JP2001217404A - 深いトレンチキャパシターの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 キャパシター値を増大させ、製造フローを簡
略化する、深いトレンチキャパシターの製造方法を提供
する。 【解決手段】 深いトレンチ中に基板表面より低位置に
まで絶縁材料を形成し、絶縁材料より高位置にあるトレ
ンチの側壁に硬質材料スペースウォール２１０ａを形成
し、絶縁材料を除去してからトレンチ中にドープト膜２
１６を形成して熱処理を行い、トレンチの底部にある基
板にドープト領域を形成してストレージ電極とした後、
ドープト膜を除去してストレージ電極上にキャパシター
誘電膜２１８ａを形成し、トレンチ中に第１導電膜を形
成し、トレンチに適当な高さまで埋め込むが、適当な高
さをスペースウォールより高く、基板表面より低く、か
つトレンチの上部表面を露出させ、トレンチ中に第２導
電膜を形成して第１と第２導電膜とを上部電極とし、第
２と第１導電膜とを電気接続してから露出したトレンチ
の上部表面を介して基板２００と電気接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、キャパシターの
製造方法に関し、特に、深いトレンチキャパシターの製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ダイナミックランダムアクセスメモリ(D
RAM)キャパシターの構造は、主にスタックキャパシター
(stack capacitor)とトレンチキャパシター(trench cap
acitor)の2種類に分けられ、スタックキャパシターある
いはトレンチキャパシターのいずれであっても、半導体
素子のサイズ縮小ニーズのもとで、その製造技術におい
て益々多くの困難に直面している。

【０００３】トレンチキャパシターについて言えば、半
導体サイズが０．２μｍの製造プロセスでは、トレンチ
のアスペクト比(aspect ratio)が３５：１にも達してお
り、デザインルールが０．１８μｍの製造プロセスに突
入するとき、トレンチ寸法を更に縮小する必要がある。
そこで、いかにして面積の大きいストレージ電極を製造
して大きいキャパシター値(capacitance)を獲得するか
が、製造プロセスにおいて最も克服を必要とする技術と
なっている。

【０００４】図１において、基板１００上にパッド酸化
物膜１０２およびハードマスク(hard mask)膜１０４を
形成し、ハードマスク膜１０４をマスクとして基板１０
０上に深いトレンチ１０６を形成していた。

【０００５】図２において、深いトレンチ１０６中に絶
縁材料１０８を形成して、絶縁材料１０８の表面１０８
ａを基板１００の上表面１００ａより低い位置とし、さ
らに深いトレンチ１０６中で、絶縁材料１０８に被覆さ
れていない側壁上に硬質材料スペースウォール１１０を
形成してから、絶縁材料１０８を除去して、深いトレン
チ１０６の底部にある基板１００を露出させていた。次
に、基板１００に対する酸化プロセスを行って、深いト
レンチ１０６の底部に露出された基板１００を酸化させ
て二酸化シリコンとし、二酸化シリコンを除去すると、
図３に示したようなボトル状の深いトレンチ(bottle-sh
aped deeptrench)１０６ａを形成することができた。そ
して、硬質材料スペースウォール１１０を除去してい
た。

【０００６】図４において、ボトル状の深いトレンチ１
０６ａの側壁上にドープト絶縁膜１１２を形成するとと
もに、かつボトル状の深いトレンチ１０６ａ中にフォト
レジスト１１４を形成していたが、その際にフォトレジ
スト１１４がボトル状の深いトレンチ１０６ａを完全に
は充填せず、しかも、その表面が基板１００の上表面１
００ａより低くなって、フォトレジスト１１４より高い
部分にあるドープト絶縁膜１１２を露出していた。そし
て、露出されているドープト絶縁膜１１２を除去して、
図５に示したように、ボトル状の深いトレンチ１０６ａ
の底部にあって、フォトレジスト１１４と同じ高さを有
するドープト絶縁膜１１２ａを形成していた。次に、基
板１００およびボトル状の深いトレンチ１０６ａに対し
てキャップ酸化物 (cap oxide)膜、例えばキャップTEOS
(cap TEOS)を堆積し、キャップ酸化物膜(図示せず)をエ
ッチバックして、ボトル状の深いトレンチ１０６ａの側
壁上にキャップ酸化物スペースウォール１１６を形成
し、図５に示したように、フォトレジスト１１４の表面
１１４ａを露出させていた。

【０００７】図６において、フォトレジスト１１４を剥
離除去してから、基板１００に対して熱処理を行い、ド
ープト絶縁膜１１２ａ中にある不純物を基板１００中に
拡散させてドープト領域１１８を形成し、ボトル状の深
いトレンチキャパシターのストレージ電極としていた。
そして、図７に示したように、ボトル状の深いトレンチ
１０６ａの底部のドープト絶縁膜１１２ａおよび上部の
キャップ酸化膜１１６を除去していた。

【０００８】図７において、ボトル状の深いトレンチ１
０６ａの側壁上にキャパシター誘電膜１２０を形成し
て、ストレージ電極１１８を被覆していた。そして、図
８に示したような、ボトル状の深いトレンチ１０６ａ中
に第１導電膜を形成してから、第１導電膜１２０ａとな
るように、ドープト領域１１８と同じ高さになるまでエ
ッチバックした後、ボトル状の深いトレンチ１０６ａ中
の第１導電膜１２０ａより高い位置にあるキャパシター
誘電膜１２０を除去していた。

