JP4072308B2

JP4072308B2 - トレンチ素子分離方法

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Publication number: JP4072308B2
Application number: JP2000312495A
Authority: JP
Inventors: 泰緒朴; 文漢朴; ▲けい▼ 媛朴; 漢信李
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Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1999-10-12
Filing date: 2000-10-12
Publication date: 2008-04-09
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Also published as: US6331469B1; US20010041421A1; CN1194400C; KR100338767B1; CN1293452A; GB0024940D0; DE10050357A1; US6465866B2; GB2360631B; JP2001160589A; GB2360631A; KR20010036816A; DE10050357B4

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トレンチ素子分離方法に係り、特にトレンチ上部コーナーをラウンド処理し、この部分での酸化量を増大させトランジスタのハンプ現象及び逆方向の狭幅現象を改善したトレンチ素子分離方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の素子間分離法は局部的酸化法（ＬｏｃａｌＯｘｉｄａｔｉｏｎｏｆＳｉｌｉｃｏｎ、以下、ＬＯＣＯＳと称す）とトレンチ素子分離法とに大別される。
【０００３】
このうち、ＬＯＣＯＳ法は工程が単純で、広い部位の素子分離膜と狭い部位の素子分離膜を同時に形成できるという長所を持つが、側面酸化によるバーズビーク（ｂｉｒｄ'ｓｂｅａｋ）が形成され素子分離領域の幅が広くなり、ソース／ドレイン領域の有効面積を減少させる。さらに、フィールド酸化の膜形成時に酸化膜の縁に熱膨張係数の差による応力が集中することにより、シリコン基板に結晶欠陥が生じて漏洩電流が多くなるという短所がある。
【０００４】
従って、シリコン基板にトレンチを形成し、その内部を酸化物などの絶縁物質で充填することにより、同じ分離幅でも有効分離長さを長くして前記のＬＯＣＯＳ法より小さな分離領域を具現できるトレンチ素子分離技術が必須のこととして要求されている。
【０００５】
トレンチを用いた素子分離技術のいろいろな工程のうちでも、トレンチのプロフィルをどのように形成するかということは安定した特性の素子を実現するために非常に重要な事項である。すなわち、トレンチの深さ、トレンチの角度、トレンチエッジの形などを適切なものにしなければならない。特に、高集積半導体装置にてシャロートレンチ素子分離（ＳｈａｌｌｏｗＴｒｅｎｃｈＩｓｏｌａｔｉｏｎ、以ＳＴＩと称す）法を利用する場合には、トレンチのエッジ部分がどんなプロファイルを有するかにより素子の電気的特性が決定されるといっても言い過ぎではない。
【０００６】
図１は従来のＳＴＩ素子分離法にてあらわれる問題点を説明するための断面図であり、参照符号「１」は半導体基板を、「３」はＳＴＩ領域に埋め込まれた素子分離膜を、「５」はゲート酸化膜を、そして「７」はゲート電極を各々示す。
【０００７】
図１に示したように、トレンチのエッジ部分がほとんど９０゜に近い鋭い角度で形成される場合に次のような問題点が生じる。第一に、ゲート形成工程にてゲート導電層がトレンチの上部コーナー部位を覆いつつ通り過ぎることにより、トレンチコーナーに強い電界が集中し図２に示したように、トランジスタが２回ターンオンされるハンプ現象及び逆方向の狭幅効果を誘発し、トランジスタの性能が劣化する。
