JPH05218189A - トレンチ単離方法 - Google Patents
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Abstract
形成し、メサ領域にFETを形成する方法を開示するこ
と。 【構成】 この方法はシリコン基板に第1酸化物層10
4、第1非ドープポリシリコン層106及びエッチング
停止層を形成することを含む。次に基板のエッチングに
よって単離トレンチ108とメサ領域110とを画定す
る。第2酸化物層を形成して単離トレンチを満たし、引
き続いて第2酸化物層をエッチングして、メサ領域上の
第2層酸化物を除去して、第1ポリシリコン層を露出さ
せる。この方法はさらに露出第1ポリシリコン層上に導
電性にドープされた第2ポリシリコン層を形成し、この
後の工程において第1ポリシリコン層を第2ポリシリコ
ン層によってオートドープする。第1及び第2ポリシリ
コン層をパターン化及びエッチングして、メサ領域にF
ETゲートを画定し、第1ポリシリコン層の下方の第1
酸化物層をゲート酸化物として利用する。
Description
る電界効果形トランジスタの改良単離方法に関する。
タ(MOSFET)は通常のシリコン基板内に製造され
るが、これらは相互から電気的に単離されなければなら
ない。次に、これらを相互連絡して特定の回路形状を形
成することができる。
われる、すなわちそれらのソース基板とドレン基板のp
n接合が逆バイアスに維持される限り、ドレン電流はソ
ースからの電流のみに依存してゲート下のチャンネルか
ら出る。しかし、MOSトランジスタの相互連絡に用い
られる金属ストリップは寄生MOSトランジスタのゲー
トを形成し、それらの下方の酸化物がゲート酸化物を形
成する。それ故、MOSFETを単離するために、電界
領域のチャンネルの形成を阻止することが必要である。
これを達成するための1方法は比較的厚いフィールド酸
化物層を用いることである。しかしデバイスの寸法は収
縮するので、このフィールド酸化物形成方法の性質はよ
り小さい単離デバイスの形成を阻害する。
く「単離トレンチ」を用いると、隣接デバイスを単離し
ながらより高度の集積が可能になる。電子デバイス、典
型的にはFETは酸化物充填「トレンチ」によって分離
した「メサ」上に形成される。図1〜7は酸化物トレン
チ形成の典型的な先行技術工程とその結果得られる構造
体とを示す。
と呼ばれる第1酸化物層10をシリコン基板12の頂部
に形成する。次に、窒化物層14をパッド酸化物層10
上に加える。パッド酸化物層10はシリコン基板12と
窒化物層14との間の応力移動を吸収する。窒化物層1
4は、以下で説明するように、引き続いての平面化エッ
チング中のエッチング停止体として作用する。窒化物層
14上に酸化物層16も加える。パッド酸化物層10、
窒化物層14及び酸化物層16の目的と機能は以下でよ
り詳しく説明する。
加え、パターン化し、必要に応じてエッチング化学物質
を適当な順番でエッチング工程を実施して、単離トレン
チ18とメサ領域20を画定する。トレンチ18は比較
的深い(1ミクロン以上)ので、結局はシリコン基板1
2の長時間のエッチングがメサ領域20上のフォトレジ
スト(図示せず)を除去する。シリコン基板12のエッ
チングに用いられる化学物質は酸化物に対して高度に選
択的であるので、酸化物層16は窒化物層14に対する
損傷を阻止するための第2エッチング停止体として作用
する。従って、酸化物層16は任意であり、深いトレン
チをエッチングする場合にのみ典型的に用いられる。
16を除去する。この時点において、トレンチの底部及
び側壁からエッチング損傷を除去するために、軽度の酸
化もしばしば行われる。
2を基板12頂上に加える。単離酸化物層22は少なく
とも窒化物層14のレベルに単離トレンチ18を満たす
