JP2000012674A - Manufacture of semiconductor device and method for separating element - Google Patents

Manufacture of semiconductor device and method for separating element

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JP2000012674A
JP2000012674A JP10173473A JP17347398A JP2000012674A JP 2000012674 A JP2000012674 A JP 2000012674A JP 10173473 A JP10173473 A JP 10173473A JP 17347398 A JP17347398 A JP 17347398A JP 2000012674 A JP2000012674 A JP 2000012674A
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oxide film
insulating material
insulating
annealing
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Katsu Egashira
克 江頭
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Toshiba Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve quality of a buried oxide film and to suppress the crystal defects caused by a thermal stress being generated on annealing by limiting timing, conditions, and the type of the oxide film for annealing. SOLUTION: A shallow groove 6 is formed on an Si substrate 1 at an STI region. Then, thermal oxidation is made and a thermal oxide film 7 is formed at the bottom and the side wall of the groove 6. After that, a second CVD oxide film 8 is deposited as the buried material of STI. Then, a second SiN film 9 is deposited on it and further an opening 11 is formed at a projecting part 12 on an element region. Then, before eliminating and flattening the projecting part 12, annealing is made in a 1,000 deg.C/N2 atmosphere to make fine the buried oxide film 8, and the projecting part 12 is eliminated for flattening with the first SiN film 3 and the second SiN film 9 as stoppers, thus making fine the quality of the buried oxide film 8 and suppressing the reduction of film being generated in a later etching process.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法および素子分離方法に関する。
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device and a method for separating elements.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置において、半導体基板上に電
気的に分離して配置したトランジスタやダイオード、キ
ャパシタ、抵抗などの構成素子が、相互に配線により接
続されている。これらの素子間を分離する技術が素子分
離技術である。
2. Description of the Related Art In a semiconductor device, constituent elements such as transistors, diodes, capacitors, and resistors, which are electrically separated from each other on a semiconductor substrate, are interconnected by wiring. A technique for separating these elements is an element isolation technique.

【0003】素子の分離においては、表面の平坦性や工
程の簡素化、欠陥密度を低減しつつ、素子分離幅をでき
る限り小さくすることが、良好な素子の特性、信頼性お
よび回路性能を得るのに望ましいとされている。
In element isolation, it is necessary to reduce the element isolation width as much as possible while reducing the surface flatness, simplifying the process, and reducing the defect density to obtain good element characteristics, reliability and circuit performance. It is considered desirable.

【0004】素子分離技術は、LOCOS(LOCal Oxid
ation of Silicon)とSTI(Shallow Trench Isolati
on)とに大きく分けられる。
The element isolation technology is based on LOCOS (LOCal Oxid
of Silicon) and STI (Shallow Trench Isolati)
on).

【0005】半導体基板表面を選択酸化するLOCOS
は、いわゆるバーズビークによる素子形成領域の侵食
と、フィールド酸化膜形成時の局部的なストレスの発生
による結晶欠陥の発生という問題点を有している。
LOCOS for selectively oxidizing the surface of a semiconductor substrate
However, there is a problem in that a so-called bird's beak erodes the element formation region and generates a crystal defect due to a local stress generated when the field oxide film is formed.

【0006】このLOCOS法を改良した素子分離技術
としては、BOX(Buried OXide)法、改良コプラナ
法、直接窒化膜マスク方式、SWAMI(Side Wall Ma
sked Isolation)、選択エピタキシャル法、Uグループ
法等が提案されている。中でも、酸化膜埋め込み法であ
るBOX法は、サブミクロンオーダーのVLSI等にお
ける素子分離技術として注目されている。これは、半導
体基板にU溝を形成し、絶縁材料でそのU溝を埋め込む
ように堆積する方法である。
As a device isolation technique which is an improvement of the LOCOS method, a BOX (Buried OXide) method, an improved coplanar method, a direct nitride mask method, a SWAMI (Side Wall Ma
(Sked Isolation), selective epitaxial method, U group method and the like have been proposed. Above all, the BOX method, which is an oxide film embedding method, has attracted attention as a device isolation technology in VLSI and the like on the order of submicrons. This is a method in which a U-groove is formed in a semiconductor substrate and is deposited so as to fill the U-groove with an insulating material.