【０００８】
図３はＳＴＩ構造にてあらわれる逆方向の狭幅効果を図示したグラフである。この逆狭幅効果というのはグラフに示したように、トランジスタのチャンネル幅が減少するにつれてスレショルド電圧が減少する現象を示し、図面にて参照符号「Ｘ」はハンプ現状の発生前に観測された結果を、「Ｙ」はハンプ発生後に観測された結果を各々示す。
【０００９】
トレンチのエッジ部分が９０゜に近い鋭い角度で形成される場合にあらわれる問題点中の第二は、トレンチエッジ部分でゲート酸化膜が薄く形成されたりこの部位のゲート酸化膜に電界が集中し、ゲート酸化膜の絶縁破壊が生じるなど素子の信頼性が低下することである。
【００１０】
前記の問題を解決するために色々な方法が提案されたが、その例が米国特許第５，８６１，１０４号及び５，７６３，３１５号に開示されている。
【００１１】
前記の米国特許第５，８６１，１０４号ではトレンチを蝕刻する方法を改善し、トレンチの上端コーナーがラウンドされるようにする方法を記述しており、第５、７６３、３１５号では湿式蝕刻などの方法により結晶方向が（１００）の半導体基板に酸化率が高い（１１１）面を形成させることによりトレンチの上端部がラウンドされるようにして、この部分に形成されるゲート酸化膜を厚くし、トランジスタ及びゲート酸化膜の信頼性低下を防止する方法を記述している。
【００１２】
本発明はトレンチの上端部をラウンドするとともに、トレンチの上端部に結晶方向が（１１１）の面を形成し、この部分に形成されるゲート酸化膜を厚くし、結果的にトランジスタの特性を大きく向上させる構造及び製造方法を提示するものである。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の技術的課題は、トレンチ上部エッジがラウンドされるようにすると同時に、トレンチ上部エッジでのゲート酸化膜を厚くできるトレンチ素子分離方法を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
【００２０】
前記の課題を解決するための本発明によるトレンチ素子分離方法は、半導体基板の非活性領域にトレンチを形成する段階と、前記トレンチ内壁に内壁酸化膜を形成する段階と、前記内壁酸化膜上にシリコン窒化物ライナーを形成する段階と、前記トレンチに絶縁膜を埋め込む段階と、前記ライナーの上端が前記半導体基板の表面より低くリセスされるよう前記ライナーの一部を蝕刻する段階と、トレンチ上部がラウンドされた様相になるように、ゲート酸化膜を熱酸化する段階と、を含む。
【００２１】
前記トレンチを形成する段階は、前記半導体基板上にパッド酸化膜を形成する段階と、前記パッド酸化膜上にパッド窒化膜を形成する段階と、写真蝕刻工程を利用し、前記トレンチが形成される領域を限定する蝕刻マスクパターンを形成する段階と、前記蝕刻マスクパターンを利用し、前記半導体基板の一部を蝕刻してトレンチを形成する段階とを含み、前記トレンチを絶縁膜に埋め込む段階は、前記内壁酸化膜及びライナーが形成された結果物上に絶縁膜を蒸着する段階及び前記絶縁膜の表面を平坦化する段階を含む。
【００２２】
前記絶縁膜の表面を平坦化する段階は、前記パッド窒化膜を蝕刻終了層として使用し、化学的物理的研磨工程またはエッチバック工程により行われることができ、前記絶縁膜の表面を平坦化する段階後に、前記半導体基板の活性領域に残存するパッド窒化膜を除去する段階をさらに具備する。
【００２３】
前記パッド窒化膜を除去する段階後に、前記ライナーの上端が前記半導体基板の表面より低くリセスされるよう前記ライナーの一部を蝕刻する段階を湿式食刻工程により連続的に行う。
【００２４】
前記パッド窒化膜及び前記ライナーの一部を蝕刻する段階後に、前記パッド酸化膜を除去する段階をさらに具備し、前記半導体基板の表面を酸化させる段階をさらに具備できる。
【００２５】