ほど充分に厚い。単離酸化物層22は平面化エッチング
技術と、エッチング停止体としての窒化物層14とを用
いて単離酸化物層22を続いてエッチングする(図
4)。次に窒化物層14を除去して(図5)、メサ領域
20頂上にパッド酸化物層10のみを残す。平面化エッ
チング中は、残留酸化物の高さが基板12の高さと少な
くとも同じ高さであることを保証しながら、下方の窒化
物層14を露出させるために充分な単離層酸化物を除去
するように注意しなければならない。他方では、好まし
くない寄生トランジスタがトレンチの側壁に形成され
る。
注入(implanting)をパッド酸化物層10を
通して実施する。パッド酸化物層10は典型的に窒化物
エッチングと次の注入中に損傷を受けるので、引き続い
てゲート酸化物として用いることができない。それ故、
これは除去する。パッド酸化物層10を除去するために
実施するエッチングは、図6に示すように、単離酸化物
層22の小部分をも除去する。ゲート酸化物層26(図
7)とポリシリコン層とを加え、マスクを施し、エッチ
ングして、FETゲート28を形成する。最後に、ソー
ス及びドレインの領域24を形成して、FETの製造を
完成する。
成果を挙げながらも、多少効率が悪い。特に、パッド酸
化物層10の除去と引き続いてゲート酸化物層26の再
付加とが必要であることは不必要な反復を生ずる。
チ単離技術を用いる電界効果形トランジスタの単離方法
は次の工程:基板上に第1酸化物層を形成する工程;第
1酸化物層上に第1厚さまでに第1ポリシリコン層を形
成する工程;基板をエッチングして、単離トレンチと、
第1ポリシリコン層からのポリシリコンを含むメサ領域
とを画定する工程;単離トレンチを満たすために充分で
ある厚さまで基板頂上に第2酸化物層を形成する工程;
第2酸化物層をエッチングして、メサ領域上の第2層酸
化物を除去する工程;メサ領域頂上のポリシリコン層を
露出させる工程;及び第1ポリシリコン層をパターン化
及びエッチングしてメサ領域にFETゲートを画定し、
第1ポリシリコン層の下方の第1酸化物層をゲート酸化
物として用いる工程を含む。
態様を添付図面を参照しながら説明する。
る半導体基板内に単離トレンチとメサ領域とを形成し、
メサ領域にFETを形成する1方法を説明する。シリコ
ン基板は図8−13において一般に参照数字102によ
って表す。最初に図8では、基板102上に第1酸化物
層又はパッド酸化物層104、好ましくはSiO2を形
成する。パッド酸化物層104はこの後の処理工程によ
って生ずる応力を吸収する目的を有するが、結局は基板
102上に形成されるFETに対するゲート酸化物をも
形成する。それ故、パッド酸化物層104はゲート酸化
物としてのその使用に適した厚さ、好ましくは約75〜
400Åの厚さを有する。当技術分野の現況では約15
0〜200Åゲート酸化物厚さが最も好ましい。
い第1ポリシリコン層106を形成する。第1ポリシリ
コン層106はこの後の処理中にパッド酸化物層104
を保護する。例えば、第1ポリシリコン層106はパッ
ド酸化物層104をしきい値電圧インプラント、フォト
レジスト付加及びエッチングの各工程から導入される汚
染物質から保護する。第1ポリシリコン層106によっ
て与えられる保護のために、パッド酸化物層104は結
局FETゲート酸化物を形成することができる。第1ポ
リシリコン層106自体は結局FETゲートの一部とな
るが、この時点において第1ポリシリコン層106はド
ープされる必要がない。第1ポリシリコン層106は以
下に述べるようにこの後の工程中にオートドープする。
のFETゲートしきい値注入を可能にするために充分に
小さい厚さまで加えられる。このような注入はこの後の
工程で実施されて、基板102上に形成されるFETに
対するゲートチャネル領域を形成する。このようなしき
