JPH09181164A - 半導体装置及びその素子分離領域の形成方法 - Google Patents
半導体装置及びその素子分離領域の形成方法Info
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Abstract
成し、ポリシリコン膜をパタニングしてポリシリコンパ
ターンを形成し、露出したパッド酸化膜を蝕刻して半導
体基板を露出させてポリシリコンパターンの下にパッド
酸化膜パターンを形成し、ポリシリコンパターン及びパ
ッド酸化膜パターンの側壁にスペーサを形成し、結果物
を熱酸化させてスペーサ間の露出された半導体基板及び
ポリシリコンパターンの表面に各々第1フィールド酸化
膜及び第2フィールド酸化膜を形成し、スペーサを取り
除いて半導体基板を露出させ、第1フィールド酸化膜及
び第2フィールド酸化膜を蝕刻マスクとして半導体基板
を所定の深さだけ蝕刻することによりトレンチ領域を形
成し、その結果物の全面にトレンチ領域を埋め立てる絶
縁膜を形成し、ポリシリコンパターンが露出されるよう
に絶縁膜及び第2フィールド酸化膜を連続的にエッチバ
ックし、露出されたポリシリコンパターン及びその下の
パッド酸化膜を取り除く。
Description
の素子分離領域の形成方法に係り、例えば、トレンチ工
程とLOCOS(local oxidation of silicon)工程により製
造される半導体装置及びその素子分離領域の形成方法に
関する。
伴い、トランジスタのサイズの縮小化が進んでいる。ま
た、トランジスタを互いに分離するための素子分離領域
の面積を減少させる技術も重要性を増し、多様な素子分
離技術が発表されている。
は、主にシリコン基板のLOCOS(localoxidation of sili
con)を用いて形成していた。LOCOS方法とは素子が形成
される活性領域の間に熱酸化工程により厚いフィールド
酸化層を局部的に成長させる方法である。ところが、こ
のようなLOCOS方法によると、素子分離領域の外周にバ
ーズビークが形成されるため、相互に隣接した素子分離
領域の間に狭い活性領域、例えば0.5μm以下の狭い幅を
有する活性領域を限定するには不向きであるという問題
点がある。また、素子分離領域の幅の広い部分と狭い部
分に各々相異なる厚さを有するフィールド酸化層が形成
されるために、フィールド酸化層の厚さを設定し難いと
いう問題点がある。
に、シリコン基板の所定部分を蝕刻した後に、蝕刻した
部分に絶縁層を埋め立てることにより、素子分離領域を
形成するトレンチ素子分離方法が提案された。ところ
が、このようなトレンチ素子分離方法は、素子分離領域
の幅の広い部分に絶縁膜が非常に薄く形成されるディッ
シング現象が発生して素子分離特性が低下するという問
題点がある。
成すべき部分と素子分離領域の幅を広く形成すべき部分
とに各々トレンチ領域を埋め立てる絶縁膜パターンとLO
COS工程によるフィールド酸化膜を形成する組合せ型素
子分離領域の形成方法が提案されている。
領域の形成方法を説明するための断面図である。なお、
各図面のa部分は素子分離領域の幅が狭く形成される部
分、例えば半導体記憶装置のセルアレイ領域を示し、各
図面のb部分は素子分離領域の幅が広く形成される部
分、例えば半導体記憶装置の周辺回路領域を示してい
る。
形成する工程を示したものである。まず、半導体基板1
上にパッド酸化膜3及び第1シリコン窒化膜を順番に形
成する。次に、この第1シリコン窒化膜を写真/蝕刻工
程によりパタニングしてパッド酸化膜3の所定領域を露
出させる第1シリコン窒化膜パターン5を形成する。
レジストパターン9を形成する工程を示したものであ
る。具体的には、第1シリコン窒化膜パターン5の形成
された半導体基板の全面に第2シリコン窒化膜7を形成
する。ここで、第2シリコン窒化膜7は200Å程度の厚さ
で形成する。次に、第2シリコン窒化膜7の形成された
半導体基板の全面にフォトレジストを塗布した後に、こ
れを写真工程によりパタニングして周辺回路領域b部分
の第2シリコン窒化膜7を露出させるフォトレジストパ
ターン9を形成する。
第1スペーサ7b及びフィールド酸化膜11を形成する工程
を示すものである。具体的には、フォトレジストパター
