(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に第１絶縁層及び第２絶縁層を順に形成する工程と、
前記第２絶縁層を所望の形状にパタニングする工程と、
パタニングされた前記第２絶縁層の下部においてアンダ−カット部が形成されるように前記第１絶縁層を蝕刻する工程と、
前記半導体基板の全面に第１導電層を形成し、パターニングされた前記第２絶縁層の下部に形成された前記アンダ−カット部を埋め立てる工程と、
前記第１導電層のうち前記アンダ−カット部の埋め立て部を残すように前記第１導電層を酸化して第３絶縁層を形成する工程と、
前記第３絶縁層を蝕刻して、パタニングされた前記第２絶縁層を露出させる工程と、
パタニングされた前記第２絶縁層を取り除いて、前記埋め立て部における前記第１導電層及び蝕刻後の前記第１絶縁層を露出させる工程と、
蝕刻後の前記第１絶縁層及び蝕刻後の前記第３絶縁層を蝕刻マスクとして、前記埋め立て部における前記第１導電層及び前記半導体基板を連続して蝕刻してトレンチを形成する工程と、
前記半導体基板の全面に第４絶縁層を形成して前記トレンチを埋め立てる工程と、
を具備することを特徴とする半導体装置の素子分離方法。
【請求項２】
前記第１導電層は、前記第１絶縁層の厚さの２分の１以上の厚さで形成す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方法。
【請求項３】
前記第１絶縁層はシリコン酸化膜で構成し、前記第２絶縁層はシリコン窒化膜で構成す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方法。
【請求項４】
前記第１導電層は、ポリシリコン膜で構成す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方法。
【請求項５】
前記第１絶縁層及び前記第３絶縁層の蝕刻は、湿式蝕刻又は化学乾式蝕刻方法より行う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方法。
【請求項６】
前記トレンチを埋め立てる工程の後、前記第４絶縁層及び前記第１絶縁層をパタニングして、前記半導体基板のアクティブ領域を形成すべき部分を露出させる工程をさらに具備す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方法。
【請求項７】
前記第４絶縁層は、シリコン酸化膜及び窒化膜の中から選択された少なくとも１つであ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方法。
【請求項８】
前記トレンチは、前記アクティブ領域を取り囲むように形成されることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の素子分離方法。
【請求項９】
前記トレンチは、複数の前記アクティブ領域の一部についてのみ形成されることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の素子分離方法。
【請求項１０】
前記トレンチは、縦又は横方向に配置され、隣接する２つの前記トレンチ間に少なくとも２つ以上のアクティブ領域が含まれるように形成されることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の素子分離方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の素子分離方法に係り、特に狭い幅のトレンチの形成によりアクティブ領域を限定する半導体装置の素子分離方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造に関して、集積度を高めるために多くの努力が行われている。狭い面積で多数の素子を集積するためには、素子を分離するための領域、即ち、素子分離領域（フィ−ルド領域）を最小化する必要がある。現在の素子分離方法は、シリコン窒化膜を用いて酸化膜を局部的に形成する方法（ＬＯＣＯＳ方法：局部酸化法）と、シリコン基板を食刻するトレンチ形成方法とに大別される。
【０００３】
前記局部酸化法は、簡単且つ経済的であるが、集積度の向上に伴って写真工程の解像度の限界に近付きつつあり、現在以上の微細パタ−ンの形成は困難である。また、バ−ズビ−クの発生により有効アクティブ領域が減少するという問題がある。
【０００４】
この方法に対して、トレンチを用いるアクティブ領域の形成方法は、バ−ズビ−クが発生せず有効アクティブ領域が増加するため、素子の集積度を向上させることができる。しかしながら、トレンチを用いるアアクティブ領域の形成方法にもやはり写真工程の限界がある。即ち、トレンチの形成のためのフォトレジストパタ−ンは、写真工程の解像度により制限されるため、一定幅以上の素子分離領域を必要とする。さらに、トレンチの形成による素子分離は、アクティブ領域間の漏れ電流を防止するため、結局はトレンチ形成方法と局部酸化法の両方を必要とし、これにより素子分離領域がさらに大きくなる。
