JPH10256394A

JPH10256394A - 半導体構造体およびデバイス

Info

Publication number: JPH10256394A
Application number: JP10038650A
Authority: JP
Inventors: C Wheeler Donald; ドナルド・シー・ウィーラー; L Suu Lewis; ルイス・エル・スー; Jack A Mandelman; ジャック・エー・マンデルマン; D Mi Rebecca; レベッカ・ディー・ミー
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1997-03-12
Filing date: 1998-02-20
Publication date: 1998-09-25
Also published as: US6228745B1

Abstract

(57)【要約】【課題】デバイスのオフ電流を減少させる新しい構造
体、特にＣＭＯＳ構造体を提供すること。【解決手段】ＭＯＳトランジスタ７０は能動領域７９に
隣接した２つのトレンチ分離領域７８を含む。トレンチ
分離領域７８は、各トレンチの側壁８０が能動領域７９
に対するインタフェースとして働くように、能動領域７
９の対向する側に配置されており、また側壁８０の少な
くとも１つは、９０゜から１５０゜の傾斜を有する。ト
レンチ分離領域７８およびソース注入領域７６およびド
レイン注入領域７８は能動領域７９の四方を取り囲んで
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はトレンチ境界を有す
るトランジスタに関し、特に、トレンチ境界を有する金
属酸化膜半導体（ＭＯＳ）、または相補的金属酸化膜半
導体（ＣＭＯＳ）、または絶縁体上シリコン（ＳＯＩ）
の電界効果トランジスタに関する。

【０００２】

【従来の技術】電子コンポーネントの製造、特に集積回
路シリコン・ウェーハの製造において、ウェーハ中に小
さなパターンを形成する重要なファクタはレジスト・パ
ターンの形状である。以下の説明は集積回路シリコン・
ウェーハの製造およびシリコン・デバイスに関してなさ
れるが、本発明が他の電子コンポーネント（たとえばヒ
化ガリウム回路、コンポーネント・パッケージ、および
プリント回路板）の製造に適用可能であることが当業者
に明らかであろう。半導体のような集積回路コンポーネ
ントの製造において、電子回路のパターン制御（たとえ
ば線幅の制御）は、ますます重要になってきた。なぜな
ら、回路の集積度がますます高まり、線幅その他の回路
パターンの精密度と微細度がますます要求されるように
なったからである。しかし、フォトリソグラフィック工
程のパターン制御は、レジストの厚さむら、ベークの不
均一、平坦でないウェーハなど多くの要因によって悪影
響を受ける。フォトリソグラフィック技術は、精密なレ
ジスト・パターンを形成して回路を限定するために好ん
でに使用される。概略的には、レジストが所定の厚さで
ウェーハへ塗布され、被覆されたウェーハはウェーハ・
ステージに置かれる。光源からの光は所定のマスク（回
路）パターンを有するフォトマスクを通過する。フォト
マスクを通過した光はウェーハ上のレジストへ投影さ
れ、マスク・パターンがレジスト上に形成される。レジ
ストは典型的にはネガ型レジストかポジ型レジストであ
り、露光されたレジストは多数の洗浄、現像、およびエ
ッチング・ステップで処理され、ウェーハ上にパターン
が形成される。そのパターンは、所望の回路パターンを
形成するためにメタライズされる、レジスト中の開孔形
式になっているか（ネガ型レジスト）、メタライズされ
るウェーハ表面上の所望のパターンを限定する形式にな
っている（ポジ型レジスト）。このようなフォトリソグ
ラフィック処理は、米国特許第５，３００，７８６号に
示されている。

【０００３】ネガ型レジスト法、ポジ型レジスト法、ま
たは組み合わせレジスト法（たとえば像反転レジスト
法）のいずれにおいても、フォトマスクを使用してレジ
スト上にパターンを形成することが必要であり、また伝
統的に光学リソグラフィを使用する像形成工程は複数の
レジスト・パターンを作り出すが、その各々の断面は実
質的に一定の幅、高さ、および対称性を有する。ある種
の露光条件の下では、レジスト・パターンの幅はレジス
トの高さに応じて幾分異なり、底部の幅はレジストの頂
部の幅よりもやや広い。いずれにせよ、レジスト・パタ
ーンは対称であり、メタライズされた回路線は、レジス
ト・パターンの底部の中点から上方へ伸びる垂直軸に関
して測定したとき、本質的に一定の断面を有する。