ン9を蝕刻マスクとして、露出された第2シリコン窒化
膜パターン7を異方性蝕刻することにより、周辺回路領
域bに形成された第1シリコン窒化膜パターン5の側壁に
第2シリコン窒化膜7からなる第1スペーサ7bを形成す
ると同時にセルアレイ領域aのみを覆う第2シリコン窒
化膜パターン7aを形成する。この際、第2シリコン窒化
膜7が異方性蝕刻された部分のパッド酸化膜3が露出され
る。次いで、フォトレジストパターン9を取り除いた後
に、その結果物を熱酸化させて、露出されたパッド酸化
膜3の部分に厚いフィールド酸化膜11を形成する。この
際、フィールド酸化膜11の両側にはパッド酸化膜パター
ン3aが形成される。
1シリコン窒化膜パターン5の間のパッド酸化膜パター
ン3aを露出させる工程を示したものである。具体的に
は、フィールド酸化膜11の形成された結果物の周辺回路
領域bを覆うフォトレジストパターン13を写真工程を用
いて形成する。次いで、フォトレジストパターン13を蝕
刻マスクとして第2シリコン窒化膜パターン7aを異方性
蝕刻することにより、セルアレー領域aに形成された第
1シリコン窒化膜パターン5の間のパッド酸化膜パター
ン3aを露出させる。この際、セルアレイ領域aの第1シ
リコン窒化膜パターン5の側壁に第2シリコン窒化膜パ
ターン7aからなる第2スペーサ7cが形成される。
るトレンチ領域を形成する工程を示したものである。具
体的には、セルアレイ領域aの部分に露出されたパッド
酸化膜パターン3aを異方性蝕刻してその下の半導体基板
1を露出させると同時に、セルアレイ領域aの第1シリコ
ン窒化膜パターン5及び第2スペーサ7cの下にパッド酸
化膜パターン3bを形成する。この際、フィールド酸化膜
11も共に蝕刻されて更に薄くなるが、大きな変化は現れ
ない。何故ならば、一般にフィールド酸化膜11はパッド
酸化膜3に比べて約10倍以上厚く形成されるからであ
る。次いで、第1シリコン窒化膜パターン5、第1スペ
ーサ7b、第2スペーサ7c及びフィールド酸化膜11を蝕刻
マスクとして、露出された半導体基板を所定の深さだけ
蝕刻してトレンチ領域を形成する。このように形成され
たトレンチ領域は、図示のように、セルアレイ領域aの
みに形成されることが分かる。次に、この結果物の全面
にトレンチ領域を埋立てる絶縁膜15、例えばCVD絶縁膜
を形成する。
完成する工程を示したものである。具体的には、第1シ
リコン窒化膜パターン5、第1スペーサ7b及び第2スペ
ーサ7cが露出されるように絶縁膜15をエッチバックす
る。ここで、エッチバックする工程としては、一般にCM
P工程が多用される。次に、露出された第1シリコン窒
化膜パターン5、第1スペーサ7b及び第2スペーサ7cを
燐酸溶液にて取り除いた後に、その下のパッド酸化膜パ
ターン3a,3bを取り除くことにより、セルアレイ領域a部
分に形成されたトレンチ領域を埋立てる絶縁膜パターン
15aを形成する。
回の写真工程を要するので、工程が複雑であり高コスト
になる。そこで、工程の単純化が望まれるところであ
る。また、フォトレジストパターン9を形成するための
2番目の写真工程の際にミスアライメントが発生する場
合に、セルアレイ領域aの外周部分に形成されるトレン
チ領域の幅が所望のサイズより小さく形成されたり、逆
に大きく形成されたりするという問題が発生する。な
お、周辺回路領域bに形成されるフィールド酸化膜11の
外周部分と接触する半導体基板1の表面に、シリコン窒
化膜パターン5及びシリコン窒化膜で形成された第1ス
ペーサ7bによるストレスに起因して多数の結晶欠陥が発
生する。このような結晶欠陥は、フィールド酸化膜と接
する活性領域と半導体基板との間の漏れ電流を大きく増
加させる要因として作用する。
来の問題点を解決するために案出されたものであり、1
回の写真工程とポリシリコンパターン及びシリコン窒化
膜スペーサを用いてフィールド酸化膜を形成することに
より、工程を単純化すると共に活性領域と半導体基板と
の間の漏れ電流特性を改善させ得る半導体装置の素子分
離領域の形成方法を提供することを目的とする。
成可能な素子分離領域を有する半導体装置を提供するこ
とを目的とする。
に本発明の素子分離領域の形成方法は、半導体基板の全
面にパッド酸化膜及びポリシリコン膜を順次に形成する