【０００９】図９において、基板１００およびボトル状
の深いトレンチ１０６ａの側壁にカラー酸化物 (collar
oxide)膜１２４を堆積してから、図１０に示したよう
に、カラー酸化物膜１２４をエッチバックして、第１導
電膜１２２上のカラー酸化物膜１２４を除去し、第１導
電膜１２２を露出させるので、第２導電膜１２６を堆積
する時、第１導電膜１２２が第２導電膜１２６と電気接
続していた。そして、図１０に示したように、第２導電
膜１２６をエッチバックするステップを行い、第２導電
膜１２６を基板１００の上表面１００ａより低くしてか
ら、更にボトル状の深いトレンチ１０６ａの側壁上部の
基板１００の表面近くにあって、露出されているカラー
酸化物膜１２４を除去していた。

【００１０】図１１において、その後、ボトル状の深い
トレンチ１０６ａ中に第３導電膜１２８を充填して、第
３導電膜１２８を第２導電膜１２６と電気接続し、さら
に基板１００と電気接続していた。なお、第１導電膜１
２２および第２導電膜１２６ならびに第３導電膜１２８
をボトル状の深いトレンチキャパシターの上部電極とし
ていた。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記した製造プロセス
により、ボトル状の深いトレンチキャパシターの製造を
完成することはできるが、その製造プロセスにおいてフ
ォトレジストの堆積、エッチバック、第１、第２、第３
導電膜の堆積、エッチバック製造プロセスなどを行わな
ければならないため、ボトル状の深いトレンチキャパシ
ターの製造フロー全体が冗長かつ複雑になりすぎて、製
造コストが増大し、市場での競争力が低下することにな
っていた。

【００１２】そこで、この発明の目的は、ボトル状の深
いトレンチを形成してキャパシター値を増大させるとと
もに、製造フローを簡略化して、コストを低減すること
ができる、ボトル状の深いトレンチキャパシターの製造
方法を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決し、
所望の目的を達成するために、この発明にかかる深いト
レンチキャパシターの製造方法は、基板上に適用され、
基板上にハードマスク膜により深いトレンチをパターニ
ングするとともに、基板とハードマスク膜その間にはパ
ッド絶縁膜を有するものであって、深いトレンチ中に絶
縁材料を形成し、絶縁材料が深いトレンチを完全には充
填せず、絶縁材料より高い位置にある深いトレンチの側
壁表面を露出させるステップと、絶縁材料より高い位置
にある深いトレンチの側壁表面上に硬質材料スペースウ
ォールを形成するステップと、絶縁材料を除去して、深
いトレンチの底部にある基板表面を露出させるステップ
と、深いトレンチ中にドープト膜を形成して、深いトレ
ンチの底部において露出された基板表面を被覆するステ
ップと、熱処理を行って、深いトレンチの底部にある基
板にドープト領域を形成し、ストレージ電極とするステ
ップと、ドープト膜を除去するステップと、ストレージ
電極上にキャパシター誘電膜を形成するステップと、深
いトレンチ中に第１導電膜を形成して、深いトレンチを
適当な高さまで充填し、この適当な高さが硬質材料スペ
ースウォールの下表面より高く、基板の上表面より低い
と同時に深いトレンチの部分の上部表面を露出させるス
テップと、深いトレンチ中に第２導電膜を形成して、第
１導電膜と第２導電膜とを上部電極とするとともに、第
２導電膜を第１導電膜と電気接続し、かつ露出されてい
る深いトレンチの上部表面を介して基板と電気接続する
ステップとから構成されるものである。

【００１４】また、この発明にかかるボトル状の深いト
レンチキャパシターの製造方法は、基板に適用され、ま
ず基板上に深いトレンチを提供するものであって、深い
トレンチがパッド酸化膜およびハードマスク膜をパター
ニングして得られるステップと、深いトレンチ中に絶縁
材料を形成して、絶縁材料を深いトレンチの第１所定高
さまで充填し、その表面を基板の上表面より低くするス
テップと、深いトレンチの側壁の上部表面に硬質材料ス
ペースウォールを形成し、絶縁材料の表面を露出させす
るステップと、絶縁材料を除去し、深いトレンチの底部
表面を完全に露出させるステップと、深いトレンチの底
部表面を酸化して酸化物膜を形成してから、酸化物膜を
除去し、ボトル状の深いトレンチを形成するステップ
と、ボトル状の深いトレンチ中にドープト酸化シリコン
膜を形成し、ドープト酸化シリコン膜中のドーパントを
ボトル状の深いトレンチの底部までに拡散させて、ボト
ル状の深いトレンチストレージ電極を形成するステップ
と、ドープト酸化物膜を除去するステップと、ボトル状
の深いトレンチストレージ電極上にキャパシター誘電膜
を形成するステップと、ボトル状の深いトレンチ中に第
１導電膜を形成して、第２の所定高さまで充填するもの
であって、第２の所定高さがボトル状の深いトレンチス
トレージ電極より高く、かつ基板の上表面より低いもの
とするステップと、第１導電膜より高いキャパシター誘
電膜および硬質材料スペースウォールを除去して、キャ
パシター誘電膜と硬質材料スペースウォールとが第１導
電膜と同じ高さにするステップと、第１導電膜上に第２
導電膜を形成して、ボトル状の深いトレンチを充填し、
第１導電膜とともに上部電極とし、第２導電膜を第１導
電膜と電気接続し、かつ基板と電気接続するステップと
から構成されるものである。

