(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部の幅が０．２５μｍ又はそれ以下、そして、アスペクト比が２５又はそれ以上であるような、細長く延びたトレンチをキャパシタとして用いる半導体デバイスを製造する方法で、
（ａ）基板内部のトレンチを定義するための側壁を有するような、長く延びたトレンチを前記基板内に形成する段階と、
（ｂ）第１の誘電材料を使用して第１の誘電フィラー層を形成し、前記トレンチを満たす段階と、
（ｃ）事前に決定した深さまで前記第１の誘電フィラー層をエッチングし、前記事前に決定した深さより上の前記側壁上部を露出させる段階と、
（ｄ）前記第１の誘電材料よりもエッチング速度が遅いような第２の誘電材料を使用し、側壁保護膜を形成する段階と、
（ｅ）選択エッチングにより、前記側壁保護膜をその場に残したまま前記第１の誘電材料を除去し、前記側壁の下部を露出させる段階と、
（ｆ）前記側壁保護膜をマスクとして使用し、前記側壁上部が前記側壁保護膜で保護されている一方で、前記側壁下部を酸化反応させ、前記側壁下部が続くエッチング工程で除去できるようにする段階と、及び
（ｇ）酸化された前記側壁下部を除去し、下部において改善された側壁表面を有するようなボトル型のトレンチを形成する段階と、
を含有するようなボトル型トレンチの形成方法。
【請求項２】
前記第１の誘電材料は酸化物で、前記第１の誘電フィラー層は酸化物フィラー層であり、前記第２の誘電材料は窒化物であり、前記酸化反応は熱酸化反応であるような、請求項１に記載のボトル型トレンチの形成方法。
【請求項３】
前記側壁保護膜は、
（ａ）ＣＶＤ工程により、前記側壁表面の上部、及び前記酸化物フィラー層の頂部に窒化物層を堆積させる段階と、並びに
（ｂ）異方性エッチングにより、前記窒化物層から前記側壁保護膜を形成する段階と、
を含有する工程を使用して形成されるような、請求項２に記載のボトル型トレンチの形成方法。
【請求項４】
前記側壁保護膜を形成するための工程は、前記窒化物層を堆積させるに先立ち、前記側壁の上部及び前記酸化物フィラー層の頂部に薄い酸化物層を形成する段階を更に含有するような、請求項３に記載のボトル型トレンチの形成方法。
【請求項５】
（ａ）前記基板の活動域内に前記長く延びたトレンチを形成する段階と、並びに
（ｂ）（i）前記側壁表面上に誘電層を形成する段階と、及び
（ii）前記長く延びたトレンチを満たす導電フィラー層を堆積させ、前記トレンチがキャパシタとして機能するようにする段階と、
を含有するような、請求項１に記載のボトル型トレンチの形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディープトレンチ（ｄｅｅｐ  ｔｒｅｎｃｈ）タイプのキャパシタを少なくとも１つ有するような、インプルーブドサブミクロン（ｉｍｐｒｏｖｅｄ  ｓｕｂ−ｍｉｃｒｏｎ）及び／又はディープサブミクロンの半導体デバイス、並びに前記ディープトレンチ構造を形成する方法に関するものである。さらに詳しくは、本発明は、前記ディープトレンチの直径、又はより一般的には周若しくは断面積を拡大することにより、前記ディープトレンチの側壁周に形成されたキャパシタの表面積、ひいては容量を増加させる方法に関するものである。本発明は、０．２０μｍ、０．１８μｍ、又は現在開発中のより小さい幾何学的技術を使用したＤＲＡＭｓ（ダイナミックランダムアクセスメモリ）又はその他半導体デバイスの製造に、最も有効である。本発明で開示する方法は、トレンチ側壁の直径を正確且つ柔軟に拡大することができるため、臨界寸法が０．１５μｍ及び０．１３μｍであるような、二世代先のＤＲＡＭにも応用することが可能である。
【０００２】
【従来の技術】
