(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に適用されるシャロートレンチアイソレーションの製造方法であって、
前記半導体基板にパッド酸化シリコン層とパッド窒化シリコン層からなるパッド層を形成する工程と、
前記パッド層と前記半導体基板の一部分を除去して、シャロートレンチを形成する工程と、
前記シャロートレンチの開口周囲の前記パッド層の一部分を除去し、その下の前記半導体基板表面を露出させ、前記半導体基板表面と前記シャロートレンチの前記開口にコーナーを形成する工程と、
前記シャロートレンチの側壁内で露出した前記半導体基板表面上に熱酸化膜を形成し、前記パッド酸化シリコン層と共に第一酸化層を構成する工程と、
窒化ライナー膜を形成し、前記シャロートレンチ側壁上の第一酸化層表面と、前記シャロートレンチの前記開口上の前記パッド層とを被覆する工程と、
絶縁層を形成し、前記シャロートレンチを充填する工程と、
前記シャロートレンチ内の前記絶縁層の一部分を除去して第一開口を形成することにより、該残りの絶縁層を底部と底部より大きい幅の頂部とに分割した構成にする工程と、
前記パッド窒化シリコン層と、前記絶縁層の頂部に被覆されない窒化ライナー膜とを除去して前記絶縁層の頂部、その側壁、及び前記第一酸化層の一部分を露出させ、前記絶縁層の頂部下の前記窒化ライナー膜がオーバーエッチングして、第二開口を形成する工程と、
第二酸化層を形成して、前記絶縁層の頂部の上表面、前記絶縁層の頂部の側壁および前記第一酸化層の表面を被覆し、前記第二開口を充填する工程と、
前記第二酸化層と前記絶縁層の頂部に被覆されていない第一酸化層とを除去して第三開口を形成し、前記半導体基板表面を露出させる工程と、
前記露出した半導体基板表面上に、犠牲酸化層を形成し、前記第三開口の一部分を充填して、前記残りの第一酸化層と共に第三酸化層を構成する工程と、
第四酸化層を形成し、前記絶縁層の前記頂部の上表面と、その側壁、及び前記第三酸化層表面を被覆し、前記第三開口を充填する工程と、
前記第四酸化層と前記第三酸化層の一部分を除去し、前記絶縁層の前記頂部の前記上表面、その側壁、及び前記半導体基板の前記表面を露出させて、前記絶縁層の頂部と底部とからなるシャロートレンチアイソレーションを形成する工程と、
を有することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記半導体基板はシリコン基板であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記絶縁層はBPSG、NSG、HDP酸化物、或いはTEOSであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記窒化ライナー膜の厚さは、８０〜１４０Åであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第二酸化層は、BPSG、NSG、HDP酸化物、或いはTEOSであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第二酸化層の厚さは、１００〜２００Åであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第四酸化層は、BPSG、NSG、HDP酸化物、或いはTEOSであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第四酸化層の厚さは、１００〜２００Åであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、集積回路製造技術の分野に関するもので、特に、シャロートレンチアイソレーション（shallow  trench  isolation、STI）のコーナー腐食（corner  erosion）が回避され、半導体装置の特性が改善されるシャロートレンチアイソレーションの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高密度プラズマ化学気相成長（HDPCVD）により、二酸化シリコン（silicon  dioxide）等の絶縁材料を、半導体基板中のシャロートレンチに充填し、シャロートレンチアイソレーションSTIを形成するのは、公知の局部酸化法L OCOSに代わり、アクティブ領域アイソレーションの主要な方法の一つとなっている。公知のSTI方法は、一般に、まず半導体基板上にパッド層を形成した後、パッド層と半導体基板の一部分を除去することにより、シャロートレンチ領域を形成する。
【０００３】
次に、パッド層をプルバックして、半導体基板の一部表面とシャロートレンチの開口のコーナーとを露出させることにより、パッド層に対してプルバック（pull−back）を実施する。次いで熱酸化膜と窒化ライナー膜とを連続的に形成し、半導体基板の表面とシャロートレンチの内壁とを被覆する。しかし、コーナー上に形成された熱酸化膜の厚さは、半導体基板表面或いはシャロートレンチの内壁に形成されたそれよりも薄い。次に、シャロートレンチを、HDPCVD等により、二酸化シリコンなどの絶縁材料で充填する。