【０００４】所望の回路デザインを実現するために、工
程の一部として非対称レジスト・パターンを必要とする
種々の集積回路製造工程が存在する。たとえば、１つの
応用例としては、リフトオフ工程用のパターンを生成す
る場合がある。これらの方法は当技術分野で周知であ
る。非対称レジスト（フォトレジスト）プロフィールま
たはパターンを生成するために、これまで多くの試みが
なされてきた。米国特許第５，５４７，７８９号では、
ポジ型レジストをパターン化するために非対称光強度プ
ロフィールが使用され、そのポジ型レジストが投光照明
によってネガ型レジストへ変換され（像反転レジスト
法）、続いて形成されるゲート電極の配置が実効化され
る。レジスト・パターンを非対称にする目的はゲート電
極を非対称に配置するためである。非対称強度プロフィ
ールは転送基板、透明基板上に配置された線形遮光膜パ
ターン、および遮光膜パターンの両側のマスク部分を通
る光の強度を低減する手段から構成されるパターン転送
マスクによって達成される。パターン転送マスクは透明
基板を含み、この透明基板の上には遮光パターン（たと
えば不透明物質、種々の厚さをもった遮光膜、または半
透明膜）に隣接して種々の光減衰膜が配置されている。
示されるレジスト・プロフィールはパターンの両側で逆
テーパ状の形状を有し、このような形状は多くの製造方
法では受け入れられない。非対称光強度プロフィールを
示している他の特許は米国特許第５，３７０，９７５号
である。この特許では、非対称光プロフィールを作り出
すように設計されたマスクは、エッジ部の角度が７０゜
〜８５゜または９５゜〜１１０゜である移相手段、また
は滑らかに湾曲した形の移相手段を使用している。前記
の米国特許第５，３００，７８６号には、光学リソグラ
フィ露光装置の焦点設定を決定および制御するために光
の強度プロフィールをシフトすることのできる移相マス
クが説明されている。焦点が変更されると、強度プロフ
ィールの最小点がシフトされ、フォトレジスト・パター
ンが左方向または右方向へ非対称にずらされる。強度プ
ロフィールは最小強度ピーク点に関して非対称であり、
パターン配置誤差を作り出すのは非対称ピーク・シフト
である。パターン配置誤差は、自動オーバレイ誤差測定
ツールによって焦点をオーバレイとして測定するため
に、他の基準パターンと組み合わせて使用される。

【０００５】米国特許第５，３６８，９６２号には、マ
スク基板上に遮光層が形成され、マスク基板上で光伝達
領域が遮光領域によって限定されたフォトマスクが示さ
れている。光伝達領域は移相手段によって区分されてい
る。

【０００６】前記の特許は参考としてここに引用されて
いる。

【０００７】隣接した回路からの分離または絶縁を達成
するためにトレンチ（またはトレンチ境界構造体）を使
用する各種のデバイスが知られている。そのようなトレ
ンチ境界構造体はバルクまたはＳＯＩ基板中に製造され
るＣＭＯＳロジックおよびメモリ製品で使用されてい
る。たとえば、表面チャネル・トレンチ境界ＭＯＳＦＥ
Ｔの能動デバイス領域（能動領域）に半導体コーナー部
分が存在すると、ソース拡散領域とドレイン拡散領域と
の間に寄生漏れ電流を生じる。ＭＯＳＦＥＴコーナー部
分に沿った漏れ電流は、デバイスの形状が原因でしきい
電圧が局部的に下がることから生じることが分かった。
漏れ電流は、典型的にはＶ_gs＝０でデバイスを非導通
（オフ条件）にしたいときに残存する、ソースからドレ
インへの電流である。半導体コーナー部分の電界は、そ
の曲率半径が小さいときに高められ、コーナーしきい電
圧の減少となって現れる。漏れ電流が増加することに加
えて、コーナー部分の電界が高められると、デバイスの
信頼性が低下する。ＭＯＳＦＥＴを含む半導体基板の部
分は（周囲のトレンチを除いて）能動領域と呼ばれる。

【０００８】デバイスのオフ電流は能動領域の側壁の角
度に敏感であることが分かった。トレンチ境界ＭＯＳＦ
ＥＴは典型的には９０゜に近い側壁角度を有する（垂直
側壁）。

【０００９】そのようなデバイスの例（すなわち、浅い
トレンチ・アイソレーションのＳＯＩＣＭＯＳ構造
体）は、関連の米国特許出願第０８／６７８，４４２号
で説明されている。

【００１０】通常のトレンチ・インタフェースを有する
ＭＯＳＦＥＴの性能低下は、１９９６年の文献「Ａｎｏ
ｍａｌｏｕｓＨｏｔ−ｃａｒｒｉｅｒＩｎｄｕｃｅ
ｄＤｅｇｒａｄａｔｉｏｎｉｎＶｅｒｙＮａｒｒ
ｏｗＣｈａｎｎｅｌｎＭＯＳＦＥＴｓｗｉｔｈ
ＳＴＩＳｔｒｕｃｔｕｒｅ，Ｍ．Ｎｉｓｈｉｇｈｏｒ
ｉｅｔａｌ，ＩＥＤＭ」に説明されている。

【００１１】トランジスタの能動領域の間のインタフェ
ースによって引き起こされる問題、特に能動領域に隣接
したトレンチのコーナー部分に高い電界が存在するため
に引き起こされる問題に対処しようとする種々のアプロ
ーチが知られている。この問題は、米国特許出願第０８
／７８８，０６５号に記載されているように、能動領域
のコーナーの近くを高いドーピング濃度にすることによ
って克服することができる。トレンチの鋭いコーナー部
分で生じる漏れ電流を抑止する他の方法は、米国特許第
５，５６７，５５３号で説明されている。さらに、他の
方法が米国特許第５，５２１，４２２号に説明されてい
る。さらに、能動領域に隣接して設けられたトレンチの
通常の鋭いコーナー部分によって生じる問題を解決する
他の方法が、米国特許出願第０８／６８１，１０４号に
記載されている。

