(57)【要約】【課題】本発明は、別途のマスクや工程を追加しなくても上部コーナを丸めることができるトレンチ形成方法を提供する。【解決手段】隔離領域と活性領域を有する基板上に、第１絶縁膜と第２絶縁膜を順に積層形成し、前記第２絶縁膜上にフォトレジストパターンを形成し、前記フォトレジストパターンをマスクとして、前記基板の隔離領域の部分が露出するように、第２、第１絶縁膜を順にパターニングし、前記第１、第２絶縁膜をマスクとして、前記基板をエッチングすることにより、上部幅が下部幅より大きくなるようにトレンチを形成することを特徴とするトレンチ形成方法。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
隔離領域と活性領域を有する基板上に、第１絶縁膜と第２絶縁膜を順に積層形成する第１ステップと、
前記第２絶縁膜上にフォトレジストパターンを形成するステップと、
前記フォトレジストパターンをマスクとして、前記基板の隔離領域の部分が露出するように、第２、第１絶縁膜を順にパターニングするステップと、
前記第１、第２絶縁膜をマスクとして、前記基板をエッチングすることにより、上部幅が下部幅より大きくなるようにトレンチを形成するステップと
を含むことを特徴とするトレンチ形成方法。
【請求項２】
前記トレンチの上部コーナを丸めるステップをさらに含む請求項１記載のトレンチ形成方法。
【請求項３】
前記トレンチの上部コーナを丸めるステップが、
前記トレンチの上部直径と下部直径を調節して、内角（θ）と前記上部コーナの内接する円の半径を大きくすること含むことを特徴とする請求項２に記載のトレンチ形成方法。
【請求項４】
前記トレンチの上部コーナを丸めるステップがトレンチの傾斜を制御することをさらに含む請求項３記載のトレンチ形成方法。
【請求項５】
前記第１絶縁膜のプルバック長を増加させるステップを含むことを特徴とする請求項１に記載のトレンチ形成方法。
【請求項６】
前記トレンチの上部コーナを丸めるステップが、後の洗浄工程時にＨＦを含む媒体に浸す時間を調節して行うことをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載のトレンチ形成方法。
【請求項７】
前記トレンチの上部コーナの円半径Ｒは、Ｒ＝ｔａｎ｛［（θα／２）］［（ａβ）＋ｂ］］｝により計算することができ、
ここで、θ＝ｔａｎ-1［｛（ｅ−ｆ）／２｝／ｇ］＋π／２であり、
前記「ａ」は、前記第１絶縁膜のプルバック長であり、
前記「ｂ」は、前記第２絶縁膜３２のプルバック長であり、
前記ａ＝｛（Ｃ１×Ｔ１）2−（Ｃ2｝0.5の式で表すことができ、
前記ｂ＝Ｃ２×Ｔ２で表すことができ、
α、βは、前記ＳＴＩに酸化工程を行うときの加重値ファクターであり、
前記「Ｃ１」は、前記第１絶縁膜のエッチング率（Å／ｓｅｃ）であり、
前記「Ｃ２」は、前記第２絶縁膜のエッチング率（Å／ｓｅｃ）であり、前記「Ｔ１」は、前記第１絶縁膜のエッチング時間（ｓｅｃ）であり、
前記「Ｔ２」は、前記第２絶縁膜のエッチング時間であることを特徴とする請求項２に記載のトレンチ形成方法。
【請求項８】
前記トレンチ内に酸化膜を形成するステップをさらに含む請求項１記載のトレンチ形成方法。
【請求項９】
前記トレンチ内に酸化膜を形成する前にトレンチの側壁にライナー酸化物を成長させるステップをさらに含む請求項８記載のトレンチ形成方法。
【請求項１０】
前記トレンチ以外の領域から前記酸化物を除去するためにその酸化物を研磨するステップをさらに含む請求項８記載のトレンチ形成方法。
【請求項１１】
さらに、前記第２絶縁膜を削除するステップを含む請求項１０記載のトレンチ形成方法。
【請求項１２】
前記第２絶縁膜が窒化物膜である請求項１記載のトレンチ形成方法。
【請求項１３】
前記第１絶縁膜がパッド酸化膜である請求項１記載のトレンチ形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）形成方法に関し、さらに詳細には、上部コーナを丸めるのに効果的なトレンチ形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な半導体素子、例えば、液晶表示素子の駆動ＩＣにおいて、素子を隔離するためにＳＴＩ領域を形成するとき、ＳＴＩの上部コーナを丸めるのは、生産歩留まりのために重要である。