【０００４】
次に露出した窒化ライナー膜と熱酸化膜とを異方性エッチングにより連続的に除去する。さらに熱酸化膜とパッド酸化シリコン層とをオーバーエッチングして、シャロートレンチの開口と半導体基板の表面のコーナーとを露出させる。その後、半導体基板の表面にゲート酸化層とゲートとを形成する。しかし、コーナー上のゲート酸化層は薄いので、リーク電流を生じる恐れがある。これは、ゲートの信頼性を低下させ、金属酸化半導体トランジスタの特性に影響を与える。図１〜図３はSTIの製造方法を示す図である。
【０００５】
まず図１(a)を示すように、パッド酸化シリコン層１０２とパッド窒化シリコン層１０４とからなるパッド層１０５が半導体基板１００表面に形成される。次に、パッド酸化層１０５の一部分が除去されて開口（図示しない）が定義される。その後、パッド層１０５がマスクとして用いられ、異方性エッチングが実施されて、半導体基板１００内にシャロートレンチ１０６が形成される。
【０００６】
次に、プルバックがパッド層１０５上で実施される。すなわち、異方性エッチングが実施されて、シャロートレンチ１０６の開口周辺のパッド酸化層１０５の一部分が除去される。これにより、半導体基板の一部表面とシャロートレンチの開口のコーナー１０７が露出する。
【０００７】
次に、図１(b)に示すように、熱酸化法により熱酸化膜１１０がシャロートレンチ１０６と露出した半導体基板１００表面上に形成される。シャロートレンチ１０６の内壁と露出した半導体基板表面に形成された熱酸化膜１１０の厚さは、コーナー１０７のそれよりも厚い。
【０００８】
図２(a)には、説明の便宜上、パッド酸化シリコン層１０２と熱酸化膜１１０とを第一酸化層１１２として表示している。窒化ライナー膜１２０がCVDにより形成されて、シャロートレンチ１０６内のパッド窒化シリコン層１４０側壁と第一酸化層１１２との表面を被覆する。
【０００９】
次いで図２(b)に示すように、高密度プラズマ酸化物（high−density  plasma  oxide、HDP  oxide）等の絶縁層（図示しない）が形成され、シャロートレンチ１０６を充填する。その後、絶縁層の一部がエッチング（Deglaze  step）により、HF型のエッチング物質で除去され、第一開口１０８が形成される。ここで、残りの絶縁層は絶縁層１３０として表示される。絶縁層１３０は頂部１３４と底部１３２とに分かれており、頂部１３４はプルバックされたパッド層によって囲まれた空間に形成されるため、その幅は底部１３２の幅より大きい。
【００１０】
図３(a)図に示すように、等方性エッチングにより、パッド窒化シリコン層１０４と窒化ライナー膜１２０とを除去する。これにより、絶縁層の頂部１３４とその側壁と第一酸化層１１２の一部分が露出する。更に、絶縁層の頂部１３４の下の窒化ライナー膜１２０の一部分がオーバーエッチングされることにより、第二開口１２４が形成される。残りの窒化ライナー膜１２０は窒化ライナー膜１２０'として表示される。
【００１１】
次に、図３(b)に示すように、残りの窒化ライナー膜１２０'に被覆されていない第一酸化層１１２は等方性エッチングにより除去される。よって、半導体基板１００表面が露出する。更に、絶縁層の頂部１３４と残りの窒化ライナー膜１２０'下の第一酸化層１１２の一部がオーバーエッチングされ、これにより、コーナー１０７が露出し、第三開口１４２が形成される。残りの第一酸化層１１２は第一酸化層１１２'として表示される。このようにして公知のSTI製造工程が完了する。
【００１２】
ところで、公知の工程によると、半導体基板上のパッド酸化層が除去された後、コーナーが露出することになる。このため、その後の半導体製造工程において、すなわちゲート酸化層とゲートが半導体基板に形成された後に、コーナー上に形成されたゲート酸化層が薄いことが原因で、リーク電流を生じる恐れがある。その結果、ゲートの信頼性が低下し、金属酸化物の半導体トランジスタの特性に影響を与えることになる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はシャロートレンチに絶縁層を充填した後、酸化層の補充工程と半導体基板上に犠牲層を形成する工程を適用して、半導体基板上の酸化物とシャロートレンチのコーナーを保護することが可能なSTIの製造方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、半導体基板上にシャロートレンチアイソレーションを製造する方法を提供する。