JP2003197734A - 半導体装置の素子分離膜の形成方法 - Google Patents
半導体装置の素子分離膜の形成方法Info
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Abstract
方法を提供する。 【解決手段】 本発明はシリコン基板11上にパッド酸化
膜12及びパッド窒化膜を順に形成する段階と、パッド窒
化膜上に素子分離膜を定義する感光膜パターンを形成す
る段階と、感光膜パターンをマスクとしてパッド窒化
膜、パッド酸化膜12及びシリコン基板11の所定部位を蝕
刻してシャロートレンチを形成する段階と、感光膜パタ
ーンをマスクとしてシャロートレンチの底面にフィール
ドインプラント15工程を実施してフィールドストップイ
ンプラント膜16を形成する段階と、感光膜パターンを除
去する段階と、前記構造のシャロートレンチの内部を洗
浄する段階と、シャロートレンチの内部を熱的に成長さ
せて第1の酸化膜17を形成する段階と、結果物上に第2の
酸化膜18を蒸着した後、第2の酸化膜18に化学的機械錬
磨(CMP)工程を進行して素子分離膜を形成する段階を含
む。
Description
離膜(isolation region、素子分離領域)の形成方法に
関するものであり、より具体的には、シャロートレンチ
分離膜(Shallow Trench Isolation;以下、“STI”と称
する)形成時に、トレンチの深さを1/3の水準に減らし、
フィールドストップインプラント(Field Stop Implant)
工程で高濃度不純物イオン(High dose)を注入してフィ
ールド閾値電圧を増加させることによって、STI乾式蝕
刻工程が容易に進行されるようにして、素子分離効果を
極大化させ、また、高濃度の不純物イオンが注入された
領域のフィールドの厚さを、不純物濃度の差によりSTI
側壁(sidewall)の酸化膜の厚さの5倍以上成長させてプ
ラズマによるシリコンの損傷を減らした半導体装置の素
子分離膜の形成方法に関するものである。
導体素子(semiconductor device、半導体装置)の高速
化及び高集積化が進行している。これに伴ってパターン
に対する微細化の必要性が益益高まっていて、パターン
の寸法も高精密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。
せる多くの方法が知られており、これらは半導体装置の
アクティブ領域のサイズを増加させる。現在の半導体装
置の素子分離膜としてはロコス(LOCOS:Local Oxidatio
n of Silicon)酸化膜が大部分利用される。このロコス
方式の素子分離膜は基板を選択的に局部酸化して得られ
る。
その縁部分にいわゆる“鳥のくちばし(BIRD'S BEA
K)”が生成され、素子分離膜の面積を増大させながら
漏洩電流を発生させる短所を有する。
題の解決のために、STI(shallow trench isolation)方
式の素子分離膜が提案された。STI方式は、狭い幅を有
し、優秀な素子分離特性を有する。図1を参照して、従
来のSTI素子分離膜の形成方法を説明する。
を示す断面図である。図1に示すように、シリコン基板
1上にバッファの役割をするパッド酸化膜2とパッド窒化
膜3を順次に形成する。パッド窒化膜3は酸化抑制膜(ox
idation inhibiting film)として機能する。その後、
パッド窒化膜3の上部に素子分離予定領域を露出させる
ためのレジストパターン4(photoresist film 4)を形
成し、露光工程及び成長工程の後にパターン形成され選
択的に除去される。この時、レジストパターン4は薄い
素子分離膜を形成するために解像度が優秀なDUV(deep u
ltra violet)光源を利用して形成される。その後、レジ
ストパターン4をマスクとして、パッド窒化膜3、パッド
酸化膜2及びシリコン基板1を所定深さ程度に蝕刻し、シ
ャロートレンチ(ST)を形成する。レジストパターン4を
公知の方法で除去した後、シャロートレンチ(ST)内に絶
縁膜(図示せず)を埋めたてする。次いでに、シリコン基
板1の表面にあるパッド窒化膜3及びパッド酸化膜2を公
知の方法で除去し、STI素子分離膜を完成する。
法は電気的特性が優秀である。しかし、従来方式はトレ
ンチの深さ(depth)が深く、乾式蝕刻を進行するのに多
くの負担がかかっていた。特に、トレンチ幅(width)が
0.10μm以下で、アスペクト比(Aspect Ratio、例えば、
幅に対する深さの比)の増加とマイクロローディング効
果(Micro-loading Effect)の増加で、乾式蝕刻時に難し