い値注入を可能にするために、ポリシリコン層106は
好ましくは約200〜1000Åの厚さを有し、最も好
ましくは約300〜500Åの厚さを有する。
て、単離トレンチ108とメサ領域110とを画定す
る。メサ領域110は第1ポリシリコン層106からの
ポリシリコン並びに第1酸化物層104からの酸化物を
含む。1例として、単離トレンチ108のエッチングは
(1)フォトレジストの添加とパターン化;(2)ポリ
シリコン層106の異方性エッチング;(3)酸化物層
104の異方性エッチング;及び(4)好ましい深さ、
約6000Åまでの基板102の異方性エッチングを含
む。
ずるトレンチ108の底部と側壁に対する損傷を修復す
るために、単離トレンチ108の軽度酸化を典型的に実
施する。
単離酸化物層112、好ましくはSiO2を単離トレン
チ108を満たすために充分である厚さまで形成する
(図10)。メサ領域110上の単離酸化物層112の
一部を除去するためにエッチングを実施し(図11)、
それによってメサ領域110頂上の第1ポリシリコン層
106をエッチングの結果として露出させる。このエッ
チングの実施は単離トレンチ108上方のこのような酸
化物をも通常は第1ポリシリコン層106の頂部より下
のレベルまで除去する。上記プロフィルを達成するため
の1例のエッチングは本質的な平面を形成するためのフ
ォトレジストの付加と、本質的に同じ速度でフォトレジ
ストと酸化物とを除去するようなエッチングとを含む。
従って、フォトレジストがメサ領域110上から除去さ
れるときに、レジストが単離トレンチ108上にまだ残
留する。エッチングを続けると、上記メサ領域110か
ら酸化物112が除去され、同じ速度で単離トレンチ1
08上からフォトレジストが除去される。全ての酸化物
112がメサ領域110上から除去されるまでエッチン
グをこのようにして続けると、図11に示すように、酸
化物112によって充填される単離トレンチ108が残
される。
リシリコン層106とパッド酸化物層104とを通して
実施して、メサ領域110上のFETゲートが形成され
る部分におけるFETしきい値電圧を調節する。上述し
たように、パッド酸化物層104は充分に薄く、このよ
うなしきい値注入を可能にする。1例として、400Å
厚さの第1ポリシリコン層106と180Å厚さのパッ
ド酸化物層104とを通してのゲートしきい値注入は、
100keVのエネルギーにおける2×1012原子/c
m2の線量でのBF2インプラントを含む。
頂上の露出第1ポリシリコン層106上に並びに単離酸
化物層112上に第2ポリシリコン層114を形成す
る。第2ポリシリコン層114はFETゲートを形成す
るので、導電性にドープする。図13では、第1ポリシ
リコン層106下方のパッド酸化物層104をゲート酸
化物として利用しながら、第1及び第2ポリシリコン層
106と114の両方をパターン化及びエッチングし
て、メサ領域110にFETゲートを画定する。パッド
酸化物層104を通して基板102にFETのソース領
域及びドレイン領域116を形成する。第1ポリシリコ
ン層106をドープするために、第1及び第2ポリシリ
コン層106と114の温度を充分に(すなわち800
℃より高温に)上昇させて、第2ポリシリコン層114
から第1ポリシリコン層106をオートドープする。
及びメサ領域のFETの代替え形成方法を説明する。こ
の方法は図8−13に示した方法に類似するので、対応
工程中に付着する同じ物質は同じ参照数字によって表す
が、図14−20では参照数字に接尾辞「a」を付け
る。
と第1ポリシリコン層106aを上記のように添加する
シリコン半導体基板102aを示す。さらに、第1ポリ
シリコン層106a上にこの後の単離酸化物層112a
(図14に図示せず)のエッチング中のエッチング停止