【０００３】
特に、ＳＴＩ領域の上部コーナ側のゲート絶縁膜が薄く、ゲートに高い電圧が印加される場合は、そのコーナに電界が集中して、Ｉoff（トランジスタの漏れ電流又はハンプ（hump）特性）の増加及びゲート酸化膜の降伏電圧の低下等の問題を引き起こす。
【０００４】
上記のように、ＳＴＩ領域の上部コーナによる問題を解決するために、従来では、様々な解決策が提案されてきた。
【０００５】
例えば、ＳＴＩ領域を形成した後の再酸化工程のようなシリコンマイグレイション（Si-migration）、及びＮ2プッシュ酸化（push oxidation）等を提案した。すなわち、ＳＴＩ領域を形成した後に表面酸化工程であるライナー酸化自体でＳＴＩ領域の上部コーナを丸めようとした。
【０００６】
図１は、１０００℃でＳＴＩの表面を酸化した場合を示すものであり、図２は、９５０℃で再酸化工程を行ったときのプロファイル写真であるが、双方の工程ともＳＴＩのコーナが突出し、理想的に丸くはなっていない。すなわち、上記のように、ＳＴＩ表面酸化や再酸化工程のみでは、ＳＴＩの上部コーナを丸めるのに限界がある。
【０００７】
また、実際の量産において、基板を再酸化し、ＳＴＩの上部コーナを丸めるためには、１回の酸化工程と、２回の洗浄工程がさらに必要なため、それらの付加工程によって生産効率が制限されていた。しかも、ＬＣＤ  ＩＣ（ＬＤＩ素子）へのＳＴＩ工程前に基板にＨＶウェル（High Voltage Well）工程を行わなければならないが、この場合、ＨＶウェルのＳＴＩ側に隣接したドーズが消失して、電流の漏れを増加させるという問題も引き起こす恐れがある。
【０００８】
ＳＴＩ表面に犠牲酸化膜（Sacrifice Oxide：ＳＡＣＯＸ）である表面酸化工程を行うと、ＨＶウェルのＳＴＩに隣接したドーズが消失されて、電流の漏れを増加させるという問題を引き起こすことがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、従来技術による制限や欠点のいくつかを除くことができるトレンチを形成する方法に向けられている。
【００１０】
その目的は、特に、別途のマスクや工程を追加せずに、工程条件を設定することによって、効果的に上部コーナを丸めることができるトレンチ形成方法を提供することにある。
【００１１】
本発明の更なる利点、目的、特徴は、以下の記述によって明らかとなり、他は以下の実施形態に基づいて当業者に明らであり、あるいは本発明の実施から理解されるであろう。記載された明細書、特許請求の範囲、添付図面で特に指摘された構造によって、本発明の目的や他の特徴が明らかにされ、かつ達成されるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するための、本発明に係るトレンチ形成方法は、隔離領域と活性領域とを備えた基板上に、第１絶縁膜と第２絶縁膜を順に積層形成する第１ステップと、前記第２絶縁膜上にフォトレジストパターンを形成するステップと、前記フォトレジストパターンをマスクとして、前記基板の隔離領域の部分するように、第２絶縁膜と第１絶縁膜をパターニングするステップと、前記第１、第２絶縁膜をマスクとして、前記基板をエッチングすることにより、上部幅が下部幅より大きくなるようにトレンチを形成するステップとを含む。
【００１３】
さらに好ましい実施の態様に係る本発明のトレンチ形成方法において、前記ＳＴＩ領域の上部コーナを丸めることは、前記ＳＴＩ領域の上部直径と下部直径を調節しておよび／または、前記ＳＴＩ領域の勾配を制御することによって、トレンチの上部コーナの内角（θ）と内接する円の半径を大きくすること含む。
【００１４】
さらに好ましい実施の態様に係る本発明のトレンチ形成方法においては、前記第１絶縁膜のプルバック（pullback）長を増加させるステップを含む。
【００１５】
さらに好ましい実施の態様に係る本発明のトレンチ形成方法における、前記ＳＴＩ領域の上部コーナを丸める方法は、後の洗浄工程時にＨＦを含む媒体に浸す時間を調節して行うことをさらに含む。
