(57)【要約】半導体デバイスのトレンチ絶縁構造において、酸化物ライナーがトレンチ２０６Ａ、２０６Ｂ内に形成され、酸化されないマスク２２１が様々な酸化ステップ中使用され、それによってライナー酸化物の相異なる形式、ひいてはコーナー部面取りの相異なる形式及び機械的ストレスを生成する。従って、回路エレメントの個別な形式について対応する絶縁トレンチ特性が調整され得、最適なデバイスパフォーマンスを実現する。
2006525652.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トレンチ絶縁構造を形成する方法であって、
基板に複数のトレンチ２０６Ａ、２０６Ｂを形成し、
前記複数のトレンチのうち少なくとも１つのトレンチ２０６Ａを酸素拡散バリア層２２１で覆い、
前記複数トレンチのうち少なくとも１つのトレンチ２０６Ａを前記酸素核酸バリア層２２１で覆う一方で、前記複数のトレンチのうちの１つあるいはそれ以上のトレンチ２０６Ｂの酸化性の内部表面部分上に熱酸化物２１０Ｂを選択的に形成する、
方法。
【請求項２】
前記複数トレンチを充てんするために熱酸化物を選択的に形成する前に前記基板上に絶縁層２０９をデポジットするステップを含む、
請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも一つのトレンチ２０６Ａを覆う前記酸素拡散バリア層２２１を除去し、
前記予め覆われたトレンチ２０６Ａの酸化可能な内部表面部分を熱的に酸化する、
請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記酸素拡散バリア層２２１を除去し、
前記第二酸化拡散バリア層によって覆われた前記少なくとも一つのトレンチ２０６Ｂのサイドウォールにおける更なる酸化物の成長を実質的に回避するために少なくとも前記１あるいはそれ以上のトレンチの１つを第二非酸化性マスク層で覆う、
請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記複数トレンチの前記１あるいはそれ以上の酸化性の内部表面部分上に熱的酸化物を選択的に形成する前に前記複数トレンチの少なくとも幾つかの酸化性の内部表面部分上に熱的酸化物を形成する、
請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記複数トレンチのうち前記１つあるいはそれ以上の酸化性の内部表面部分上に熱的酸化物を選択的に形成した後に前記複数トレンチの少なくとも幾つかの酸化性の内部表面部分上に熱的酸化物を形成する、
請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記複数のトレンチの前記１つあるいはそれ以上内に熱的酸化物を選択的に形成する前に前記複数トレンチの酸化性の内部表面部分上に熱的酸化物を形成し、誘電酸化材料で前記複数のトレンチを充てんすることを含む、
請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記複数トレンチを充てんした後で、かつ、前記複数トレンチの前記１つあるいはそれ以上に熱的酸化物を選択的に形成する前に、熱的酸化物を形成する、
請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記誘酸化層２０９の密度を高めるために不活性雰囲気における前記基板を熱処理する、
請求項２記載の方法。
【請求項１０】
前記酸化拡散バリア層２２１は、非酸化性材料を含む、
請求項１記載の方法。
【請求項１１】
前記非酸化性材料は、シリコン窒化物及びシリコンオキシナイトライドのうち少なくとも１つを含む、
請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記酸化拡散バリア層２２１は、酸化性材料を含む、
請求項１記載の方法。
【請求項１３】
前記酸化拡散バリア層２２１の膜厚は、前記熱酸化物の形成中、前記酸化性材料の完全な酸化を実質的に回避するために選択される、
請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
半導体デバイスにおけるトレンチ絶縁構造のコーナー部丸め度合いをコントロールするための方法であって、
絶縁材料２０９で充てんされた第一絶縁トレンチ２０６Ｂの内部表面部分を熱的に酸化し、犠牲酸素拡散バリア層２２１で絶縁材料で充てんされた第二の絶縁トレンチ２０６Ａを覆う、
方法。
【請求項１５】
前記第一トレンチ部分を熱的に酸化する前に第一及び第二トレンチ内に熱的酸化層を形成する、
請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記第一トレンチ部分を熱的に酸化した後、前記酸素拡散バリア層２２１を除去し、前記第一及び第二トレンチ内に熱的酸化層を形成する、
請求項１４記載の方法。
【請求項１７】
前記酸素拡散バリア層２２１を除去し、