本発明によれば、トレンチ内壁に形成する内壁酸化膜の厚さを一定水準に制限し、ライナーの上端が半導体基板の表面よりリセスされたデント（ｄｅｎｔ）を形成することにより、後続するゲート酸化膜のための酸化工程にてトレンチ上部エッジでの酸化量を大きく増加できるようになる。すなわち、トレンチ上部エッジをあらかじめわざわざラウンド処理しなくても後続するゲート酸化膜のための酸化工程時にトレンチ上部エッジの半導体基板の酸化量が増加し、結果的にトレンチ上部エッジがラウンドされるようになり、このようなエッジでのゲート酸化膜の厚さがトレンチ外側の半導体基板の活性領域の中心でのゲート酸化膜の厚さより厚くなる。従って、トレンチ上部エッジでの電界集中により生じるハンプ現象及び逆方向の狭幅効果を抑制でき、ゲート絶縁膜の信頼性を向上させうる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、添付された図面を参照し本発明をより一層詳細に説明する。
【００２７】
次に、説明する実施例は色々な他の形態に変形でき、本発明の範囲が次に詳述される実施例に限定されるものではない。本発明の実施例は当業界で平均的な知識を持っ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。本発明の実施例を説明する図面において、いかなる層や領域の厚さでも明細書の明確性のために誇張されたものであり、また図面上の同じ符号は同じ要素を指す。さらに、ある層が他の層あるいは基板の「上部」にあると記載された場合、前記のある層が前記の他の層あるいは基板の上部に直接存在することもあり、その間に第３の層が介在することもある。
【００２８】
図４は本発明の１実施例による半導体素子を図示した断面図であり、トレンチ上部エッジがラウンドされた素子分離構造を有する半導体素子が図示されている。
【００２９】
図４を参照すると、半導体基板４０の素子分離領域の非活性領域に、その上部エッジが半導体素子の形成される活性領域の方向にラウンドされたトレンチが形成されており、前記トレンチ内壁には内壁酸化膜４８とライナー５０が順序通りに形成されている。前記内壁酸化膜４８は湿式または乾式熱酸化法により形成され、その厚さは１０〜１５０Åほどに薄く形成されている。そして、前記ライナー５０は低圧化学気相蒸着法による窒化膜、特にシリコン窒化膜でなされ、その厚さは２０〜２００Åほどである。特に、前記ライナー５０はトレンチ外側の半導体基板４０の表面より低くリセスされているので、トレンチ上端より１〜５００Åほどリセスされることが望ましい。
【００３０】
前記内壁酸化膜及びライナーが形成されたトレンチの内部は化学気相蒸着の酸化膜のような絶縁膜５２が完全に埋め込まれており、その絶縁膜の表面は平坦化されている。
【００３１】
前記半導体基板４０の活性領域には、ゲート絶縁膜としてゲート酸化膜５４とゲート電極５６が形成されている。特に、前記ゲート酸化膜５４は中心部より縁部、すなわちトレンチの上部エッジに厚く形成されている。
【００３２】
このような構造の本発明による半導体素子によれば、トレンチの上部エッジがラウンドされ、さらにこの部分にゲート酸化膜が活性領域側より厚く形成されるので、ゲート酸化膜の縁部に電界が集中することにより生じるハンプ現象及び逆方向の狭幅現象を抑制でき、ゲート絶縁膜の信頼性を向上させうる。
【００３３】
図５Ａないし図６Ｆは本発明の望ましい実施例によるトレンチエッジがラウンドされた素子分離構造を有する半導体素子の製造方法を説明するために工程順序により図示した断面図である。
【００３４】
図５Ａを参照すると、半導体基板４０上に１００Åほどの厚さの熱酸化膜を成長させ、基板のストレスを緩和させ保護するためのパッド酸化膜４２を形成する。このパッド酸化膜４２上に、後続のトレンチ形成のための基板蝕刻時、またはトレンチ埋込み物質に対する平坦化工程時に蝕刻マスクに使われる膜として、前記半導体基板４０との蝕刻選択比に優れた物質、例えばシリコン窒化膜を低圧化学気相蒸着法により１５００Åほどの厚さに蒸着してパッド窒化膜４４を形成する。
【００３５】