【００１２】隣接した能動デバイス（たとえばトランジ
スタ）を絶縁するためにトレンチ・アイソレーションを
使用する既知の構造体の欠点は、デバイスのオフ電流
（特にアレイ・トランジスタの）が比較的に高いことで
ある。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、デバ
イスのオフ電流を低減した新規な構造体、特にＣＭＯＳ
構造体を提供することである。

【００１４】本発明の他の目的は、パフォーマンスおよ
び信頼性が改善された新規な構造体、特にＣＭＯＳ構造
体を提供することである。

【００１５】本発明の他の目的は、容易に製造すること
のできる新規な構造、特にＣＭＯＳ構造を提供すること
である。

【００１６】本発明の他の目的および利点は、これまで
の説明から半ば明らかであると思われるが、さらに以下
の説明から明瞭となる。

【００１７】

【課題を解決するための手段】当業者に明らかであると
思われる前記および他の目的は、第一の局面では、傾斜
した側壁を有する分離トレンチ、および半導体デバイス
中の隣接した回路を絶縁するためにそのようなトレンチ
を使用することによって実現される。側壁の傾斜を緩や
かにすると、デバイスのオフ電流が低減される。本発明
の利点は、現在の半導体製造工程と両立する処理ステッ
プを使用して、本発明の構造体を製造できる点である。
ＦＥＴの非対称構造を限定する非対称マスクを提供する
ためには、主としてリソグラフィ・ステップを変更する
必要がある（非対称マスクを作成する方法の例は後で説
明する）。本発明の他の利点は、コーナー部分の寄生漏
れ電流を減少させる必要がある場合、能動領域／トレン
チ・インタフェースに沿って選択された箇所で、傾斜し
た側壁を形成できることである。本発明の構造体の他の
利点は、実施例と関連させて説明する。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の実施例を説明するとき、
図１から図１５までを参照するが、同様な構成要素は同
じ番号で表わされている。構成要素の大きさは必ずしも
正確な寸法比で示されてはいない。

【００１９】ポリシリコン（多結晶シリコン）は化学気
相付着（ＣＶＤ）、または減圧化学気相付着（ＬＰＣＶ
Ｄ）、および他の既知の工程を使用して形成することが
できる。ポリシリコンは無数の小さな単結晶領域から構
成される固体である。

【００２０】図１、図２、および図６から図１４を使用
して、図３から図５までに示される本発明の構造体の製
造方法を説明する。

【００２１】図１には特別のマスク５０の断面が示され
る。このマスクは基板６１（たとえばガラス）、クロム
線６３、およびエッチングで取り去られたウィンドウ６
２を有する。クロム線６３に隣接した基板６１の部分を
ある厚さだけエッチングで取り去ることによって、マス
ク５０を透過する光の位相シフト（移相）を制御するこ
とができる。そのようなマスクおよびその使用法の詳細
は、図６から図１４までを参照して説明する。

【００２２】そのようなマスク５０の重要な特徴は、マ
スク端部で生じる移相によって非対称レジスト・パター
ンを生成できることである。図１の下部に、そのような
非対称レジスト・パターン６６の例が示されている。こ
のレジスト・パターンは半導体の構造体（たとえば半導
体基板６５）の上部に形成される。非対称レジスト・パ
ターン６６は傾斜した側壁６４を有する。角度θ₁は９
０゜と３０゜の間であり、９０゜と４５゜の間であるこ
とが望ましい。

【００２３】非対称レジスト・パターン６６の非対称形
状は、図２に示されるように、次のエッチング・ステッ
プで半導体基板６５へ移写することができる。レジスト
の形状を半導体基板へ移写するためには、反応性イオン
・エッチング（ＲＩＥ）ステップを使用するのが望まし
い。半導体の構造体６０（図２を参照）は、エッチング
・ステップを実行して非対称レジスト・パターン６６を
取り除いた後では、傾斜した側壁６７と底部表面６８を
有するトレンチが形成される。傾斜した側壁６７と底部
表面６８の間の角度はθ₇である。角θ₇は９０゜と１５
０゜の間であり、９０゜と１３５゜の間にあるのが望ま
しい。（１８０゜−θ₁）はθ₇に等しい。ここで説明す
る特別のマスクおよび方法の利点は、トレンチの１つの
側壁を傾斜させ、他の側壁を垂直に（または垂直に近
く）作ることができる点である。（図２では、１つの側
壁のみを示している）。本発明によれば、コーナー部分
で寄生漏れ電流を減少させる必要があるとき、能動領域
／トレンチ・インタフェースに沿って選択した場所で傾
斜側壁を形成することができる。

【００２４】図３には、本発明の実施例の平面図が示さ
れている。そこには電界効果トランジスタ７０の上部メ
タライゼーション（すなわちゲート導体７４）が示され
る。さらに、ドレイン注入領域７７およびソース注入領
域７６が示される。トランジスタは、２つの側面を、絶
縁物質で満たされたトレンチ分離領域７８で囲まれてい
る。

【００２５】線Ｗ−Ｗ'に沿った断面で分かるように
（図４を参照）、電界効果トランジスタ７０の能動領域
７９は、傾斜した側壁８０を有する２つのトレンチ分離
領域７８で境界を定められている。傾斜した側壁８０を
有するトレンチが使用されているため、角θ₇は垂直側
壁よりも大きく、したがってオフ電流は通常のデバイス
と比べて減少する。それによって、ウェル（能動領域７
９）のドーピング濃度を減少させることができ、これは
デバイスの電気特性を改善し、特に接合の漏れ電流を減
らし、信頼性およびパフォーマンスを改善する。

