JP2002043410A - トレンチ素子分離方法 - Google Patents
トレンチ素子分離方法Info
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Abstract
化させるための工程が省略されるトレンチ素子分離方法
を提供する。 【解決手段】 半導体基板10をエッチングしてトレン
チを形成した後、トレンチの内部に絶縁膜23を充填
し、絶縁膜23上に物質層24を形成する。この時、高
温で形成される膜を使用して物質層24を形成すること
によって、物質層24が形成される間、絶縁膜23の高
密度化を実施する。物質層24及び絶縁膜23を平坦化
エッチングし、エッチングマスクパターン16を除去す
ると、トレンチ素子分離膜が形成される。したがって、
トレンチ素子分離膜を形成する工程で別度の高密度化工
程が不要となる。
Description
チ素子分離方法に関する。
領域を電気的に絶縁するため素子分離膜を形成する。こ
のような素子分離膜を形成する方法として、LOCOS
(local oxidation of silicon)工程及びトレンチ素子
分離工程が使用される。LOCOS工程は半導体基板を
局部的に熱酸化させて、フィルード(field)酸化膜を
形成する方法であり、工程の単純さが長所である。しか
し、半導体素子の高集積化に従ってLOCOS工程によ
る酸化膜のバーズビーク(bird's beak)又は平坦度不
良等の問題があり、近年これを改善したトレンチ素子分
離工程が使用されている。
板上にトレンチ用エッチングマスクを形成し、エッチン
グマスクによって半導体基板をエッチングしてトレンチ
を形成する。その後、トレンチ内部に絶縁膜を充填する
工程によって実施される。この時、後続する湿式エッチ
ング工程で絶縁膜がエッチングされ素子分離膜の特性が
低下するのを防止するために絶縁膜を高密度化(densif
icaion)させる工程を実施する。高密度化工程は、例え
ば、窒素雰囲気で900から1200℃の温度で1時間
程度熱処理することによって、実施される。
るので、トレンチ内部に形成された絶縁膜と半導体基板
の体積変化を誘発する。しかし、絶縁膜と半導体基板は
熱膨脹率が異なるので、絶縁膜と半導体基板の界面のト
レンチ内壁に熱変化にともなうストレスが与えられる。
許第6,037,237号にはトレンチの内部に充填する絶縁膜
を形成する時、ストレス特性が異なる絶縁膜を積層させ
たスタック(stack)構造の絶縁膜を形成する方法が開
示されている。このような従来技術によると、圧縮(co
mpressive)ストレス特性を有する絶縁膜と張力(tensi
le)ストレス特性を有する絶縁膜、例えば、USG(un
doped silicate glass)膜およびPTEOS(plasma t
etraethylorthosilicate)膜又はHDP(highdensity
plasma)酸化膜およびPTEOS膜を積層することによ
って、高密度化工程の間、半導体基板に与えられたスト
レスを減少させる。又、上部絶縁膜を平坦化特性が優れ
た絶縁膜で形成することによって、後続平坦化エッチン
グ工程を容易にする効果もある。
ック構造の絶縁膜を形成する場合にも、後続する工程と
して実施される高温高密度化工程は、工程全体にかけて
負担を与える。即ち、高温熱処理の時、発生するストレ
スを完全に防止することは困難であり、時間と効率にお
いても生産性を低下させる要因になる。
を解決するために提案されたものであり、トレンチの内
部に形成される絶縁膜を高密度化させるための工程が省
略されるトレンチ素子分離方法を提供することを目的と
する。
めの本発明は、半導体基板上にパッド酸化膜及びエッチ
ング防止膜を順次に形成する。パターニング工程によっ
てエッチング防止膜及びパッド酸化膜をエッチングし
て、半導体基板の所定領域が露出するエッチングマスク
パターンを形成する。エッチングマスクパターンをエッ