前記半導体基板にパッド酸化シリコン層とパッド窒化シリコン層からなるパッド層を形成する工程と、前記パッド層と前記半導体基板の一部分を除去して、シャロートレンチを形成する工程と、前記シャロートレンチの開口周囲の前記パッド層の一部分を除去し、その下の前記半導体基板表面を露出させ、前記半導体基板表面と前記シャロートレンチの前記開口にコーナーを形成する工程と、前記シャロートレンチの側壁内で露出した前記半導体基板表面上に熱酸化膜を形成し、前記パッド酸化シリコン層と共に第一酸化層を構成する工程と、窒化ライナー膜を形成し、前記シャロートレンチ側壁上の第一酸化層表面と、前記シャロートレンチの前記開口上の前記パッド層とを被覆する工程と、絶縁層を形成し、前記シャロートレンチを充填する工程と、前記シャロートレンチ内の前記絶縁層の一部分を除去して第一開口を形成することにより、該残りの絶縁層を底部と底部より大きい幅の頂部とに分割した構成にする工程と、前記パッド窒化シリコン層と、前記絶縁層の頂部に被覆されない窒化ライナー膜とを除去して前記絶縁層の頂部、その側壁、及び前記第一酸化層の一部分を露出させ、前記絶縁層の頂部下の前記窒化ライナー膜がオーバーエッチングして、第二開口を形成する工程と、第二酸化層を形成して、前記絶縁層の頂部の上表面、前記絶縁層の頂部の側壁および前記第一酸化層の表面を被覆し、前記第二開口を充填する工程と、前記第二酸化層と前記絶縁層の頂部に被覆されていない第一酸化層とを除去して第三開口を形成し、前記半導体基板表面を露出させる工程と、前記露出した半導体基板表面上に、犠牲酸化層を形成し、前記第三開口の一部分を充填して、前記残りの第一酸化層と共に第三酸化層を構成する工程と、第四酸化層を形成し、前記絶縁層の前記頂部の上表面と、その側壁、及び前記第三酸化層表面を被覆し、前記第三開口を充填する工程と、前記第四酸化層と前記第三酸化層の一部分を除去し、前記絶縁層の前記頂部の前記上表面、その側壁、及び前記半導体基板の前記表面を露出させて、前記絶縁層の頂部と底部とからなるシャロートレンチアイソレーションを形成する工程とを有することを特徴とする。
【００１５】
本発明の好ましい具体例によると、半導体基板はシリコン或いはゲルマニウムである。基板はエピタキシ或いは絶縁材料上のシリコンにより形成される。絶縁層、第二酸化層、第三酸化層は全て、CVD、APCVD、SAPCVD、LPCVD、PECVD或いはHDPCVDによって形成されるBPSG、NSG、HDP或いはTEOSである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
上述した本発明の目的、特徴、及び長所をいっそう明瞭にするため、以下に本発明の好ましい実施の形態を挙げ、図を参照にしながらさらに詳しく説明する。
【００１７】
図４(a)に示すように、半導体基板、例えばシリコン基板２００が提供され、パッド酸化シリコン層２０２とパッド窒化シリコン層２０４とからなるパッド層２０５が、シリコン基板２００表面に形成される。厚さ１００−６００Åのパッド酸化シリコン層２０２が、酸化法（oxidization  method）によりシリコン基板２００表面に形成され、厚さ１６００−３０００Åのパッド窒化シリコン層２０４が、化学気相成長（chemical  vapor  deposition、CVD）により形成される。
【００１８】
次に、パッド層２０５の一部分が除去されて、開口（図示しない）を定義し、その後、パッド層２０５をマスクとして異方性エッチングを施し、シャロートレンチ２０６をシリコン基板２００内に形成する。
【００１９】
次に、パッド層２０５上でプルバック（pull−back）が実施される。すなわち異方性エッチングが施されて、シャロートレンチ２０６周辺のパッド層２０５の一部分を除去する。よって、シャロートレンチ２０６の開口が拡大される。このときシリコン基板２００の一部表面とシャロートレンチ２０６の開口間のコーナー２０７とが露出される。
【００２０】
次に、熱酸化膜２１０が、熱酸化により、シャロートレンチ２０６内のシリコン基板２００の露出表面に形成される。熱酸化膜２１０の厚さは、約８０−１４０Åである。便宜上、パッド酸化シリコン層２０２と熱酸化膜２１０は、第一酸化層２１２として表示される。その後、窒化ライナー膜２２０が、CVDにより、シャロートレンチ２０６の内壁の第一酸化層２１２表面と、シャロートレンチ２０６の開口周囲のパッド層２０５側壁上に、均一に形成される。窒化ライナー膜２２０の厚さは約８０−１４０Åである。
【００２１】
次いで図４(b)を示すように、HDP酸化物の絶縁層（図示しない）が、例えば、CVDにより、シャロートレンチ２０６を満たすように形成される。その後、絶縁層の一部分が、HF型エッチング物質を用いたエッチング（Deglaze  step）により除去されて、第一開口２０８を形成する。残りの絶縁層は、絶縁層２３０として表示される。絶縁層２３０は、位置により、頂部２３４と底部２３２に分かれる。頂部２３４はプルバックされたパッド層２０５により囲まれた空間に形成されるため、その幅は底部２３２の幅より広い。
【００２２】