キャパシタは一般に、一対の導電板（ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  ｐｌａｔｅｓ）、及び該導電板に挟まれた絶縁層より成り、エレクトロニクスにおける最も基本的な構成部品の一つである。同様なことが、マイクロエレクトロニクスについても言える。単位面積当たりに搭載する回路部品の集積化が進む現趨勢では、一回路部品当たりの占有表面積を減らす技術の開発が、大きく望まれている。その結果、基板表面の平面から垂直に延びる大面積キャパシタに代表される構造を形成するための、ディープトレンチ技術が開発された。また、キャパシタを、基板表面の平面に平行に配置されるような、冠タイプのスタックド構造に形成することも可能である。
【０００３】
キャパシタのキャパシタンスは、次の周知の式により決定される。
【０００４】
Ｃ＝ＫＡ／ｔ
ここで、Ｃはキャパシタンス、Ｋは絶縁体の比誘電率、Ａは導電板のオーバーレイの面積、そしてｔは誘電層の厚さである。
【０００５】
一般に、ディープトレンチキャパシタは、ディープトレンチの側壁上に形成された誘電層を備えて成り、該誘電層は、高密度にドーピングされた埋め込み板（第１の導電板を構成）と、高密度にドーピングされ且つ前記ディープトレンチを満たすように形成されたポリフィル（ｐｏｌｙ  ｆｉｌｌ）（第２の導電板を構成）とに取り囲まれている。上述した式からわかるように、前記ディープトレンチキャパシタのキャパシタンスは、前記トレンチ側壁の総面積により決定され、該総面積は、前記ディープトレンチの直径、とりわけ周の大きさにより決定される。
【０００６】
半導体製造技術がディープサブミクロンの次元へと移行するに伴い、ディープトレンチキャパシタの現行の製造技術が不充分であるとの認識が強まった。ディープサブミクロンの半導体デバイスでは、ディープトレンチのアスペクト比が３５：１又はそれ以上となる。現行の製造技術を使用した場合、図１に示されるように、トレンチの直径（又は幅又は周）はその深さとともに小さくなっていく。このような断面積の漸減は、トレンチ側壁の総面積、ひいてはこのディープトレンチキャパシタのキャパシタンスを明らかに減少させる。この問題は、臨界寸法が０．１５μｍ又はそれ以下のＵＬＳＩ製造技術の世代に移行するに伴い、ますます深刻になると予想される。
【０００７】
文献「０．２２８μｍ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｃｅｌｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  ｗｉｔｈ  Ｂｏｔｔｌｅ−Ｓｈａｐｅｄ  Ｃａｐａｃｉｔｏｒ  ｆｏｒ  １Ｇｂｉｔ  ＤＲＡＭｓ（Ｔ．Ｏｚａｋｉ，ｅｔ  ａｌ，ＩＥＤＭ，９５，ＰＰ６６１−６６４（１９９５））」において、該文献の著者らは、ディープトレンチの直径を拡大する方法を開示した。該方法は、（１）選択酸化（ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）により、トレンチ上部に８０ｎｍの環状酸化膜を形成する段階と、（２）酸化マスクの除去、及び自然酸化膜の除去などを含むキャパシタ工程を実施し、その間に前記環状酸化膜の厚さを５０ｎｍまで減少させる段階と、並びに（３）リンをｉｎ−ｓｉｔｕドーピングしたポリシリコンを堆積させ、電気炉アニール技術により、キャパシタ部位（電極板，ｐｌａｔｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）のトレンチ側壁にリンをドーピングする段階と、を含有する。前記環状酸化膜は、トレンチ上部へのリンのドーピングを防ぐほか、前記電極板とトランスファートランジスタ（ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）とを電気的に隔離することもできる。前記ポリシリコンは、ケミカルドライエッチング（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｄｒｙ  ｅｔｃｈｉｎｇ）により除去することができ、これと同時に前記環状酸化膜下のトレンチの直径を拡大することもできる。前記文献の著者らは、この方法によりトレンチの直径が３０％拡大され、よってボトル型のディープトレンチが形成された、と報告している。