前記第一トレンチを覆うために第二酸素拡散バリア層を形成し、且つ、
前記第二トレンチの表面部分を熱的に酸化する、
請求項１４記載の方法。
【請求項１８】
半導体材料に形成される複数トレンチ２０６Ａ、２０６Ｂを含み、各トレンチは上方コーナー部２０８Ａ、２０８Ｂを有し、
前記トレンチの各々の内部に充てんされる絶縁材料２０９を含み、
前記トレンチのうち少なくとも１つの前記上方コーナー部領域２０８Ａ、２０８Ｂの曲率半径が、前記残りのトレンチのうち１つあるいはそれ以上の曲率半径とは相異なる、
半導体デバイスのトレンチ絶縁構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、高性能の半導体デバイスにおいて、隣接する回路エレメントを互いから電気的に絶縁するため通常、利用されるトレンチ絶縁構造に関し、より具体的には、コーナー部の丸め（corner rounding）、いわゆる面取り及びその内部に生成される残留応力のようなトレンチ絶縁構造の特性の調整を可能にする技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、集積回路のようなマイクロ構造のパフォーマンスを改善が絶え間なく要求されており、この要求により、回路エレメントのフィーチャサイズを確実に小さくするにとどまらず、隣接する回路エレメントを互いから確実に電気的に絶縁する構造が求められている。回路エレメントのフィーチャサイズが縮小し、回路エレメントの数が増加するに伴い、絶縁構造製造に使用可能なチップ領域は減少する。大体１μｍ及びそれ以下のフィーチャサイズを備えた回路エレメントを有する集積回路に関して、ＬＯＣＯＳ構造（ＬＯＣＯＳ:local oxidation of silicon）のような十分に確立された絶縁構造は、好適には、必要スペースが小さくかつ比較的信頼度が高く、かつ、エレメントを囲む縦型トレンチの形成を要する絶縁構造回路によって置換されている。トレンチ絶縁構造によって占められるチップ領域がＬＯＣＯＳ構造と比較して減少することに加えて、前者の構造が、後続のフォトリソグラフィプロセスに実質的に平坦な表面を提供する。このことから、形状が大きく変化するＬＯＣＯＳ構造に比較すると、フォトリソグラフィプロセスの解像度を著しく改善する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
トレンチ絶縁構造を集積回路の製造プロセスに導入することはパッケージ密度の増加に伴いデバイス信頼度をかなり向上させるが、トレンチ絶縁構造の製造においては、特にトレンチ絶縁構造製造において絶縁構造及び関連する回路エレメントがディープサブミクロン領域に近づく場合、ある種の問題が浮き上ってくる。
このオーダーにおけるサイズに関して、比較的高い電界がトレンチ絶縁構造の角張ったコーナー部に形成され得る。それ故、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Field Effect Transistor）及びコンデンサ等の回路エレメントのオペレーションに悪い影響を及ぼし得、結果として、最終的に隣接する回路エレメント間のリーク電流の増加をもたらす。トレンチ絶縁構造の形成には、概して、フォトリソグラフィ及び異方性エッチングプロセス技術の使用を要し、特にこの異方性エッチングプロセスに起因してトレンチの上方コーナー部が比較的角張ったコーナー部を呈する。この角張ったコーナーは、エッチングプロセスのプロセスパラメータをコントロールして十分な（コーナー部）丸めを行うことができないおそれがある。従って、曲率半径の増加、特に絶縁トレンチの上方コーナー部の曲率半径の増加をもたらすように、熱的に成長した酸化物をトレンチの内部表面に形成することが標準となっている。しかし、熱的に成長した酸化物の膜厚の増加は、追加の圧縮応力を引き起こし、従って隣接する回路エレメントのデバイス特性に悪影響を及ぼし得る。
【０００４】
図１ａ〜図１ｅを参照して、従来の絶縁構造の製造をより詳細に説明する。図１ａに、半導体構造１００が、例えば、シリコンウェーハような半導体基板、あるいはＳＯＩ（シリコンオンインシュレータ：Silicon on Insulator）基板のような半導体層を含む誘電体基板である、基板１０１を含むことを示す。例えば、二酸化シリコンの形式で酸化層１０２が基板１０１上に形成され、後続的に更なる誘電体層１０３が形成され、この材料組成は、更に進行する製造ステップにおいて求められるＣＭＰプロセス中、中止層として利用されるよう好適に選択され得る。例えば、層１０３がシリコン窒化層として与えられ得る。レジストマスク層１０４がシリコン窒化層１０３上に形成され、内部に開口部１０５を形成する。このサイズは、実質的に基板１０１内に形成され得るトレンチのサイズを表す。利用されるフォトリソグラフィ技術の形式に依存して、レジストマスク１０４が反射防止膜を含み得、フォトリソグラフィステップの解像度を向上させることに注目されよう。