【００２６】図５には、線Ｌ−Ｌ'に沿った断面が示さ
れている。図５は電界効果トランジスタ７０の本質的な
要素を示す。電界効果トランジスタ７０はゲート導体７
４、ゲート酸化膜７５、ソース注入領域７６、およびド
レイン注入領域７７を含む。これらの注入領域は基板７
３内に形成されている。通常、他のトランジスタが、電
界効果トランジスタ７０に隣接して配置されている。そ
れらの隣接したトランジスタを絶縁する必要がある場合
に、トレンチが使用される。線Ｌ−Ｌ'に平行なトレン
チは通常の垂直側壁を有し、線Ｗ−Ｗ'に平行なトレン
チは図４に示すような傾斜側壁を有することができる。

【００２７】後で説明する方法によって、たとえばゲー
ト導体の下だけに、傾斜側壁を有するトレンチを作るこ
とができることに注意されたい。

【００２８】本発明において、次の物質が使用される。
すなわち、ポリシリコンのゲート導体７４（ゲート電
極）、二酸化シリコンのゲート酸化膜７５、シリコン基
板７３、ｎ型にドープされたソース注入領域７６とドレ
イン注入領域７７である。ドーパントとして適したもの
は、たとえばＰ、Ａｓ、Ｓｂ、またはこれらの組み合わ
せである。ソース領域およびドレイン領域をｎ型にドー
プする代わりに、たとえばＢ、Ｉｎ、Ｇａ、またはこれ
らの組み合わせを使用してｐ型にドープしてもよい。

【００２９】トレンチ７８は深いトレンチ（０．５μｍ
から３μｍ）でも浅いトレンチ（０．１μｍから０．５
μｍ）でもよい。トレンチは、たとえばＳｉＯ₂のよう
な絶縁物質で充填することができ、またはキャパシタと
して働く複数層で充填することもできよう。

【００３０】角θ₇は９０゜から１５０゜の間である
が、９０゜から１３５゜の間が望ましい。電界効果トラ
ンジスタ７０のオフ電流は、トランジスタの能動領域７
９に近接した領域の側壁角度に非常に敏感であることが
分かった。図１５はデバイスのオフ電流が側壁の傾斜に
依存する関係を示す。このモデルでは、０．５μｍ幅の
デバイスの場合に、傾斜が１０゜増加する度にデバイス
のオフ電流が典型的にはファクタ１０だけ減少すること
を示している。側壁角度に対する敏感性は、ＤＲＡＭア
レイのようにデバイスが狭くなるとそれだけ大きくな
る。側壁角θ₇が９０゜よりも大きいと、トランジスタ
のオフ電流は減少する。一般的に、オフ電流は側壁角θ
₇が増加すると小さくなる。それによって、トランジス
タのチャネル領域（能動領域７９）におけるドーピング
濃度を低くすることができる。能動領域のドーピングを
低くすることによって、デバイスの電気特性およびデバ
イスのパフォーマンスが改善される。最も注目すべき
は、電界効果トランジスタ７０の接合部漏れ電流が減ら
されることであり、したがって、たとえばＤＲＡＭアレ
イの記憶時間が増大することである。さらに、側壁角を
大きくすると、デバイスの信頼性が増加する。その主な
理由はコーナー部分の電界が減少するからであり、それ
によってゲート誘電体の信頼度が増加する。側壁角度を
増加した場合の他の効果は、コーナー部分の電界が減少
するために、チャネルのホットエレクトロン効果が減少
することである。１９９６年の文献「Ａｎｏｍａｌｏｕ
ｓＨｏｔ−ｃａｒｒｉｅｒＩｎｄｕｃｅｄＤｅｇ
ｒａｄａｔｉｏｎｉｎＶｅｒｙＮａｒｒｏｗＣｈ
ａｎｎｅｌｎＭＯＳＦＥＴｓｗｉｔｈＳＴＩＳ
ｔｒｕｃｔｕｒｅ，Ｍ．Ｎｉｓｈｉｇｈｏｒｉｅｔ
ａｌ，ＩＥＤＭ」は、側壁エッジ部の高電界が、ホット
エレクトロン効果を加速することを最初に発表してい
る。本発明に従って、能動領域に近接して傾斜側壁を設
けることにより、コーナー部分でのホットエレクトロン
問題を解決することができる。

【００３１】最近、ＳＯＩデバイスに関する研究活動が
盛んになっている。その理由は、ＳＯＩデバイスを低電
力、高速ＶＬＳＩに適用できる可能性があるからであ
り、またバルク半導体基板上に構築されたデバイスより
も多くの利点があるためである。そのような利点には、
（１）接合キャパシタンスが小さく、それだけ高速の回
路速度が達成できること、（２）デバイスのアイソレー
ションが良好になり、ラッチアップから解放されるこ
と、（３）シングル・イベント・アップセット（ＳＥ
Ｕ）に敏感なメモリ・アプリケーションに特に重要な放
射硬度（耐性）が得られること、が含まれる。