【０００５】
図１は、従来技術に係るトレンチ形成方法と局部酸化法とを用い、半導体基板において素子分離領域により限定されたアクティブ領域を示した平面図であり、図２は図１のＤ−Ｄ′における断面図である。
【０００６】
図１及び図２に示すように、半導体基板の領域は、トレンチ領域１０、アクティブ領域１２及びフィ−ルド酸化膜の形成されるフィ−ルド領域１３に大別され、アクティブ領域１２間にトレンチ領域１０が形成されている。トレンチ領域１０の内部には、充填物質１４が埋め立てられている。この充填物質１４としては、ポリシリコンまたはシリコン酸化物が使用される。アクティブ領域１２を限定するフィ−ルド領域の最小幅Ａは、トレンチ領域１０からアクティブ領域１２までの離隔距離Ｃの２倍と、トレンチ領域１０の幅Ｂとの和である。従って、フィ−ルド領域の最小幅Ａを縮めるためには、トレンチ領域１０の幅を縮める必要があるが、これは写真工程の解像度の限界により大きく制約される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、写真工程の解像度による最小幅に満たないような狭い幅を有するトレンチを形成することにより、高集積化に有利な半導体装置の素子分離方法を提供するにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成すために、本発明に係る半導体装置の素子分離方法は、半導体基板上に第１絶縁層及び第２絶縁層を順次に形成する工程と、前記第２絶縁層を望む形状にパタニングする工程と、前記パタニングされた第２絶縁層の下部にアンダ−カットされるように前記第１絶縁層を食刻する工程と、前記基板の全面に第１導電層を形成して前記第２絶縁層の下部に形成されたアンダ−カット部位を埋め立てる工程と、前記第２絶縁層の下部のアンダ−カットに埋め立てられた第１導電層を残すように第１導電層を酸化して第３絶縁層を形成する工程と、前記第３絶縁層を食刻して前記パタニングされた第２絶縁層を露出させる工程と、前記パタニングされた第２絶縁層を取り除いて前記酸化されない第１導電層と前記食刻された第１絶縁層を大気中に露出させる工程と、前記食刻された第１絶縁層と前記第３絶縁層を食刻マスクとして前記酸化されない第１導電層と前記半導体基板を連続に食刻してトレンチを形成する工程と、前記基板の全面に第４絶縁層を形成して前記トレンチを埋め立てる工程とを具備することを特徴とする。
【０００９】
前記第１導電層の厚さは、前記第１絶縁層の厚さの略２分の１以上で形成する。前記第１絶縁層と第２絶縁層は、それぞれシリコン酸化膜及びシリコン窒化膜より構成することができ、前記第１導電層は、ポリシリコン膜より構成することができ、前記第４絶縁層は、シリコン酸化膜及び窒化膜の中から選択された少なくとも一つより構成し得る。
【００１０】
前記トレンチを埋め立てる工程の後、前記第４絶縁層と第１絶縁層をパタニングしてアクティブ領域の形成される半導体基板の所定部分を露出させる工程をさらに具備しても良い。
【００１１】
本発明に係る他の半導体装置の素子分離方法は、半導体基板に複数のトレンチ及びフィ−ルド絶縁膜を形成して互いに離隔された複数のアクティブ領域を限定させる半導体装置の素子分離方法において、前記トレンチを前記アクティブ領域を取り囲むように形成することを特徴とする。前記トレンチは前記アクティブ領域の一部についてのみ形成しても良い。
【００１２】
また、本発明に係る他の半導体装置の素子分離方法は、半導体基板に複数のトレンチ及びフィ−ルド絶縁膜を形成して互いに離隔された複数のアクティブ領域を限定させる半導体装置の素子分離方法において、前記トレンチを、行又は列方向に少なくとも２つ以上のアクティブ領域を含むように形成することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づき本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１４】
図３乃至図５は、本発明の素子分離方法に基づいて、半導体基板において素子分離領域により限定したアクティブ領域を示した平面図である。
【００１５】
図３において、半導体基板には、トレンチ領域２０、アクティブ領域２２及びフィ−ルド酸化膜の形成されるフィ−ルド領域２４が形成されている。トレンチ領域２０は、アクティブ領域２２の外形を所定幅だけ太らせた形状を有する。図３に示した半導体装置は、隣接する２つのトレンチ領域２０の間の最小間隔Ｇが狭いため写真工程のマ−ジンが小さい。これは写真工程において使用されるパタ−ンの単位セルにおける場合と同様である。その結果、図３に示した半導体装置は、パタ−ンの形成は容易である、写真工程のマ−シンが小さいという欠点がある。
【００１６】