【００１５】上記手段に基づいて、この発明の好適な実
施の形態は、深いトレンチ中に適当な高さの絶縁材料を
充填し、トレンチ上部ならびに絶縁材料より高い側壁表
面を露出してから、その上に硬質材料スペースウォール
を形成して、深いトレンチの上部側壁を被覆し、次に、
絶縁材料を除去し、深いトレンチの底部に対する酸化を
行って、酸化物膜を形成してから、酸化物膜を除去し
て、ボトル状の深いトレンチを形成し、ドープト酸化物
膜をボトル状の深いトレンチの底部に形成して、露出さ
れている底部表面を被覆し、熱処理によりドープト酸化
物膜中のドーパントをボトル状の深いトレンチの底部に
拡散進入させてドープト領域を形成し、ストレージ電極
とし、ドープト酸化物膜を除去してから、ストレージ電
極上にキャパシター誘電膜を形成した後、第１導電膜を
ボトル状の深いトレンチに充填し、第１導電膜の表面が
ストレージ電極より高く、基板より低いとなるように
し、さらに第１導電膜より高いキャパシター誘電膜およ
び硬質材料スペースウォールを除去して、ボトル状の深
いトレンチの側壁の上部表面を露出させてから、第１導
電膜上に第２導電膜を形成し、第２導電膜を第１導電膜
と電気接続させて上部電極とし、かつ第２導電膜と基板
とを電気接続する。

【００１６】この発明の好適な実施の形態は硬質材料ス
ペースウォールを利用してボトル状の深いトレンチの側
壁の上部表面を保護するため、上部電極を製作する際に
誘電膜堆積およびエッチングステップを削減することが
でき、製造プロセスを簡易化することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、この発明にかかる好適な実
施の形態を図面に基づいて説明する。図１２において、
基板２００上にフォトリソグラフィ製造プロセスにより
ハードマスク膜２０２およびパッド絶縁膜２０４をパタ
ーニングして深いトレンチ２０６を形成する。例えば、
基板２００上に熱酸化法を利用して厚さが約５０Å(オ
ングストローム)のパッド酸化物膜を形成してから、パ
ッド酸化物膜２０４上に化学気相堆積法により厚さが約
２０００Åの窒化シリコン膜または窒化シリコン／酸化
物の組み合せを形成してハードマスク(hard mask)と
し、さらにハードマスク膜２０２上にフォトレジスト
(図示せず)を形成してハードマスク膜２０２およびパッ
ド絶縁膜２０４をパターニングし、深いトレンチ２０６
を形成する。

【００１８】図１３において、深いトレンチ２０６中に
絶縁膜を形成して、深いトレンチ２０６を充填するとと
もに、ハードマスク膜２０２上まで及んでハードマスク
膜２０２を被覆してから、絶縁膜をエッチバックして、
ハードマスク膜２０２上および深いトレンチ２０６の上
部の絶縁膜を除去し、深いトレンチ２０６中に適当な深
さｄを有する絶縁材料２０８を形成する。そのうち、絶
縁材料２０８の表面２０８ａは、基板２００の上表面２
００ａより低く、かつ深いトレンチ２０６の側壁および
絶縁材料２０８の上方の上部表面２０６ａを露出させる
必要がある。なお、絶縁材料２０８の有する適当な深さ
ｄが後にストレージ電極を形成する所定高さであり、か
つ後にストレージ電極を形成する所定高さを超えること
はおきない。絶縁材料２０８のエッチバックは、ウェッ
トエッチング法またはドライエッチング法により行うこ
とができ、エッチングする時、エッチング剤のハードマ
スク膜２０２および絶縁材料２０８に対するエッチング
選択比(etch selectivity)を調整して、絶縁材料２０８
を順調にエッチングすることができるようにし、またハ
ードマスク膜２０２が基板２００を保護して、エッチバ
ック製造プロセスにより損傷を受けることを防止するこ
とができるようにしなければならない。絶縁膜は例えば
化学気相堆積法により酸化物を形成し、堆積厚さを約２
０００Åとし、絶縁材料２０８の高さが基板２００の上
表面２００ａより約１３０００Åぐらい低い位置となる
ようにする。

【００１９】図１４において、深いトレンチ２０６の側
壁の上部表面２０６ａ上に硬質材料スペースウォール２
１０を形成し、絶縁材料２０８の表面２０８ａを露出さ
せる。硬質材料スペースウォール２１０の形成は、基板
２００上にコンフォーマル(conformal) 硬質材料膜を形
成するものであり、それは基板２００の表面のアウトラ
インに沿って、ハードマスク膜２０２を被覆し、かつ深
いトレンチ２０６の側壁２０６ａに沿って絶縁材料２０
８を被覆することから形成されるものであり、更にコン
フォーマル硬質材料膜に対してエッチバックを行うが、
例えば異方性(anisotropic)エッチングにより行う場合
には、ハードマスク膜２０２および絶縁材料２０８の水
平面上の硬質材料膜を除去して、深いトレンチ２０６の
側壁にある硬質材料スペースウォール２１０を残させる
ものとし、硬質材料スペースウォール２１０のエッチバ
ックが、例えば絶縁材料２０８をストップ膜として行わ
れるためには、コンフォーマル硬質材料膜は絶縁材料２
０８に対して大きいエッチング選択比を有する材料とし
なければならない。コンフォーマル硬質材料膜は、例え
ば化学気相堆積法により厚さが約２００Åの窒化シリコ
ン膜とすることができる。