次に、図５(a)に示すように、エッチング、例えば、等方性エッチングを施し、パッド窒化シリコン層２０４と、絶縁層の頂部２３４に被覆されない窒化ライナー膜２２０の一部分とを除去する。これにより、絶縁層の頂部２３４、その側壁、第一酸化層２１２の一部分が露出する。更に、絶縁層の頂部２３４下の窒化ライナー膜２２０をオーバーエッチングして、第二開口２２４を形成する。残りの窒化ライナー膜２２０は、窒化ライナー膜２２０'として表示される。
【００２３】
次に、図５(b)に示すように、約１００−２００Åの第二酸化層２４０が、絶縁層の頂部２３４の露出した上表面、その側壁、第一酸化層２１２の露出表面に形成され、第二開口２２４を充填する。例えば、HDP酸化物である第二酸化層２４０は、CVDにより形成される。
【００２４】
次に、図６(a)に示すように、例えば、等方性エッチングが施され、第二酸化層２４０と、絶縁層の頂部２３４によって被覆されていない第一酸化層２１２を除去する。これにより、シリコン基板２００表面が露出する。更に、絶縁層の頂部２３４下の第一酸化層２１２の一部分をオーバーエッチングして除去すると、窒化ライナー膜２２０'の下に第三開口２４２が形成される。このエッチングの間、絶縁層の頂部２３４は第一酸化層２１２と第二酸化層２４０の組成と同じであるため、エッチングされる。残りの絶縁層の頂部は、絶縁層の頂部２３４’として表示され、残りの第一酸化層２１２は、第一酸化層２１２’として表示される。本工程の目的は、第一酸化層２１２がコーナー２０７をしっかりと被覆することにより、公知技術に見られる第一酸化層２１２’の保護不足によりコーナー２０７が露出する欠点を防ぐことである。
【００２５】
次に、図６(b)に示すように、酸化法を施し、犠牲酸化層２５０をシリコン基板２００の露出表面に形成する。第三開口２４２の一部分は犠牲酸化層２５０により充填される。
【００２６】
次に、図７(a)に示すように、約１００−２００Åの第三酸化層２６０を絶縁層の頂部２３４’の上表面、その側壁、犠牲酸化層２５０の表面上に形成する。第三酸化層２６０により第三開口は充填される。例えば、HDP酸化物である第三酸化層２６０をCVDにより形成する。便宜上、残りの第一酸化層２１２’と犠牲酸化層２５０は、合わせて酸化層２５５として表示される。
【００２７】
次に、図７(b)に示すように、例えば、等方性エッチングであるエッチングを施し、第三酸化層２６０と酸化層２５５の一部分を除去する。これにより、残りの絶縁層の頂部２３４’の上表面、その側壁、シリコン基板２００表面が露出する。残りの酸化層２５５は、酸化層２５５’として表示される。本工程の目的は、酸化層２５５’がコーナー２０７を被覆し、公知技術に見られる保護不足によりコーナー２０７が露出する欠点を回避する。第三酸化層２６０と酸化層２５５の組成と同じであるため、絶縁層の頂部２３４’と側壁は、このエッチングの間にエッチングされる。これにより、幅と高さがわずかに減少する。最終的に、絶縁層の頂部２３４’は、酸化層２５５’や窒化ライナー膜２２０'の側壁と同じレベルにカットされる。そして、残りの絶縁層の頂部２３４’の頂部と絶縁層２３２底部が、シャロートレンチアイソレーション２３５を構成する。これで、STIの製造が完成する。
【００２８】
本発明では好ましい実施例を前述の通り開示したが、これらは決して実施例に限定するものではなく、当業者であれば、本発明の範囲及びその要旨から逸脱することなく種種の変形例および修正を加えることができるであろう。すなわち本発明の保護範囲は、特許請求の範囲に記載した事項に基づいて定められる。
【００２９】
【発明の効果】
トランジスタ特性の向上が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】公知のSTIの製造工程を示す図（その１）である。
【図２】公知のSTIの製造工程を示す図（その２）である。
【図３】公知のSTIの製造工程を示す図（その３）である。
【図４】本発明の好ましい具体例によるSTIの製造工程を示す図である。
【図５】本発明の好ましい具体例によるSTIの製造工程を示す図である。
【図６】本発明の好ましい具体例によるSTIの製造工程を示す図である。
【図７】本発明の好ましい具体例によるSTIの製造工程を示す図である。
【符号の説明】
１００、２００…半導体基板
１０２、２０２…パッド酸化シリコン層
１０４、２０４…パッド窒化シリコン層
１０５、２０５…パッド層
１０６、２０６…シャロートレンチ
１０７、２０７…コーナー
１０８、２０８、２２４、２４２…開口
１１０、２１０…熱酸化膜
１２０、２２０…窒化ライナー膜
１１２、２１２、２４０、２５５、２６０…酸化層
２５０…犠牲酸化層
１３０、２３０…絶縁層
２３５…シャロートレンチアイソレーション
【図１】
0003869359.tif 000002
【図２】
0003869359.tif 000003
【図３】
0003869359.tif 000004
【図４】
0003869359.tif 000005
【図５】
0003869359.tif 000006
【図６】
0003869359.tif 000007
【図７】
0003869359.tif 000008