁物
    とを含むことを特徴とするSTI構造を有する半導体デ
    バイス。
  2. 【請求項2】 前記第1領域はP-FETの間を分離す
    る領域であり、前記第2領域はN-FETの間、N-FE
    TとP-FETとの間、N-FETとその他の回路素子と
    の間、P-FETとその他の回路素子との間、及びその
    他の回路素子の間を分離する領域であることを特徴とす
    る請求項1に記載のSTI構造を有する半導体デバイ
    ス。
  3. 【請求項3】 前記第1側壁酸化膜は、100〜300
    Åの厚さを有することを特徴とする請求項2に記載のS
    TI構造を有する半導体デバイス。
  4. 【請求項4】 前記第2側壁酸化膜は、20〜100Å
    の厚さを有することを特徴とする請求項2に記載のST
    I構造を有する半導体デバイス。
  5. 【請求項5】 P-FET及びその他の回路素子が形成
    されるコア領域と周辺領域及びメモリ素子が形成される
    セル領域に区分され、コア領域、周辺領域及びセル領域
    に形成される素子を分離するための第1及び第2トレン
    チが形成された半導体基板と、 前記第1トレンチの内側表面に形成された第1側壁酸化
    膜と、 前記第2トレンチの内側表面に形成され、第1側壁酸化
    膜よりも薄い第2側壁酸化膜と、 前記第1及び第2側壁酸化膜の表面に各々形成されるス
    トレス緩衝用ライナーと、 前記第1及び第2トレンチの内部に埋め込まれる絶縁物
    とを含むことを特徴とするSTI構造を有する半導体デ
    バイス。
  6. 【請求項6】 前記第1トレンチは前記コア領域及び前
    記周辺領域に形成され、前記第2トレンチは前記セル領
    域に形成されることを特徴とする請求項5に記載のST
    I構造を有する半導体デバイス。
  7. 【請求項7】 前記第1側壁酸化膜は、100〜300
    Åの厚さを有することを特徴とする請求項6に記載のS
    TI構造を有する半導体デバイス。
  8. 【請求項8】 前記第2側壁酸化膜は、20〜100Å
    の厚さを有することを特徴とする請求項6に記載のST
    I構造を有する半導体デバイス。
  9. 【請求項9】 前記第1トレンチは前記コア領域及び前
    記周辺領域のうちP-FETの間を分離するための領域
    に形成され、前記第2トレンチは前記セル領域と前記コ
    ア及び周辺領域のうちN-FETの間、N-FETとP-
    FETとの間、N-FETとその他の回路素子との間、
    P-FETとその他の回路素子との間、及びその他の回
    路素子の間を分離する領域に形成されることを特徴とす
    る請求項5に記載のSTI構造を有する半導体デバイ
    ス。
  10. 【請求項10】 前記第1側壁酸化膜は、100〜30
    0Åの厚さを有することを特徴とする請求項9に記載の
    STI構造を有する半導体デバイス。
  11. 【請求項11】 前記第2側壁酸化膜は、20〜100
    Åの厚さを有することを特徴とする請求項10に記載の
    STI構造を有する半導体デバイス。
  12. 【請求項12】 前記絶縁物は、高密度プラズマ絶縁膜
    であることを特徴とする請求項5に記載のSTI構造を
    有する半導体デバイス。
  13. 【請求項13】 第1トレンチが形成された第1領域及
    び第2トレンチが形成された第2領域を有する半導体基
    板と、 第1トレンチの内側表面に形成される第1側壁酸化膜
    と、 第2トレンチの内側表面に形成され、前記第1側壁酸化
    膜よりも薄い第2側壁酸化膜と、 前記第1及び第2トレンチを埋め込む絶縁膜とを含むこ
    とを特徴とするSTI構造を有する半導体デバイス。
  14. 【請求項14】 前記第1領域はP-FETの間を含
    み、前記第2領域はN-FETの間、N-FETとP-F
    ETとの間、N-FETとその他の回路素子との間、P-
    FETとその他の回路素子との間、及びその他の回路素
    子の間の領域を含むことを特徴とする請求項13に記載
    のSTI構造を有する半導体デバイス。
  15. 【請求項15】 半導体基板の選択された領域に第1ト
    レンチ及び第2トレンチを形成する段階と、 前記第1トレンチの内側表面に第1側壁酸化膜を形成
    し、第2トレンチの内側表面に第1側壁酸化膜よりも薄