チングマスクとして使用して、露出した半導体基板をエ
ッチングしてトレンチを形成する。トレンチ内側壁及び
底部に酸化膜を形成し、酸化膜上に酸化防止膜を形成す
る。酸化防止膜が形成された結果物の全面にトレンチ内
部を充填する絶縁膜を形成し、絶縁膜上に物質層を形成
する。この時、高温で形成される膜を使用して物質層を
形成することによって、物質層が形成される間、絶縁膜
の高密度化が実施されるようにする。例えば、物質層は
500℃以上の温度で形成される絶縁膜のHTO(high
temperature oxide)膜、高温USG膜、ポリシリコン
膜及び非晶質シリコン膜のうち、いずれか1つで形成す
る。エッチングマスクパターンが露出するように物質層
及び絶縁膜を平坦化エッチングして、トレンチ内に素子
分離膜パターンを形成し、露出したエッチングマスクパ
ターンを除去すると、トレンチ素子分離膜が完成され
る。
た図面を参照して詳細に説明する。図1から図8は、本
発明の一実施例による半導体装置のトレンチ素子分離方
法を説明するための断面図である。
パッド酸化膜12を形成し、パッド酸化膜12上にエッ
チング防止膜13を形成する。パッド酸化膜12はエッ
チング防止膜13が半導体基板10に形成される時、半
導体基板10に与えられるストレスを緩和させるバッフ
ァ(buffer)層として作用し、エッチング防止膜13は
トレンチを形成する後続工程でエッチングマスクとして
使用される。パッド酸化膜12は、例えば熱酸化膜で形
成され、20から200Åの厚さで形成される。エッチ
ング防止膜13は、例えばシリコン窒化膜又はポリシリ
コン膜で形成され、500から2000Åの厚さで形成
される。ここで、エッチング防止膜13としてポリシリ
コン膜を形成する場合、ポリシリコン膜上にHTO膜
(図示しない)を追加して形成するのが望ましい。これ
は後続工程でトレンチを形成する間、ポリシリコン膜が
エッチングされるのを防止するためである。
防止膜13上にフォトレジスト膜を形成した後、パター
ニングしてトレンチ領域を定義するフォトレジストパタ
ーン15を形成する。フォトレジストパターン15をエ
ッチングマスクとして使用して、半導体基板10の所定
領域が露出するようにエッチング防止膜13及びパッド
酸化膜12を順次エッチングする。そうすると、パッド
酸化膜パターン12a及びエッチング防止膜パターン1
3aが順次積層されたエッチングマスクパターン16が
形成される。フォトレジストパターン15を酸素プラズ
マアッシング(O2 plasma ashing)工程によって除去す
る。
マスクパターン16をエッチングマスクとして使用して
露出した半導体基板10を乾式エッチングして、トレン
チ17を形成する。トレンチ17を形成する時、半導体
基板10に加えられたエッチング損傷を治癒するために
トレンチ17の内側壁及び底部に酸化膜19を形成す
る。酸化膜19は、例えば熱酸化膜又はCVD(chemic
al vapor deposition)酸化膜で形成され、20から2
00Åの厚さで形成される。この時、CVD酸化膜によ
り形成する場合、CVD酸化膜を形成した後、別度の熱
処理工程を実施する。
続の熱工程によってトレンチ17の内壁がさらに酸化さ
れるのを防止するための酸化防止膜20であるシリコン
窒化膜を形成する。又、酸化防止膜20上に酸化防止膜
20を保護するためのキャッピング膜21、例えばCV
D酸化膜を形成するのが望ましい。キャッピング膜21
はトレンチ内部を充填する絶縁膜を形成する後続工程で
酸化防止膜20が損傷されるのを防止する。より詳細に
は、トレンチ内部をHDP酸化膜で充填する場合、アル
ゴンによるエッチングから酸化防止膜20を保護する。
又、HDP酸化膜の代わりにUSG膜を形成する場合、
USG膜の蒸着特性を改善するためにトレンチ17が形
成された結果物の全面をプラズマ処理し、この時キャッ
ピング膜21はプラズマによって酸化防止膜20が損傷
されるのを防止する。酸化防止膜20及びキャッピング