【００３２】本発明は絶縁体上シリコン（ＳＯＩ）デバ
イスと組み合わせて使用することもできる。

【００３３】移相マスクの使用に関連した本明細書の部
分を読めば分かるが（図６から図１４までに関する説明
を参照）、どこで傾斜側壁を作り、どこで垂直側壁を作
るかを選択することができる。これは特に高パッキング
密度を達成するときに重要である。

【００３４】基本素子（傾斜側壁付きのトレンチ・アイ
ソレーション）および本発明の実施例を説明したので、
適当と思われる場合には、そのような改善されたトレン
チ・アイソレーションを使用して異なった他の半導体デ
バイスを容易に実現することができる。そのような改善
されたトレンチ・アイソレーションは任意のＳＯＩデバ
イス、ＭＯＳおよびＣＭＯＳデバイス、ＤＲＡＭ、論理
デバイス、スタティック・ランダム・アクセス・メモ
リ、不揮発性メモリ、などで使用することができる。

【００３５】本発明の構造体を製造するときに使用され
るマスクは、当技術分野で周知の任意の光学リソグラフ
ィ装置で使用することができる。さらに、そのような装
置は投影像装置であってよく、その典型的な装置は前記
の米国特許第５，３００，７８６号に記載されている。
その米国特許では、新規な光学焦点テスト・パターンを
有するフォトリソグラフィ・マスク構造体が、テスト・
パターンをレジスト被覆半導体上に投影するために使用
されている。基本的には、これらの装置は、典型的には
鏡、アークランプ、光フィルタ、および集光レンズ系を
含む照明源を使用する。照明源は、たとえば製造されて
いる集積回路の配線レベルを投影するために所望のパタ
ーンをあらかじめ施されたマスク構造体へ「光」を照射
する。ここで「光」とは、フォトリソグラフィで使用さ
れる光を意味する。「光」および「フォトリソグラフ
ィ」の用語は、必ずしも可視光に限定されず、他の形式
の放射およびリソグラフィを含む。マスク構造体を通過
した光は典型的には縮小レンズを横切る。この縮小レン
ズは半導体ウェーハ上に作られる特定のレンズ・フィー
ルドへマスク・パターンを結像する。ウェーハは真空保
持装置（または吸着器）によって保持されるが、その位
置は正確なＸＹＺ位置コントローラまたはステッパ・モ
ータによって制御される。

【００３６】焦点は、完全結像平面に対する、Ｚ次元の
ウェーハ位置のオフセット誤差として定量化される。本
発明の目的にとっては、結像平面は任意の点にあってよ
い。たとえば、それは典型的にはレジスト物質の頂部に
あるか、レジスト物質の底部にあるか、またはその中間
の点にある。さらに、結像平面はレジストの頂部よりも
上にあるか、レジストの底部よりも下にあってもよい。

【００３７】以下に述べる焦点オフセットまたは焦点外
れは、理想結像平面に関して正か負のＺ方向の外れを意
味すると共に、結像平面が焦点から外れている距離を表
す大きさを意味する。真空保持装置は、本発明の構造体
を製造するのに適した焦点外れを提供するように調節さ
れる。マスクを使用するパターン形成に使用される他の
投影露光装置は、前記の米国特許第５，３７０，９７５
号に示されている。

【００３８】最良の焦点外れを決定して所望の非対称レ
ジスト側壁を作るためには、電子コンポーネント製造工
程の一部として焦点外れマトリクス・テスト手順を実行
するのが望ましい。したがって、複数のチップを有する
ウェーハはフォトレジストで被覆され、各チップは異な
った焦点外れ条件を使用して露光され、次に典型的な手
順を使用してベークされ現像される。次に、走査電子顕
微鏡（ＳＥＭ）を使用して、各チップの断面がレジスト
側壁について観察され、最良の焦点外れ条件が決定され
る。たとえば、ウェーハに１０個のチップが存在すれ
ば、次のような順序で各チップの焦点外れが変えられ
る。すなわち、−１．０μｍ、−０．８μｍ、−０．６
μｍ、−０．４μｍ、−０．２μｍ、０μｍ、＋０．２
μｍ、＋０．４μｍ、＋０．６μｍ、＋０．８μｍの順
序である。製造工程に従って、他の順序を使用すること
ができる。

【００３９】ここで図７を参照すると、そこには従来の
方法でパターン化されたレジストを含むパターン化され
た基板１０が示される。パターン化された基板１０は基
板１１とレジスト・パターン１２を有する。レジスト・
パターンの典型的な形成方法は、基板の全面にレジスト
を塗布したものを露光工程で露光し、露光されたレジス
トを現像し、必要でないレジストを除去することを含む
が、それによって図７に示されるようなレジスト・パタ
ーン１２が形成される。レジスト・パターン１２は、側
壁１３および１５、頂部１４、および底部１６を有する
ように示される。底部１６の中点を横切る垂直軸Ａは、
レジスト・パターンを半分ずつに分割し、対称レジスト
・パターンであることを示している。したがって、角θ
₁とθ₂は本質的に等しい。

