JP2006525652A - Trench insulation structure having different rounding degree of semiconductor device corner and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
半導体デバイスのトレンチ絶縁構造において、酸化物ライナーがトレンチ206A、206B内に形成され、酸化されないマスク221が様々な酸化ステップ中使用され、それによってライナー酸化物の相異なる形式、ひいてはコーナー部面取りの相異なる形式及び機械的ストレスを生成する。従って、回路エレメントの個別な形式について対応する絶縁トレンチ特性が調整され得、最適なデバイスパフォーマンスを実現する。In a trench isolation structure of a semiconductor device, an oxide liner is formed in the trenches 206A, 206B, and an unoxidized mask 221 is used during various oxidation steps, thereby different types of liner oxide, and hence corner chamfer phases. Generate different types and mechanical stresses. Accordingly, the corresponding isolation trench characteristics can be adjusted for individual types of circuit elements to achieve optimal device performance.
Description
本発明は、概して、高性能の半導体デバイスにおいて、隣接する回路エレメントを互いから電気的に絶縁するため通常、利用されるトレンチ絶縁構造に関し、より具体的には、コーナー部の丸め(corner rounding)、いわゆる面取り及びその内部に生成される残留応力のようなトレンチ絶縁構造の特性の調整を可能にする技術に関するものである。 The present invention relates generally to trench isolation structures that are typically utilized in high performance semiconductor devices to electrically isolate adjacent circuit elements from each other, and more particularly to corner rounding. The present invention relates to a technique that enables adjustment of characteristics of a trench insulating structure such as so-called chamfering and residual stress generated therein.
従来、集積回路のようなマイクロ構造のパフォーマンスを改善が絶え間なく要求されており、この要求により、回路エレメントのフィーチャサイズを確実に小さくするにとどまらず、隣接する回路エレメントを互いから確実に電気的に絶縁する構造が求められている。回路エレメントのフィーチャサイズが縮小し、回路エレメントの数が増加するに伴い、絶縁構造製造に使用可能なチップ領域は減少する。大体1μm及びそれ以下のフィーチャサイズを備えた回路エレメントを有する集積回路に関して、LOCOS構造(LOCOS:local oxidation of silicon)のような十分に確立された絶縁構造は、好適には、必要スペースが小さくかつ比較的信頼度が高く、かつ、エレメントを囲む縦型トレンチの形成を要する絶縁構造回路によって置換されている。トレンチ絶縁構造によって占められるチップ領域がLOCOS構造と比較して減少することに加えて、前者の構造が、後続のフォトリソグラフィプロセスに実質的に平坦な表面を提供する。このことから、形状が大きく変化するLOCOS構造に比較すると、フォトリソグラフィプロセスの解像度を著しく改善する。 Traditionally, there has been a constant demand for improving the performance of microstructures such as integrated circuits, which not only ensures that feature sizes of circuit elements are reduced, but also ensures that adjacent circuit elements are electrically isolated from each other. There is a need for an insulating structure. As the feature size of the circuit element is reduced and the number of circuit elements is increased, the chip area that can be used for manufacturing the insulating structure is reduced. For integrated circuits having circuit elements with a feature size of approximately 1 μm and smaller, a well-established insulation structure such as a LOCOS structure (LOCOS) preferably requires less space and It is replaced by an insulating structure circuit that is relatively reliable and requires the formation of a vertical trench surrounding the element. In addition to the reduced chip area occupied by the trench isolation structure compared to the LOCOS structure, the former structure provides a substantially flat surface for subsequent photolithography processes. This significantly improves the resolution of the photolithographic process as compared to a LOCOS structure whose shape changes greatly.
トレンチ絶縁構造を集積回路の製造プロセスに導入することはパッケージ密度の増加に伴いデバイス信頼度をかなり向上させるが、トレンチ絶縁構造の製造においては、特にトレンチ絶縁構造製造において絶縁構造及び関連する回路エレメントがディープサブミクロン領域に近づく場合、ある種の問題が浮き上ってくる。
このオーダーにおけるサイズに関して、比較的高い電界がトレンチ絶縁構造の角張ったコーナー部に形成され得る。それ故、電界効果トランジスタ(FET:Field Effect Transistor)及びコンデンサ等の回路エレメントのオペレーションに悪い影響を及ぼし得、結果として、最終的に隣接する回路エレメント間のリーク電流の増加をもたらす。トレンチ絶縁構造の形成には、概して、フォトリソグラフィ及び異方性エッチングプロセス技術の使用を要し、特にこの異方性エッチングプロセスに起因してトレンチの上方コーナー部が比較的角張ったコーナー部を呈する。この角張ったコーナーは、エッチングプロセスのプロセスパラメータをコントロールして十分な(コーナー部)丸めを行うことができないおそれがある。従って、曲率半径の増加、特に絶縁トレンチの上方コーナー部の曲率半径の増加をもたらすように、熱的に成長した酸化物をトレンチの内部表面に形成することが標準となっている。しかし、熱的に成長した酸化物の膜厚の増加は、追加の圧縮応力を引き起こし、従って隣接する回路エレメントのデバイス特性に悪影響を及ぼし得る。
Although the introduction of trench isolation structures into integrated circuit manufacturing processes significantly improves device reliability with increasing package density, in the manufacture of trench isolation structures, the isolation structure and associated circuit elements are particularly relevant in trench isolation structure manufacturing. Some issues arise when the approaching the deep submicron region.