【００１６】
さらに好ましい実施の態様に係る本発明のトレンチ形成方法において、前記トレンチの上部コーナの円半径Ｒは、Ｒ＝ｔａｎ｛［（θα／２）］［ａβ＋ｂ］］｝により計算することができ、
ここで、θ＝ｔａｎ-1［｛（ｅ−ｆ）／２｝／ｇ］＋π／２であり、
前記「ａ」は、前記第１絶縁膜のプルバック長であり、
前記「ｂ」は、前記第２絶縁膜のプルバック長であり、
前記ａ＝｛（Ｃ１×Ｔ１）2−（Ｃ2｝0.5のような式で表すことができ、
前記ｂ＝Ｃ2×Ｔ2で表すことができ、
α、βは、前記ＳＴＩに酸化工程を行うときの加重値ファクターであり、
前記「Ｃ１」は、前記第１絶縁膜のエッチング率（Å／ｓｅｃ）であり、
前記「Ｃ２」は、前記第２絶縁膜のエッチング率（Å／ｓｅｃ）であり、前記「Ｔ１」は、前記第１絶縁膜のエッチング時間（ｓｅｃ）であり、
前記「Ｔ２」は、前記第２絶縁膜のエッチング時間である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係るトレンチ形成方法は、次のような効果がある。
ＳＴＩトレンチ領域に洗浄のための酸化膜形成工程前に、別途のマスクや工程を追加する必要なしに、ＳＴＩトレンチの上部コーナの内接する円の半径を大きくし、ＨＦを含む媒体に浸す時間を調節して、ＳＴＩの上部コーナを丸めることができるため、工程を単純化させることができる。
【００１８】
また、ＳＴＩの上部コーナが丸くなると、後の洗浄工程時に上部コーナに厚い酸化膜を形成させて、ダメージ発生による問題が発生することを防止又は減少させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、添付図面に基づき詳細に説明する。好ましい実施形態は本発明の範囲を制限するものではなく、単に例示としてのみのものである。
【００２０】
図３は、本発明に係るＳＴＩコーナ丸め方法を提示した図である。
【００２１】
図４は、図３の本発明の例と比較するための酸化膜パッドのプルバック長の短い従来の技術に係るＳＴＩ領域を示す構造の断面図である。
【００２２】
本発明に係るトレンチ形成方法は、まず図３に示すように、隔離領域と活性領域とを有する基板３０上に、第１（パッド）絶縁膜３１と第２絶縁膜３２を順に積層形成する。第１パッド絶縁膜３１は酸化物（例えば、ウェット又はドライ熱成長又は気相成長法（ＣＶＤ）によって形成されるシリコン酸化物）を含み、第２絶縁膜３２は窒化物（例えば気相成長法（ＣＶＤ）によって形成される窒化シリコン）を含む。
【００２３】
その後に、第２絶縁膜３２上にフォトリソグラフィ工程により隔離領域が形成される箇所に開口を有するフォトレジストパターン（図示せず）を形成する。次に、前記フォトレジストパターンをマスクとして、基板３０の隔離領域が位置する部分を露出するように、第２、第１絶縁膜３２、３１を順にエッチングする。
【００２４】
次に、フォトレジストパターンを除去し、第１、第２絶縁膜３１、３２をマスクとして基板３０をエッチングすることにより、上部コーナが丸くなるＳＴＩ領域３３を形成する。
【００２５】
このとき、ＳＴＩ領域３３の上部コーナを丸めるために、本発明ではＳＴＩ領域３３の上部直径と下部直径を調節してＳＴＩ領域３３の勾配を制御し、第１パッド絶縁膜３１のプルバック長を増加させたり、又はＳＴＩ領域３３の表面に洗浄工程を行うときに、ＨＦを含む媒体に浸す時間を長くする方法を使用することができる。ＳＴＩ領域３３の上部直径と下部直径を調節してＳＴＩ領域３３の勾配を制御し、第１（パッド）絶縁膜３１のプルバック長を増加させ、および／又は上部コーナの内接する円の半径を大きくする。
【００２６】
上記の方法は、工程ごとに増加させることができるポイントと加重値ファクターに応じて調節できる。
【００２７】
上記において、ＳＴＩ領域３３の上部コーナの内接する円の半径は、前記ＳＴＩ領域３３の傾いた部分（傾斜部分）と第１パッド絶縁膜３１の終わり部分と内接する円の半径であって、この半径が大きいほど後続洗浄のための酸化工程時に基板３０を露出させる程度が大きくなり、それにより、ＳＴＩ酸化膜形成工程時に上部コーナの丸めを誘導することができる。