工程と、前記ポリシリコン膜を写真蝕刻工程によりパタ
ニングして前記パッド酸化膜の所定領域を露出させるポ
リシリコンパターンを形成する工程と、前記ポリシリコ
ンパターンの側壁にシリコン窒化膜からなるスペーサを
形成する工程と、前記スペーサの形成された結果物を熱
酸化させて前記露出されたパッド酸化膜部分及び前記ポ
リシリコンパターンの表面に各々第1フィールド酸化膜
及び第2フィールド酸化膜を形成する工程と、前記スペ
ーサを取り除いてその下のパッド酸化膜を露出させる工
程と、前記露出されたパッド酸化膜を蝕刻してその下の
半導体基板を露出させる工程と、前記第1フィールド酸
化膜及び前記第2フィールド酸化膜を蝕刻マスクとして
前記露出された半導体基板を所定の深さだけ蝕刻するこ
とによりトレンチ領域を形成する工程と、前記結果物の
全面に前記トレンチ領域を埋め立てる絶縁膜を形成する
工程と、前記ポリシリコンパターンが露出されるように
前記絶縁膜及び前記第2フィールド酸化膜を連続的にエ
ッチバックする工程と、前記露出されたポリシリコンパ
ターン及びその下のパッド酸化膜を取り除く工程とを含
むことを特徴とする。
他の素子分離領域の形成方法は、半導体基板の全面にパ
ッド酸化膜及びポリシリコン膜を順次に形成する工程
と、前記ポリシリコン膜を写真蝕刻工程によりパタニン
グして前記パッド酸化膜の所定領域を露出させるポリシ
リコンパターンを形成する工程と、前記露出されたパッ
ド酸化膜を蝕刻してその下の半導体基板を露出させるこ
とにより、前記ポリシリコンパターンの下にパッド酸化
膜パターンを形成する工程と、前記ポリシリコンパター
ン及び前記パッド酸化膜パターンの側壁にシリコン窒化
膜からなるスペーサを形成する工程と、前記スペーサの
形成された結果物を熱酸化させて前記スペーサ間の露出
された半導体基板及び前記ポリシリコンパターンの表面
に各々第1フィールド酸化膜及び第2フィールド酸化膜
を形成する工程と、前記スペーサを取り除きその下の半
導体基板を露出させる工程と、前記第1フィールド酸化
膜及び前記第2フィールド酸化膜を蝕刻マスクとして前
記露出された半導体基板を所定の深さだけ蝕刻すること
によりトレンチ領域を形成する工程と、前記結果物の全
面に前記トレンチ領域を埋め立てる絶縁膜を形成する工
程と、前記ポリシリコンパターンが露出されるように前
記絶縁膜及び前記第2フィールド酸化膜を連続的にエッ
チバックする工程と、前記露出されたポリシリコンパタ
ーン及びその下のパッド酸化膜を取り除く工程とを含む
ことを特徴とする。
1回の写真工程で素子分離領域を形成することができ、
工程を単純化することができる。また、相異なるストレ
スタイプを有するポリシリコンパターン及びシリコン窒
化膜スペーサを形成してから第1フィールド酸化膜を形
成することにより、第1フィールド酸化膜の形成時に第
1フィールド酸化膜の外周部の下の半導体基板に結晶欠
陥が発生する現象を抑制することができる。
半導体装置は、熱酸化により得られる酸化膜の周囲に接
するようにトレンチを配し、該トレンチに絶縁物質を埋
め込んでなる素子分離領域を有する。
発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。
領域形成方法を説明するための断面図である。なお、各
図面のa部分は素子分離領域の幅が狭く形成される部
分、例えば半導体記憶装置のセルアレイ領域を示し、各
図面のb部分は素子分離領域の幅が広く形成される部
分、例えば半導体記憶装置の周辺回路領域を示してい
る。
リコンパターン25及びシリコン窒化膜スペーサ27を形成
する工程を示したものである。この工程では、まず、半
導体基板21上にパッド酸化膜及びポリシリコン膜を順次
に形成する。次に、該ポリシリコン膜を写真蝕刻工程に
よりパタニングして該パッド酸化膜の所定領域を露出さ
せるポリシリコンパターン25を形成する。次いで、露出
されたパッド酸化膜を蝕刻してその下の半導体基板21を
露出させるパッド酸化膜23を形成する。この際、露出さ
れたパッド酸化膜を蝕刻せずに後続工程を施すこともで
きる。次に、後続工程として、この結果物の全面にシリ
コン窒化膜を形成した後に、これを異方性蝕刻して、ポ
リシリコンパターン25及びパッド酸化膜パターン23の側