With respect to size in this order, a relatively high electric field can be formed at the angular corners of the trench isolation structure. Therefore, it can adversely affect the operation of circuit elements such as field effect transistors (FETs) and capacitors, resulting in an increase in leakage current between adjacent circuit elements. The formation of the trench isolation structure generally requires the use of photolithography and anisotropic etching process techniques, and the upper corner of the trench exhibits a relatively angular corner, particularly due to this anisotropic etching process. . This angular corner may not be sufficiently rounded (corner portion) by controlling the process parameters of the etching process. Therefore, it is standard to form thermally grown oxide on the inner surface of the trench so as to increase the radius of curvature, particularly the radius of curvature of the upper corner of the insulating trench. However, an increase in the thickness of the thermally grown oxide can cause additional compressive stress and thus adversely affect device characteristics of adjacent circuit elements.
図1a〜図1eを参照して、従来の絶縁構造の製造をより詳細に説明する。図1aに、半導体構造100が、例えば、シリコンウェーハような半導体基板、あるいはSOI(シリコンオンインシュレータ:Silicon on Insulator)基板のような半導体層を含む誘電体基板である、基板101を含むことを示す。例えば、二酸化シリコンの形式で酸化層102が基板101上に形成され、後続的に更なる誘電体層103が形成され、この材料組成は、更に進行する製造ステップにおいて求められるCMPプロセス中、中止層として利用されるよう好適に選択され得る。例えば、層103がシリコン窒化層として与えられ得る。レジストマスク層104がシリコン窒化層103上に形成され、内部に開口部105を形成する。このサイズは、実質的に基板101内に形成され得るトレンチのサイズを表す。利用されるフォトリソグラフィ技術の形式に依存して、レジストマスク104が反射防止膜を含み得、フォトリソグラフィステップの解像度を向上させることに注目されよう。
With reference to FIGS. 1a to 1e, the manufacture of the conventional insulation structure will be described in more detail. FIG. 1 a shows that the
半導体構造100を形成する一般的なプロセスフローは、以下のプロセスフローを含み得る。酸化層102が、従来の酸化プロセスによって形成され得るか、あるいは適切な前駆体ガスの化学蒸着デポジション(CVD:Chemical Vapor Deposition)技術によってデポジットされ得る。次にシリコン窒化層103がデポジットされ、レジスト層が後続的に与えられることによって、次に開口部105を形成するフォトリソグラフィプロセスによってパターニングされる。開口部105の横方向サイズは形成される回路の個別の設計に依存し得る。例えば、大体0.2μm及びそれ以下の範囲でフィーチャサイズが製造される場合、より高度なフォトリソグラフィ技術が求められるであろう。
A general process flow for forming the
図1bは、シリコン窒化層103、酸化層102、及び基板101の一部に形成されたトレンチ106を備えた半導体構造100を概略的に示す。トレンチ106は、下方コーナー部あるいはエッジ部107を有し、異方性エッチングプロセスの仕様に依存して丸めの度合、あるいは曲率半径を示す。しかし、トレンチの上部において、酸化層102、基板101及びトレンチ106間のインターフェースが、108によって示されるように、比較的シャープで角張ったコーナー部あるいはエッジ部を形成し、このことが異方性エッチングプロセスの特性に起因してエッチングプロセス中、丸めあるいは面取りは容易には行い得なくなる。例えば、領域108のような角張ったコーナー部には、電圧の印加直後、トレンチ106に隣接する領域に比較的強力な電界が存在し得るので、通常、対応するコーナー部107、及び特定的に領域108を面取りするための対策が取られ、電界効果トランジスタのような絶縁トレンチ106近傍に製造される回路エレメントにおけるあらゆる偶発性の衝撃を最小限に抑える。
FIG. 1 b schematically shows a
従って、概して、熱酸化物ライナーが、トレンチ106の内部表面に成長し、誘電体二酸化シリコン102及び基板101の材料間のインターフェースにおける領域108での比較的大きな曲率半径を与える。しかし、トレンチ106内に熱酸化物が成長し、これにより誘電材料でトレンチ106を充てんするためバルク酸化物をデポジットすることが、結果として、熱ライナー酸化物に隣接するデポジットされた酸化物の品質を低下をもたらし得る。そして、高いエッチレートが高くなってしまう。それによって、シリコン窒化層103の除去中、切欠き、いわゆるノッチを生じる可能性がある。それ故、“レイトライナー”(late liner)と呼ばれるプロセスが頻繁に実行され、トレンチ106内に熱酸化物を形成する前にバルク酸化物がデポジットされる。
Thus, in general, a thermal oxide liner grows on the inner surface of the