次に、写真工程を利用し、前記パッド窒化膜４４上にトレンチが形成される非活性領域を露出させる様相のフォトレジストパターン４６を形成する。このフォトレジストパターン４６を蝕刻マスクとして使用し、前記パッド窒化膜４４とパッド酸化膜４２を異方性蝕刻することにより非活性領域の半導体基板４０が露出されるようにする。この時、前記フォトレジストパターン４６により前記パッド窒化膜４４だけを異方性蝕刻し蝕刻マスクパターンを形成することもできる。
【００３６】
図５Ｂを参照すると、フォトレジストパターン４６を除去した後に、パッド窒化膜４４とパッド酸化膜４２を蝕刻マスクパターンとして使用し、露出された半導体基板４０を２０００〜１００００Åほど異方性蝕刻しトレンチ４７を形成する。この時、前記フォトレジストパターン４６を除去していない状態でフォトレジストパターン４６を蝕刻マスクパターンとして使用してトレンチ４７の形成もできる。一方、本発明によれば後続工程にてトレンチの上部エッジがラウンドされるために、この段階ではトレンチの上部エッジをラウンド処理する別の工程を実施せずにほとんど垂直に近くトレンチ３７を形成してもよい。
【００３７】
図５Ｃを参照すると、トレンチ４７が形成された半導体基板４０に対して所定の熱酸化工程を実施し、前記トレンチ４７の内壁に内壁酸化膜４８を形成する。前記内壁酸化膜４８は１０〜１５０Åほどの厚さ、望ましくは１０〜５０Åほどの厚さに形成するのであるが、このように内壁酸化膜を薄く形成する理由については後述する。さらに、前記内壁酸化膜４８は湿式酸化または乾式酸化の熱酸化法により形成できるのであるが、厚さの調節が容易で均一度が高い乾式酸化法を使用し形成することが望ましい。
【００３８】
次いで、内壁酸化膜４８が形成された結果物の全面に、低圧化学気相蒸着法により窒化膜、例えばシリコン窒化膜を蒸着してライナー５０を形成する。このライナー５０は２０〜２００Åほどの厚さに形成できるのであるが、ライナーがあまり薄い場合は後続の酸化工程により容易に破壊されることもあり、あまり厚い場合はトレンチの縦横比が大きくなり、絶縁膜にトレンチ内部を埋め込む時にボイド（ｖｏｉｄ）が形成されるなど完壁なトレンチ埋め込みが困難になりうる。
【００３９】
図６Ｄを参照すると、窒化膜ライナー５０が形成された結果物上に絶縁物質、例えば化学気相蒸着法を使用しトレンチを埋め込むのに充分なほどの厚さ、例えば１００００Å以下の厚さに酸化膜５２を蒸着する。前記化学気相蒸着酸化膜５２にトレンチを埋め込んだ後、埋め込まれた化学気相蒸着酸化膜の緻密化のために高温で熱処理工程を実施することが望ましい。
【００４０】
トレンチに埋め込まれた化学気相蒸着酸化膜５２に対する緻密化工程は、化学気相蒸着酸化膜５２の蝕刻率があまり大きいために、後続する化学気相蒸着酸化膜５２の平坦化工程にて化学的機械的研磨の速度が速いだけでなく、パッド酸化膜４２の湿式蝕刻または蝕刻液を用いた洗浄工程にて容易に消耗されることを改善するためのものである。前記化学気相蒸着酸化膜５２の緻密化工程は窒素ガス（Ｎ₂）雰囲気で１０００℃以上の温度で進行したり、湿式酸化処理をするにおいて、窒化膜ライナー５０が形成されているために半導体基板４０の酸化は生じない。
【００４１】
次いで、化学気相蒸着酸化膜５２に対して平坦化工程、例えばエッチバック、化学的機械的研磨あるいはエッチバックと化学的機械的研磨工程を共に使用して表面を平坦化する。例えば、化学的機械的研磨工程を利用する場合、活性領域に形成されたパッド窒化膜４４を蝕刻終了層として使用するのであるが、残留するパッド窒化膜４４の厚さが中間ほどに進行した時に化学的機械的研磨が終了するようにすることが望ましい。
【００４２】
図６Ｅを参照すると、燐酸溶液を使用して活性領域に残留するパッド窒化膜４４を除去する。この時、窒化膜ライナー５０も一部蝕刻できるよう過度蝕刻を実施し、図示したように、半導体基板４０の表面より窒化膜ライナー５０の上端が１〜５００Åほど低くリセスされた、いわゆるデントが形成されるようにする。デントを形成した状態の部分拡大図が図７に図示されている。このように窒化膜ライナー５０の上部にデントを形成する場合、トレンチ上部エッジでの半導体基板の酸化が非常に進むのであるが、その理由についても後述する。