【０００５】
半導体構造１００を形成する一般的なプロセスフローは、以下のプロセスフローを含み得る。酸化層１０２が、従来の酸化プロセスによって形成され得るか、あるいは適切な前駆体ガスの化学蒸着デポジション（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）技術によってデポジットされ得る。次にシリコン窒化層１０３がデポジットされ、レジスト層が後続的に与えられることによって、次に開口部１０５を形成するフォトリソグラフィプロセスによってパターニングされる。開口部１０５の横方向サイズは形成される回路の個別の設計に依存し得る。例えば、大体０．２μｍ及びそれ以下の範囲でフィーチャサイズが製造される場合、より高度なフォトリソグラフィ技術が求められるであろう。
【０００６】
図１ｂは、シリコン窒化層１０３、酸化層１０２、及び基板１０１の一部に形成されたトレンチ１０６を備えた半導体構造１００を概略的に示す。トレンチ１０６は、下方コーナー部あるいはエッジ部１０７を有し、異方性エッチングプロセスの仕様に依存して丸めの度合、あるいは曲率半径を示す。しかし、トレンチの上部において、酸化層１０２、基板１０１及びトレンチ１０６間のインターフェースが、１０８によって示されるように、比較的シャープで角張ったコーナー部あるいはエッジ部を形成し、このことが異方性エッチングプロセスの特性に起因してエッチングプロセス中、丸めあるいは面取りは容易には行い得なくなる。例えば、領域１０８のような角張ったコーナー部には、電圧の印加直後、トレンチ１０６に隣接する領域に比較的強力な電界が存在し得るので、通常、対応するコーナー部１０７、及び特定的に領域１０８を面取りするための対策が取られ、電界効果トランジスタのような絶縁トレンチ１０６近傍に製造される回路エレメントにおけるあらゆる偶発性の衝撃を最小限に抑える。
【０００７】
従って、概して、熱酸化物ライナーが、トレンチ１０６の内部表面に成長し、誘電体二酸化シリコン１０２及び基板１０１の材料間のインターフェースにおける領域１０８での比較的大きな曲率半径を与える。しかし、トレンチ１０６内に熱酸化物が成長し、これにより誘電材料でトレンチ１０６を充てんするためバルク酸化物をデポジットすることが、結果として、熱ライナー酸化物に隣接するデポジットされた酸化物の品質を低下をもたらし得る。そして、高いエッチレートが高くなってしまう。それによって、シリコン窒化層１０３の除去中、切欠き、いわゆるノッチを生じる可能性がある。それ故、“レイトライナー”（late liner）と呼ばれるプロセスが頻繁に実行され、トレンチ１０６内に熱酸化物を形成する前にバルク酸化物がデポジットされる。
【０００８】
図１ｃは、トレンチ１０６が少なくともシリコン窒化層１０３まで確実に充てんされる程度にトレンチ１０６表面上に形成されたシリコン二酸化層１０９を備えた半導体構造１００を概略的に示す。適切なデポジション技術、例えば大体３５０℃〜６５０℃の温度範囲で前駆体ガスであるＴＥＯＳ、酸素及びオゾンによる化学蒸着デポジション等が、内部に間隙を形成することなしにトレンチ１０６を実質的に充てんするために利用され得る。
図１ｄは、トレンチ１０６の酸化性材料内部表面に形成された熱酸化層１１０を備えた半導体構造１００を概略的に示し、具体的に領域１０８における丸めの度合がかなり増加していることが示される。
【０００９】
基板１０１を高温の酸化雰囲気１１２に晒すことによって熱酸化層１１０が形成され得、同時に層１０９の誘電酸化材料の密度が高められる。熱酸化層１１０の膜厚が、この酸化プロセスのプロセスパラメータを適切に調整することによって設計要求に従って調整され得る。熱酸化層１１０の膜厚が増加すると、領域１０８の丸めの度合が増加、即ち、曲率半径の増加するという観点から利点が得られるが、層１１０に形成された熱酸化物の量が基板１０１の消耗したシリコン量を超えることから、機械的応力１１１が形成されることが分かっている。
しかし、熱酸化層１１０の成長によって引き起された機械的応力１１１は、隣接する回路エレメントのデバイス特性に、例えば、結晶構造の格子損傷を生じるような悪影響を及ぼし得、更なる製造ステップ中の高温アニールサイクルが実行される場合、機械的応力１１１が更に増加し得る。従って、領域１０８における求められる面取りの度合いと、熱酸化層１１０によって生じる受容可能な機械的ストレス１１１と、についてトレードオフが行われなければならない。通常、不要な電界及び圧縮応力に対して相異なる感度を有する複数の様々な回路エレメントが集積回路において製造されるので、絶縁トレンチ１０６は、回路エレメントのうちで最も高感度の形式に関しての妥協点を表す。
【００１０】