【０００８】
上述した技術、及び関連のその他技術に共通する欠点は、シリコン、及びリンがドーピングされたポリシリコンに対するエッチング速度の違いを利用し、トレンチ直径の拡大を図っている点にある。一般に、リンがドーピングされたポリシリコンに対するエッチング速度は、ドーピングされていないシリコンに対する速度の２倍に過ぎない。さらに、アニール工程ではリンイオンがシリコン部位に隣接し、エッチング選択比を一層小さくすることから、明確な境界を得ることが困難となる。よって、上述したＯｚａｋｉらによる工程では、より小さい幾何学的技術に応用するに足る精度を提供することができない。
【０００９】
上述したＯｚａｋｉらによる工程のもう１つの欠点は、リンのドーピング及びそれに続くエッチング工程において、ディープトレンチの首部分を保護するため、比較的厚い（少なくとも８００Åの）環状酸化膜を必要とする点にある。ディープトレンチの底部を広げるためのエッチング工程が終了した後も、この環状酸化膜は残ったままである。このように、比較的厚い環状酸化膜をディープトレンチの側壁に成長させる必要があるため、ディープトレンチの縮小可能寸法を一層制限することになる。
【００１０】
上述したＯｚａｋｉらによる工程は、米国特許第５，８４９，６３８号に採り入れられている。該特許は、ディープトレンチの側壁面積をさらに拡大させる方法を開示した。該特許で開示された方法は、（１）第１のトレンチのため、一定角度でディープトレンチマスクを開く工程と、（２）ウェハー（ｗａｆｅｒ）がイオン源に対して１〜１６度傾いている状態で、ＲＩＢＥ（反応性イオンビームエッチング）によりトレンチをエッチングする段階と、（３）第２のトレンチのため、一定角度で前記ディープトレンチマスクを開く段階と、（４）ウェハーが反対方向に１〜１５度傾いている状態で、ＲＩＢＥにより前記トレンチをエッチングする段階と、（５）環状酸化膜を形成する段階と、及び（６）ＣＤＥ（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｄｏｗｎ−ｓｔｒｅａｍ  ｅｔｃｈｉｎｇ）工程を実施し、前記トレンチのサイズを等方的に拡大させる段階と、を含有する。このうち、段階（５）及び（６）では、上述したＯｚａｋｉらによる工程、即ち環状酸化膜を形成し、該環状酸化膜で覆われていない部分の側壁全体をエッチングする、という工程を採り入れている。このため、Ｏｚａｋｉらによる技術を採り入れた当該特許による方法では、ディープサブミクロンの次元に応用できるに足る精度を得ることができない。
【００１１】
その他にも、ディープトレンチキャパシタの製造方法を取り上げた公知技術は数多くあり、例えば、米国特許第５，０６４，７７７号、第５，１６８，３３６号、第５，３１０，２８９号、第５，３４８，７５８号、第５，５２５，５３１号、第５，５３６，６７５号、第５，６１４，４３１号、第５，６２７，０９２号、第５，６４６，０６３号、第５，６５６，５３５号、第５，６７４，７６９号、第５，８０７，７６１号、第５，８２８，０９４号、第５，８３１，３０１号、及び第５，８３７，５７５号などが挙げられる。しかしながら、これら公知技術のなかには、ディープサブミクロンの次元に必要な精度でもって、ディープトレンチの側壁表面を選択的に拡大できるような方法を開示したものは存在しない。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の主な目的は、改善された側壁表面を有し、且つ４０ｐＦ又はそれ以上のキャパシタンスを有するような、ディープサブミクロンのディープトレンチキャパシタを製造する方法、及び該方法を採り入れた工程により半導体デバイスを製造する方法、を開発することにある。