【００２８】
上記の通りに、ＳＴＩ領域３３の一方の上部コーナの円半径が大きいほど、上部コーナの丸めに有利である。
【００２９】
例えば、図４は、本発明の図３と比較するための酸化膜パッドのプルバック長の短い従来の技術に係るＳＴＩ領域を示したものであって、プルバック長が短いほど、ＳＴＩ一方の上部コーナの円の半径が小さく、この場合、ＳＴＩの上部コーナを丸めるのがより困難となる。説明していない符号４０は基板、４１は第１パッド絶縁膜、４２は第２絶縁膜、４３はＳＴＩ領域である。
【００３０】
さらに詳細に、ＳＴＩ領域３３の一方の上部コーナの円半径を大きくして、ＳＴＩ領域３３の上部コーナの丸めを向上させるためには、次のような方法を使用することができる。
【００３１】
第１に、ＳＴＩ領域３３の上部直径と下部直径を調節して、ＳＴＩ領域３３の勾配を緩やかにする。すなわち、図３において、ＳＴＩ上部コーナの内角（θ）を大きくする。
【００３２】
第２に、第１（パッド）絶縁膜３１が十分な酸化膜プルバックを有するようにする。
【００３３】
上記において、コーナ円半径Ｒは、式１により計算することができる。
Ｒ＝ｔａｎ｛［（θα／２）］［ａβ＋ｂ］］｝            式１
このとき、θ＝ｔａｎ-1［｛（ｅ−ｆ）／２｝／ｇ］＋π／２である。
【００３４】
上記において、図３に示すように「ａ」は、第１パッド絶縁膜３１のプルバック長であって、ａ＝｛（（Ｃ１×Ｔ１）2−（Ｃ2｝0.5のような式で表すことができ、「ｂ」は、第２絶縁膜３２のプルバック長であって、ｂ＝Ｃ２×Ｔ２で表すことができる。そして、α、βは、ＳＴＩに酸化工程を行うときの加重値ファクターである。一般的に、トレンチは従来のウェット又はドライ熱酸化（例えばシリコンの）によって酸化され、ＳＴＩトレンチにライナー酸化膜を形成させる。
【００３５】
図３に示すように、第１（パッド）絶縁膜３１の厚さは「ｃ」であり、ＳＴＩ領域３３の上部直径は「ｅ」であり、ＳＴＩ領域３３の下部直径は「ｆ」であり、ＳＴＩ領域３３の深さは「ｇ」である。
【００３６】
前記式により計算すると、Ｒ＝ｔａｎ（θ／２）×（ａ＋ｂ）である。
【００３７】
そして、前記Ｃ１は、第１（パッド）絶縁膜３１のエッチング率（Å／ｓｅｃ）であり、Ｃ２は、第２絶縁膜３２のエッチング率（Å／ｓｅｃ）であり、Ｔ１は、第１絶縁膜３１のエッチング時間（ｓｅｃ）であり、Ｔ２は、第２絶縁膜３２のエッチング時間である。
【００３８】
次に、ＳＴＩ領域３３の上部コーナを丸める方法として、ＳＴＩ領域３３の表面を洗浄処理するとき、ＨＦを含む媒体に浸す時間を長くする方法がある。ＨＦを含む媒体は消イオン（ＤＩ）水にＨＦを溶解させたものであり、ＨＦは緩衝させられ（例えば、アンモニアで、その場合ＨＦ含有媒体は従来の緩衝酸化エッチング溶液、すなわちＢＯＥ(buffered oxide etch)溶液からなる）、その場合、ＤＩ水に対するＨＦの濃度の割合は１：１、１：２、又は１：４から１：２０、１：５０、又は１：１００容積比（又は任意の範囲）である。代わりに、ＨＦ含有媒体は、トレンチを備えた基板がＨＦ蒸気（水の蒸気を含んでも含まなくてもよい、またはそのような種から形成されるプラズマをさらに含んでも含まなくてもよい）に曝されるチャンバを備えていてもよい。
【００３９】
以下では、ＳＴＩ領域３３の上部コーナを丸めるための方法として、上部コーナの円の半径を大きく（ＳＴＩの勾配を緩やかに）した場合と小さくした場合について説明する。前記２種類の場合に、実験によって、酸化工程により形成される上部コーナの酸化膜厚とＳＴＩ領域３３の洗浄工程時にＨＦに浸す時間依存性について測定したデータについて説明する。
【００４０】
第１実験例において、Ａサンプルは、ＳＴＩ領域の勾配が大きく、すなわち急で、上部コーナの内接する円の半径Ｒを２００Åとする。同じ実験を、ＳＴＩ領域の勾配が小さく、すなわち穏やかで、上部コーナの内接する円の半径Ｒを４００ÅとしたＢサンプルに適用した。ＡサンプルとＢサンプルの洗浄工程時に、ＨＦ溶液に浸す時間は同じく２４０秒である。
【００４１】