【００４３】
デントがあまりはなはだしく形成されれば、トレンチ上端があたかもオープンしたかのようになり、酸化時にトレンチ上部エッジが尖ってしまう現象があり、後続工程にてＭＯＳトランジスタを形成する時、ゲート用導電物質がパタニング後にもトレンチ上部エッジに残っているようになり、ブリッジを起こすことがある。従って、通常用いられるゲート酸化膜の厚さが１００Å以下の素子では、半導体基板４０の表面より５００Å以下にリセスされたデントを持つようにすることが望ましい。
【００４４】
次いで、希釈されたフッ酸（ＨＦ）溶液を使用し、活性領域に残留するパッド酸化膜４２を除去する。
【００４５】
図６Ｆを参照すると、デントが形成された図６Ｅの結果物に対して熱酸化工程を実施しゲート酸化膜５４を形成すれば、図示したようにトレンチ上部エッジでの酸化が進み、他の部位に比べてゲート酸化膜５４が厚く形成され、これによりトレンチ上部エッジがラウンドされた様相になる。次いで、前記ゲート酸化膜５４上に導電物質、例えば不純物がドープされたポリシリコン膜、またはドープされたポリシリコンとシリサイドの積層膜を形成した次に、写真食刻工程でパターニングすることによりゲート電極５６を形成する。
【００４６】
前述の本発明の実施例において、トレンチ上部エッジで酸化が進み、この部門のゲート酸化膜５４が半導体基板４０の活性領域の中心部より厚くなった原因は大きく次の三つに要約できる。
【００４７】
▲１▼トレンチ内壁に形成されている窒化膜ライナー５０の引張り変形力のためであると言える。トレンチの側壁を示す部分拡大図の図８を参照して詳細に説明する。図８にて参照番号「４０」は半導体基板を示し、「５０」は窒化膜ライナーを示す。参考として、説明を容易にするためにトレンチ内壁に形成される内壁酸化膜を省略した。
【００４８】
低圧化学気相蒸着法により蒸着されたシリコン窒化膜ライナー５０は半導体基板４０の表面近辺の活性領域（「Ｂ」）に引張り変形力を引き起こさせる。すなわち、低圧化学気相蒸着法によるシリコン窒化膜はシリコン基板に比べて熱膨張係数が大きいために酸化工程などの高温工程でシリコン単結晶でなされた半導体基板４０より体積がより膨脹する。従って、シリコン窒化膜ライナー５０には引張り変形力が生じ、反対にシリコン窒化膜ライナー５０と接触しているトレンチ側壁の半導体基板（参照符号「Ａ」）には圧縮変形力が生じる。これと共に活性領域表面側の半導体基板（参照符号「Ｂ」）には引張り変形力が引き起こされる。このように引張り変形力が加えられた状態では半導体基板４０の結晶格子間の距離が大きい状態なので酸化が速く生じる。
【００４９】
従って、シリコン窒化膜ライナー５０を形成してトレンチ上部エッジの酸化量を極大化しつつラウンドされるようにするなら、シリコン窒化膜ライナー５０とトレンチ側壁間に形成される内壁酸化膜の厚さができる限り薄いほど良いのであるが、１０〜１５０Åほどが望ましい。
【００５０】
▲２▼シリコン窒化膜ライナー５０にデントが形成されたためであると言える。図７に示したように、デントにより露出されたトレンチ上端エッジの半導体基板４０が酸化されつつだんだんと傾斜面を形成するのであるが、このような傾斜面は（１１１）面を持ち、活性領域の半導体基板４０の表面は（１００）面を持つ。シリコン結晶の格子間間隔は（１１１）方向である時最も大きいために、結晶格子の間の結合力が弱い。従って、酸化工程時に各格子点に位置するシリコン原子間の結合が容易に途切れて酸化が最も早く生じる。
【００５１】
▲３▼シリコン窒化膜ライナー５０が酸化の遮断膜として作用するためであると言える。ライナー５０がない場合、ゲート酸化膜（図６Ｆの５４）形成時、酸素原子がトレンチに埋め込まれた化学気相蒸着酸化膜４８を貫き、トレンチ側壁の半導体基板４０に拡散してトレンチ側壁でも酸化が同時に生じる。これによる体積膨脹により半導体基板４０の上部エッジにむしろ圧縮変形力が作用するようになり、従って酸化が抑制される。しかし、本発明ではライナー５０の存在によりライナー５０が形成された部分のトレンチ側面への酸化が抑制されるが、ライナー５０がリセスされたトレンチ上部エッジではむしろこのような酸化抑制要因がなくなるために酸化が容易に生じるようになる。