図1cは、トレンチ106が少なくともシリコン窒化層103まで確実に充てんされる程度にトレンチ106表面上に形成されたシリコン二酸化層109を備えた半導体構造100を概略的に示す。適切なデポジション技術、例えば大体350℃〜650℃の温度範囲で前駆体ガスであるTEOS、酸素及びオゾンによる化学蒸着デポジション等が、内部に間隙を形成することなしにトレンチ106を実質的に充てんするために利用され得る。
図1dは、トレンチ106の酸化性材料内部表面に形成された熱酸化層110を備えた半導体構造100を概略的に示し、具体的に領域108における丸めの度合がかなり増加していることが示される。
FIG. 1 c schematically shows a
FIG. 1 d schematically shows a
基板101を高温の酸化雰囲気112に晒すことによって熱酸化層110が形成され得、同時に層109の誘電酸化材料の密度が高められる。熱酸化層110の膜厚が、この酸化プロセスのプロセスパラメータを適切に調整することによって設計要求に従って調整され得る。熱酸化層110の膜厚が増加すると、領域108の丸めの度合が増加、即ち、曲率半径の増加するという観点から利点が得られるが、層110に形成された熱酸化物の量が基板101の消耗したシリコン量を超えることから、機械的応力111が形成されることが分かっている。
しかし、熱酸化層110の成長によって引き起された機械的応力111は、隣接する回路エレメントのデバイス特性に、例えば、結晶構造の格子損傷を生じるような悪影響を及ぼし得、更なる製造ステップ中の高温アニールサイクルが実行される場合、機械的応力111が更に増加し得る。従って、領域108における求められる面取りの度合いと、熱酸化層110によって生じる受容可能な機械的ストレス111と、についてトレードオフが行われなければならない。通常、不要な電界及び圧縮応力に対して相異なる感度を有する複数の様々な回路エレメントが集積回路において製造されるので、絶縁トレンチ106は、回路エレメントのうちで最も高感度の形式に関しての妥協点を表す。
The
However, the mechanical stress 111 caused by the growth of the
図1eは、化学的機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)によって酸化層109の材料の余剰分を除去した後の半導体構造100を概略的に示す。CMP中止層として動作するシリコン窒化層103の膜厚もCMP中減少され、シリコン窒化層103の最初の膜厚が選択されて基板表面全体の基板101の整合性を実質的に確実にする。次に残留シリコン窒化層103、その後に酸化層102が適切なウェット化学エッチングプロセス(図示せず)によって除去され得る。
FIG. 1e schematically illustrates the
熱酸化層110の形成におけるトレードオフが結果としてもたらした問題、熱酸化層が個別の回路エレメントに合わせて調整されなければならないという点を考慮すると、個別の回路エレメントにトレンチ絶縁を適用する際に比較的高度な柔軟性を得ることができるトレンチ絶縁構造形成の技術を提供することが極めて望ましいであろう。
Considering the problems that result from the trade-off in the formation of the
本発明は、概して、トレンチ構造の酸化可能な内部表面に熱ライナー酸化物を選択的に形成し、1あるいはそれ以上のトレンチ構造が非酸化性及び/又は酸素消耗材料の形式で酸素拡散バリアによって覆われ、1あるいはそれ以上の他のトレンチ構造が特定された膜厚で熱ライナー酸化物を受容することを包含する技術を目的とする。ある種のトレンチ構造のマスキングは、2あるいはそれ以上の相異なるライナー酸化物膜厚をもたらす方法、ひいては2あるいはそれ以上の相異なるコーナー部面取り度合い及び機械的ストレスをもたらす方法で実行され得るので、各絶縁構造の特性が対応する回路エレメントに合わせて調整され得る。 The present invention generally forms a thermal liner oxide selectively on the oxidizable inner surface of a trench structure, wherein one or more trench structures are formed by an oxygen diffusion barrier in the form of non-oxidizing and / or oxygen-consuming materials. It is intended to be a technique that involves receiving thermal liner oxide at a specified film thickness that is covered and one or more other trench structures. Since certain types of trench structure masking can be performed in a way that results in two or more different liner oxide film thicknesses, and thus two or more different corner chamfers and mechanical stresses, The characteristics of each insulating structure can be adjusted to the corresponding circuit element.
本発明の例示的な一実施形態によれば、トレンチ絶縁構造を形成する方法では、基板に複数のトレンチを形成し、複数トレンチのうち少なくとも1つを酸素拡散バリア層で覆う。熱酸化物を1あるいはそれ以上のトレンチの酸化性材料の内部表面部上に選択的に形成しながら、複数トレンチのうち少なくとも1つを酸素拡散バリア層で覆う。 According to an exemplary embodiment of the present invention, a method of forming a trench isolation structure includes forming a plurality of trenches in a substrate and covering at least one of the plurality of trenches with an oxygen diffusion barrier layer. At least one of the plurality of trenches is covered with an oxygen diffusion barrier layer while the thermal oxide is selectively formed on the inner surface of the oxidizing material of one or more trenches.