【００４０】当技術分野で周知であるように、露光条
件、レジストの種類、ベーク、現像、およびウェーハ表
面からの反射はレジスト・パターン１２の形状に影響を
及ぼすが、いずれにせよ、レジストは垂直軸Ａに関して
実質的に対称である。角θ₁およびθ₂は実質的に等しい
とはいえ、前記のパラメータに従ってわずかに変動す
る。ある場合には、θ₁とθ₂は９０゜であって、レジス
トの底部からレジストの頂部まで一定の断面を有するレ
ジスト・パターン１２が形成される。図７では、レジス
ト・パターンの底部からレジスト・パターンの頂部まで
進むにつれて、幅が減少している断面が示される。

【００４１】以下に説明するマスクおよび方法を使用す
れば、図６に示されるようなパターン化された基板３０
を形成することができる。すなわち、基板１１は全面を
フォトレジストで被覆され（図示していない）、露光さ
れ、現像され、側壁１８および２０、底部２１、および
頂部１９を有するレジスト・パターン１７が形成され
る。形成されたレジスト・パターン１７は側壁の角θ₃
とθ₄を有する。レジスト・パターン１７は、その底部
２１を二分する垂直軸Ａ'に関して非対称である。した
がって、角θ₃は角θ₄より大きい。図６と図７を比較す
ると、従来技術（図７）の対称型レジスト・パターン１
２は、以下に説明するマスクおよび方法を使用して作ら
れた非対称型レジスト・パターン１７とは異なることが
分かる。

【００４２】図８を参照すると、そこにはマスク２２が
示される。マスク２２は、厚さＴ_Sを有する透明基板２
３を含む。透明基板２３は、その上に平行線の形状をし
た遮光物質２５を有する。各々の遮光物質２５に近接し
てチャネル（溝）２４があるが、チャネル２４は透明基
板２３の厚さをＴ_Pで表されるように減少させている。
したがって、基板の厚さＴ_Sはチャネル２４における基
板の厚さＴ_Pよりも大きく、マスク２２を透過した光は
遮光物質２５の１つの側３２および他の側３３で異なっ
た位相を有する。マスクは、マスクを通過する光に位相
差を提供する領域の間に遮光領域（遮光物質２５）を有
すると考えることができる。さらに詳説すれば、図８に
示されるような線マスクの場合、マスクは左から右へ移
相手段（チャネル２４）、遮光手段（遮光物質２５）、
および表面２６を有する透明基板２３の繰り返しで構成
されている。当業者に周知であるように、マスク２２を
通して伝達される光の位相を変化させるために、他の方
法を使用することもできる。たとえば、チャネル２４の
代わりに、ＳＯＧ（ＳｐｉｎＯｎＧｌａｓｓ）のよ
うな移相物質を使用することができるる

【００４３】図９、図１０、および図１１は、そのよう
なマスクを使用して非対称レジスト・パターンを有する
基板を形成する方法を示す。図９を参照すると、光は、
透明基板２３を含むマスク２２上に衝突するように示さ
れる。透明基板２３は、その表面２６に遮光物質２５
（遮光線）を有し、遮光物質の１つの側にはチャネル２
４（チャネル領域）が近接して設けられ、それらが繰り
返されて、マスク２２を通過した光の位相が遮光物質２
５の１つの側３２および他の側３３で異なるように光の
位相シフトが生じる。

【００４４】図１０は、ポジ型フォトレジスト物質３１
で被覆された基板２９を含む半導体の構造体２７を示
す。レジスト・パターン１７は側壁１８、側壁２０、底
部２１、および頂部１９を有するように形成される。露
光されたレジスト部分２８は現像されたとき、溶解可能
になって除去され、図１１に示されるようなレジスト・
パターン付き基板が形成される。図１１から分かるよう
に、角θ₃は角θ₄より大きく、非対称の側壁１８および
２０を有する非対称レジスト・パターン１７が形成され
る。レジスト・パターン１７の底部２１を二分する垂直
線Ａ'は、レジストの高さ方向でレジストの非対称断面
を示している。レジストは、移相手段が存在する遮光物
質側で傾斜している。図１０のレジストの頂部では、マ
スクを通過する光の強度プロフィールは、垂直軸Ａ'に
関してやや非対称となっている。垂直軸Ａ'に関する光
強度プロフィールの非対称性は、レジストの有限の厚さ
のためにレジストの底部で強調される。従来技術のマス
ク（非移相マスク）は、プロフィールがレジストの頂部
とレジストの底部で実質的に同じである対称強度プロフ
ィールを有する。

【００４５】ここで、再びマスク２２を示す図８を参照
する。透明基板２３はガラス、フッ化カルシウム、およ
び溶融シリカのような任意適当な透明物質であってよい
が、典型的には溶融シリカである。基板の厚さＴ_Sは一
般的に約９０ミル（約２．３ｍｍ）から３００ミル（約
７．６ｍｍ）である。マスクを通過する光の位相をシフ
トさせるためには、透明基板２３内にチャネル２４を作
って、光が基板の異なった厚さ（Ｔ_S対Ｔ_P）を通ること
により位相のずれを起こすようにするのが望ましい。所
望の位相のずれを起こすために必要な厚さは前もって決
定することができる。遮光物質２５の１つの側３２およ
び他の側３３でマスク基板を通過する光の位相の差は、
０゜または１８０゜またはその倍数以外の角度でなけれ
ばならない。最適の実施例では、光の位相差が９０゜で
あることが望ましい。したがって、１つの側３２を通過
する光は露光装置から伝達された光であり、他の側３３
を通過する光は９０゜だけ位相をシフトされているか、
０゜または１８０゜またはその倍数以外の所望の角度だ
け位相をシフトされている。