【００５２】
図９ないし図１１はトレンチ内の内壁に形成された内壁酸化膜の厚さによるトレンチ上部エッジでのゲート酸化膜の厚さ及びラウンディングの程度を知るために観測した走査電子顕微鏡の写真を図示したものである。前記内壁酸化膜は各々２４０Å、１１０Å、２０Åの厚さであり、ライナーは同じ厚さに各々形成して、ゲート酸化膜を７５Å成長させた。
【００５３】
図９を参照すると、トレンチのコーナーがラウンディングされることもなく、ゲート酸化膜も厚くならなかったことが分かる。その原因は次の通り説明できるであろう。第一に、引張り変形力を有するライナーが圧縮変形力を有するトレンチ側壁から厚い内壁酸化膜により遠く離れているため、半導体基板上端に引張り変形力を引き起こせなかったためである。第二に、トレンチ上端部では厚く成長した内壁酸化膜上にライナーが形成されているために、燐酸溶液によるパッド窒化膜蝕刻が進行しても、下の方向へのデントが形成されない。従って、ゲート酸化膜を形成するための酸化が進行しても半導体基板の上部エッジに（１１１）面を有する傾斜面が形成されないためである。第三に、厚い内壁酸化膜を通じて広がる酸素原子が多く、トレンチの側壁酸化が非常に進行するためにトレンチの側壁酸化により半導体基板の上部エッジでは圧縮引張り力が作用して酸化量が増加できないためである。
【００５４】
図１０はトレンチ内の内壁酸化膜を１１０Å形成し、ライナーを形成した後で望ましい程度のデントを形成した場合の走査電子顕微鏡の写真を図示したものであり、トレンチ上端コーナーがラウンドされた様相を見ることができる。
【００５５】
図１１はトレンチ内の内壁酸化膜を２０Åに形成し、トレンチ側面への酸化を極端に制限し、ライナーの引張り変形力の影響を極大化させた場合の走査電子顕微鏡の写真を図示したものである。トレンチ上部エッジがラウンドされ、この部分でのゲート酸化膜の厚さが１７０Åほどで、活性領域の表面部位に比べてはるかに厚く形成したことが分かる。
【００５６】
【発明の効果】
以上、本発明をその実施例をあげ詳細に説明したが、本発明の範囲内で多くの変形が可能である。
【００５７】
前述の本発明によれば、トレンチ内壁に形成する内壁酸化膜の厚さを一定水準に制限し、ライナーを形成すれば、後続工程にてゲート酸化膜形成時にトレンチ上端エッジでの酸化量を大きく増加させることができる。従って、トレンチ上部エッジでの電界集中によるハンプ現象及び逆方向の狭幅現象を抑制でき、ゲート絶縁膜の信頼性を向上させうる。さらに、前記内壁酸化膜上に形成されるライナーを半導体基板の表面よりリセスされたデントを形成すれば、周辺のゲート酸化膜形成時にトレンチ上部エッジの半導体基板の結晶状態を（１１１）面にし、酸化量をより一層増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のＳＴＩ法にてあらわれる問題点を説明するための断面図である。
【図２】従来のＳＴＩ法により製造された半導体素子にあらわれるハンプ現象を説明するためのグラフである。
【図３】ＳＴＩ構造にてあらわれる逆方向の狭幅効果を図示したグラフである。
【図４】本発明の１実施例による半導体素子を図示した断面図である。
【図５】図５Ａないし図５Ｃは本発明の望ましい実施例によるトレンチ上部エッジがラウンドされた素子分離構造を有する半導体素子の製造方法を説明するために工程順序に従い図示した断面図である。
【図６】図６Ｄないし図６Ｆは本発明の望ましい実施例によるトレンチ上部エッジがラウンドされた素子分離構造を有する半導体素子の製造方法を説明するために工程順序に従い図示した断面図である。
【図７】トレンチ上端の窒化膜ライナーにデントが形成されたことを示す部分拡大断面図である。
【図８】トレンチ内壁の窒化膜ライナーの引張り変形力によりトレンチ上端での酸化量が増加することを説明するための部分拡大図である。