壁にシリコン窒化膜からなるスペーサ27を形成する。こ
の際、スペーサ27を形成するためにシリコン窒化膜を異
方性蝕刻すると、蝕刻されたシリコン窒化膜の下の半導
体基板21が露出される。
に、露出されたパッド酸化膜を蝕刻しない場合には、ス
ペーサ27を形成した後に、ポリシリコンパターン25の間
のパッド酸化膜23が露出される。
2フィールド酸化膜29bを形成する工程を示したもので
ある。具体的には、スペーサ27の形成された半導体基板
を熱酸化させて、スペーサ27の間の半導体基板21の表面
及び露出されたポリシリコンパターン25の表面に、各々
第1フィールド酸化膜29a及び第2フィールド酸化膜29b
を形成する。この際、ポリシリコンパターン25は、その
表面が酸化されて薄くなったポリシリコンパターン25a
に変形され、第1フィールド酸化膜29aの外周部と接す
る半導体基板の表面に与えられるストレスは非常に弱
い。何故ならば、活性領域を限定するためのパターンが
従来のシリコン窒化膜の代りにポリシリコンパターンで
形成されるからである。即ち、シリコン窒化膜とポリシ
リコン膜とのストレスを比較すると、1500Åの厚さを有
するシリコン窒化膜のストレスが-2.0×1010dyne/cm2
である反面、4000Åの厚さを有するポリシリコン膜のス
トレスは+4.0×109dyne/cm2である。ここで、負(-)の
符号は引張応力(tensile stress)を意味し、正(+)の符
号は圧縮応力(compressive stress)を意味する。結果的
に、シリコン窒化膜及びポリシリコン膜は相異なるタイ
プのストレスを有するので、熱工程時にストレスを緩和
させることができる。従って、本実施の形態のように、
ポリシリコンパターン25を形成すると共にその両側にシ
リコン窒化膜からなるスペーサ27を形成する場合は、全
体的なストレスが劇的に緩和されるので、第1フィール
ド酸化膜29a及び第2フィールド酸化膜29bを形成する
間、第1フィールド酸化膜29aと隣接する半導体基板の
表面に発生する結晶欠陥は大幅に減少される。
膜23を蝕刻しない場合には、スペーサ27の形成以後に露
出されたパッド酸化膜23の部分に第1フィールド酸化膜
29aが形成される。
さを有するトレンチ領域及びトレンチ領域を埋め立てる
絶縁膜31を形成する工程を示したものである。具体的に
は、スペーサ27を燐酸(H3PO4)溶液により取り除いて、
その下の半導体基板21を露出させる。
化膜23を蝕刻しない場合には、スペーサ27を取り除いた
後に、その下にパッド酸化膜23が露出される。従って、
この場合には、露出されたパッド酸化膜23を連続的に蝕
刻してその下の半導体基板21を露出させる。
2フィールド酸化膜29aを蝕刻マスクとして、露出され
た半導体基板21を一定の深さまで蝕刻することにより、
第1フィールド酸化膜29aの両側の半導体基板21の表面
にトレンチ領域を形成する。次に、この結果物の全面に
トレンチ領域を埋め立てる絶縁膜31、例えばCVD酸化膜
を形成する。
域を完成する工程を示したものである。具体的には、ポ
リシリコンパターン25aが露出されるように絶縁膜31及
び第2フィールド酸化膜29bをエッチバックする。この
エッチバック工程には、CMP工程を用いることが望まし
い。次に、露出されたポリシリコンパターン25a及びそ
の下のパッド酸化膜パターン23を連続的に取り除くこと
により、第1フィールド酸化膜29a及びその両側のトレ
ンチ領域を埋め立てる絶縁膜パターンから構成される素
子分離領域33a,33bを形成する。
れた素子分離領域33aは、その幅が周辺回路領域bに形成
された素子分離領域33bに比べて非常に小さく形成され
ることが分かる。
工程を用いる従来の素子分離領域形成方法とは異なり、
1回の写真工程により素子分離領域を形成することがで
きる。従って、工程が単純化され、低コスト化が図られ
る。また、第1フィールド酸化膜を形成する間に、その
両側に隣接した半導体基板の表面に発生する結晶欠陥を
著しく減少させることができるので、第1フィールド酸
化膜の外周部と隣接する活性領域と半導体基板との間の
漏れ電流を減少させることができる。
されず、本発明の技術的思想の範囲内で様々な変形が可