上記の通りに、ＨＦに浸す時間が２４０秒である場合、ＳＴＩ領域の酸化膜形成時に上部コーナの酸化膜厚は、Ａサンプルの場合２６０Å、Ｂサンプルの場合３３０Åであった。したがって、ＳＴＩ領域の上部コーナの円の半径が相対的に大きい場合（サンプルＢ）、Ａサンプルと比較して、上部コーナの円の半径が相対的に小さい場合より、ＳＴＩ領域の酸化膜形成時に上部コーナの酸化膜厚が相対的に厚く形成された。
【００４２】
第２実験例において、Ｃサンプルは、ＳＴＩ領域の勾配が大きく、上部コーナの内接する円の半径Ｒを２００Åとし、Ｄサンプルは、ＳＴＩ領域の勾配が小さく、トレンチの上部コーナの内接する円の半径Ｒを４００Åとした。このとき、ＣサンプルとＤサンプルの洗浄工程時に、ＨＦに浸す時間は同様に４２０秒である。
【００４３】
上記の通りに、ＨＦに浸す時間が４２０秒である場合、ＳＴＩ領域の酸化膜形成時に上部コーナの酸化膜厚は、Ｃサンプルの場合３１０Åで、Ｄサンプルの場合３６０Åである。したがって、上部コーナの円の半径が比較的大きい場合（サンプルＣ）が、Ｄサンプルと比較して、上部コーナの円の半径が比較的小さい場合より、ＳＴＩ領域の酸化膜形成時に上部コーナの酸化膜厚が厚く形成された。
【００４４】
また、ＡサンプルとＣサンプルのように、上部コーナの内接する円の半径Ｒが２００Åと同じである場合、ＨＦに浸した時間が相対的に長いほど、ＳＴＩ洗浄後の酸化膜工程による上部コーナの酸化膜厚が厚い。すなわち、Ｃサンプルの酸化膜厚が、Ａサンプルの酸化膜厚より厚い。
【００４５】
また、勾配が小さく（例えばＢサンプルとＤサンプルのように４００Å）ＳＴＩトレンチ領域の上部コーナの内接する円の半径Ｒが同じである場合、ＳＴＩ領域の洗浄工程時にＨＦに浸した時間が長いほど、ＳＴＩ領域の洗浄後の酸化膜工程による上部コーナの酸化膜厚が厚い。すなわち、Ｄサンプルの酸化膜厚さがＢサンプルの酸化膜厚より厚い。
【００４６】
前記第１、２実験例において、第１パッド絶縁膜は１５０Å、第２絶縁膜のプルバックは２５０Å、洗浄工程時の酸化膜は２７０Åの厚さで行い、ＨＶ酸化膜は３５０Åとし、洗浄工程後にポリシリコンが堆積された状態で酸化膜厚を測定したものである。
【００４７】
本発明の実施の形態において、ＳＴＩ領域の勾配は、ＳＴＩ領域の上部幅と下部幅を持って逆算出することができる。
【００４８】
上述した本発明の好ましい実施の形態は、例示の目的のために開示されたものであり、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、様々な置換、変形、及び変更が可能であり、このような置換、変更などは、特許請求の範囲に属するものである。
【００４９】
上述した本発明の好ましい実施の形態は、例示の目的のために開示されたものであり、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、様々な置換、変形、及び変更が可能であり、このような置換、変更などは、特許請求の範囲に属するものである。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】ＳＴＩ領域を１０００℃で表面酸化した場合を示す従来のプロファイル写真である。
【図２】ＳＴＩ領域を９５０℃で再酸化した場合を示した従来のプロファイル写真である。
【図３】本発明に係るＳＴＩコーナ丸め方法を提示した図である。
【図４】本発明の図３と比較するための酸化膜パッドのプルバック長の短い従来の技術に係るＳＴＩ領域を示す構造断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
３０：基板、３１：第１パッド絶縁膜、３２：第２絶縁膜、３３：ＳＴＩ
【図３】
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【図４】
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【図１】
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【図２】
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