図４及び図５は、この問題を解決した半導体装置の平面図であり、同図のようなアクティブ領域の構成にすることにより、写真工程のマ−ジンを大きくすることができる。
【００１７】
図４に示した半導体装置において、トレンチ領域２０ａは、図３に示したトレンチ領域２０の形状と同一であるが、アクティブ領域２２の全ての周囲には形成されず、交互に形成されている。すなわち、図４に示したトレンチ領域２０ａは、アクティブ領域２２に最も近接した部分（例えば、Ｈ−Ｈ′）の間に形成されている。この構成により、効果的にアクティブ領域２２を限定することができる。これは、トレンチ領域２０ａが形成されていないフィ−ルド領域（例えば、Ｉ−Ｉ′間の領域）により分離されたアクティブ領域２２の間隔が相対的に大きいため、トレンチ領域２０ａを含まないフィ−ルド酸化膜が形成されているフィ−ルド領域２４のみにより、漏れ電流が発生しないように素子を分離することができる。
【００１８】
また、図５に示した半導体装置において、アクティブ領域２２の間を縫うように縦（行）方向に形成されたトレンチ領域領域２０ｂは、全てのアクティブ領域２２を横方向に分離する。図５に示したトレンチ領域２０ｂは、図４の例と同様に、隣接した２つのアクティブ領域２２が最も近接した部分（例えば、Ｊ−Ｊ′）に形成されている。この構成により、効果的にアクティブ領域を限定することができる。これは、トレンチ領域２０ｂが形成されていないフィ−ルド領域（例えば、Ｋ−Ｋ′間の領域）により分離されたアクティブ領域２２の間隔が相対的に大きいため、トレンチ領域２０ｂを含まないフィ−ルド酸化膜が形成されているフィ−ルド領域２４のみにより、漏れ電流が発生しないように素子を分離することができる。
【００１９】
図４及び図５に示したアクティブ領域の形成方法に拠れば、図３に示したアクティブ領域の形成方法に比し、写真工程のマ−シンが大きいアクティブ領域を形成することができる。換言すると、図３の例においては、アクティブ領域間に２重にトレンチが形成されているが、図４及び図５の例においては、１つのトレンチ領域のみが形成されるため、写真工程のマ−ジンが大きい。
【００２０】
図６乃至図１１は、図３乃至図５に示したアクティブ領域を形成する過程を示す断面図である。具体的には、図６乃至図１１は、図３のＥ−Ｅ′における半導体の断面を示している。
【００２１】
図６は、第１絶縁層３２及び第２絶縁層３４を形成する工程を示す。具体的には、先ず、半導体基板３０上に第１絶縁層３２を形成する。第１絶縁層３２の材料としては、シリコン酸化膜を用いることができ、その厚さは、通常の局部酸化方法に用いられる緩衝シリコン酸化膜程度、例えば１００Å乃至５００Å程度で十分である。次いで、第１絶縁層３２上に、例えばシリコン窒化膜を１０００Å乃至２５００Åの厚さで形成した後、パタニングして第２絶縁層３４を形成する。第２絶縁層３４は、写真食刻工程でフォトレジストパタ−ンを形成した後、これをマスクとして食刻して完成する。
【００２２】
図７は、第１絶縁層３２を食刻した後に、第１導電層３６を形成する工程を示す。先ず、第１絶縁層３２を湿式食刻または化学乾式食刻方法で等方性食刻して、第２絶縁層３４の下部までアンダ−カットされた第１絶縁層３２ａを形成する。この際、第１絶縁層３２は、２００Å乃至２０００Å程度でアンダ−カットされる。アンダ−カットの程度は、後の工程で形成されるトレンチの幅を決定する。次いで、基板３０の全面に第１導電層３６を形成する。第１導電層３６は、ポリシリコン層であり、その厚さは、第１絶縁層３２の厚さの略２分の１以上で良い。この結果、第２絶縁層３４の下部には第１導電層３６が埋め立てられ、アンダ−カットが過剰な場合には、空洞ができる可能性もあるが、本発明の目的を達成する上で支障はない。
【００２３】
図８は、第３絶縁層３８を形成する工程を示す。具体的には、先ず、第１導電層３６を酸化させて第３絶縁層３８を形成する。この際、第１導電層３６の酸化量を調節して外部に露出された部分の第１導電層３６を酸化させ、第２絶縁層３４の下部のアンダ−カットに埋没された第１導電層３６ａは酸化しない様にする。第３絶縁層３８の厚さは、少なくとも第１導電層３６を酸化した厚さと第１絶縁層３２の厚さとの和以上とする。
【００２４】
図９は、第３絶縁層３８の食刻及び第２絶縁層３４の蝕刻工程を示す。先ず、第３絶縁層３８を湿式食刻又は化学乾式食刻方法で等方性食刻して食刻された第３絶縁層３８ａを形成する。この際、第３絶縁層３８を食刻する厚さは、第２絶縁層３４の上部と側面に形成された第３絶縁層３８が食刻される程度、即ち、基板の上部に形成された第３絶縁層３８の厚さが、少なくとも第１絶縁層３２の厚さ以上となる程度とする。次いで、第２絶縁層３４を取り除く。第２絶縁層３４の除去は、燐酸の含まれた食刻溶液より行われる。第２絶縁層３４を取り除けば、食刻された第３絶縁層３８ａ、第１絶縁層３２ａ及び酸化されない第１導電層３６ａが基板上に露出される。
【００２５】