    く第2側壁酸化膜を形成する段階と、 前記第1及び第2側壁酸化膜の表面にストレス緩衝用ラ
    イナーを形成する段階と、 前記第1及び第2トレンチに絶縁物を埋め込む段階とを
    含むことを特徴とするSTI構造を有する半導体デバイ
    スの製造方法。
  16. 【請求項16】 前記第1トレンチはP-FETの間を
    分離するためのトレンチであり、第2トレンチはN-F
    ETの間、N-FETとP-FETとの間、N-FETと
    その他の回路素子との間、P-FETとその他の回路素
    子との間、及びその他の回路素子の間を分離するための
    トレンチであることを特徴とする請求項15に記載のS
    TI構造を有する半導体デバイスの製造方法。
  17. 【請求項17】 前記第1及び第2側壁酸化膜を形成す
    る段階は、 前記第1及び第2トレンチの内側表面に初期酸化膜を形
    成する段階と、 前記第2トレンチの初期酸化膜を選択的に除去する段階
    と、 前記第1トレンチの初期酸化膜及び第2トレンチの内側
    表面を酸化して、第1及び第2側壁酸化膜を形成する段
    階とを含むことを特徴とする請求項15に記載のSTI
    構造を有する半導体デバイスの製造方法。
  18. 【請求項18】 前記第2トレンチの初期酸化膜は、等
    方性エッチング方式により除去することを特徴とする請
    求項17に記載のSTI構造を有する半導体デバイスの
    製造方法。
  19. 【請求項19】 前記第2トレンチの初期酸化膜を除去
    する段階で、前記初期酸化膜は、第2トレンチの内側表
    面に選択された厚さだけ残留するようにエッチングする
    ことを特徴とする請求項17に記載のSTI構造を有す
    る半導体デバイスの製造方法。
  20. 【請求項20】 前記第2トレンチの初期酸化膜は、等
    方性エッチング方式により除去することを特徴とする請
    求項19に記載のSTI構造を有する半導体デバイスの
    製造方法。
  21. 【請求項21】 前記第1及び第2側壁酸化膜を形成す
    る段階は、 前記第1及び第2トレンチの内壁に第1側壁酸化膜を選
    択された厚さに形成する段階と、 前記第2トレンチの内壁の第1側壁酸化膜を所定厚さだ
    けエッチングして第2側壁酸化膜を形成する段階とを含
    むことを特徴とする請求項15に記載のSTI構造を有
    する半導体デバイスの製造方法。
  22. 【請求項22】 P-FET及びその他の回路素子が形
    成されるコア領域と周辺領域及びメモリ素子が形成され
    るセル領域に限定される半導体基板を提供する段階と、 前記半導体基板のコア領域、周辺領域及びセル領域の素
    子分離領域に第1及び第2トレンチを形成する段階と、 前記第1及び第2トレンチの内側表面に初期酸化膜を形
    成する段階と、 前記第2トレンチの内部の初期酸化膜を除去する段階
    と、 前記第1トレンチの初期酸化膜及び前記第2トレンチの
    内側表面を酸化して、第1及び第2トレンチの内側表面
    に第1側壁酸化膜及び前記第1側壁酸化膜よりも薄い第
    2側壁酸化膜を形成する段階と、 前記第1及び第2側壁酸化膜の表面にストレス緩衝用ラ
    イナーを形成する段階と、 前記第1及び第2トレンチの内部に絶縁物を埋め込む段
    階とを含むことを特徴とするSTI構造を有する半導体
    デバイスの製造方法。
  23. 【請求項23】 前記初期酸化膜を形成する段階は、前
    記第1及び第2トレンチの内側表面を熱酸化して形成す
    ることを特徴とする請求項22に記載のSTI構造を有
    する半導体デバイスの製造方法。
  24. 【請求項24】 前記第2トレンチの初期酸化膜を除去
    する段階は、 前記第2トレンチ領域が露出されるように半導体基板の
    上部にフォトレジストパターンを形成する段階と、 前記露出された第2トレンチの初期酸化膜を等方性エッ
    チングする段階と、 前記フォトレジストパターンを除去する段階とを含むこ
    とを特徴とする請求項23に記載のSTI構造を有する
    半導体デバイスの製造方法。
  25. 【請求項25】 前記露出された第2トレンチの内部の
    初期酸化膜を等方性エッチングする段階で、前記酸化膜
    をトレンチの内部に所定厚さだけ残留するようにエッチ
    ングすることを特徴とする請求項24に記載のSTI構