体として用いられるエッチング停止層120を添加す
る。エッチング停止層120は第1ポリシリコン層10
6a上に付加された100〜1000Åの厚さの窒化ケ
イ素から成ることが好ましい。さらに詳しくは、エッチ
ング停止層120の好ましい厚さは約500Åである。
第2エッチング停止層124、好ましくはSiO2を窒
化物層120上に任意に添加する。第2エッチング停止
層124の機能は以下で説明する。
を添加し、パターン化し、必要に応じて適当な順序での
エッチング化学物質を用いてエッチング工程を実施し
て、単離トレンチ108aとメサ領域110aを画定す
る。メサ領域110aは第ポリシリコン層106aから
のポリシリコン並びにパッド酸化物層104aからの酸
化物を含む。このエッチングは発明の従来の技術の項で
先行技術に関して既述した対応エッチングに類似する。
えば1ミクロンより深い場合に、シリコン基板102a
の長時間のエッチングは結局メサ領域110a上のフォ
トレジスト(図示せず)を除去する。シリコン基板10
2aをエッチングするために用いられる化学物質は酸化
物に対して非常に選択的であるので、第2エッチング停
止層124(酸化物)は窒化物層120に対する損傷を
防止する。第2エッチング停止層124はこのように任
意であり、深いトレンチをエッチングする場合にのみ典
型的に用いられる。用いる場合には、トレンチのエッチ
ング後に第2エッチング停止層124を除去することが
好ましい。
aの側壁と底部に対する損傷を修復するために、単離ト
レンチ108aの軽度酸化をしばしば実施する 次に、第2又は単離酸化物112aを形成し(図1
6)、平面化エッチング技術を用いてエッチングしてメ
サ領域110a上から全ての酸化物を除去する(図1
7)。窒化物エッチング停止層120をこのエッチング
中のエッチング停止体として用いる。次に、窒化物層1
20を除去して(図18)、メサ領域110a頂上の第
1ポリシリコン層106aを露出させる。1例として、
このような平面化エッチングは化学的機械的研磨を含む
ことができる。このような研磨は窒化物エッチング停止
層120に対して選択的であり、本質的に窒化物エッチ
ング停止層120の頂部によっても平面トポロジーを形
成する。
コン層106aが平面化後のトレンチ108a中に残留
する酸化物に付加的な高さを与え、このようにしてあま
りに多くの酸化物を除去することによるトレンチ側壁上
の寄生(parasitic)トランジスタ形成の可能
性を減ずることに注意すること。
ースの孔を図11に関して既述したように形成する。図
19と20に説明するような、この後の工程は図12と
13に関連して述べた工程に同じである。
両方において先行技術方法を凌駕する利点を有する。こ
のような利点には、他の方法ではパッド酸化物層の除去
と次のゲート酸化物層の添加とのために必要である処理
工程の省略がある。すなわち、薄い第1ポリシリコン層
はトレンチ酸化物に高さを加え、トレンチ側壁上の寄生
トランジスタ形成の可能性を減ずる。さらに、薄い第1
ポリシリコン層は下方のゲート酸化物を例えばゲートし
きい値注入、フォトレジスト付加及びエッチングのよう
な、種々な処理工程中の汚染物質から保護する。
処理工程における半導体ウェファの一部の概略断面図で
ある。
明した工程に続く、先行技術処理工程における半導体ウ
ェファの概略断面図である。
明した工程に続く、先行技術処理工程における半導体ウ
ェファの概略断面図である。
明した工程に続く、先行技術処理工程における半導体ウ
ェファの概略断面図である。
明した工程に続く、先行技術処理工程における半導体ウ
ェファの概略断面図である。
明した工程に続く、先行技術処理工程における半導体ウ
ェファの概略断面図である。
明した工程に続く、先行技術処理工程における半導体ウ
ェファの概略断面図である。