本発明のもう1つの例示的な実施形態によれば、半導体デバイスにおけるトレンチ絶縁構造のコーナー部面取り度合いをコントロールするための方法は、絶縁材料で充てんされた第1絶縁トレンチの内部表面部分を熱的に酸化しながら、絶縁材料により充てんされた第2絶縁トレンチを犠牲酸素拡散バリア層で覆う。 According to another exemplary embodiment of the present invention, a method for controlling the degree of chamfering of a corner of a trench insulation structure in a semiconductor device is performed by heating an inner surface portion of a first insulation trench filled with an insulation material. The second insulating trench filled with the insulating material is covered with the sacrificial oxygen diffusion barrier layer while being oxidized.
本発明の更なるもう1つの実施例において、半導体デバイスのトレンチ構造は、半導体材料で形成される複数トレンチを含み、各トレンチは上方コーナー部及び下方コーナー部を有する。絶縁材料が各トレンチに充てんされ、少なくとも1トレンチの上方コーナー部の曲率半径は、1つあるいはそれ以上の残留トレンチの上方コーナー部の曲率半径と相異なる。 In yet another embodiment of the invention, the trench structure of the semiconductor device includes a plurality of trenches formed of a semiconductor material, each trench having an upper corner portion and a lower corner portion. An insulating material is filled in each trench, and the radius of curvature of the upper corner of at least one trench is different from the radius of curvature of the upper corner of one or more remaining trenches.
更なる例示的な実施形態に従ったトレンチ絶縁構造は、2あるいはそれ以上の絶縁トレンチの相異なる形式を含み、各形式は半導体材料及びその酸化物間のインターフェースにおいて形成される熱酸化層の個別の膜厚を有する。 A trench isolation structure according to a further exemplary embodiment includes two or more different types of isolation trenches, each type being a separate thermal oxide layer formed at the interface between the semiconductor material and its oxide. The film thickness is as follows.
本発明は、種々の改善及び代替実施例に改変可能である一方で、本文の特定の実施形態は、図面における実施例という方法で示され、詳細は以下に記載されている。しかし、本明細書に記載された特定の実施形態は、本開示の特定の形式に本発明を制限することを意図したものでないことが理解されなければならないし、それ以上に本発明は、添付された請求項に限定された本発明の趣旨の範囲内における全部の改善、均等物、及び代替例を含めるものである。本発明は、添付した図面に従った以下の記載を参照して理解されよう。同符号は同要素を示している。
以下、本発明の実施形態を記載する。簡素化のため、現実の実施品における全ての特徴を本明細書に記することはしていない。当然のことながら、そのよう現実の実施品の開発においては、開発者における特定の目標を達成するため、システム的制限やビジネス的制限との摺り合わせなど、多くの特定の実施の決定がなされる。それらは、各実施形態によって様々に変化するものである。更に、そのような開発的努力は複雑で時間を消費するものであるのは当然のことであるが、それでもなお、この開示の恩恵を有する当業者にとっては通常の作業の範疇に入るものである。
While the invention is amenable to various modifications and alternative embodiments, specific embodiments herein are shown by way of example in the drawings and are described in detail below. However, it should be understood that the specific embodiments described herein are not intended to limit the invention to the specific forms of the disclosure, and moreover, the invention is not It is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives within the spirit of the invention as defined by the appended claims. The invention will be understood with reference to the following description according to the attached drawings. The same reference numerals indicate the same elements.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. For simplicity, not all features in a real implementation are described in this specification. Of course, in the development of such actual implementations, many specific implementation decisions are made, such as reconciliation with system and business limitations, to achieve specific goals for developers. . They vary depending on each embodiment. Further, such development efforts are naturally complex and time consuming, but still fall within the normal work for those skilled in the art having the benefit of this disclosure. .
以下、本発明を添付の図面を参照しながら記載する。半導体デバイスの様々な領域と構造が非常に正確で鋭い形状とプロフィルを有し各図面に描かれているが、当業者であれば、実際にこれらの領域や構造が図面に示されているほと正確なものではないと認識するだろう。加えて、図面に描かれている様々なフィーチャとドープ領域の相対的な大きさは、製造されているデバイスのフィーチャや領域のサイズと比較すると誇張や縮小されている。しかしながら、添付の図面は本発明の実施例を説明・解説する目的で添付されているものである。本明細書で使用される用語や言い回しは、関連技術において当業者によって理解される単語や言い回しと一貫した意味を持つものと理解、解釈される。本明細書において用語あるいは言い回しを一貫して使用していても、これらの用語や言い回しのいかなる特定の定義、すなわち、当業者により理解される通常の意味及び慣習的な意味からは異なる定義を意味するものではない。用語や言い回しを、特定の意味を有する範囲において用いる場合、つまり当業者により理解されているのとは異なる意味で用いる場合、本明細書においては、直接かつ明確にそのような言葉や言い回しの特定の定義を行う。 The present invention will now be described with reference to the attached figures. Various regions and structures of semiconductor devices are depicted in each drawing with very precise and sharp shapes and profiles, but those skilled in the art will actually see these regions and structures in the drawings. You will recognize that it is not accurate. In addition, the relative sizes of the various features depicted in the drawings and the doped regions are exaggerated or reduced compared to the size of the features and regions of the device being manufactured. However, the attached drawings are attached for the purpose of explaining and explaining embodiments of the present invention. Terms and phrases used herein are understood and interpreted to have a meaning consistent with words and phrases understood by those skilled in the relevant art. The consistent use of terms or phrases in this specification means definitions that are different from any particular definition of these terms or phrases, that is, from the ordinary and conventional meanings understood by those of ordinary skill in the art. Not what you want. When a term or phrase is used in a range that has a specific meaning, that is, when used in a different meaning than that understood by those skilled in the art, the specification directly and clearly identifies such words and phrases. Define.