【００２０】図１５において、絶縁材料２０８を除去し
て、深いトレンチ２０６の側壁の底部表面２０６ｂを露
出させる、すなわち基板２００のシリコン基材を露出さ
せて、絶縁材料２０８を除去するが、例えばウェットエ
ッチング法により行い、深いトレンチ２０６の底部にあ
る絶縁材料２０８を完全に除去する。そして、基板２０
０に対して熱処理を行うが、例えば炉心管または短時間
処理を利用して酸素雰囲気で行い、酸素が高温下で深い
トレンチ２０６中に露出しているシリコン基材と反応し
て、図１５に示したように、露出している基板２００の
表面２０６ｂを酸化して酸化膜２１２とするが、酸化ス
テップにおいて、深いトレンチ２０６の上部の側壁２０
６ａが硬質材料スペースウォール２１０で被覆されてい
るため、上部側壁２０６ａは酸化反応を発生させない。
なお、形成される酸化物膜２１２の厚さは実際の必要に
よって決めるものとし、酸化反応で露出されたシリコン
材が消耗されるので、シリコン材（基板）２００と酸化
物膜２１２との境界面が基板２００方面へ移動するか
ら、おおよそ１０００Å位の酸化物膜２１２を生成させ
る場合、シリコン材２００と酸化物膜２１２との境界面
は基板２００方向へ５００Åほど移動する。

【００２１】図１６において、上述した酸化反応が深い
トレンチ２０６の底部表面２０６ｂのシリコン材を消耗
させるため、酸化ステップより形成された酸化物膜２１
２を除去した場合、例えばウェットエッチングにより行
った時、図１６に示したようなボトル状の深いトレンチ
２０７を形成することができる。酸化物膜２１２を除去
すると、ボトル状の深いトレンチ２０７の底部の基板２
００の表面２０６ｂ′が露出されるが、ボトル状の深い
トレンチ２０７の上部側壁２０６ａおよび基板２００の
上表面２００ａは、それぞれ硬質材料スペースウォール
２１０およびハードマスク膜２０２により被覆されてい
るため、酸化物膜２１２を除去するにあたって基板２０
０の他の部分に損傷を与えることはない。

【００２２】図１７において、基板２００上にドープト
膜２１４を形成するが、例えばインシトゥ(in-situ)イ
オンドーピング方式による、化学気相堆積法でドープト
酸化シリコン膜を形成して、ボトル状の深いトレンチ２
０７の底部表面２０６ｂ′および硬質材料スペースウォ
ール２１０を被覆するとともに、ハードマスク膜２０２
上まで延伸させるものとするが、ドープト膜２１４中の
ドーパントを例えばヒ素イオンとすることができる。そ
して、基板２００に対して熱処理を行い、ドープト膜２
１４中のドーパントをボトル状の深いトレンチ２０７の
底部で露出している基板２００の表面２０６ｂ′に拡散
させて、図１８に示したように、深いトレンチ２０７の
底部にドープト領域２１６を形成して、このドープト領
域２１６を深いトレンチキャパシターのストレージ電極
とする。また、ボトル状の深いトレンチ２０７上部には
硬質材料スペースウォール２１０が形成されているた
め、ドープト膜２１４中のあるドーパントの拡散を阻止
することができ、ドープト領域２１６が拡散し過ぎない
ようにして、ボトル状の深いトレンチ２０７を囲む範囲
内に制限することができる。

【００２３】上述したステップによりボトル状の深いト
レンチ２０７を形成することを利用して、ストレージ電
極２１６が蓄積する電荷の面積を約５０〜１００％の割
合で増大することができるため、電荷蓄積面積が大幅に
増大することにより、蓄積される電荷も正比例で増大す
るから、キャパシター値を向上させることができる。

【００２４】図１７において、ストレージ電極２１６を
形成した後、ドープト膜２１４を除去するステップを行
うが、ドープト膜２１４を例えばバッファードフッ酸(b
uffered HF = BHF)または希フッ酸(diluted HF = DHF)
のウェットエッチング法により除去するが、このような
エッチング法で使用するエッチング剤は、図１８に示し
たように、ドープト膜２１４を除去するが、硬質材料ス
ペースウォール２１０を除去することがない。続いて、
図１９に示したように、ストレージ電極２１６上にキャ
パシター誘電膜２１８、例えば窒化物／窒化物膜(NO)を
形成する。次に、ボトル状の深いトレンチ２０７中にお
いて、キャパシター誘電膜２１８上に第１導電材料２２
０を形成するが、第１導電材料２２０によりボトル状の
深いトレンチ２０７を完全に充填し、かつハードマスク
膜２０２上にまで延伸するが、第１導電材料２２０を例
えば化学気相堆積法で、インシトゥドーピングを行うこ
とによりポリシリコン膜として形成する。

【００２５】図２０において、第１導電材料２２０をエ
ッチバックして、ボトル状の深いトレンチ２０７中にあ
る第１導電膜２２０ａをストレージ電極２１６および硬
質材料スペースウォール２１０の下表面より高く、基板
２００の上表面２００ａより低い所に位置させる。第１
導電材料２２０をエッチバックするステップは、例えば
先化学機械研磨法によりハードマスク膜２０２の表面の
第１導電材料２２０を除去してから、ドライエッチング
またはウェットエッチングによりボトル状の深いトレン
チ２０７中の第１導電膜２０２の上部を除去するものと
し、第１導電材料２２０をエッチングする際にはエッチ
ング選択比を調整して、エッチング時にハードマスク膜
２０２が破壊されないようにする必要があり、それによ
り、第１導電材料２２０を第１材料膜２２０ａのような
適当な高さｄ′にまでエッチングすることができ、第１
導電膜２２０ａより高いキャパシター誘電膜２１８の部
分を露出させることができる。なお、第１導電膜２２０
ａの適当な高さｄ′を基板２００の上表面２００ａのよ
り１２００Å低いものとすることができる。