【００４６】遮光物質２５はケイ化モリブデンおよびク
ロムのような任意適当な物質であってよいが、典型的に
はクロムである。クロムはスパッタリングまたは金属蒸
着のような通常の手段により付着させられるが、スパッ
タリングが望ましい。遮光物質の厚さは広く変わりうる
が、一般的に約５０ｎｍから１５０ｎｍである。遮光物
質２５の目的は、それが存在するマスク部分を通して、
光が、像を形成されているレジスト被覆基板へ通過しな
いようにすることである。

【００４７】ここで再び図１０を参照すると、基板２９
は典型的にはシリコンまたは他の半導体物質であり、レ
ジスト物質は任意のフォトレジスト（ネガ型レジストま
たはポジ型レジストなど）であってよい。任意のレジス
トを使用できるが、レジストの解像力の点では、当技術
分野で周知の中程度解像度または高度解像度のレジスト
であることが望ましい。

【００４８】注意すべきは、レジスト、レジストの厚
さ、遮光物質のそれぞれの側における光の位相差、露光
中の焦点および露光量の各々を単独または組み合わせて
制御することによって、所望の非対称レジスト・パター
ンを実現できることである（組み合わせて制御すること
が望ましい）。前記パラメータの各々は独立的に変化さ
せてよいが、良好なレジスト・パターンを得るために
は、すべてのパラメータをある範囲内で制御するのがよ
い。

【００４９】レジストの厚さは任意でよいが、非対称レ
ジスト・パターンの効果を大きくするためには厚さを大
きくした方がよい。レジストの厚さは一般的に約０．１
μｍから１０μｍであるが、約０．４μｍから２μｍで
あることが望ましい。焦点外れの程度も広範囲で変わる
ことができ、一般的にはレジストの厚さよりも大きい
が、普通は約±１０μｍで、望ましくは約±１μｍであ
る。さらに、焦点外れは負の焦点外れよりも正の焦点外
れがよい。露光量は、プリントされる線の幅が、対応す
るマスク・パターンの幅と実質的に等しくなるように選
択されてよい。たとえば、５ｘステッパの場合、２．０
μｍのマスク・フィーチャすなわちパターンは０．４μ
ｍの幅の線をプリントする。通常、これは「露光量対サ
イズ」と呼ばれ、露光量対サイズの約０．７倍から１．
５倍の露光量が望ましい。

【００５０】投影露光ツールの照射条件は約０．２５か
ら０．８のコヒーレント性を与えるようにするが、０．
６以下であることが望ましい。図９のマスクを使用して
図１０および図１１のように露光されたレジストを形成
した場合の例では、位相差が９０゜の３６５ｎｍ（ｉ
線）光を使用して、厚さが０．８５μｍのポジ型レジス
ト中にレジスト・パターンが形成された。約−０．２μ
ｍの焦点外れは、レジスト・パターンの１つの側壁で実
質的に９０゜（θ₄）のプロフィールを生じ、レジスト
・パターンの他の側壁で９５゜（θ₃）のプロフィール
を生じた。

【００５１】図１２、図１３、および図１４は、ネガ型
レジストで被覆された基板をパターン化する場合のマス
クおよび方法を示す。図１２のマスク２２ａは透明基板
２３、遮光物質２５（遮光部材）、およびチャネル２４
（移相チャネル）を含む。基板は表面２６を有する。マ
スクを通過する光は位相のずれを生じることなく基板を
通過するか（１つの側３２）、チャネル２４を通過して
位相をずらされる（他の側３３）。

【００５２】図１３では、ネガ型レジスト３８で被覆さ
れた基板４５が露光され、露光された部分（レジスト・
パターン４０）は不溶性にされ、露光されなかった部分
（非露光部分３９）は可溶性のままに残される。露光さ
れたレジスト・パターン４０は側壁４２および４３、底
部４４、および頂部４１を有する。図１４に示されるよ
うに、現像の後では、可溶性の非露光部分３９が除去さ
れて、レジスト・パターン４０が残される。角θ₅は角
θ₆より大きく、レジスト・パターン４０は垂直軸Ａ'で
示されるように非対称となっている。図９、図１０、お
よび図１１で示したように、移相マスクはレジスト上に
非対称光強度プロフィールを生成し、非対称レジスト・
パターンを作り出す。非移相マスクは対称光強度プロフ
ィールを生成し、対称レジスト・パターンを作り出す。

【００５３】前述したような非対称レジストを使用し
て、前述したような傾斜側壁を有するトレンチ構造体を
作ることができる。

【００５４】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。（１）半導体基板内に形成されたソース注入領域および
ドレイン注入領域、ゲート電極、ゲート酸化物、および
能動領域を有するトランジスタを含み、前記ソース注入
領域とドレイン注入領域は前記能動領域の対向する側に
置かれており、前記ゲート酸化物およびゲート電極は前
記能動領域の上部に置かれており、前記トランジスタは
前記能動領域に隣接した２つの分離領域を含み、前記分
離領域は、各分離領域の側壁が前記能動領域に対するイ
ンタフェースとして働くように、前記能動領域の対向す
る側に配置されており、前記能動領域に対するインタフ
ェースとして働く前記側壁の少なくとも１つが９０゜か
ら１５０゜の傾斜角で傾斜しており、前記分離領域およ
びソース注入領域およびドレイン注入領域が前記能動領
域を四方から取り囲んでいる、半導体構造体。（２）前記半導体基板が絶縁基板上シリコン（ＳＯＩ）
である、上記（１）に記載の半導体構造体。（３）０．１μｍから０．５μｍの深さを有するトレン
チが前記アイソレーションとして働く、上記（１）に記
載の半導体の構造体。（４）０．５μｍから３μｍの深さを有するトレンチが
前記アイソレーションとして働く、上記（１）に記載の
半導体の構造体。