図2a〜図2gを参照して本発明の例示的な実施形態をより詳細に説明する。図2aに、半導体構造200が、半導体を基礎とした回路エレメントの形成に関して適切なシリコン基板のような半導体基板であり得る基板201を含むことが示される。例えば、基板201は、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、あるいはII−VIあるいはIII−VI半導体の様々な形式を含み得る。更に、基板201は全ての適切な基板を表し、回路エレメントが形成され得る半導体材料の少なくとも1つの層を含む。特に、基板201はSOI基板を表し得、シリコン層が絶縁層、一般的に埋め込み酸化物とも称される二酸化シリコン層上に通常、形成される。
多数の集積回路がシリコンをベースとして製造されるので、以下には、基板201がシリコン基板として言及され、酸化雰囲気に晒された直後に二酸化シリコンを形成する。半導体構造200は、更にトレンチ絶縁構造220を含み、この実施例において第1トレンチ206a、第2トレンチ206bによって表され、それらのサイズは設計要求に従って相異なり得る。トレンチ206a、206bは通常、基板201のかなり違った領域において絶縁トレンチを表し得るし、あるいは図2aに示される実施例のように、それらのトレンチ間に形成された隣接する回路エレメントに関連する絶縁トレンチを表し得ることが理解されるだろう。酸化層202は基板201上に形成され、後続的に更なる誘電層203が形成され、次のCMPプロセスにおいて中止層として層203が作用することを可能にする特性を有する。例えば、層203はシリコン窒化物で構成され得る。誘電酸化材料層209が層203上に形成され、実質的に完全にトレンチ206a、206bを充てんする。トレンチ206a、206bは、対応する208a、206bによって示される上方コーナー部領域を有する。
An exemplary embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. FIG. 2a shows that the
Since many integrated circuits are manufactured on the basis of silicon, in the following, the
図2aに示されるような半導体構造200を形成する通常のプロセスフローに関して、図1a〜図1cを参照しながら既に説明したような同様のプロセスが利用され得る。基板201がSOI基板を表す場合、トレンチ206a、206bは埋め込み酸化層(図示せず)まで、あるいは、埋め込み酸化層内にまで延長し得る。一実施形態において、誘電層209のデポジション後、例えば、窒素及び/あるいはアルゴン等を含む不活性雰囲気において熱処理が実行され得、誘電材料209の密度を高める。熱処理の温度は約700℃〜約1100℃の範囲であり得る。
For a typical process flow for forming the
図2bは、酸素拡散バリアとして動作する犠牲マスク層221を備えた半導体構造200が、トレンチ絶縁構造220部分上に形成され、それ故トレンチ206aがマスク層221によって覆われることを概略的に示す。マスク層221は酸化しない材料、即ち、高温で酸化雰囲気212に晒されるとき実質的に酸素の供与や拡散が行われない材料で構成される。例えば、マスク層221はシリコン窒化物で構成され得る。マスク層221を構成するもう1つの適切な材料はシリコンオキシナイトライド(SiON:Silicon Oxynitride)を含み得る。更なる実施例において、マスク層221はポリシリコンのような実質的に酸化性材料で構成され、実質的にマスク層221に浸透する酸素を消耗し、それによって、下地トレンチ絶縁構造220への酸素の拡散を実質的に回避する。マスク層221は酸化性材料で構成されていれば、酸化雰囲気212に全体が晒される間、酸化拡散を実質的に回避するために、膜厚が選択される。複数の材料の酸化プロセスが周知であるので、マスク層221の適切な膜厚は容易に予め判断され得る。
FIG. 2b schematically shows that a
トレンチ絶縁構造220上にマスク層221を形成する際、周知のフォトリソグラフィ及びエッチング技術が利用され得るが、トレンチ206aが実質的に覆われ、トレンチ206bが実質的に全体が晒される間はマスク層221の横方向サイズが多様に変化し得るので、これらの技術はクリティカルなものではない。酸化雰囲気212に晒される間、熱酸化層210bがトレンチ206bの酸化性材料の内部表面部分を形成し、領域208bにおける面取りの増加、即ち、曲率半径の増加をもたらす。酸化雰囲気を形成する温度、持続期間、酸素濃度等のようなプロセスパラメータは、酸化雰囲気212を構築する際、求められた膜厚を得るために調整され得る。それ故、領域208bにおけるコーナー部の所望の丸めの程度、あるいは面取りの程度を得るように調整され得、図2cを参照しながら記載されるようにトレンチ206bを酸化する第2ステップとの組み合わせにおいてコーナー部面取りの最終的な度合いが実現される。シリコンにおける熱酸化物の成長レートが周知であるので、一度構造200の構造的特性、即ち、温度、酸素濃度、圧力等が設定されると、領域208bにおけるコーナー部面取りの膜厚は、酸化の持続時間を選択することによって容易にコントロールされ得る。シリコン以外の半導体材料について、個別な構造に関する成長レートは実験によって判断され得る。
In forming the
図2cは、犠牲マスク層221が除去された半導体構造200を概略的に示す。半導体構造200は、更に酸化雰囲気213に晒され、トレンチ206a内に熱酸化層210aを生成する一方で、更にトレンチ206bにおける熱酸化層210bの膜厚を増加する。上述したように、半導体構造200を酸化雰囲気212,213に晒す間利用されたプロセスパラメータは、熱酸化層210aがそれらパラメータに関連する回路エレメントについての要求を満たすように選択される。例えば、熱酸化層210aによって生成される機械的ストレスがをわずかな量とし、その一方で、同時に熱酸化層210bの求められる膜厚が、領域208bの曲率半径の増加による電界強度の減少をもたらす。例えば、熱酸化層210aの膜厚が約1nm〜約30nmの範囲の膜厚に調整され得、熱酸化層210aの膜厚からの熱酸化層210bの膜厚の超過量は所定の量とされる。この所定の超過量は、酸化雰囲気213のプロセスパラメータを対応して選択することによって調整され得る。