【００２６】図２１において、露出されたキャパシター
誘電膜２１８ならびに第１導電膜２２０ａに被覆されて
いない硬質材料スペースウォール２１０、即ち第１導電
膜２２０ａより高いキャパシター誘電膜２１８および硬
質材料スペースウォール２１０を除去して、図２１に示
したように、第１導電膜２２０ａと同じ高さの表面を有
するキャパシター誘電膜２１８ａならびに硬質材料スペ
ースウォール２１０ａを形成する。そして、同じく図２
１において、第１導電膜２２０ａ上に第２導電膜２２
２、例えばポリシリコン膜を形成して、ボトル状の深い
トレンチ２０７の残り部分を完全に充填して、その表面
を少なくとも基板２００の上表面２００ａより高くする
が、例えば第１導電膜２２０ａ上に第２誘電材料を形成
してから、化学機械研磨法により平坦化することにより
完成する。なお、第２導電膜２２２は、上部表面２０６
ａにより基板２００と電気接続すると同時に、第１導電
膜２２０ａとも電気接続し、また第２導電膜２２２と接
合する第１導電膜２２０ａのある部分が硬質材料スペー
スウォール２１０ａにより基板２００と分離されるた
め、第２導電膜２２２が基板２００を介して第１導電膜
２２０ａとショートすることがない。

【００２７】この発明を好適な実施の形態により開示し
たが、もとよりこの発明を限定するものではなく、当業
者であれば明らかであるように、この発明の技術思想の
範囲において、適当な変更ならびに修正が当然なされう
るものであるから、その特許権保護の範囲は特許請求の
範囲および、それと均等な領域を基準として決めなけれ
ばならない。

【００２８】

【発明の効果】上記構成により、この発明にかかる好適
な実施の形態は、製造プロセスにおいて硬質材料スペー
スウォールを残すことにより、ボトル状の深いトレンチ
の側壁部分の上部表面を保護することができるので、ス
トレージ電極の製造プロセスを簡略化することができる
だけではなく、上部電極を形成するプロセスも簡略化で
きるから、深いトレンチキャパシターの製作フローを大
幅に減少することができ、コストを低減させる目的を達
成することができる。また、ボトル状の深いトレンチを
利用することにより、ストレージ電極の面積を増大さ
せ、深いトレンチキャパシターのキャパシター値を向上
させるものである。したがって、産業上の利用価値が高
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術にかかるボトル状の深いトレンチキャ
パシターの製造フローを示す要部断面図である。

【図２】従来技術にかかるボトル状の深いトレンチキャ
パシターの製造フローを示す要部断面図である。

【図３】従来技術にかかるボトル状の深いトレンチキャ
パシターの製造フローを示す要部断面図である。

【図４】従来技術にかかるボトル状の深いトレンチキャ
パシターの製造フローを示す要部断面図である。

【図５】従来技術にかかるボトル状の深いトレンチキャ
パシターの製造フローを示す要部断面図である。

【図６】従来技術にかかるボトル状の深いトレンチキャ
パシターの製造フローを示す要部断面図である。

【図７】従来技術にかかるボトル状の深いトレンチキャ
パシターの製造フローを示す要部断面図である。

【図８】従来技術にかかるボトル状の深いトレンチキャ
パシターの製造フローを示す要部断面図である。

【図９】従来技術にかかるボトル状の深いトレンチキャ
パシターの製造フローを示す要部断面図である。

【図１０】従来技術にかかるボトル状の深いトレンチキ
ャパシターの製造フローを示す要部断面図である。

【図１１】従来技術にかかるボトル状の深いトレンチキ
ャパシターの製造フローを示す要部断面図である。

【図１２】この発明の好適な実施の形態にかかるボトル
状の深いトレンチキャパシターの製造フローを示す要部
断面図である。

【図１３】この発明の好適な実施の形態にかかるボトル
状の深いトレンチキャパシターの製造フローを示す要部
断面図である。

【図１４】この発明の好適な実施の形態にかかるボトル
状の深いトレンチキャパシターの製造フローを示す要部
断面図である。

【図１５】この発明の好適な実施の形態にかかるボトル
状の深いトレンチキャパシターの製造フローを示す要部
断面図である。

【図１６】この発明の好適な実施の形態にかかるボトル
状の深いトレンチキャパシターの製造フローを示す要部
断面図である。

【図１７】この発明の好適な実施の形態にかかるボトル
状の深いトレンチキャパシターの製造フローを示す要部
断面図である。

【図１８】この発明の好適な実施の形態にかかるボトル
状の深いトレンチキャパシターの製造フローを示す要部
断面図である。

【図１９】この発明の好適な実施の形態にかかるボトル
状の深いトレンチキャパシターの製造フローを示す要部
断面図である。

【図２０】この発明の好適な実施の形態にかかるボトル
状の深いトレンチキャパシターの製造フローを示す要部
断面図である。

【図２１】この発明の好適な実施の形態にかかるボトル
状の深いトレンチキャパシターの製造フローを示す要部
断面図である。

【符号の説明】

２００ 基板 ２０２ ハードマスク膜 ２０４ パッド酸化物膜 ２０６ 深いトレンチ ２０６ａ 上部表面 ２０６ｂ 底部表面 ２１０ 硬質材料スペースウォール ２１０ａ 硬質材料スペースウォール ２１２ 酸化物膜 ２１４ ドープト絶縁膜 ２１６ ドープト領域 ２１８ キャパシター誘電膜 ２１８ａ キャパシター誘電膜 ２２０ 第1導電膜 ２２０ａ 第1導電膜 ２２２ 第2導電膜