図１ｅは、化学的機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）によって酸化層１０９の材料の余剰分を除去した後の半導体構造１００を概略的に示す。ＣＭＰ中止層として動作するシリコン窒化層１０３の膜厚もＣＭＰ中減少され、シリコン窒化層１０３の最初の膜厚が選択されて基板表面全体の基板１０１の整合性を実質的に確実にする。次に残留シリコン窒化層１０３、その後に酸化層１０２が適切なウェット化学エッチングプロセス（図示せず）によって除去され得る。
【００１１】
熱酸化層１１０の形成におけるトレードオフが結果としてもたらした問題、熱酸化層が個別の回路エレメントに合わせて調整されなければならないという点を考慮すると、個別の回路エレメントにトレンチ絶縁を適用する際に比較的高度な柔軟性を得ることができるトレンチ絶縁構造形成の技術を提供することが極めて望ましいであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、概して、トレンチ構造の酸化可能な内部表面に熱ライナー酸化物を選択的に形成し、１あるいはそれ以上のトレンチ構造が非酸化性及び／又は酸素消耗材料の形式で酸素拡散バリアによって覆われ、１あるいはそれ以上の他のトレンチ構造が特定された膜厚で熱ライナー酸化物を受容することを包含する技術を目的とする。ある種のトレンチ構造のマスキングは、２あるいはそれ以上の相異なるライナー酸化物膜厚をもたらす方法、ひいては２あるいはそれ以上の相異なるコーナー部面取り度合い及び機械的ストレスをもたらす方法で実行され得るので、各絶縁構造の特性が対応する回路エレメントに合わせて調整され得る。
【００１３】
本発明の例示的な一実施形態によれば、トレンチ絶縁構造を形成する方法では、基板に複数のトレンチを形成し、複数トレンチのうち少なくとも１つを酸素拡散バリア層で覆う。熱酸化物を１あるいはそれ以上のトレンチの酸化性材料の内部表面部上に選択的に形成しながら、複数トレンチのうち少なくとも１つを酸素拡散バリア層で覆う。
【００１４】
本発明のもう１つの例示的な実施形態によれば、半導体デバイスにおけるトレンチ絶縁構造のコーナー部面取り度合いをコントロールするための方法は、絶縁材料で充てんされた第１絶縁トレンチの内部表面部分を熱的に酸化しながら、絶縁材料により充てんされた第２絶縁トレンチを犠牲酸素拡散バリア層で覆う。
【００１５】
本発明の更なるもう１つの実施例において、半導体デバイスのトレンチ構造は、半導体材料で形成される複数トレンチを含み、各トレンチは上方コーナー部及び下方コーナー部を有する。絶縁材料が各トレンチに充てんされ、少なくとも１トレンチの上方コーナー部の曲率半径は、１つあるいはそれ以上の残留トレンチの上方コーナー部の曲率半径と相異なる。
【００１６】
更なる例示的な実施形態に従ったトレンチ絶縁構造は、２あるいはそれ以上の絶縁トレンチの相異なる形式を含み、各形式は半導体材料及びその酸化物間のインターフェースにおいて形成される熱酸化層の個別の膜厚を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明は、種々の改善及び代替実施例に改変可能である一方で、本文の特定の実施形態は、図面における実施例という方法で示され、詳細は以下に記載されている。しかし、本明細書に記載された特定の実施形態は、本開示の特定の形式に本発明を制限することを意図したものでないことが理解されなければならないし、それ以上に本発明は、添付された請求項に限定された本発明の趣旨の範囲内における全部の改善、均等物、及び代替例を含めるものである。本発明は、添付した図面に従った以下の記載を参照して理解されよう。同符号は同要素を示している。
以下、本発明の実施形態を記載する。簡素化のため、現実の実施品における全ての特徴を本明細書に記することはしていない。当然のことながら、そのよう現実の実施品の開発においては、開発者における特定の目標を達成するため、システム的制限やビジネス的制限との摺り合わせなど、多くの特定の実施の決定がなされる。それらは、各実施形態によって様々に変化するものである。更に、そのような開発的努力は複雑で時間を消費するものであるのは当然のことであるが、それでもなお、この開示の恩恵を有する当業者にとっては通常の作業の範疇に入るものである。
【００１８】
以下、本発明を添付の図面を参照しながら記載する。半導体デバイスの様々な領域と構造が非常に正確で鋭い形状とプロフィルを有し各図面に描かれているが、当業者であれば、実際にこれらの領域や構造が図面に示されているほと正確なものではないと認識するだろう。加えて、図面に描かれている様々なフィーチャとドープ領域の相対的な大きさは、製造されているデバイスのフィーチャや領域のサイズと比較すると誇張や縮小されている。しかしながら、添付の図面は本発明の実施例を説明・解説する目的で添付されているものである。本明細書で使用される用語や言い回しは、関連技術において当業者によって理解される単語や言い回しと一貫した意味を持つものと理解、解釈される。本明細書において用語あるいは言い回しを一貫して使用していても、これらの用語や言い回しのいかなる特定の定義、すなわち、当業者により理解される通常の意味及び慣習的な意味からは異なる定義を意味するものではない。用語や言い回しを、特定の意味を有する範囲において用いる場合、つまり当業者により理解されているのとは異なる意味で用いる場合、本明細書においては、直接かつ明確にそのような言葉や言い回しの特定の定義を行う。