    造を有する半導体デバイスの製造方法。
  26. 【請求項26】 前記第1トレンチは前記コア及び周辺
    領域に形成し、前記第2トレンチは前記セル領域に形成
    することを特徴とする請求項24に記載のSTI構造を
    有する半導体デバイスの製造方法。
  27. 【請求項27】 前記第1トレンチは前記コア及び周辺
    領域のうちP-FETの間を分離する領域に形成し、前
    記第2トレンチはセル領域と、コア及び周辺領域のうち
    N-FETの間、N-FETとP-FETとの間、N-FE
    Tとその他の回路素子との間、P-FETとその他の回
    路素子との間、及びその他の回路素子の間を分離する領
    域に形成することを特徴とする請求項24に記載のST
    I構造を有する半導体デバイスの製造方法。
  28. 【請求項28】 前記トレンチの内部に絶縁物を埋め込
    む段階は、 前記トレンチが十分に埋め込まれるように絶縁物を形成
    する段階と、 前記絶縁物を半導体基板の表面が露出されるように平坦
    化する段階とを含むことを特徴とする請求項22に記載
    のSTI構造を有する半導体デバイスの製造方法。
  29. 【請求項29】 前記絶縁物は、高密度プラズマ酸化膜
    であることを特徴とする請求項28に記載のSTI構造
    を有する半導体デバイスの製造方法。
  30. 【請求項30】 P-FET及びその他の回路素子が形
    成されるコア領域と周辺領域及びメモリ素子が形成され
    るセル領域に限定される半導体基板を提供する段階と、 前記半導体基板のコア領域、周辺領域及びセル領域の素
    子分離予定領域に第1及び第2トレンチを形成する段階
    と、 前記第1及び第2トレンチの内側表面に第1側壁酸化膜
    を所定厚さに形成する段階と、 前記第2トレンチの内部の第1側壁酸化膜を所定厚さだ
    けエッチングして、第2側壁酸化膜を形成する段階と、 前記第1及び第2側壁酸化膜の表面にストレス緩衝用ラ
    イナーを形成する段階と、 前記第1及び第2トレンチの内部に絶縁物を埋め込む段
    階とを含むことを特徴とするSTI構造を有する半導体
    デバイスの製造方法。
  31. 【請求項31】 前記第1側壁酸化膜を形成する段階
    は、前記第1及び第2トレンチの内側表面を熱酸化して
    形成することを特徴とする請求項30に記載のSTI構
    造を有する半導体デバイスの製造方法。
  32. 【請求項32】 前記第2トレンチの第1側壁酸化膜を
    所定厚さだけエッチングする段階は、 前記第2トレンチが露出されるように半導体基板の上部
    にフォトレジストパターンを形成する段階と、 前記露出された第2トレンチの第1側壁酸化膜を所定厚
    さだけエッチングする段階と、 前記フォトレジストパターンを除去する段階とを含むこ
    とを特徴とする請求項31に記載のSTI構造を有する
    半導体デバイスの製造方法。
  33. 【請求項33】 前記第1トレンチは前記コア及び周辺
    領域に形成し、前記第2トレンチは前記セル領域に形成
    することを特徴とする請求項32に記載のSTI構造を
    有する半導体デバイスの製造方法。
  34. 【請求項34】 前記第1トレンチは前記コア及び周辺
    領域のうちP-FETの間を分離する領域に形成し、前
    記第2トレンチはセル領域と、コア及び周辺領域のうち
    N-FETの間、N-FETとP-FETとの間、N-FE
    Tとその他の回路素子との間、P-FETとその他の回
    路素子との間、及びその他の回路素子の間を分離する領
    域に形成することを特徴とする請求項32に記載のST
    I構造を有する半導体デバイスの製造方法。
  35. 【請求項35】 前記トレンチの内部に絶縁物を埋め込
    む段階は、 前記トレンチが十分に埋め込まれるように絶縁物を形成
    する段階と、 前記絶縁物を半導体基板の表面が露出されるように平坦
    化する段階とを含むことを特徴とする請求項30に記載
    のSTI構造を有する半導体デバイスの製造方法。
  36. 【請求項36】 前記絶縁物は、高密度プラズマ酸化膜
    であることを特徴とする請求項35に記載のSTI構造
    を有する半導体デバイスの製造方法。
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