導体ウェファの概略断面図である。
説明した工程に続く、処理工程における半導体ウェファ
の概略断面図である。
て説明した工程に続く、処理工程における半導体ウェフ
ァの概略断面図である。
って説明した工程に続く、処理工程における半導体ウェ
ファの概略断面図である。
って説明した工程に続く、処理工程における半導体ウェ
ファの概略断面図である。
って説明した工程に続く、処理工程における半導体ウェ
ファの概略断面図である。
ける半導体ウェファの一部の概略断面図である。
って説明した工程に続く、処理工程における半導体ウェ
ファの概略断面図である。
って説明した工程に続く、処理工程における半導体ウェ
ファの概略断面図である
平面化エッチング技術を用いたエッチング工程を説明す
る。
リシリコン層を露出させる工程を説明する。
す。
す。
Claims (20)
- 【請求項1】 基板内に単離トレンチとメサ領域を形成
し、メサ領域にFETを形成する方法において、次の工
程:基板上に第1酸化物層を形成する工程;第1酸化物
層上に第1厚さまでに第1ポリシリコン層を形成する工
程;基板をエッチングして、単離トレンチと、第1ポリ
シリコン層からのポリシリコンを含むメサ領域とを画定
する工程;単離トレンチを満たすために充分である厚さ
まで基板頂上に第2酸化物層を形成する工程;第2酸化
物層をエッチングして、メサ領域上の第2酸化物層を除
去する工程;メサ領域頂上で第1ポリシリコン層を露出
させる工程;露出第1ポリシリコン層上に導電性にドー
プされた第2ポリシリコン層を形成する工程;及び第1
及び第2ポリシリコン層をパターン化及びエッチングし
てメサ領域にFETゲートを画定し、第1ポリシリコン
層の下方の第1酸化物層をゲート酸化物として用いる工
程を含む方法。 - 【請求項2】 第1ポリシリコン層上にエッチング停止
層を加え、第2酸化物層のエッチング中にエッチング停
止体としてエッチング停止層を用いることをさらに含む
請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 第1ポリシリコン層上に窒化物層を加
え、第2酸化物層のエッチング中にエッチング停止体と
してこの窒化物層を用いることをさらに含む請求項1記
載の方法。 - 【請求項4】 第1ポリシリコン層上に窒化物層を加
え、窒化物層上に酸化物の第2エッチング停止層を加
え、第2酸化物層のエッチング中にエッチング停止体と
して窒化物層を用いることをさらに含む請求項1記載の
方法。 - 【請求項5】 第1ポリシリコン層の第1厚さが約20
0〜1000Åの範囲内である請求項1記載の方法。 - 【請求項6】 第1ポリシリコン層の第1厚さが約30
0〜500Åの範囲内である請求項1記載の方法。 - 【請求項7】 第1ポリシリコン層と第1酸化物層とを
通してゲートしきい値インプラントを実施してFETし
きい値電圧を調節すること、及び第1ポリシリコン層の
第1厚さがこのようなしきい値インプラントを可能にす
るほど充分に小さいことをさらに含む請求項1記載の方
法。 - 【請求項8】 第2ポリシリコン層から第1ポリシリコ
ン層をオートドープさせるために、第1及び第2ポリシ
リコン層の温度を充分に上昇させることをさらに含む請
求項1記載の方法。 - 【請求項9】 第1酸化物層が約75〜400Åの範囲
内の厚さを有する請求項1記載の方法。 - 【請求項10】 第1酸化物層が約150〜200Åの
範囲内の厚さを有する請求項1記載の方法。 - 【請求項11】 第1酸化物層を通して基板内にFET
のソース領域とドレイン領域とを形成することをさらに
含む請求項1記載の方法。 - 【請求項12】 基板内に単離トレンチとメサ領域を形
成し、メサ領域にFETを形成する方法において、次の
工程:基板上にパッド酸化物層を形成する工程;パッド