【００１９】
図２ａ〜図２ｇを参照して本発明の例示的な実施形態をより詳細に説明する。図２ａに、半導体構造２００が、半導体を基礎とした回路エレメントの形成に関して適切なシリコン基板のような半導体基板であり得る基板２０１を含むことが示される。例えば、基板２０１は、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、あるいはII−VIあるいはIII−VI半導体の様々な形式を含み得る。更に、基板２０１は全ての適切な基板を表し、回路エレメントが形成され得る半導体材料の少なくとも１つの層を含む。特に、基板２０１はＳＯＩ基板を表し得、シリコン層が絶縁層、一般的に埋め込み酸化物とも称される二酸化シリコン層上に通常、形成される。
多数の集積回路がシリコンをベースとして製造されるので、以下には、基板２０１がシリコン基板として言及され、酸化雰囲気に晒された直後に二酸化シリコンを形成する。半導体構造２００は、更にトレンチ絶縁構造２２０を含み、この実施例において第１トレンチ２０６ａ、第２トレンチ２０６ｂによって表され、それらのサイズは設計要求に従って相異なり得る。トレンチ２０６ａ、２０６ｂは通常、基板２０１のかなり違った領域において絶縁トレンチを表し得るし、あるいは図２ａに示される実施例のように、それらのトレンチ間に形成された隣接する回路エレメントに関連する絶縁トレンチを表し得ることが理解されるだろう。酸化層２０２は基板２０１上に形成され、後続的に更なる誘電層２０３が形成され、次のＣＭＰプロセスにおいて中止層として層２０３が作用することを可能にする特性を有する。例えば、層２０３はシリコン窒化物で構成され得る。誘電酸化材料層２０９が層２０３上に形成され、実質的に完全にトレンチ２０６ａ、２０６ｂを充てんする。トレンチ２０６ａ、２０６ｂは、対応する２０８ａ、２０６ｂによって示される上方コーナー部領域を有する。
【００２０】
図２ａに示されるような半導体構造２００を形成する通常のプロセスフローに関して、図１ａ〜図１ｃを参照しながら既に説明したような同様のプロセスが利用され得る。基板２０１がＳＯＩ基板を表す場合、トレンチ２０６ａ、２０６ｂは埋め込み酸化層（図示せず）まで、あるいは、埋め込み酸化層内にまで延長し得る。一実施形態において、誘電層２０９のデポジション後、例えば、窒素及び／あるいはアルゴン等を含む不活性雰囲気において熱処理が実行され得、誘電材料２０９の密度を高める。熱処理の温度は約７００℃〜約１１００℃の範囲であり得る。
【００２１】
図２ｂは、酸素拡散バリアとして動作する犠牲マスク層２２１を備えた半導体構造２００が、トレンチ絶縁構造２２０部分上に形成され、それ故トレンチ２０６ａがマスク層２２１によって覆われることを概略的に示す。マスク層２２１は酸化しない材料、即ち、高温で酸化雰囲気２１２に晒されるとき実質的に酸素の供与や拡散が行われない材料で構成される。例えば、マスク層２２１はシリコン窒化物で構成され得る。マスク層２２１を構成するもう１つの適切な材料はシリコンオキシナイトライド（ＳｉＯＮ：Silicon Oxynitride）を含み得る。更なる実施例において、マスク層２２１はポリシリコンのような実質的に酸化性材料で構成され、実質的にマスク層２２１に浸透する酸素を消耗し、それによって、下地トレンチ絶縁構造２２０への酸素の拡散を実質的に回避する。マスク層２２１は酸化性材料で構成されていれば、酸化雰囲気２１２に全体が晒される間、酸化拡散を実質的に回避するために、膜厚が選択される。複数の材料の酸化プロセスが周知であるので、マスク層２２１の適切な膜厚は容易に予め判断され得る。
【００２２】
トレンチ絶縁構造２２０上にマスク層２２１を形成する際、周知のフォトリソグラフィ及びエッチング技術が利用され得るが、トレンチ２０６ａが実質的に覆われ、トレンチ２０６ｂが実質的に全体が晒される間はマスク層２２１の横方向サイズが多様に変化し得るので、これらの技術はクリティカルなものではない。酸化雰囲気２１２に晒される間、熱酸化層２１０ｂがトレンチ２０６ｂの酸化性材料の内部表面部分を形成し、領域２０８ｂにおける面取りの増加、即ち、曲率半径の増加をもたらす。酸化雰囲気を形成する温度、持続期間、酸素濃度等のようなプロセスパラメータは、酸化雰囲気２１２を構築する際、求められた膜厚を得るために調整され得る。それ故、領域２０８ｂにおけるコーナー部の所望の丸めの程度、あるいは面取りの程度を得るように調整され得、図２ｃを参照しながら記載されるようにトレンチ２０６ｂを酸化する第２ステップとの組み合わせにおいてコーナー部面取りの最終的な度合いが実現される。シリコンにおける熱酸化物の成長レートが周知であるので、一度構造２００の構造的特性、即ち、温度、酸素濃度、圧力等が設定されると、領域２０８ｂにおけるコーナー部面取りの膜厚は、酸化の持続時間を選択することによって容易にコントロールされ得る。シリコン以外の半導体材料について、個別な構造に関する成長レートは実験によって判断され得る。