さらに詳しくは、本発明の主な目的は、ドーピングされたポリシリコンとドーピングされていないシリコンに対するエッチング速度の差を利用する公知技術よりも精度の優れた工程でもって、ディープトレンチの側壁表面を拡大するような方法を開発することにある。本発明による方法によれば、ディープサブミクロンの半導体デバイスに特有の、トレンチ開口部の実質的な縮小及びアスペクト比の増大などが原因で、トレンチ下部の側壁の直径が先細りを呈するような状態において、トレンチ側壁の表面を最適且つ効果的に拡大させることが可能となる。
【００１３】
言いかえれば、本発明は、ＤＲＡＭｓ製造時に垂直に配置されるキャパシタの形成時にしばしば見られる、ディープトレンチの上部と下部の間に生じる実質的な直径の不一致という問題点を解決することを目的とする。このような直径の不一致は、ディープサブミクロンの半導体デバイスでは一層明確になり、トレンチの直径が上部から底部にかけて大きな割合で先細る状態が観察される。ドーピングされたポリシリコンとドーピングされていないシリコンに対するエッチング速度の差を利用してトレンチ側壁の直径を拡大させるという、上述したＯｚａｋｉらの方法と異なり、本発明による方法では、トレンチの幅を最適位置において急激に拡大させることが可能である。上述したＯｚａｋｉらの方法を使用した場合、トレンチ側壁の直径の拡大が３０％未満に制限されるうえ、トレンチ側壁に厚い環状酸化膜を形成することにより、リンをｉｎ−ｓｉｔｕドーピングされたポリシリコンがシリコン側壁下で形成されるのを保護する必要がある。一方、本発明による方法を使用した場合、トレンチ側壁の直径を５０％又はそれ以上に拡大することが可能となり、しかも環状酸化膜を必要としない。そのうえ、本発明による方法を使用すれば、より明確に改善された境界を有したボトル型のディープトレンチを形成することが可能となる。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
簡単に言うと、本発明で開示する方法にはリンの拡散が不要であるため、トレンチ側壁の表面を最適な方法で改善することができる。本発明で開示する方法を使用すれば、トレンチ側壁の断面を変化させることができる。この時、トレンチ側壁の上部が影響を受けない一方、上部よりも直径の小さかった側壁下部は、１００％又はそれ以上に直径を拡大することができる。また、ボトル型ディープトレンチを形成するために側壁を選択エッチングする段階においては、側壁内部に環状酸化膜を形成する必要がないことから、一部分の拡大のために他の側壁表面を犠牲にする必要がなくなる。
【００１５】
本発明による方法は、ディープトレンチ（即ち垂直に配置された）キャパシタの製造に最も適しているが、その他様々に応用することが可能である。ディープトレンチキャパシタの製造工程に採り入れた場合、本発明による方法は、次の各段階を含有する。
（１）基板の活動（即ち導電）域にディープトレンチを形成する。本発明は、得られる相対的利益から見ると、トレンチの直径又は幅が０．２５μｍ未満、アスペクト比が３０を超える場合において、最も有効である。
（２）前記ディープトレンチを、例えば酸化物に代表される誘電材料で満たす。
（３）前記誘電材料を、事前に決定した深さまでエッチングする。
（４）例えば熱酸化工程により、前記トレンチの側壁表面の、前記トレンチを満たす前記誘電材料の上に、応力緩和のための薄い酸化物層を形成する。
（５）前記薄い酸化物層を覆うように、窒化物層を形成する。前記薄い酸化物層により、前記窒化物層と前記シリコン側壁との間に必要な接着力が提供される。
（６）異方性エッチングにより、前記窒化物層から窒化物の側壁保護膜を形成する。