さがあった。また、トレンチの深さが深くなることによ
って乾式蝕刻のアスペクト比(Aspect Ratio)が増加して
素子分離膜のショート(Isolation Short)をもたらし得
る問題点があった。
前記問題点を解決するためになされたものであり、本発
明は、STI形成時に、トレンチの深さを1/3の水準に減ら
し、フィールドストップインプラント(Field Stop Impl
ant)工程で高濃度の不純物イオン(High dose)を注入し
てフィールド閾値電圧を高めることによって、STI乾式
蝕刻工程が円滑に進行されるようにして、素子分離(Iso
lation)効果を極大化させた半導体装置の素子分離膜の
形成方法を提供することにその目的がある。
トレンチの深さを減らすことによって、STIの側壁及び
底部位をプラズマに長期間露出させることにより生じる
ディフェクト(defect)の減少によって、セルから発生す
る漏洩電流を減らすことができる半導体装置の素子分離
膜の形成方法を提供することにある。
トレンチの深さを1/3水準に減らし、フィールドストッ
プインプラント(Field Stop Implant)工程で高濃度の不
純物イオン(High dose)を注入した領域の厚さを不純物
濃度の差によりSTI側壁(sidewall)の酸化膜の厚さの最
高5倍以上成長させて、プラズマによるシリコンの損傷
を減らし、トレンチの深さを増加させて素子分離膜を形
成する半導体装置の素子分離膜の形成方法を提供するこ
とにある。
の本発明による半導体装置の素子分離膜の形成方法はシ
リコン基板上にパッド酸化膜及びパッド窒化膜を順に形
成する段階と、パッド窒化膜上に素子分離膜を定義する
感光膜パターンを形成する段階と、前記感光膜パターン
をマスクとして、前記パッド窒化膜、前記パッド酸化膜
及び前記シリコン基板の所定部位を蝕刻してシャロート
レンチを形成する段階と、前記感光膜パターンをマスク
として、前記シャロートレンチの底面にフィールドイン
プラント工程を実施してフィールドストップインプラン
ト膜を形成する段階と、前記感光膜パターンを除去する
段階と、前記シャロートレンチの内部を洗浄する段階
と、シャロートレンチの内部を熱的に成長させて第1の
酸化膜を形成する段階と、結果物の上に第2の酸化膜を
蒸着した後に、前記第2の酸化膜に化学的機械錬磨(CMP)
工程を進行して素子分離膜を形成する段階とを含む。
の底面での厚さが側壁のものより5〜10倍厚く形成する
ことが望ましい。
ンプラント(Field Stop Implant)工程を実施して形成
し、前記フィールドストップインプラントの濃度は1015
atoms/cm2以上の高濃度で実施することが望ましい。
化工程に分けて進行することが望ましい。
時に、不純物のイオンを低濃度で注入して、単にフィー
ルドの閾値電圧のみを上昇させるようにすることが望ま
しい。
長所などは次ぎに参照する本発明の好適な実施例に対す
る以下の説明から明確になるであろう。
付図面を参照しながら詳細に説明する。また、実施例を
説明するためのすべての図面で同一な機能を有すること
は同一な符号を使用してその反復的な説明は省略する。
離膜の形成方法を説明するための断面図である。図2を
参照すると、バッファの役割をするパッド酸化膜12と酸
化を抑制するパッド窒化膜13を順次に形成する。
定領域を露出させるための感光膜パターン14を形成す
る。この時、感光膜パターン14は薄い素子分離膜を形成
するために解像度が優秀なDUV(deep ultra violet)光源
を利用して形成される。その後、感光膜パターン14をマ
スクとして、パッド窒化膜13、パッド酸化膜12及びシリ
コン基板11を所定深さ程度に蝕刻し、シャロートレンチ
(Shallow trench、以下“ST”と称する)を形成する。
成された全体の構造物上にフィールドストップインプラ
ント(Field Stop Implant)15工程を実施して、前記シリ
コン基板上の前記シャロートレンチ(ST)の底面にフィー
ルドストップインプラント膜16を形成する。
ターン14を公知の方法で除去した後、前記シャロートレ
ンチ(ST)の内部を洗浄する。
トレンチ(ST)の内部を熱的に成長させて第1の酸化膜17
を形成する。
トップインプラント(Field Stop Implant)工程を高濃度
(High Doping)(>1015atoms/cm2)で実施して、前記シャ
ロートレンチ(ST)の底面(bottem)の酸化膜の厚さが側壁
(sidewall)の酸化膜の厚さより不純物(dopant)の濃度に
よって最高5倍以上の差が出るように形成する。
湿式酸化工程に分けて進行することによって、シャロー