【0007】BOX法を用いたトレンチ素子分離法とし
ては、特開平9−82703号公報には、酸化シリコン
埋め込み絶縁膜中の水素を酸素に置換する方法が、特開
平9−205140号公報には、埋め込み酸化膜を平坦
化前又は後に1100℃〜1350℃で熱処理し、埋め
込み酸化膜中の5員環以上の環構造と4員環以下の環構
造を所定の割合とする方法が、特開平8−153776
号公報には、IV族元素(Si、Ge、Sn)の酸化物
の固溶体からなる絶縁物を埋め込む方法が、そして特開
昭63−237542号公報には、埋め込み酸化膜とし
て硼素等の不純物を含んだシリケートガラスを用いる方
法がそれぞれ開示されている。
As a trench element isolation method using the BOX method, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-82703 discloses a method in which hydrogen in a silicon oxide embedded insulating film is replaced with oxygen. Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. HEI 9-214, pp. 157-210, discloses a method in which a buried oxide film is subjected to a heat treatment at 1100 ° C. to 1350 ° C. before or after flattening so that a 5-membered or more ring structure and a 4-membered or less ring structure in the buried oxide film have a predetermined ratio. 8-153776
Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-237542 discloses a method of burying an insulator made of a solid solution of an oxide of a Group IV element (Si, Ge, Sn). Each of the methods using the silicate glass is disclosed.

【0008】一方、STI法は微細化に有利である。具
体的には、素子分離領域にRIE(反応性イオンエッチ
ング)により溝を形成した後、埋め込み材となる酸化膜
をCVD(化学蒸着)法により堆積させ、溝以外の部分
に堆積した酸化膜を、CMP(化学的機械的研磨法)な
どを用いて除去・平坦化して、素子分離を行う。
On the other hand, the STI method is advantageous for miniaturization. Specifically, after forming a groove in the element isolation region by RIE (reactive ion etching), an oxide film serving as a filling material is deposited by a CVD (chemical vapor deposition) method, and the oxide film deposited in a portion other than the groove is removed. , CMP (Chemical Mechanical Polishing) or the like to remove and flatten to perform element isolation.

【0009】従来、半導体基板と溝に埋め込まれる絶縁
材料との熱膨張係数が異なるために、素子分離領域形成
中または形成後の熱工程によって、半導体基板中に応力
が生じて結晶欠陥が発生するという問題があった。
Conventionally, since the thermal expansion coefficient of the semiconductor substrate is different from the thermal expansion coefficient of the insulating material embedded in the trench, stress is generated in the semiconductor substrate due to a thermal process during or after formation of the element isolation region, and crystal defects occur. There was a problem.

【0010】とりわけ、絶縁材料の組成を緻密化するた
めに行われるアニールの際の熱ストレスに起因して、特
に、素子分離周辺部において結晶欠陥が生じたり、結晶
欠陥までは至らないもののリーク電流が発生したりする
問題があった。
[0010] In particular, due to thermal stress at the time of annealing performed to densify the composition of the insulating material, crystal defects are generated particularly in the peripheral portion of the element isolation, and the leakage current does not reach the crystal defects. There was a problem that occurs.

【0011】また、例えば、絶縁材料としてシリコン酸
化膜を用いた場合、現在の技術においては不可避の不純
物として水が100〜20ppm含まれてしまう。上述
した半導体基板と酸化膜との熱膨張係数の違いに加え、
この酸化膜中の水分の解離に伴って膜が収縮することに
よって、半導体基板には過大な圧縮応力が加わるという
問題もあった。
Further, for example, when a silicon oxide film is used as an insulating material, 100 to 20 ppm of water is contained as an unavoidable impurity in the current technology. In addition to the difference in thermal expansion coefficient between the semiconductor substrate and the oxide film described above,
There is also a problem that excessive compressive stress is applied to the semiconductor substrate due to shrinkage of the film due to dissociation of moisture in the oxide film.

【0012】すなわち、素子分離を行った後に、表面が
平坦で、結晶欠陥のない半導体装置が望まれていた。特
に、アニール時の熱ストレスに起因する結晶欠陥を抑制
することが望まれていた。
That is, a semiconductor device having a flat surface and no crystal defects after element isolation has been desired. In particular, it has been desired to suppress crystal defects caused by thermal stress during annealing.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、半導
体集積回路の素子分離の際、絶縁膜のアニールにおい
て、よりストレスの小さいアニールプロセスを提供する
ことである。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an annealing process in which an insulating film is annealed at the time of element isolation of a semiconductor integrated circuit with less stress.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、(A)半導体基板表面に溝部を形成する工程
と、(B)溝部に絶縁材料を埋め込む工程と、(C)絶
縁材料の上に絶縁膜を積層する工程と、(D)絶縁材料
上の絶縁膜を一部残して除去する工程と、(E)絶縁膜
が除去された絶縁材料を熱処理する工程と、(F)熱処
理された絶縁材料を平坦化する工程とを具備することを
特徴としている。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, there are provided (A) a step of forming a groove in a surface of a semiconductor substrate, (B) a step of embedding an insulating material in the groove, and (C) an insulating material. (D) a step of removing an insulating film on the insulating material while leaving it partially, (E) a heat treatment of the insulating material from which the insulating film has been removed, (F) Flattening the heat-treated insulating material.