酸化物層上に第1厚さまでに第1ポリシリコン層を形成
する工程;第1ポリシリコン層上に窒化物層を加える工
程;基板をエッチングして、単離トレンチと、第1ポリ
シリコン層からのポリシリコンを含むメサ領域とを画定
する工程;単離トレンチを満たすために充分である厚さ
まで基板頂上に単離酸化物層を形成する工程;単離酸化
物層をエッチングして、メサ領域上の単離酸化物を除去
して、窒化物層を単離酸化物層エッチングのためのエッ
チング停止体として用いる工程;窒化層をエッチングし
てメサ領域上の第1ポリシリコン層を露出させる工程;
ゲートしきい値インプラントを可能にするために充分小
さい厚さを有する第1ポリシリコン層とパッド酸化物層
とを通してゲートしきい値インプラントを実施してFE
Tしきい値電圧を調節する工程;露出第1ポリシリコン
層上に導電性にドープされた第2ポリシリコン層を形成
する工程;及び第1及び第2ポリシリコン層をパターン
化及びエッチングしてメサ領域にFETゲートを画定
し、第1ポリシリコン層の下方のパッド酸化物層をゲー
ト酸化物として用いる工程を含む方法。 - 【請求項13】 第1ポリシリコン層の第1厚さが約2
00〜1000Åの範囲内である請求項12記載の方
法。 - 【請求項14】 第1ポリシリコン層の第1厚さが約3
00〜500Åの範囲内である請求項12記載の方法。 - 【請求項15】 パッド酸化物層が約75〜400Åの
範囲内の厚さを有する請求項12記載の方法。 - 【請求項16】 パッド酸化物層が約150〜200Å
の範囲内の厚さを有する請求項12記載の方法。 - 【請求項17】 窒化物層上に酸化物の第2エッチング
停止層を加えることをさらに含む請求項12記載の方
法。 - 【請求項18】 第2ポリシリコン層から第1ポリシリ
コン層をオートドープするために第1及び第2ポリシリ
コン層の温度を充分に上昇させることをさらに含む請求
項12記載の方法。 - 【請求項19】 パッド酸化物層を通して基板内にFE
Tのソース領域とドレイン領域とを形成することをさら
に含む請求項12記載の方法。 - 【請求項20】 基板内に単離トレンチとメサ領域を形
成し、メサ領域にFETを形成する方法において、次の
工程:基板上に約75オングストローム〜400オング
ストロームの範囲内の厚さを有するパッド酸化物層を形
成する工程;パッド酸化物層上に約200オングストロ
ーム〜1000オングストロームの範囲内の厚さを有す
る第1ポリシリコン層を形成する工程;第1ポリシリコ
ン層上に窒化物層を加える工程;窒化物層上に酸化物の
第2エッチング停止層を加える工程;基板をエッチング
して、単離トレンチと、第1ポリシリコン層からのポリ
シリコンを含むメサ領域とを画定する工程;単離トレン
チを満たすために充分である厚さまで基板頂上に単離酸
化物層を形成する工程;窒化物層をエッチング停止体と
して用いて、単離酸化物層と第2エッチング停止層とを
エッチングして、メサ領域上の酸化物を除去する工程;
窒化物層を除去して、メサ領域頂上の第1ポリシリコン
層を露出させる工程;第1ポリシリコン層とパッド酸化
物層とを通してゲートしきい値インプラントを実施して
FETしきい値電圧を調節する工程;露出第1ポリシリ
コン層上に導電性にドープされた第2ポリシリコン層を
形成する工程;第2ポリシリコン層から第1ポリシリコ
ン層をオートドープするために第1及び第2ポリシリコ
ン層の温度を上昇させる工程;第1及び第2ポリシリコ
ン層をパターン化及びエッチングしてメサ領域にFET
ゲートを画定し、第1ポリシリコン層の下方のパッド酸
化物層をゲート酸化物として用いる工程;及びパッド酸
化物層を通して基板中にFETのソース領域とドレイン
領域を形成する工程;を含む方法。
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