図１０は、トレンチ領域４０を形成する工程を示す。具体的には、先ず、食刻された第３絶縁層３８ａと第１絶縁層３２ａとを食刻マスクとして、酸化されていない第１導電層３６ａと基板３０を連続して食刻する。酸化されていない第１導電層３６ａと基板３０とは、双方ともシリコン材質であるため、連続的な食刻が可能である。この際、形成されるトレンチ領域４０の幅は、酸化されていない第１導電層３６ａの幅となり、食刻される深さは任意に調節し得るが、素子の分離に使用する場合は、通常の接合の深さの３乃至４倍程度で十分である。
【００２６】
図１１は、第４絶縁層４２及びアクティブ領域４４を形成する工程を示す。先ず、基板の全面に対して、例えばシリコン酸化膜を化学気相蒸着法により形成してトレンチの内部を埋め立て、写真食刻工程によりアクティブ領域となる部分の前記シリコン酸化膜と第１絶縁層３２ａを連続して食刻して、アクティブ領域４４を露出させた第４絶縁層４２と第１絶縁層３２ｂを形成する。この際、シリコン酸化膜と第１絶縁層３２ａを湿式食刻方法で等方性食刻すれば、第４絶縁層４２の上部のエッジが丸くなって後続工程に有利である。
【００２７】
図１２は、図８のＦ部分を拡大した透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真である。具体的には、図１２は、１５００Åの厚さの第２絶縁層３４の下部において、２４０Åの厚さの第１絶縁層３２ａに１５００Å程度のアンダ−カットができるように食刻した状態を示している。さらに、第１導電層３６を１５００Å程度の厚さで形成し、４０００Å程度の厚さまで酸化して第３絶縁層３８を形成した場合においても、第２絶縁層３４の下部に酸化されていない第１導電層３６ａが存在することが確認できる。ここで、第１導電層３６の酸化は、３５００Å程度で十分であるが、過度な酸化後にも第２絶縁層３４の下部に酸化されない第１導電層３６ａが存在することを確認するために、図１２には、過度に酸化された例を示している。
【００２８】
図１３は、図１０の工程の後のトレンチの断面を撮影した走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真であり、図１４Ａ及び図１４Ｂは、図１０の工程の後のトレンチの表面を撮影した走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真てある。
【００２９】
具体的には、図１３及び図１４は、幅が５０ｎｍ、深さが３０００Å程度のトレンチ領域４０が形成されたことを示している。一般に、ｉ線露光装置において形成可能な最小トレンチ幅が３０００Å程度であることを勘案すれば、本発明によるトレンチの線幅は、既存の写真工程による限界を著しく縮めたことが理解される。
【００３０】
本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的な思想の中で種々の変形が可能である。
【００３１】
【発明の効果】
本発明に拠れば、通常の通常の写真食刻工程により形成されるトレンチに比べ、幅が著しく狭いトレンチを形成し得る。この狭い幅のトレンチをアクティブ領域の分離に用いることにより、アクティブ領域の分離に要する領域を大幅に縮めることができ、集積度を向上することができる。
【００３２】
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の技術により、半導体基板において素子分離領域より限定されたアクティブ領域を示した平面図である。
【図２】図１の半導体基板のＤ−Ｄ′における断面図である。
【図３】本発明の素子分離方法に基づいて、半導体基板において素子分離領域により限定したアクティブ領域を示した平面図である。
【図４】本発明の素子分離方法に基づいて、半導体基板において素子分離領域により限定したアクティブ領域を示した平面図である。
【図５】本発明の素子分離方法に基づいて、半導体基板において素子分離領域により限定したアクティブ領域を示した平面図である。
【図６】図３乃至図５のアクティブ領域を形成する過程を示した断面図である。
【図７】図３乃至図５のアクティブ領域を形成する過程を示した断面図である。
【図８】図３乃至図５のアクティブ領域を形成する過程を示した断面図である。
【図９】図３乃至図５のアクティブ領域を形成する過程を示した断面図である。
【図１０】図３乃至図５のアクティブ領域を形成する過程を示した断面図である。
【図１１】図３乃至図５のアクティブ領域を形成する過程を示した断面図である。
【図１２】図８のＦ部分を拡大したＴＥＭ写真である。
【図１３】図１０に示す工程の後のトレンチの断面を撮影したＳＥＭ写真である。
【図１４】図１０に示す工程の後のトレンチの表面を撮影したＳＥＭ写真である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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