【0015】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
(A)半導体基板表面に第1の絶縁材料および第1の絶
縁膜を順次堆積してパターニングして溝部を形成する工
程と、(B)溝部に第2の絶縁材料を埋め込む工程と、
(C)第2の絶縁材料の上に第2の絶縁膜を積層する工
程と、(D)第2の絶縁材料上の第2の絶縁膜を一部残
して除去する工程と、(E)第2の絶縁膜が除去された
第2の絶縁材料を熱処理する工程と、(F)熱処理され
た第2の絶縁材料を平坦化する工程と、(G)第1およ
び第2の絶縁膜を除去する工程とを具備することを特徴
としている。
Further, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention
(A) a step of sequentially depositing and patterning a first insulating material and a first insulating film on a surface of a semiconductor substrate to form a groove, and (B) a step of embedding a second insulating material in the groove.
(C) a step of laminating a second insulating film on the second insulating material, (D) a step of removing a part of the second insulating film on the second insulating material, and (E). Heat-treating the second insulating material from which the second insulating film has been removed, (F) flattening the heat-treated second insulating material, and (G) forming the first and second insulating films. And a removing step.

【0016】さらに、本発明の素子分離方法は、(A)
半導体基板表面に溝部を形成する工程と、(B)溝部に
絶縁材料を埋め込む工程と、(C)絶縁材料の上に絶縁
膜を積層する工程と、(D)絶縁材料上の絶縁膜を一部
残して除去する工程と、(E)絶縁膜が除去された絶縁
材料を熱処理する工程と、(F)熱処理された絶縁材料
を平坦化する工程とを具備することを特徴としている。
Further, the device isolation method of the present invention comprises the steps of (A)
Forming a groove on the surface of the semiconductor substrate, (B) embedding an insulating material in the groove, (C) laminating an insulating film on the insulating material, and (D) forming an insulating film on the insulating material. And (F) flattening the insulating material from which the insulating film has been removed, and (F) flattening the heat-treated insulating material.

【0017】本発明の半導体装置の製造方法および素子
分離方法における熱処理の温度は950℃以上であるこ
とを特徴としている。また、絶縁材料は酸化膜、絶縁膜
は窒化膜であることを特徴としている。
The heat treatment temperature in the method for manufacturing a semiconductor device and the method for separating elements according to the present invention is 950 ° C. or higher. Further, it is characterized in that the insulating material is an oxide film and the insulating film is a nitride film.

【0018】本発明は、詳しくは、STI法による素子
分離工程における埋め込みCVD酸化膜のアニールに関
するものであり、STI平坦化前にCVD酸化膜のアニ
ールを行うことを特徴としている。
More specifically, the present invention relates to annealing of a buried CVD oxide film in an element isolation step by the STI method, and is characterized in that annealing of the CVD oxide film is performed before flattening the STI.

【0019】すなわち、アニールを行うタイミング、条
件、酸化膜種を限定することにより、埋め込み酸化膜の
膜質を改善し、アニール時に発生する熱ストレス起因の
結晶欠陥の発生を抑制するものである。
That is, the quality of the buried oxide film is improved by limiting the timing, conditions, and type of the oxide film for performing the annealing, and the generation of crystal defects caused by thermal stress during the annealing is suppressed.

【0020】STI平坦化前後でアニールに起因するス
トレスの大小を比較した場合、STI平坦化前にアニー
ルを行う場合の方が、平坦化後にアニールする場合より
もストレスが低減される。
When comparing the magnitude of the stress caused by the annealing before and after the STI flattening, the stress is reduced when the annealing is performed before the STI flattening, compared with the case where the annealing is performed after the STI flattening.

【0021】すなわち、STI平坦化前にアニールする
ことでストレスが低減され、結晶欠陥の発生を抑制し、
ストレス起因のリーク電流を低減することができる。
That is, by annealing before the STI flattening, the stress is reduced, and the generation of crystal defects is suppressed.
Leakage current due to stress can be reduced.

【0022】本発明の半導体装置の製造方法を以下に詳
しく説明する。
The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described in detail below.