膜21は各々20から300Åの厚さで形成される。
形成された結果物の全面にトレンチ17の内部に充填さ
れるように絶縁膜23を形成する。絶縁膜23はトレン
チ17内部をボイド(void)なしに充填できるようにギ
ャップフィリング(gap filling)特性が優れた絶縁
膜、例えばHDP酸化膜又はUSG膜で形成する。
する工程を実施する。この時、物質層24は後続工程と
して実施される平坦化エッチング工程を容易にするよう
に平坦化特性が優れた膜で形成する。又、物質層24は
絶縁膜23によって半導体基板10に与えられるストレ
スを緩和することができるストレス特性を有する膜で形
成するのが望ましい。これに加え、物質層24は絶縁膜
23の高密度化が実施されるのに十分な高温、望ましく
は500℃以上の高温で蒸着される膜で形成する。その
結果、物質層24を形成する間、絶縁膜23の高密度化
が同時に実施されるので、別度の高密度化工程を省略で
きる。
G膜、ポリシリコン膜及び非晶質シリコン膜のうちいず
れか1つで形成する。より詳細には、HTO膜は700
から800℃の温度でSiH4気体及びO2気体を使用す
るCVD工程によって形成し、高温USG膜は500℃
程度の温度でTEOSを使用するCVD工程によって形
成する。又、ポリシリコンG膜は600から700℃の
温度で、非晶質シリコン膜は500から600℃の温度
でSiH4気体を使用するCVD工程によって形成す
る。
ーン16が露出されるように物質層24及び絶縁膜23
をCMP(chemical mechanical polishing)工程で平
坦化エッチングしてトレンチ内部を充填する素子分離膜
パターン23aを形成する。
ーン16を湿式エッチングによって除去すると、トレン
チ素子分離膜23bが完成される。この時、エッチング
防止膜パターン13aがシリコン窒化膜である場合、エ
ッチング防止膜パターン13aはリン酸溶液を使用して
エッチングする。そして、パッド酸化膜パターン12a
はフッ酸溶液を使用してエッチングする。
内部に絶縁膜23を充填した後、物質層24を積層する
工程で絶縁膜23の高密度化が実施されるので、別度の
高温高密度化工程なしに湿式エッチング率が低いトレン
チ素子分離膜23bを形成することができる。
て形成されたトレンチ素子分離膜、または本発明によっ
て形成されたトレンチ素子分離膜のプロファイルを示す
SEM(scanning electron microscopy)写真である。
ンチ素子分離膜のプロファイルのSEM写真を示す図で
ある。トレンチを形成した後、酸素周囲で850℃で熱
処理してトレンチ内側壁及び底に110Åの熱酸化膜を
形成する。熱酸化膜上にCVD工程によって55Åの窒
化膜を形成し、窒化膜上に100ÅのCVD酸化膜を形
成する。以降、トレンチ内部を充填するHDP酸化膜を
5500Åの厚さで形成し、HDP酸化膜上に2000
Å程度のPTEOS膜を形成した後、1050℃で1時
間の間、熱処理して高密度化工程を実施する。図10は
本発明の上記実施例によって形成されたトレンチ素子分
離膜のプロファイルのSEM写真を示す図である。図9
と同一の方法によって、トレンチ内壁に熱酸化膜、窒化
膜及びCVD酸化膜を順次に形成した後、トレンチ内部
を充填するHDP酸化膜を5500Åの厚さで形成し、
HDP酸化膜上に780℃の温度でHTO酸化膜を形成
している。
工程を省略した本実施例によって形成されたトレンチ素
子分離膜のプロファイル(図10)が、従来技術に従っ
て高密度化工程を実施して形成されたトレンチ素子分離
膜のプロファイル(図9)とほぼ類似である。言い換え
れば、本実施例によると、別度の高密度化工程を実施し
なくても、エッチングマスクパターンを除去するとき、
素子分離膜の端が過度にリセスされるのを防止できる。
縁膜上に高温で形成される物質層を積層して物質層が形
成される間、絶縁膜が高密度化されるようにすることに
よって、別度の高密度化工程を省略できる。従って、工
程を単純化させ、生産性を向上させる。