トレンチ(ST)の上部縁部分でのラウンディング(roundin
g、球状化)を大きく改善した。したがって、トランジス
タのハンプ(hump)現象を制御することができ、ゲート絶
縁膜のシニング(thinning)現象を防止することができ
る。
に厚く蒸着して前記シャロートレンチ(ST)の内部を充填
(gap fill)させる。化学的物理的機械的錬磨(Chemical
Mechanical Polishing:CMP)またはブランケットエッチ
バック(Blanket Etchback)工程を実施して、パッド窒化
膜13が表れるように第2の酸化膜18を平坦化させる。
膜13を高濃度のリンエッチング液(Hot Phosphoric Etch
ant)で除去して素子分離膜の製造工程を完了する。
インプラント(Field Stop Implant)工程で不純物(dose)
を低濃度で注入するとフィールド閾値電圧(Vt)のみを上
昇させることができる。
装置の素子分離膜の形成方法によると、STI形成時にト
レンチの深さを1/3水準に減らし、フィールドストップ
インプラント(Field Stop Implant)工程で高濃度の不純
物イオンを注入してフィールド閾値電圧を高めることに
よって、STI乾式蝕刻工程が円滑に進行されるようにし
て素子分離(Isolation)効果を極大化させることができ
る。
すことによって、STIの側壁及び底部位をプラズマに長
期間露出させることにより生じるディフェクト(defect)
の減少によって、セルから発生する漏洩電流を減らすこ
とができる。
ield Stop Implant)工程で高濃度の不純物イオンを注入
した領域の厚さを、不純物濃度の差によりSTI側壁(side
wall)の酸化膜の厚さの最高5倍以上成長させて、プラズ
マによるシリコンの損傷を減らすことができる。
目的のために開示されたものであり、当業者ならば本発
明の思想と範囲内で多様な修正、変更、付加などが可能
であり、このような修正変更などは以下の特許請求範囲
に属するものとして見るべきである。
めの断面図である
するための断面図である
するための断面図である
するための断面図である
するための断面図である
Claims (6)
- 【請求項1】 シリコン基板上にパッド酸化膜及びパッ
ド窒化膜を順に形成する段階と、 前記パッド窒化膜上に素子分離膜を定義する感光膜パタ
ーンを形成する段階と、 前記感光膜パターンをマスクとして、前記パッド窒化
膜、前記パッド酸化膜及び前記シリコン基板の所定部位
を蝕刻してシャロートレンチを形成する段階と、 前記感光膜パターンをマスクとして、前記シャロートレ
ンチの底面にフィールドインプラント工程を実施してフ
ィールドストップインプラント膜を形成する段階と、 前記感光膜パターンを除去する段階と、 前記シャロートレンチの内部を洗浄する段階と、 前記シャロートレンチの内部を熱的に成長させて第1の
酸化膜を形成する段階と、 前記第1の酸化膜上に第2の酸化膜を蒸着した後に、前記
第2の酸化膜に化学的機械錬磨(CMP)工程を進行して素子
分離膜を形成する段階と、を含むことを特徴とする半導
体装置の素子分離膜の形成方法。 - 【請求項2】 前記第1の酸化膜は前記シャロートレン
チの底面での厚さが側壁のものより5〜10倍厚く形成さ
れることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の素
子分離膜の形成方法。 - 【請求項3】 前記第1の酸化膜はフィールドストップ
インプラント(FieldStop Implant)工程を実施して形成
することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の素
子分離膜の形成方法。 - 【請求項4】 前記フィールドストップインプラント工
程で前記シャロートレンチの底面上に形成されるフィー
ルドストップインプラント膜の濃度は1015atoms/cm2以
上の高濃度で実施することを特徴とする請求項3に記載
の半導体装置の素子分離膜の形成方法。 - 【請求項5】 前記第1の酸化膜は乾式酸化工程と湿式
酸化工程に分けて進行することを特徴とする請求項2に
記載の半導体装置の素子分離膜の形成方法。 - 【請求項6】 前記フィールドストップインプラント工
程時に不純物イオンを低濃度で注入して単にフィールド
の閾値電圧のみを上昇させるようにすることを特徴とす
る請求項1に記載の半導体装置の素子分離膜の形成方
法。
Applications Claiming Priority (2)
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