（７）選択ウェットエッチングにより、前記誘電材料を除去し、前記窒化物の側壁保護膜より下にある前記トレンチの側壁を露出させる。
（８）前記窒化物の側壁保護膜をマスクとして使用し、前記窒化物の側壁保護膜より下にある前記トレンチ側壁の裏側の基板を、事前に決定した侵入域まで熱酸化させる。
（９）酸化された前記シリコン側壁及び前記窒化物の側壁保護膜を、同時又は別々に除去する。
【００１６】
前記窒化物の側壁保護膜は、優れた漏れ防止機能を有するため、前記ディープトレンチ内に残しておくことが望ましい。本発明の有する主な利点の１つに、酸化物及びシリコンに対して選択性の非常に高いエッチングシステム（１０００対１）を使用でき、よって明確な境界（横方向に前記ディープトレンチの側壁に侵入する）を形成できる、という点が挙げられる。この利点により、本発明の工程では、より高い精度でディープサブミクロンのボトル型トレンチを形成することが可能となる。
【００１７】
洗浄段階に続き、誘電層、及び高密度にドーピングされたフィラーポリシリコン層を、前記側壁表面に堆積させることにより、ディープトレンチキャパシタの製造が完了する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の上述及びその他の目的、特徴、及び長所をいっそう明瞭にするため、以下に好ましい実施の形態を挙げ、図を参照にしつつさらに詳しく説明する。
【００１９】
本発明は、改善された側壁表面を有するディープトレンチ構造の形成方法を開示する。本発明で開示する方法の最も直接的な応用方法は、ＤＲＡＭｓなどの、臨界寸法が０．２０μｍ又はそれ以下、及びアスペクト比が３５又はそれ以上の半導体デバイスに使用する、垂直方向に細長く延びたキャパシタを製造することである。この条件の下では、トレンチ底部におけるその直径は、トレンチ開口部における直径の実質５０％以下に減少する。そこで、本発明による方法を使用すれば、トレンチ開口部の直径を実質的に不変に保ちながら、トレンチ底部の直径を２倍又はそれ以上に拡大することができる。本発明による方法には、リンを拡散させる段階や、比較的分厚い環状酸化膜の使用が不要であるため、エッチング選択性及びエッチング速度が最適なエッチング組成物を、非常に柔軟に選択することが可能となる。
【００２０】
したがって、本発明による方法を使用して得られるディープトレンチ構造は、以下の特徴を有する。
（ａ）開口部の幅（又は臨界寸法）が０．２５μｍ又はそれ以下、そしてアスペクト比が２５又はそれ以上であるような、細長く延びたトレンチが、基板内に形成されている。
（ｂ）細長く延びたトレンチが、事前に決定した深さを境に上部と下部とに区別されるような側壁を有する。
（ｃ）事前に決定した、側壁が下部から上部に延びる深さの辺りで、トレンチの幅が急激に拡大している。
（ｄ）側壁上部が、環状酸化膜を含有しない。
【００２１】
細長く延びたトレンチの開口部の幅が０．２０μｍ又はそれ以下、そしてアスペクト比が３５又はそれ以上の場合に、側壁表面の改善効果が最も明瞭となる。側壁の上部と下部とを隔てる事前に決定した深さは、基板の表面から約１．０μｍの距離にあることが好ましく、前記分界点付近のトレンチ下部の側壁幅は、隣接する上部側壁の幅より、少なくとも３０％、できれば５０％拡大されていることが好ましい。
【００２２】
前記トレンチ開口部は、円形、ひし形、楕円形、又はその他不規則な幾何形状をとることが可能である。ひし形の場合、「幅」とは短辺を指し、楕円形の場合、「直径」とは短軸を指す。前記トレンチ開口部があらゆる幾何形状をとることも可能なことから、本発明で言う「直径」及び「幅」という呼び方は、選択する幾何形状に応じて互換可能に使用されるが、実際に選択された形状に合わせて随時その意味を調整するべきである。即ち、「幅（又は直径）が拡大した」とは、その幾何形状の周が拡大したことを一般に意味する。
【００２３】