【００２３】
図２ｃは、犠牲マスク層２２１が除去された半導体構造２００を概略的に示す。半導体構造２００は、更に酸化雰囲気２１３に晒され、トレンチ２０６ａ内に熱酸化層２１０ａを生成する一方で、更にトレンチ２０６ｂにおける熱酸化層２１０ｂの膜厚を増加する。上述したように、半導体構造２００を酸化雰囲気２１２，２１３に晒す間利用されたプロセスパラメータは、熱酸化層２１０ａがそれらパラメータに関連する回路エレメントについての要求を満たすように選択される。例えば、熱酸化層２１０ａによって生成される機械的ストレスがをわずかな量とし、その一方で、同時に熱酸化層２１０ｂの求められる膜厚が、領域２０８ｂの曲率半径の増加による電界強度の減少をもたらす。例えば、熱酸化層２１０ａの膜厚が約１ｎｍ〜約３０ｎｍの範囲の膜厚に調整され得、熱酸化層２１０ａの膜厚からの熱酸化層２１０ｂの膜厚の超過量は所定の量とされる。この所定の超過量は、酸化雰囲気２１３のプロセスパラメータを対応して選択することによって調整され得る。
【００２４】
図２ｄに更なる実施例を概略的に示され、図２ａに示されるような半導体構造２００から始まり不活性雰囲気における熱処理の代りとして、あるいは熱処理に加えて酸化雰囲気２１４が形成され、トレンチ２０６ａ、２０６ｂ内に同一の熱酸化層２１０ａ、２１０ｂを実質的に与えることが示される。先行する熱処理をなくすことができるように、あるいは熱処理期間が著しく短くなり得るように、半導体構造２００を酸化雰囲気２１４に晒す間、同時に誘電酸化層２０９の密度が高められ得る。酸化雰囲気２１４のプロセスパラメータは、熱酸化層２１０ｂの膜厚、ひいては領域２０８ｂにおけるコーナー部面取り度合いが絶縁トレンチ２０６ｂに隣接して形成される個別の回路エレメントに一致するように選択される。
【００２５】
図２ｅは、トレンチ２０６ｂを覆う非酸化性犠牲マスク層２２１の形成後の半導体構造２００を概略的に示し、トレンチ２０６ａが更なる酸化雰囲気２１５に晒されることを示す。それ故、熱酸化層２１０ａの膜厚は領域２０８ａにおけるコーナー部面取りの特定された度合いまで増加する。原則的に、図２ｄ及び図２ｅに示されるシーケンスは、図２ｂ及び図２ｃに示されるシーケンスを時間的に反転させたものとなっている。
【００２６】
図２ｆは、本発明の更なる例示的な実施形態に従った半導体構造２００を概略図に示す。半導体構造２００は、既に図２ｄに示し、解説されたような同様のコンポーネント及びパーツを含むが、誘電酸化層２０９を除く。半導体構造２００が酸化雰囲気２１４に晒され、実質的に同一の特性を有する熱酸化層２１０ａ、２１０ｂがトレンチ２０６ａ、２０６ｂ内に形成される。この方法は、結晶格子上に誘電酸化層２０９を直接配置（図２ｆに示されず）することで、熱酸化物“硬化”及び酸化物高密度化を行うことなく注入ステップを先に実行することによって損傷を受け得おそれがある場合に選択され得る。その後誘電酸化層２０９がデポジットされ得、トレンチ２０６ａ及び２０６ｂを充てんする。
【００２７】
図２ｇは、誘電酸化層２０９のデポジション及びトレンチ２０６ｂを覆う犠牲マスク層２２１の形成後の半導体構造２００を概略的に示す。半導体構造２００は酸化雰囲気２１５に晒され、熱酸化層２１０ａの膜厚が求められた最終的な膜厚まで増加し、従って領域２０８ａに最終的に求められるコーナー部の面取りをもたらす。酸化雰囲気２１４（図２ｆ）のプロセスパラメータが選択され得、トレンチ２０６ｂを更に酸化することなく熱酸化層２１０ｂの求められた特性を得るか、又は追加のマスクが形成され得るか、又は他の例として誘電酸化層２０９のデポジション後、何れのマスクを利用することなく酸化ステップが実行され得るかの何れかによって、熱酸化層２１０ｂの求められる特性を実現することに注目されよう。
いわば、幾つかの応用において、トレンチ２０６ａ、２０６ｂ内に比較的薄膜の熱酸化層２１０ａ、２１０ｂを与え、その後誘電酸化層２０９をデポジットし、“レイトライナー”プロセスに従って熱酸化層２１０ｂの膜厚を完成することに利点が得ることができる。それによって、上述した“レイトライナー”プロセスの起こり得る欠陥を実質的に回避する。
【００２８】
図３ａ〜図３ｃを参照して本発明の更なる例示的な実施形態を以下に説明する。図３ａに、半導体構造３００がトレンチ絶縁構造３２０を含み、この実施例において３つの絶縁トレンチ３０６ａ、３０６ｂ、３０６ｃで表され、基板３０１に形成されることが示される。このトレンチの数は例示目的のみのためであり、絶縁構造３２０は絶縁トレンチの任意的な数を含み得、成長した酸化層の相異なる形式を受容し得る。基板３０１上に酸化層３０２が形成され、次に上部層３０３、誘電酸化層３０９が形成される。更に、犠牲マスク層３２１が誘電酸化層３０９上に形成され、トレンチ３０６ａ、３０６ｂを覆い、トレンチ３０６ｃを晒す。図３ａに示されるような構造を形成するプロセスフローと同様に半導体構造３００の様々なコンポーネントの材料の形式に関して、図１ａ〜図１ｅ及び図２ａ〜図２ｇを参照して既に指摘されたように同様の基準を適用する。半導体構３００が酸化雰囲気３１２に晒され、トレンチ３０６ｃ内に熱酸化層３１０ｃを生成する。