フロントページの続き (71)出願人 598113542 シーメンス アクチエンゲゼルシャフト Ｓｉｅｍｅｎｓ ＡＧ ドイツ連邦共和国 ミュンヘン，ウィッテ ルスッバッチャープラッズ２，Ｄ−80333 (72)発明者 蕭 家順 台灣新竹市香山区柑林溝213巷95弄50号 (72)発明者 顔 文彬 台灣新竹市▲なん▼雅街311巷36弄59之４ 号５楼 Ｆターム(参考） 5F083 AD16 GA22 GA28 PR05

Claims (32)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板に適用され、ハードマスク膜を用い
   て前記基板上に深いトレンチをパターニングするととも
   に、前記基板と前記ハードマスク膜との間にはパッド絶
   縁膜を有するものであって、 前記深いトレンチ中に絶縁材料を形成し、前記絶縁材料
   が前記深いトレンチを完全には充填せず、前記絶縁材料
   より高い位置にある深いトレンチの側壁表面を露出させ
   るステップと、 前記絶縁材料より高い位置にある前記深いトレンチの側
   壁表面上に硬質材料スペースウォールを形成するステッ
   プと、 前記絶縁材料を除去して、前記深いトレンチの底部にあ
   る前記基板表面を露出させるステップと、 前記深いトレンチ中にドープト膜を形成して、前記深い
   トレンチの底部において露出された前記基板表面を被覆
   するステップと、 熱処理を行って、前記深いトレンチの底部にある前記基
   板にドープト領域を形成し、前記深いトレンチキャパシ
   ターの深いトレンチストレージ電極とするステップと、 前記ドープト膜を除去するステップと、 前記深いトレンチストレージ電極上にキャパシター誘電
   膜を形成するステップと、 前記深いトレンチ中に第１導電膜を形成して、前記深い
   トレンチを適当な高さにまで充填し、前記適当な高さ
   が、前記硬質材料スペースウォールの下表面より高く、
   前記基板の上表面より低いと、同時に前記深いトレンチ
   の部分の上部表面を露出させるステップと、 前記深いトレンチ中に第２導電膜を形成して、前記第１
   導電膜と前記第２導電膜とを前記深いトレンチキャパシ
   ターの上部電極とするとともに前記第２導電膜と前記基
   板とを電気接続し、かつ第１導電膜と電気接続するステ
   ップとを具備することを特徴とする深いトレンチキャパ
   シターの製造方法。
2. 【請求項２】 前記深いトレンチ中に絶縁材料を形成す
   るステップが、さらに、 前記深いトレンチ中に絶縁膜を形成して、前記深いトレ
   ンチを完全に充填し、かつ前記ハードマスク膜の表面ま
   で延伸する小ステップと、 前記絶縁膜を第１の適当な深さまでエッチバックして、
   前記深いトレンチ中に前記絶縁膜を充填するが、前記深
   いトレンチを完全には充填しないものとする小ステップ
   とを具備することを特徴とする請求項１記載の深いトレ
   ンチキャパシターの製造方法。
3. 【請求項３】 前記絶縁膜が、酸化物膜を含むものであ
   ることを特徴とする請求項２記載の深いトレンチキャパ
   シターの製造方法。
4. 【請求項４】 前記絶縁材料より高い前記深いトレンチ
   の側壁表面上に硬質材料スペースウォールを形成するス
   テップが、さらに、 前記基板および前記深いトレンチに対してコンフォーマ
   ル硬質材料膜を形成する小ステップと、 前記コンフォーマル硬質材料膜をエッチバックして、前
   記深いトレンチの前記上部側壁上に硬質材料スペースウ
   ォールを形成し、前記深いトレンチ中の前記絶縁材料の
   表面を露出させる小ステップとを具備することを特徴と
   する請求項１載の深いトレンチキャパシターの製造方
   法。
5. 【請求項５】 前記コンフォーマル硬質材料膜が、窒化
   シリコン膜を含むものであることを特徴とする請求項４
   記載の深いトレンチキャパシターの製造方法。
6. 【請求項６】 前記した絶縁材料を除去することが、ウ
   ェットエッチング法を含むものであることを特徴とする
   請求項１記載の深いトレンチキャパシターの製造方法。
7. 【請求項７】 前記ドープト膜が、化学気相堆積法によ
   りドープト酸化シリコン膜を形成することを含むもので
   あることを特徴とする請求項１記載の深いトレンチキャ
   パシターの製造方法。
8. 【請求項８】 前記深いトレンチ中に第１導電膜を形成
   して、前記深いトレンチを適当な高さまで充填するステ
   ップが、さらに、 前記トレンチ中に第１導電材料を形成して、前記トレン
   チを完全に充填し、かつ前記ハードマスク膜上まで延伸
   する小ステップと、 前記第１導電材料をエッチバックして、前記深いトレン
   チ中に前記第１導電膜を形成し、前記トレンチを第2の
   適当な深さまで埋め込んで、前記第１導電膜より高い前
   記キャパシター誘電膜を露出させる小ステップと、 前記第１導電膜より高い前記キャパシター誘電膜および
   硬質材料スペースウォールを除去して、前記キャパシタ
   ー誘電膜および前記硬質材料スペースウォールならびに
   前記第１導電膜を同じ高さとし、前記深いトレンチの上
   部表面を部分的に露出させる小ステップとを具備するこ
   とを特徴とする請求項１記載の深いトレンチキャパシタ