本発明の好ましい実施の形態によれば、ボトル型のディープトレンチ構造は、以下の手順で形成することができる。
（１）基板内にディープトレンチを形成する。
（２）第１の誘電材料で前記ディープトレンチを満たし、第１の誘電フィラー層を形成する。前記第１の誘電材料は、酸化物であることが好ましい。
（３）前記第１の誘電フィラー層を、事前に決定した深さまでエッチングする。
（４）前記トレンチ開口部から前記事前に決定した深さに至るような側壁保護膜を、第２の誘電材料から形成する。
（５）選択エッチングにより、前記第１の誘電フィラー層を除去する。
（６）前記側壁保護膜をマスクとして使用し、前記ディープトレンチの裏側に位置する前記基板を、第２の事前に決定した深さまで、エッチングにより除去するか又は化学的に変質させる。
（７）前段階においてエッチングにより除去しなかった場合は、前記化学的に変質した基板を、さらにエッチングにより除去する。
（８）エッチングにより前記側壁保護膜を除去し、側壁表面全体を露出させる。
【００２４】
本発明の好ましい実施の形態によれば、前記側壁保護膜は、以下の手順を含む工程により形成することができる。
（ａ）前記トレンチ側壁の、前記第１の誘電フィラー層の上且つ前記トレンチ周囲の表面上に、薄い誘電パッド層を形成する。
（ｂ）前記誘電パッド層を覆うように、第２の誘電層を形成する。
（ｃ）異方性エッチングにより、前記第２の誘電層から側壁保護膜を形成する。
【００２５】
垂直方向に延びたキャパシタを形成するため、前記基板の活動域内に、前記ディープトレンチを形成する。そして、上述した各段階及び続く洗浄作業を完了した後、前記側壁保護膜上に誘電層を堆積させ、続いて高密度にドーピングされたポリシリコンを堆積させる。こうして、ディープトレンチキャパシタの製造工程が完了する。
【００２６】
次に、好ましい実施例を挙げ、本発明をさらに詳しく説明するが、これらの実施の形態及び実施例は、例示及び説明の目的で取り上げたものであり、本発明の範囲を特定したり限定したりするものではない。
実施例
図１〜９は、本発明の好ましい実施の形態を使用し、改善された側壁表面を有するディープトレンチを形成する方法のうち、主要各段階における状態を描いた縦断面図である。つぎに、これらの図をさらに詳しく説明する。
【００２７】
図１は、等方性ドライエッチングにより、基板１００内にディープトレンチ１３０を形成した状態を描いた縦断面図であり、その頂部には、厚さ約５０Åの非常に薄いパッド酸化物層１２０、及び厚さ約２０００Åの比較的厚い窒化物層１４０が形成されている。詳しく言えば、前記パッド酸化物層１２０及び窒化物層１４０が、パッド層１１０を構成している状態である。本実施例では、開口部が０．２μｍ及び長さが７．５μｍのトレンチを例にとる。現行の異方性エッチング技術では、ディープサブミクロンの半導体デバイスの製造における、小さいトレンチ開口部及び大きいアスペクト比という条件下での限界性が原因で、前記トレンチの幅は、頂部の０．２μｍから底部の約０．１μｍに向けて先細る。前記パッド酸化物層１２０はシリコン酸化物層でよく、熱酸化成長により形成される。前記窒化物層１４０はＳｉＮ層でよく、反応物としてＳｉＨ２Ｃｌ２及びＮＨ３を使用した低圧ＣＶＤにより形成される。前記窒化物層１４０は、続く酸化エッチング工程においてエッチングマスクとして使用することができる。前記トレンチは、異方性ドライエッチングにより形成することができ、例えば、ＣＨＦ３などの弗化炭素ガス（ｃａｒｂｏｎ  ｆｌｕｏｒｉｄｅ  ｇａｓ）を主要エッチング剤とした反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）工程などが挙げられる。
【００２８】