【００２９】
図３ｂに、犠牲マスク層３２１が除去された構造３００上に形成された第２犠牲マスク層３２２を備えた半導体構造３００を示し、トレンチ３０６ｂ、３０６ｃを晒しながら、トレンチ３０６ａを覆うことが示される。この構造３００は酸化雰囲気３１４に晒され、トレンチ３０６ｂ内に熱酸化層３１０ｂを形成する一方、熱酸化層３１０ｃの膜厚を増加する。
【００３０】
図３ｃに、最終的に酸化雰囲気３１５に晒されるトレンチ３０６ａ、３０６ｂ、３０６ｃを備えた構造３００が示され、トレンチ３０６ａ内に熱酸化層３１０ａを形成しながら、熱酸化層３１０ｂ、３１０ｃの膜厚を増加することが示される。様々な酸化雰囲気３１２，３１４，３１５のプロセスパラメータの選択に関して、先行する実施例を参照して前述されたように同様の基準を適用する。更に、図３ａ〜図３ｃに示されるシーケンスは、トレンチ３０６ａ、３０６ｂ、３０６ｃが最初にアンマスクされ、実質的に同一の熱酸化層を受容するように反転され得る。最初の酸化は、前述されたように誘電酸化層３０９の密度を高める熱処理によって先行され得る。次にトレンチ３０６ａがマスクされ（図３ｂ）、その後トレンチ３０６ａ、３０６ｂがマスクされ（図３ａ）、求められた様々な膜厚を得、ひいてはトレンチ絶縁構造３２０の領域３０８ａ、３０８ｂ、３０８ｃにおけるコーナー部の面取りが行われる。更に、図２ａ〜図２ｅを参照しながら上述したプロセスシーケンスの全てが、図３ａ〜図３ｃを参照して記載された実施形態によって利用され得る。つまり、幾つかの実施形態において、求められた膜厚の熱酸化層が、誘電酸化層３０９がデポジションされる前に形成され得る。その後トレンチ３０６ａ、３０６ｂ、３０６ｃのうちの１つあるいはそれ以上をマスクする上述したシーケンスの全てが適用され得、絶縁トレンチの様々な形式を形成する。
【００３１】
結果として、本発明は、十分確立されたデポジション方法及び非クリティカルなフォトリソグラフィを利用することによって、相異なる絶縁トレンチにおける熱的成長した酸化ライナーの相異なる形式によるトレンチ絶縁の形成を可能にし、トレンチ絶縁の電気的、機械的特性を与え、関連する回路エレメントに個別に適用される。
【００３２】
本発明が、本開示から利益を有する当業者にとって、異なるが均等であることが明りょうである方法で改変及び実施され得るので、上述した特定の実施形態は、説明目的のためのみのものである。例えば、上述されたプロセスステップは、異なる手順で実行される場合がある。更に、請求項で限定された範囲以外で、本文に示した構成又は設計の詳細に制限されることは意図されていない。上述した特定の実施形態は、改変又は修正可能であり、そうした改変の全部は、本発明の趣旨の範囲内にあると考えられる。従って、本文に求めれる保護は、請求項に記載されたとおりである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１ａ】様々な製造ステップ中の従来技術の絶縁トレンチを含む半導体構造の概略的な断面図である。
【図１ｂ】様々な製造ステップ中の従来技術の絶縁トレンチを含む半導体構造の概略的な断面図である。
【図１ｃ】様々な製造ステップ中の従来技術の絶縁トレンチを含む半導体構造の概略的な断面図である。
【図１ｄ】様々な製造ステップ中の従来技術の絶縁トレンチを含む半導体構造の概略的な断面図である。
【図１ｅ】様々な製造ステップ中の従来技術の絶縁トレンチを含む半導体構造の概略的な断面図である。
【図２ａ】本発明の例示的な実施形態に従った、様々に成長した熱酸化層を備えたトレンチ絶縁の２つの相異なる形式を有する絶縁構造を示す概略的な断面図である。
【図２ｂ】本発明の例示的な実施形態に従った、様々に成長した熱酸化層を備えたトレンチ絶縁の２つの相異なる形式を有する絶縁構造を示す概略的な断面図である。
【図２ｃ】本発明の例示的な実施形態に従った、様々に成長した熱酸化層を備えたトレンチ絶縁の２つの相異なる形式を有する絶縁構造を示す概略的な断面図である。
【図２ｄ】本発明の例示的な実施形態に従った、様々に成長した熱酸化層を備えたトレンチ絶縁の２つの相異なる形式を有する絶縁構造を示す概略的な断面図である。
【図２ｅ】本発明の例示的な実施形態に従った、様々に成長した熱酸化層を備えたトレンチ絶縁の２つの相異なる形式を有する絶縁構造を示す概略的な断面図である。
【図２ｆ】本発明の例示的な実施形態に従った、様々に成長した熱酸化層を備えたトレンチ絶縁の２つの相異なる形式を有する絶縁構造を示す概略的な断面図である。