能である。
ば、1回の写真工程とポリシリコンパターン及びシリコ
ン窒化膜スペーサを用いてフィールド酸化膜を形成する
ことにより、工程を単純化すると共に活性領域と半導体
基板との間の漏れ電流特性を改善することができる。
工程により形成することができる。
るための断面図である。
域形成方法を説明するための断面図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 半導体基板の全面にパッド酸化膜及びポ
リシリコン膜を順次に形成する工程と、 前記ポリシリコン膜を写真蝕刻工程によりパタニングし
て前記パッド酸化膜の所定領域を露出させるポリシリコ
ンパターンを形成する工程と、 前記ポリシリコンパターンの側壁にシリコン窒化膜から
なるスペーサを形成する工程と、 前記スペーサの形成された結果物を熱酸化させて前記露
出されたパッド酸化膜部分及び前記ポリシリコンパター
ンの表面に各々第1フィールド酸化膜及び第2フィール
ド酸化膜を形成する工程と、 前記スペーサを取り除いてその下のパッド酸化膜を露出
させる工程と、 前記露出されたパッド酸化膜を蝕刻してその下の半導体
基板を露出させる工程と、 前記第1フィールド酸化膜及び前記第2フィールド酸化
膜を蝕刻マスクとして前記露出された半導体基板を所定
の深さだけ蝕刻することによりトレンチ領域を形成する
工程と、 前記結果物の全面に前記トレンチ領域を埋め立てる絶縁
膜を形成する工程と、 前記ポリシリコンパターンが露出されるように前記絶縁
膜及び前記第2フィールド酸化膜を連続的にエッチバッ
クする工程と、 前記露出されたポリシリコンパターン及びその下のパッ
ド酸化膜を取り除く工程とを含むことを特徴とする半導
体装置の素子分離領域の形成方法。 - 【請求項2】 前記絶縁膜はCVD酸化膜で形成されること
を特徴とする請求項1に記載の半導体装置の素子分離領
域の形成方法。 - 【請求項3】 前記エッチバック工程はCMP(Chemical Me
chanical Polishing)工程により行われることを特徴と
する請求項1に記載の半導体装置の素子分離領域の形成
方法。 - 【請求項4】 半導体基板の全面にパッド酸化膜及びポ
リシリコン膜を順次に形成する工程と、 前記ポリシリコン膜を写真蝕刻工程によりパタニングし
て前記パッド酸化膜の所定領域を露出させるポリシリコ
ンパターンを形成する工程と、 前記露出されたパッド酸化膜を蝕刻してその下の半導体
基板を露出させることにより、前記ポリシリコンパター
ンの下にパッド酸化膜パターンを形成する工程と、 前記ポリシリコンパターン及び前記パッド酸化膜パター
ンの側壁にシリコン窒化膜からなるスペーサを形成する
工程と、 前記スペーサの形成された結果物を熱酸化させて前記ス
ペーサ間の露出された半導体基板及び前記ポリシリコン
パターンの表面に各々第1フィールド酸化膜及び第2フ
ィールド酸化膜を形成する工程と、 前記スペーサを取り除いてその下の半導体基板を露出さ
せる工程と、 前記第1フィールド酸化膜及び前記第2フィールド酸化
膜を蝕刻マスクとして前記露出された半導体基板を所定
の深さだけ蝕刻することによりトレンチ領域を形成する
工程と、 前記結果物の全面に前記トレンチ領域を埋め立てる絶縁
膜を形成する工程と、 前記ポリシリコンパターンが露出されるように前記絶縁
膜及び前記第2フィールド酸化膜を連続的にエッチバッ
クする工程と、 前記露出されたポリシリコンパターン及びその下のパッ
ド酸化膜を取り除く工程とを含むことを特徴とする半導
体装置の素子分離領域の形成方法。 - 【請求項5】 前記絶縁膜はCVD酸化膜から形成されるこ
とを特徴とする請求項4に記載の半導体装置の素子分離
領域の形成方法。 - 【請求項6】 前記エッチバック工程はCMP(Chemical Me
chanical Polishing)工程により行われることを特徴と
する請求項4に記載の半導体装置の素子分離領域の形成
方法。 - 【請求項7】 熱酸化により得られる酸化膜の周囲に接
するようにトレンチを配し、該トレンチに絶縁物質を埋
め込んでなる素子分離領域を有する半導体装置。
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