FIG. 2c schematically illustrates the
図2dに更なる実施例を概略的に示され、図2aに示されるような半導体構造200から始まり不活性雰囲気における熱処理の代りとして、あるいは熱処理に加えて酸化雰囲気214が形成され、トレンチ206a、206b内に同一の熱酸化層210a、210bを実質的に与えることが示される。先行する熱処理をなくすことができるように、あるいは熱処理期間が著しく短くなり得るように、半導体構造200を酸化雰囲気214に晒す間、同時に誘電酸化層209の密度が高められ得る。酸化雰囲気214のプロセスパラメータは、熱酸化層210bの膜厚、ひいては領域208bにおけるコーナー部面取り度合いが絶縁トレンチ206bに隣接して形成される個別の回路エレメントに一致するように選択される。
A further embodiment is shown schematically in FIG. 2d, starting with a
図2eは、トレンチ206bを覆う非酸化性犠牲マスク層221の形成後の半導体構造200を概略的に示し、トレンチ206aが更なる酸化雰囲気215に晒されることを示す。それ故、熱酸化層210aの膜厚は領域208aにおけるコーナー部面取りの特定された度合いまで増加する。原則的に、図2d及び図2eに示されるシーケンスは、図2b及び図2cに示されるシーケンスを時間的に反転させたものとなっている。
FIG. 2e schematically shows the
図2fは、本発明の更なる例示的な実施形態に従った半導体構造200を概略図に示す。半導体構造200は、既に図2dに示し、解説されたような同様のコンポーネント及びパーツを含むが、誘電酸化層209を除く。半導体構造200が酸化雰囲気214に晒され、実質的に同一の特性を有する熱酸化層210a、210bがトレンチ206a、206b内に形成される。この方法は、結晶格子上に誘電酸化層209を直接配置(図2fに示されず)することで、熱酸化物“硬化”及び酸化物高密度化を行うことなく注入ステップを先に実行することによって損傷を受け得おそれがある場合に選択され得る。その後誘電酸化層209がデポジットされ得、トレンチ206a及び206bを充てんする。
FIG. 2f schematically illustrates a
図2gは、誘電酸化層209のデポジション及びトレンチ206bを覆う犠牲マスク層221の形成後の半導体構造200を概略的に示す。半導体構造200は酸化雰囲気215に晒され、熱酸化層210aの膜厚が求められた最終的な膜厚まで増加し、従って領域208aに最終的に求められるコーナー部の面取りをもたらす。酸化雰囲気214(図2f)のプロセスパラメータが選択され得、トレンチ206bを更に酸化することなく熱酸化層210bの求められた特性を得るか、又は追加のマスクが形成され得るか、又は他の例として誘電酸化層209のデポジション後、何れのマスクを利用することなく酸化ステップが実行され得るかの何れかによって、熱酸化層210bの求められる特性を実現することに注目されよう。
いわば、幾つかの応用において、トレンチ206a、206b内に比較的薄膜の熱酸化層210a、210bを与え、その後誘電酸化層209をデポジットし、“レイトライナー”プロセスに従って熱酸化層210bの膜厚を完成することに利点が得ることができる。それによって、上述した“レイトライナー”プロセスの起こり得る欠陥を実質的に回避する。
FIG. 2g schematically illustrates the
In other words, in some applications, relatively thin thermal oxide layers 210a, 210b are provided in the trenches 206a, 206b, and then a
図3a〜図3cを参照して本発明の更なる例示的な実施形態を以下に説明する。図3aに、半導体構造300がトレンチ絶縁構造320を含み、この実施例において3つの絶縁トレンチ306a、306b、306cで表され、基板301に形成されることが示される。このトレンチの数は例示目的のみのためであり、絶縁構造320は絶縁トレンチの任意的な数を含み得、成長した酸化層の相異なる形式を受容し得る。基板301上に酸化層302が形成され、次に上部層303、誘電酸化層309が形成される。更に、犠牲マスク層321が誘電酸化層309上に形成され、トレンチ306a、306bを覆い、トレンチ306cを晒す。図3aに示されるような構造を形成するプロセスフローと同様に半導体構造300の様々なコンポーネントの材料の形式に関して、図1a〜図1e及び図2a〜図2gを参照して既に指摘されたように同様の基準を適用する。半導体構300が酸化雰囲気312に晒され、トレンチ306c内に熱酸化層310cを生成する。
A further exemplary embodiment of the invention will now be described with reference to FIGS. 3a-3c. FIG. 3 a shows that the
図3bに、犠牲マスク層321が除去された構造300上に形成された第2犠牲マスク層322を備えた半導体構造300を示し、トレンチ306b、306cを晒しながら、トレンチ306aを覆うことが示される。この構造300は酸化雰囲気314に晒され、トレンチ306b内に熱酸化層310bを形成する一方、熱酸化層310cの膜厚を増加する。
FIG. 3b shows a