【図２ｇ】本発明の例示的な実施形態に従った、様々に成長した熱酸化層を備えたトレンチ絶縁の２つの相異なる形式を有する絶縁構造を示す概略的な断面図である。
【図３ａ】複数の絶縁トレンチを有する絶縁構造の概略的に、示し、本発明の更に他の実施例に従って様々に成長した熱酸化層を含んだ断面図。
【図３ｂ】複数の絶縁トレンチを有する絶縁構造の概略的に、示し、本発明の更に他の実施例に従って様々に成長した熱酸化層を含んだ断面図。
【図３ｃ】複数の絶縁トレンチを有する絶縁構造の概略的に、示し、本発明の更に他の実施例に従って様々に成長した熱酸化層を含んだ断面図。
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【手続補正書】
【提出日】平成17年2月14日(2005.2.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トレンチ絶縁構造を形成する方法であって、
基板に複数のトレンチ２０６Ａ、２０６Ｂを形成し、
前記複数のトレンチのうち少なくとも１つのトレンチ２０６Ａを酸素拡散バリア層２２１で覆い、
前記複数トレンチのうち少なくとも１つのトレンチ２０６Ａを前記酸素核酸バリア層２２１で覆う一方で、前記複数のトレンチのうちの１つあるいはそれ以上のトレンチ２０６Ｂの酸化性の内部表面部分上に熱酸化物２１０Ｂを選択的に形成し、
前記複数トレンチを充てんするために熱酸化物を選択的に形成する前に前記基板上に絶縁層２０９をデポジットするステップを含む、
方法。
【請求項２】
前記少なくとも一つのトレンチ２０６Ａを覆う前記酸素拡散バリア層２２１を除去し、
前記予め覆われたトレンチ２０６Ａの酸化可能な内部表面部分を熱的に酸化する、
請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記酸素拡散バリア層２２１を除去し、
前記第二酸化拡散バリア層によって覆われた前記少なくとも一つのトレンチ２０６Ｂのサイドウォールにおける更なる酸化物の成長を実質的に回避するために少なくとも前記１あるいはそれ以上のトレンチの１つを第二非酸化性マスク層で覆う、
請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記複数トレンチの前記１あるいはそれ以上の酸化性の内部表面部分上に熱的酸化物を選択的に形成する前に前記複数トレンチの少なくとも幾つかの酸化性の内部表面部分上に熱的酸化物を形成する、
請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記複数トレンチのうち前記１つあるいはそれ以上の酸化性の内部表面部分上に熱的酸化物を選択的に形成した後に前記複数トレンチの少なくとも幾つかの酸化性の内部表面部分上に熱的酸化物を形成する、
請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記複数のトレンチの前記１つあるいはそれ以上内に熱的酸化物を選択的に形成する前に前記複数トレンチの酸化性の内部表面部分上に熱的酸化物を形成し、誘電酸化材料で前記複数のトレンチを充てんすることを含む、
請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記複数トレンチを充てんした後で、かつ、前記複数トレンチの前記１つあるいはそれ以上に熱的酸化物を選択的に形成する前に、熱的酸化物を形成する、
請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記誘酸化層２０９の密度を高めるために不活性雰囲気における前記基板を熱処理する、
請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記酸化拡散バリア層２２１は、非酸化性材料を含む、
請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記非酸化性材料は、シリコン窒化物及びシリコンオキシナイトライドのうち少なくとも１つを含む、
請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記酸化拡散バリア層２２１は、酸化性材料を含む、
請求項１記載の方法。
【請求項１２】
前記酸化拡散バリア層２２１の膜厚は、前記熱酸化物の形成中、前記酸化性材料の完全な酸化を実質的に回避するために選択される、
請求項１１記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明の例示的な一実施形態によれば、トレンチ絶縁構造を形成する方法は、請求項１に記載した特徴を含む。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【国際調査報告】
2006525652.tif 000008
2006525652.tif 000009
2006525652.tif 000010