図２は、ウェハーの表面にフィラー酸化物を堆積させ、前記トレンチを満たすフィラー酸化物層１６０を形成した状態を描いた縦断面図である。ついで、図３に示されるように、ウェット酸化物エッチング（ｗｅｔ  ｏｘｉｄｅ  ｅｔｃｈ）又はドライエッチングにより、前記フィラー酸化物層１６０を、事前に決定した深さ１６０’までエッチバックする。この深さは、本発明で形成するボトル型トレンチのしきい値を表わす。この段階において、続いて選択エッチングにより形成される窒化物の側壁保護膜に比べ、エッチング速度が速いようなフィラー酸化物を選択する必要がある。前記フィラー酸化物層１６０はシリコン酸化物層でよく、高密度プラズマＣＶＤ（ＨＤＰＣＶＤ）により形成される。前記フィラーシリコン酸化物層１６０は、緩衝弗化水素酸を使用したウェットエッチングによりエッチバックすることができる。弗化水素酸がシリコン酸化物と非常に速く反応する一方、前記シリコンベースの基板は影響を受けずに保つことができる。
【００２９】
次に、図４に示されるように、（熱）酸化により、前記ディープトレンチの側壁上に、前記事前に決定した深さ１６０’（即ち、前記フィラー酸化物層の上）まで、厚さ約５０Åの薄い垂直のパッド酸化物層１２０’を形成する。続いて、図５に示されるように、厚さ約２００Åの窒化物層１８０を、前記パッド酸化物層１２０’の表面上且つ前記フィラー酸化物層１６０の頂部に形成する。ただし、前記薄い垂直のパッド酸化物層１２０’の形成は任意であり、前記窒化物層１８０を最終的に前記トレンチ側壁から除去するのを容易にし、且つ前記窒化物層１８０と前記シリコン側壁の間の接着性を改善することを、その主な目的として形成されるものである。前記薄い垂直のパッド酸化物層１２０’は、Ｏｚａｋｉらが開示したキャパシタの環状酸化膜とは、構造的にも機能的にも異なる。後者は５００〜７００Åの厚さを有し、ボトル型トレンチ構造の完了後にもトレンチ側壁に残留するのに対し、前記パッド酸化物層は、熱酸化成長により形成される。前記窒化物層はＳｉＮ層でよく、反応物としてＳｉＨ２Ｃｌ２及びＮＨ３を使用した低圧ＣＶＤにより形成される。
【００３０】
図６は、異方性エッチング、一般にはドライエッチングにより、前記窒化物層１８０から窒化物の側壁保護膜１８０’が形成された状態を描いた縦断面図である。前記窒化物の側壁保護膜１８０’と前記フィラー酸化物層１６０とは、化学的特性ひいてはエッチング速度に差があるため、続く選択エッチングにより前記フィラー酸化物層１６０が、除去された結果、前記側壁保護膜１８０’下のトレンチ側壁の表面１５０が、再び露出する。この時の状態を描いた縦断面図が図７である。本発明による工程のもう１つの利点は、厚い窒化物層１４０が存在するため、前記側壁保護膜１８０’の長さの選択範囲が非常に広い点である。即ち、本発明による工程を使用すれば、前記側壁保護膜１８０’を非常に短く設計し、且つ前記トレンチ表面１５０にしっかりと固定することが可能となる。前記フィラー酸化物層１６０は、窒化物・シリコン酸化物間の選択性が非常に大きい緩衝弗化水素酸を使用してエッチングすることができる。
【００３１】
前記事前に決定した深さより下に位置する前記ディープトレンチの直径を拡大するため、本実施例では、トレンチ下部の側壁の裏側に位置する基板を化学的に変質させ、続くエッチングに備える。図８は、前記窒化物の側壁保護膜をマスクとして使用し、前記側壁保護膜下に位置する部分の基板を、影響を受けない部分の側壁表面から見て（事前に決定した）約１，０００Åの厚さまで熱酸化させた状態を描いた縦断面図である。この時、前記側壁保護膜で覆われた部分には酸化物が形成されない。酸化された領域の厚さは、トレンチ底部の表面積（即ち周）をどの程度まで拡大したいかによって決定される。前記酸化された基板及び前記側壁保護膜は、エッチャ−（ｅｔｃｈｅｒ）により同時又は別々に除去することができ、こうしてボトル型のディープトレンチが形成される。この時の縦断面図が図９である。本実施例では、先ずウェット工程により前記ディープトレンチ下部の酸化された領域を除去した後、熱リン酸を使用したウェットエッチングにより、前記窒化物の側壁保護膜を除去した。図９に示されるように、改善された側壁表面を有したディープトレンチは、トレンチ側壁に環状酸化膜を含有しないうえ、トレンチ側壁の直径が急激に拡大する。前記酸化された側壁の厚さの約半分、又は約５００Åが直径拡大の範囲である。