【図面の簡単な説明】

【図１】マスクおよびそのマスクを使用して形成された
非対称レジストの断面を示す図である。

【図２】図１に示されるような非対称マスクを使用して
傾斜側壁付きトレンチが形成された基板の断面を示す図
である。

【図３】本発明に従ったＣＭＯＳまたはＭＯＳトランジ
スタの平面図である。

【図４】能動領域に隣接したトレンチが傾斜側壁を有す
ることを示すために、図３の線Ｗ−Ｗ'に沿って取られ
たＣＭＯＳまたはＭＯＳトランジスタの断面図である。

【図５】図３の線Ｌ−Ｌ'に沿って取られたＣＭＯＳま
たはＭＯＳトランジスタの断面図である。

【図６】特別のマスクおよび方法を使用して形成された
非対称レジストを有する基板の断面図である。

【図７】従来技術によって形成された対称レジスト・パ
ターンを有する基板の断面図である。

【図８】基板上に複数の平行な非対称レジスト・パター
ンを形成するために使用される、特別なマスクの断面図
である。

【図９】特別なマスクの断面図である。

【図１０】特別なマスクおよび方法を使用して基板上に
ポジ型レジストの非対称側壁を形成されたレジスト・パ
ターンの断面図である。

【図１１】特別なマスクおよび方法を使用して基板上に
ポジ型レジストの非対称側壁を形成されたレジスト・パ
ターンの断面図である。

【図１２】特別なマスクの断面図である。

【図１３】特別なマスクおよび方法を使用して基板上に
ネガ型レジストの非対称側壁を形成されたレジスト・パ
ターンの断面図である。

【図１４】特別なマスクおよび方法を使用して基板上に
ネガ型レジストの非対称側壁を形成されたレジスト・パ
ターンの断面図である。

【図１５】デバイスのオフ電流がトレンチの側壁角度に
依存する関係を示す図である（側壁の角度θ₈＝１８０
゜−θ₇）。

【符号の説明】

１０パターン化された基板１１基板１２レジスト・パターン１３側壁１４頂部１５側壁１６底部１７レジスト・パターン１８側壁１９頂部２０側壁２１底部２２マスク２２ａマスク２３透明基板２４チャネル２５遮光物質２６表面２７半導体の構造体２８露光されたレジスト２９基板３０パターン化された基板３１ポジ型フォトレジスト物質３２１つの側３３他の側３７被覆された基板３８ネガ型レジスト３９非露光部分４０レジスト・パターン４１頂部４２側壁４３側壁４４底部４５基板５０マスク６０半導体の構造体６１基板６２ウィンドウ６３クロム線６４側壁６５半導体基板６６非対称レジスト・パターン６７側壁６８底部表面７０電界効果トランジスタ７３シリコン基板７４ゲート導体７５ゲート酸化膜７６ソース注入領域７７ドレイン注入領域７８トレンチ７９能動領域８０側壁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０１Ｌ 29/78 ６２１ (72)発明者ルイス・エル・スーアメリカ合衆国12524、ニューヨーク州フィッシュキルクロスビィ・コート７ (72)発明者ジャック・エー・マンデルマンアメリカ合衆国12582、ニューヨーク州ストームヴィルジャミー・レーン５ (72)発明者レベッカ・ディー・ミーアメリカ合衆国12590、ニューヨーク州ワッピンジャー・フォールスロビン・レーン 17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板内に形成されたソース注入領域
およびドレイン注入領域、ゲート電極、ゲート酸化物、
および能動領域を有するトランジスタを含み、前記ソース注入領域とドレイン注入領域は前記能動領域
の対向する側に置かれており、前記ゲート酸化物および
ゲート電極は前記能動領域の上部に置かれており、前記トランジスタは前記能動領域に隣接した２つの分離
領域を含み、前記分離領域は、各分離領域の側壁が前記能動領域に対
するインタフェースとして働くように、前記能動領域の
対向する側に配置されており、前記能動領域に対するインタフェースとして働く前記側
壁の少なくとも１つが９０゜から１５０゜の傾斜角で傾
斜しており、前記分離領域およびソース注入領域およびドレイン注入
領域が前記能動領域を四方から取り囲んでいる、半導体構造体。
【請求項２】前記半導体基板が絶縁基板上シリコン（Ｓ
ＯＩ）である、請求項１に記載の半導体構造体。
【請求項３】０．１μｍから０．５μｍの深さを有する
トレンチが前記アイソレーションとして働く、請求項１
に記載の半導体の構造体。
【請求項４】０．５μｍから３μｍの深さを有するトレ
ンチが前記アイソレーションとして働く、請求項１に記
載の半導体の構造体。