【図９】トレンチ内壁酸化膜の厚さによるトレンチ上部エッジでのゲート酸化膜の厚さ及びエッジラウンドの程度を知るために観測した走査電子顕微鏡の写真を図示したものである。
【図１０】トレンチ内壁酸化膜の厚さによるトレンチ上部エッジでのゲート酸化膜の厚さ及びエッジラウンドの程度を知るために観測した走査電子顕微鏡の写真を図示したものである。
【図１１】トレンチ内壁酸化膜の厚さによるトレンチ上部エッジでのゲート酸化膜の厚さ及びエッジラウンドの程度を知るために観測した走査電子顕微鏡の写真を図示したものである。
【符号の説明】
４０…半導体基板
４８…内壁酸化膜
５０…ライナー
５２…化学気相蒸着酸化膜
５４…ゲート酸化膜
５６…ゲート電極

Claims

半導体基板の非活性領域にトレンチを形成する段階と、
前記トレンチ内壁に内壁酸化膜を形成する段階と、
前記内壁酸化膜上にシリコン窒化物ライナーを形成する段階と、
前記トレンチに絶縁膜を埋め込む段階と、
前記ライナーの上端が前記半導体基板の表面より低くリセスされるよう前記ライナーの一部を蝕刻する段階と、
トレンチ上部エッジがラウンドされた様相になるようにゲート酸化膜を熱酸化する段階と、
を含むことを特徴とするトレンチ素子分離方法。
前記トレンチを形成する段階は、
前記半導体基板上にパッド酸化膜を形成する段階と、
前記パッド酸化膜上にパッド窒化膜を形成する段階と、
写真蝕刻工程を利用し、前記トレンチが形成される領域を限定する蝕刻マスクパターンを形成する段階と、
前記蝕刻マスクパターンを利用し、前記半導体基板の一部を蝕刻してトレンチを形成する段階と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のトレンチ素子分離方法。
前記内壁酸化膜は、
湿式または乾式熱酸化法により１０〜１５０Åの厚さに形成することを特徴とする請求項１に記載のトレンチ素子分離方法。
前記ライナーは、
低圧化学気相蒸着法を使用し、２０〜２００Åの厚さに形成することを特徴とする請求項２に記載のトレンチ素子分離方法。
前記トレンチに絶縁膜を埋め込む段階は、
前記内壁酸化膜及びライナーが形成された結果物上に絶縁膜を蒸着する段階と、
前記絶縁膜の表面を平坦化する段階と、
を含むことを特徴とする請求項２に記載のトレンチ素子分離方法。
前記絶縁膜の表面を平坦化する段階は、
前記パッド窒化膜を蝕刻終了層として使用し、化学的物理的研磨工程により行われることを特徴とする請求項５に記載のトレンチ素子分離方法。
前記絶縁膜の表面を平坦化する段階は、前記パッド窒化膜の中間の高さまで化学的物理的研磨工程により行われることを特徴とする請求項６に記載のトレンチ素子分離方法。
前記絶縁膜の表面を平坦化する段階後に、
前記半導体基板の活性領域に残存するパッド窒化膜を除去する段階をさらに具備することを特徴とする請求項５に記載のトレンチ素子分離方法。
前記パッド窒化膜を除去する段階後に、前記ライナーの上端が前記半導体基板の表面より低くリセスされるよう前記ライナーの一部を蝕刻する段階を連続的に行うことを特徴とする請求項８に記載のトレンチ素子分離方法。
前記パッド窒化膜を除去する段階と前記ライナーの一部を除去する段階は、湿式蝕刻工程により行われることを特徴とする請求項９に記載のトレンチ素子分離方法。
前記ライナーの上端は、前記半導体基板の表面より１〜５００Åリセスされるよう蝕刻されることを特徴とする請求項１に記載のトレンチ素子分離方法。
前記パッド窒化膜及び前記ライナーの一部を蝕刻する段階後に、前記パッド酸化膜を除去する段階をさらに具備することを特徴とする請求項９に記載のトレンチ素子分離方法。
前記パッド酸化膜を除去する段階後に、前記半導体基板の表面を酸化させる段階をさらに具備することを特徴とする請求項１２に記載のトレンチ素子分離方法。
前記絶縁膜は、化学気相蒸着法による酸化膜であり、前記化学気相蒸着法による酸化膜を蒸着した後、前記表面を平坦化する段階前に熱処理をさらに行うことを特徴とする請求項５に記載のトレンチ素子分離方法。