【００３２】
本発明の別の好ましい実施の形態では、前記窒化物の側壁保護膜１８０’を除去せず、前記ディープトレンチ上部に残留させ、前記酸化物１７０のみを緩衝弗化水素酸により除去する。この時の縦断面図が図１０である。この実施の形態には、キャパシタからの漏れを防げるという利点がある。
【００３３】
以上に好ましい実施例を開示したが、これらは、例示及び説明の目的で取り上げたものであり、本発明の範囲を特定したり限定したりするものではない。当該技術に熟知した者ならば誰でも、本発明の精神と領域を脱しない範囲内で各種の変動や潤色を加えられるべきであって、従って本発明の保護範囲は特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。
【００３４】
【発明の効果】
以上より、本発明による方法を使用すれば、トレンチ開口部の直径を実質的不変に保ちながら、トレンチ底部の直径を２倍又はそれ以上に拡大できることがわかる。本発明による方法には、リンを拡散させる段階や、比較的分厚い環状酸化膜の使用が不要であるため、エッチング選択性及びエッチング速度が最適なエッチング組成物を、非常に柔軟に選択することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】開口が０．２μｍ、長さが７．５μｍのトレンチを有した、従来のディープトレンチ構造の縦断面図である。
【図２】本発明の好ましい実施の形態の、第１段階における状態を描いた縦断面図である。ここでは、フィラー酸化物を堆積させ、トレンチを満たすフィラー酸化物層を形成している。
【図３】前記トレンチを満たす前記フィラー酸化物層を、事前に決定した深さまでエッチバックした状態を描いた縦断面図である。
【図４】前記ディープトレンチの側壁に、パッド酸化物層を形成した状態を描いた縦断面図である。
【図５】前記パッド酸化物層の表面上に、前記フィラー酸化物層の上まで窒化物層を形成した状態を描いた縦断面図である。
【図６】異方性エッチングにより、前記窒化物層から窒化物の側壁保護膜を形成した状態を描いた縦断面図である。
【図７】前記トレンチ内の前記窒化物の側壁保護膜を残し、選択エッチングにより前記フィラー酸化物層を除去した状態を描いた縦断面図である。
【図８】前記窒化物の側壁保護膜をマスクとして使用し、該保護膜より下に位置する前記基板を、事前に決定した厚さまで熱酸化させた状態を描いた縦断面図である。
【図９】前記窒化物の側壁保護膜、及び熱酸化を経た前記基板を除去した後に形成されたボトル型のディープトレンチが、事前に決定した深さより下で急激に拡大する側壁を有し、しかもトレンチ側壁に環状酸化膜を含有しないような状態を描いた縦断面図である。
【図１０】本発明のもう１つの好ましい実施の形態によるディープトレンチを描いた縦断面図である。ここでは、前記窒化物の側壁保護膜を除去せず、ディープトレンチの上部に残すことにより、ディープトレンチキャパシタの電流漏れを排除している。
【符号の説明】
１００    基板
１１０    パッド層
１２０    パッド酸化物層
１２０’  垂直のパッド酸化物層
１３０    ディープトレンチ
１４０    窒化物層
１５０    トレンチ側壁の表面
１６０    フィラー酸化物層
１６０’  事前に決定した深さ
１７０    酸化された基板
１８０    窒化物の側壁保護膜
【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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