図3cに、最終的に酸化雰囲気315に晒されるトレンチ306a、306b、306cを備えた構造300が示され、トレンチ306a内に熱酸化層310aを形成しながら、熱酸化層310b、310cの膜厚を増加することが示される。様々な酸化雰囲気312,314,315のプロセスパラメータの選択に関して、先行する実施例を参照して前述されたように同様の基準を適用する。更に、図3a〜図3cに示されるシーケンスは、トレンチ306a、306b、306cが最初にアンマスクされ、実質的に同一の熱酸化層を受容するように反転され得る。最初の酸化は、前述されたように誘電酸化層309の密度を高める熱処理によって先行され得る。次にトレンチ306aがマスクされ(図3b)、その後トレンチ306a、306bがマスクされ(図3a)、求められた様々な膜厚を得、ひいてはトレンチ絶縁構造320の領域308a、308b、308cにおけるコーナー部の面取りが行われる。更に、図2a〜図2eを参照しながら上述したプロセスシーケンスの全てが、図3a〜図3cを参照して記載された実施形態によって利用され得る。つまり、幾つかの実施形態において、求められた膜厚の熱酸化層が、誘電酸化層309がデポジションされる前に形成され得る。その後トレンチ306a、306b、306cのうちの1つあるいはそれ以上をマスクする上述したシーケンスの全てが適用され得、絶縁トレンチの様々な形式を形成する。
FIG. 3c shows a
結果として、本発明は、十分確立されたデポジション方法及び非クリティカルなフォトリソグラフィを利用することによって、相異なる絶縁トレンチにおける熱的成長した酸化ライナーの相異なる形式によるトレンチ絶縁の形成を可能にし、トレンチ絶縁の電気的、機械的特性を与え、関連する回路エレメントに個別に適用される。 As a result, the present invention enables the formation of trench insulation with different types of thermally grown oxide liners in different insulating trenches by utilizing well-established deposition methods and non-critical photolithography, Gives the electrical and mechanical properties of trench isolation and is applied individually to the associated circuit elements.
本発明が、本開示から利益を有する当業者にとって、異なるが均等であることが明りょうである方法で改変及び実施され得るので、上述した特定の実施形態は、説明目的のためのみのものである。例えば、上述されたプロセスステップは、異なる手順で実行される場合がある。更に、請求項で限定された範囲以外で、本文に示した構成又は設計の詳細に制限されることは意図されていない。上述した特定の実施形態は、改変又は修正可能であり、そうした改変の全部は、本発明の趣旨の範囲内にあると考えられる。従って、本文に求めれる保護は、請求項に記載されたとおりである。 The particular embodiments described above are for illustrative purposes only, as the invention may be modified and practiced in ways that will be apparent to those skilled in the art who have the benefit of this disclosure from different but equivalent. is there. For example, the process steps described above may be performed in different procedures. Furthermore, it is not intended to be limited to the details of construction or design shown herein other than as limited by the claims. The particular embodiments described above may be altered or modified and all such alterations are considered to be within the spirit of the invention. Accordingly, the protection sought in the text is as stated in the claims.
Claims (18)
基板に複数のトレンチ206A、206Bを形成し、
前記複数のトレンチのうち少なくとも1つのトレンチ206Aを酸素拡散バリア層221で覆い、
前記複数トレンチのうち少なくとも1つのトレンチ206Aを前記酸素核酸バリア層221で覆う一方で、前記複数のトレンチのうちの1つあるいはそれ以上のトレンチ206Bの酸化性の内部表面部分上に熱酸化物210Bを選択的に形成する、
方法。 A method of forming a trench isolation structure, comprising:
Forming a plurality of trenches 206A, 206B in the substrate;
Covering at least one trench 206A of the plurality of trenches with an oxygen diffusion barrier layer 221;
At least one of the plurality of trenches 206A is covered with the oxygen nucleic acid barrier layer 221 while a thermal oxide 210B is formed on the oxidizing inner surface portion of one or more of the plurality of trenches 206B. Selectively form,
Method.