   ーの製造方法。
9. 【請求項９】 前記第１導電材料が、ポリシリコン膜を
   含むものであることを特徴とする請求項８記載の深いト
   レンチキャパシターの製造方法。
10. 【請求項１０】 前記深いトレンチ中に第２導電膜を形
    成するステップが、さらに、 前記深いトレンチ中に第２導電材料を形成し、前記深い
    トレンチを完全に充填し、かつ前記ハードマスク膜上ま
    で延伸する小ステップと、 前記第２導電膜をエッチバックし、前記第２導電膜が少
    なくとも前記基板の上表面と同じ高さの表面を有するよ
    うにするステップとを具備することを特徴とする請求項
    １記載の深いトレンチキャパシターの製造方法。
11. 【請求項１１】 前記第２導電膜材料が、ポリシリコン
    膜を含むものであることを特徴とする請求項１０記載の
    深いトレンチキャパシターの製造方法。
12. 【請求項１２】 基板に適用されるものであって、少な
    くとも、前記基板中に深いトレンチを提供して、前記基
    板の上表面に順番にパッド酸化物膜およびハードマスク
    膜を有するとともに、前記深いトレンチの表面を露出さ
    せるステップと、 前記深いトレンチ中に絶縁材料を形成し、前記絶縁材料
    が前記深いトレンチを第１所定高さまで充填して、前記
    絶縁材料の表面を前記基板の前記上表面より低いものと
    するステップと、 前記深いトレンチの側壁の上部表面に硬質材料スペース
    ウォールを形成し、前記絶縁材料の表面を露出させるス
    テップと、 前記絶縁材料を除去し、前記深いトレンチの底部表面を
    完全に露出させるステップと、 前記深いトレンチの底部にボトル状の深いトレンチを形
    成するステップと、 前記ボトル状の深いトレンチ中にドープト酸化物膜を形
    成し、前記ボトル状の深いトレンチ中の露出された表面
    を被覆するステップと、 前記ドープト酸化物膜中のドーパントを前記ボトル状の
    深いトレンチの底部へ拡散進入させ、ボトル状の深いト
    レンチストレージ電極を形成するステップと、 前記ドープト酸化物膜を除去するステップと、 前記ボトル状の深いトレンチストレージ電極上にキャパ
    シター誘電膜を形成するステップと、 前記ボトル状の深いトレンチ中に第１導電膜を形成し、
    前記第１導電膜で前記ボトル状の深いトレンチを第２所
    定高さまで充填し、前記第２所定高さが、前記ボトル状
    の深いトレンチストレージ電極より高く、前記基板の上
    表面より低いものとするステップと、 前記第１導電膜より高い前記キャパシター誘電膜および
    前記硬質材料スペースウォールを除去して、前記キャパ
    シター誘電膜および前記硬質材料スペースウォールが第
    ２所定高さを有するものとするステップと、 前記第１導電膜上に第2導電膜を形成して、前記ボトル
    状の深いトレンチを充填し、前記第１導電膜および第2
    導電膜を上部電極とし、前記第２導電膜を前記第１導電
    膜および前記基板と電気接続させるステップとを具備す
    ることを特徴とするボトル状の深いトレンチキャパシタ
    ーの製造方法。
13. 【請求項１３】 前記第１の所定高さが、前記ボトル状
    の深いトレンチストレージ電極を形成する高さであるこ
    とを特徴とする請求項１２記載のボトル状の深いトレン
    チキャパシターの製造方法。
14. 【請求項１４】 前記深いトレンチ中に絶縁材料を形成
    するステップが、さらに、 前記深いトレンチ中に絶縁膜を堆積し、前記深いトレン
    チを完全に充填し、かつ前記ハードマスク膜を被覆する
    小ステップと、 前記ハードマスク膜の表面および前記深いトレンチ中の
    前記絶縁膜の一部分を除去して、前記深いトレンチの側
    壁の前記上部表面を露出させる小ステップとを具備する
    ことを特徴とする請求項１２記載のボトル状の深いトレ
    ンチキャパシターの製造方法。
15. 【請求項１５】 前記絶縁膜が、化学気相堆積法より形
    成される酸化物膜を含むものであることを特徴とする請
    求項１４記載のボトル状の深いトレンチキャパシターの
    製造方法。
16. 【請求項１６】 前記深いトレンチの側壁の前記上部表
    面に硬質材料スペースウォールを形成するステップが、
    さらに、 前記基板および前記深いトレンチ上に硬質材料膜を形成
    し、前記硬質材料膜が、前記基板にコンフォーマルなも
    のであって、前記硬質材料膜が前記絶縁材料を被覆する
    小ステップと、 前記絶縁材料上の前記硬質材料膜を除去して、前記絶縁
    材料を露出させる小ステップとを具備することを特徴と
    する請求項１２記載のボトル状の深いトレンチキャパシ
    ターの製造方法。
17. 【請求項１７】 前記硬質材料膜が、窒化シリコンを含
    むものであることを特徴とする請求項１６記載のボトル
    状の深いトレンチキャパシターの製造方法。
18. 【請求項１８】 前記絶縁材料を除去することが、ウェ
    ットエッチング法を含むものであることを特徴とする請
    求項１２記載のボトル状の深いトレンチキャパシターの
    製造方法。
19. 【請求項１９】 前記ボトル状の深いトレンチを形成す