密度化工程を省略するので、半導体基板に与えられるス
トレスが減少され、素子の信頼性を向上させることがで
きる。
の手順を説明するための断面図である。
の手順を説明するための断面図である。
の手順を説明するための断面図である。
の手順を説明するための断面図である。
の手順を説明するための断面図である。
の手順を説明するための断面図である。
の手順を説明するための断面図である。
の手順を説明するための断面図である。
膜のプロファイルのSEM写真を示す模式図である。
法によって形成されたトレンチ素子分離膜のプロファイ
ルのSEM写真を示す模式図である。
Claims (12)
- 【請求項1】 半導体基板上に前記半導体基板の所定領
域が露出するエッチングマスクパターンを形成する段階
と、 前記エッチングマスクパターンをエッチングマスクとし
て使用し、前記半導体基板の露出した部位をエッチング
してトレンチを形成する段階と、 前記トレンチが形成された半導体基板の全面に前記トレ
ンチの内部に充填される絶縁膜を形成する段階と、 前記絶縁膜の上に500℃以上の温度で形成される物質
層を積層する段階と、 前記エッチングマスクパターンが露出するように前記物
質層及び前記絶縁膜を平坦化エッチングして前記トレン
チの内部に素子分離膜パターンを形成する段階と、 露出した前記エッチングマスクパターンを除去する段階
とを含むことを特徴とするトレンチ素子分離方法。 - 【請求項2】 前記絶縁膜はHDP酸化膜又はUSG膜
で形成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。 - 【請求項3】 前記物質層はHTO膜、高温USG膜、
ポリシリコン膜及び非晶質シリコン膜のうち、いずれか
1つで形成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。 - 【請求項4】 前記エッチングマスクパターンを形成す
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エッチング防止膜を形成する段階
と、 前記エッチング防止膜及び前記パッド酸化膜をパターニ
ングして前記半導体基板の所定領域を露出させる段階と
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。 - 【請求項5】 前記パッド酸化膜は厚さが20から20
0Åで形成されることを特徴とする請求項4に記載のト
レンチ素子分離方法。 - 【請求項6】 前記エッチング防止膜はシリコン窒化膜
で形成し、その厚さは500から2000Åであること
を特徴とする請求項4に記載のトレンチ素子分離方法。 - 【請求項7】 前記エッチング防止膜はポリシリコン膜
とHTO膜を積層して形成することを特徴とする請求項
4に記載のトレンチ素子分離方法。 - 【請求項8】 前記絶縁膜を形成する前に、 前記トレンチの内側壁及び底部に酸化膜を形成する段階
と、 前記酸化膜上に酸化防止膜を形成する段階とをさらに含
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。 - 【請求項9】 前記酸化膜は熱酸化膜又はCVD酸化膜
で形成し、その厚さは20から300Åであることを特
徴とする請求項8に記載のトレンチ素子分離方法。 - 【請求項10】 前記酸化防止膜はシリコン窒化膜で形
成し、その厚さは20から300Åであることを特徴と
する請求項8に記載のトレンチ素子分離方法。 - 【請求項11】 前記酸化防止膜と前記絶縁膜との間に
キャッピング膜を形成する段階をさらに含むことを特徴
とする請求項8に記載のトレンチ素子分離方法。 - 【請求項12】 前記キャッピング膜はCVD酸化膜で
形成し、その厚さは20から300Åであることを特徴
とする請求項11に記載のトレンチ素子分離方法。
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