請求項1記載の方法。 Depositing an insulating layer 209 on the substrate before selectively forming a thermal oxide to fill the plurality of trenches;
The method of claim 1.
前記予め覆われたトレンチ206Aの酸化可能な内部表面部分を熱的に酸化する、
請求項1記載の方法。 Removing the oxygen diffusion barrier layer 221 covering the at least one trench 206A;
Thermally oxidizing the oxidizable inner surface portion of the pre-covered trench 206A;
The method of claim 1.
前記第二酸化拡散バリア層によって覆われた前記少なくとも一つのトレンチ206Bのサイドウォールにおける更なる酸化物の成長を実質的に回避するために少なくとも前記1あるいはそれ以上のトレンチの1つを第二非酸化性マスク層で覆う、
請求項1記載の方法。 Removing the oxygen diffusion barrier layer 221;
A second non-oxidation of at least one of the one or more trenches to substantially avoid further oxide growth on the sidewalls of the at least one trench 206B covered by the first dioxide diffusion barrier layer. Covering with a sex mask layer,
The method of claim 1.
請求項1記載の方法。 Thermal oxide on at least some oxidizing inner surface portions of the plurality of trenches prior to selectively forming thermal oxide on the one or more oxidizing inner surface portions of the plurality of trenches Forming,
The method of claim 1.
請求項1記載の方法。 Thermal oxidation on at least some oxidizable inner surface portions of the plurality of trenches after selectively forming thermal oxide on the one or more oxidizable inner surface portions of the plurality of trenches. Form things,
The method of claim 1.
請求項1記載の方法。 Forming a thermal oxide on the oxidizable inner surface portion of the plurality of trenches before selectively forming a thermal oxide in the one or more of the plurality of trenches, and Including filling multiple trenches,
The method of claim 1.
請求項7記載の方法。 Forming a thermal oxide after filling the plurality of trenches and before selectively forming a thermal oxide in the one or more of the plurality of trenches;
The method of claim 7.
請求項2記載の方法。 Heat treating the substrate in an inert atmosphere to increase the density of the inductive layer 209;
The method of claim 2.
請求項1記載の方法。 The oxidation diffusion barrier layer 221 includes a non-oxidizing material,
The method of claim 1.
請求項10記載の方法。 The non-oxidizing material includes at least one of silicon nitride and silicon oxynitride.
The method of claim 10.
請求項1記載の方法。 The oxidation diffusion barrier layer 221 includes an oxidizing material.
The method of claim 1.
請求項12記載の方法。 The film thickness of the oxidation diffusion barrier layer 221 is selected to substantially avoid complete oxidation of the oxidizable material during the formation of the thermal oxide.
The method of claim 12.
絶縁材料209で充てんされた第一絶縁トレンチ206Bの内部表面部分を熱的に酸化し、犠牲酸素拡散バリア層221で絶縁材料で充てんされた第二の絶縁トレンチ206Aを覆う、
方法。 A method for controlling the degree of corner rounding of a trench insulation structure in a semiconductor device,
Thermally oxidizing the inner surface portion of the first insulating trench 206B filled with the insulating material 209 and covering the second insulating trench 206A filled with the insulating material with the sacrificial oxygen diffusion barrier layer 221;
Method.
請求項14記載の方法。 Forming a thermal oxide layer in the first and second trenches before thermally oxidizing the first trench portion;
The method of claim 14.
請求項14記載の方法。 After thermally oxidizing the first trench portion, removing the oxygen diffusion barrier layer 221 and forming a thermal oxide layer in the first and second trenches;
The method of claim 14.
前記第一トレンチを覆うために第二酸素拡散バリア層を形成し、且つ、
前記第二トレンチの表面部分を熱的に酸化する、
請求項14記載の方法。 Removing the oxygen diffusion barrier layer 221;
Forming a second oxygen diffusion barrier layer to cover the first trench; and
Thermally oxidizing a surface portion of the second trench;
The method of claim 14.
前記トレンチの各々の内部に充てんされる絶縁材料209を含み、
前記トレンチのうち少なくとも1つの前記上方コーナー部領域208A、208Bの曲率半径が、前記残りのトレンチのうち1つあるいはそれ以上の曲率半径とは相異なる、
半導体デバイスのトレンチ絶縁構造。 A plurality of trenches 206A, 206B formed in the semiconductor material, each trench having an upper corner 208A, 208B;
An insulating material 209 filling each of the trenches;
The radius of curvature of at least one of the upper corner regions 208A, 208B of the trench is different from the radius of curvature of one or more of the remaining trenches,
Semiconductor device trench insulation structure.
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