    るステップが、さらに、 前記深いトレンチの前記底部表面を酸化して、前記底部
    表面に酸化物膜を形成する小ステップと、 前記酸化膜を除去し、ボトル状の深いトレンチを形成す
    る小ステップとを具備することを特徴とする請求項１２
    記載のボトル状の深いトレンチキャパシターの製造方
    法。
20. 【請求項２０】 前記深いトレンチの前記底部表面を酸
    化することが、熱処理により行われ、前記深いトレンチ
    の底部の前記基板を酸化させて前記酸化物を形成するも
    のである請求項１２または１９記載のボトル状の深いト
    レンチキャパシターの製造方法。
21. 【請求項２１】 前記酸化物膜を除去することが、ウェ
    ットエッチングにより行われるものを含むものであるこ
    とを特徴とする請求項１２記載のボトル状の深いトレン
    チキャパシターの製造方法。
22. 【請求項２２】 前記ドープト酸化シリコン膜中のドー
    パントを前記ボトル状の深いトレンチの底部に拡散進入
    させることが、熱処理によって行われるものであって、
    前記ボトル状の深いトレンチの側壁の上部表面が、前記
    硬質材料スペースウォールを有して、前記ドーパントが
    前記側壁の前記上部表面からは拡散進入しないものであ
    ることを特徴とする請求項１２記載のボトル状の深いト
    レンチキャパシターの製造方法。
23. 【請求項２３】 前記ドープト酸化物膜を除去すること
    が、ウェットエッチング法を含むものであることを特徴
    とする請求項１２記載のボトル状の深いトレンチキャパ
    シターの製造方法。
24. 【請求項２４】 前記キャパシター誘電膜が、窒化物／
    酸化膜を含むものであることを特徴とする請求項１２記
    載のボトル状の深いトレンチキャパシターの製造方法。
25. 【請求項２５】 前記第１導電膜が、ポリシリコン膜を
    含むものであることを特徴とする請求項１２記載のボト
    ル状の深いトレンチキャパシターの製造方法。
26. 【請求項２６】 前記第２導電膜が、ポリシリコン膜を
    含むものであることを特徴とする請求項１２記載のボト
    ル状の深いトレンチキャパシターの製造方法。
27. 【請求項２７】 深いトレンチを形成した基板に適用す
    るものであって、 前記深いトレンチ中に絶縁材料を形成し、前記絶縁材料
    の表面を前記基板の上表面より低いものとするステップ
    と、 前記深いトレンチの側壁の上部表面上に硬質材料スペー
    スウォールを形成し、前記絶縁材料を露出させるステッ
    プと、 前記絶縁材料を除去するが、前記硬質材料スペースウォ
    ールを除去しないで、前記深いトレンチの底部の前記基
    板を露出させるステップと、 前記深いトレンチ中にドープト酸化物膜を形成するステ
    ップと、 前記深いトレンチの底部の前記基板にドープト領域を形
    成して、深いトレンチストレージ電極とし、前記ドープ
    ト領域が前記深いトレンチの底部を囲むようにするステ
    ップと、 前記ドープト酸化物膜を除去するステップと、 前記深いトレンチストレージ電極上にキャパシター誘電
    膜を形成するステップと、 前記深いトレンチ中に所定高さを有する第１導電膜を充
    填するステップと、 前記第１導電膜により被覆されていない前記キャパシタ
    ー誘電膜および前記硬質材料スペースウォールを除去す
    るステップと、 前記第１導電膜上に第２導電膜を形成して、前記深いト
    レンチを完全に充填し、前記第１導電膜および前記第２
    導電膜を上部電極とするステップとを具備することを特
    徴とする深いトレンチキャパシターの製造方法。
28. 【請求項２８】 前記深いトレンチ中に絶縁材料を形成
    することが、前記深いトレンチ中に絶縁膜を形成してか
    ら、前記絶縁膜をエッチバックし、前記絶縁材料の表面
    を前記基板の上表面より低くするものであることを特徴
    とする請求項２７記載の深いトレンチキャパシターの製
    造方法。
29. 【請求項２９】 前記硬質材料スペースウォールの形成
    が、前記基板上にコンフォーマル硬質材料膜を形成して
    から、前記コンフォーマル硬質材料膜をエッチバックし
    て、前記絶縁材料上の前記コンフォーマル硬質材料膜を
    除去し、前記絶縁材料を露出させるものであることを特
    徴とする請求項２７記載の深いトレンチキャパシターの
    製造方法。
30. 【請求項３０】 前記絶縁材料を除去することが、ウェ
    ットエッチング法により行われるものを含むものである
    ことを特徴とする請求項２７記載の深いトレンチキャパ
    シターの製造方法。
31. 【請求項３１】 前記ドープト領域が、前記基板に対す
    る熱処理を行うことを利用して、前記ドープト酸化物膜
    中のドーパントを前記深いトレンチの底部に拡散進入さ
    せてから形成するものであることを特徴とする請求項２
    ７記載の深いトレンチキャパシターの製造方法。
32. 【請求項３２】 前記キャパシター誘電膜が、窒化物／
    酸化物を含むものであることを特徴とする請求項２７記
    載の深いトレンチキャパシターの製造方法。