【0023】半導体基板表面に、酸化膜、ストッパーと
して作用する第1の絶縁膜、マスクとして作用する層を
順次堆積する工程と、該酸化膜、該第1の絶縁膜および
該マスク膜の形成された半導体基板に開口部を形成する
工程と、該開口部の両脇最上層に残ったマスク層を除去
して、第1の開口部に埋め込み絶縁材料を堆積する工程
と、該埋め込み絶縁材料の上にストッパーとして作用す
る第2の絶縁膜を形成する工程と、第2の絶縁膜をスト
ッパーとしてエッチングを行う工程と、該埋め込み絶縁
材料にアニールを施す工程と、アニールを施した該埋め
込み絶縁材料を平坦化する工程と、該第1および第2の
絶縁膜を除去する工程とを含むことを特徴としている。
A step of sequentially depositing an oxide film, a first insulating film acting as a stopper, and a layer acting as a mask on the surface of the semiconductor substrate, and forming the oxide film, the first insulating film and the mask film; Forming an opening in the semiconductor substrate, removing the mask layer remaining on the uppermost layer on both sides of the opening, and depositing a buried insulating material in the first opening; Forming a second insulating film acting as a stopper thereon, performing etching using the second insulating film as a stopper, annealing the buried insulating material, and annealing the buried insulating material And a step of removing the first and second insulating films.

【0024】酸化膜は、例えばSiOとし、第1およ
び第2の絶縁膜は、例えば、SiNとする。
The oxide film is, for example, SiO 2, and the first and second insulating films are, for example, SiN.

【0025】アニール条件について述べる。本発明にお
いては、特に、アニールのタイミングが重要であり、平
坦化の前に行うことで、熱ストレスの低減が図られ、ひ
いては熱ストレス起因の結晶欠陥およびそれに伴うリー
ク電流の発生を抑制することができる。このアニールの
目的はCVD膜の緻密化である。アニール温度は、95
0℃以上であればよいが、950℃〜1100℃が好ま
しい。アニール雰囲気は、窒素、アルゴン等の不活性雰
囲気、酸素またはこれらの混合ガスとし、常圧でも減圧
でもかまわない。
The annealing conditions will be described. In the present invention, in particular, the timing of annealing is important. By performing it before planarization, thermal stress can be reduced, and thus, the occurrence of crystal defects due to thermal stress and the resulting leakage current can be suppressed. Can be. The purpose of this annealing is to densify the CVD film. The annealing temperature is 95
The temperature may be 0 ° C or higher, but is preferably 950 ° C to 1100 ° C. The annealing atmosphere is an inert atmosphere such as nitrogen or argon, oxygen or a mixed gas thereof, and may be normal pressure or reduced pressure.

【0026】第1の絶縁膜および埋め込み絶縁材料は、
例えば、CVDにより堆積する。CVDとしては、常圧
CVD法、減圧CVD法、プラズマCVD法、紫外光に
よる光CVD法、液相CVD法等が挙げられる。常圧C
VD法は、Oをオゾナイザーに導入して放電させて形
成されたオゾン(O)を用いる、オゾン系常圧CVD
法でもよい。減圧CVD法(LPCVD)は、例えば、
TEOS−O3の反応を6.7kPa程度の減圧下で行
ってもよい。プラズマCVD法は、13.56MHzあ
るいは150kHz程度のプラズマ放電により、TEO
S、O、He等のガスソースを用いて行う。光CVD
法は、ArF(193nm)、KrF(249nm)、
XeCl(308nm)、XeF(350nm)等によ
るエキシマレーザ、高圧水銀ランプ、水銀−キセノンラ
ンプの、主に紫外線の光エネルギーを用いて光反応によ
り行う。液相CVD法は、例えば、RF放電により励起
されたOとTMS(テトラメチルシラン)を用い−4
0℃で行う。
The first insulating film and the buried insulating material include:
For example, it is deposited by CVD. Examples of the CVD include a normal pressure CVD method, a low pressure CVD method, a plasma CVD method, a photo CVD method using ultraviolet light, a liquid phase CVD method, and the like. Normal pressure C
The VD method is an ozone-based normal pressure CVD using ozone (O 3 ) formed by introducing O 2 into an ozonizer and discharging.
It may be a law. Low-pressure CVD (LPCVD) is, for example,
The reaction of TEOS-O3 may be performed under a reduced pressure of about 6.7 kPa. The plasma CVD method uses TEO by plasma discharge at about 13.56 MHz or 150 kHz.
This is performed using a gas source such as S, O 2 , and He. Optical CVD
The methods are ArF (193 nm), KrF (249 nm),
It is performed by a photoreaction mainly using light energy of ultraviolet light, such as an excimer laser using XeCl (308 nm) or XeF (350 nm), a high-pressure mercury lamp, or a mercury-xenon lamp. Liquid phase CVD method, using e.g., RF discharge by the excited O 2 and TMS the (tetramethylsilane) -4
Perform at 0 ° C.

【0027】このCVDは、例えば、H等の還元性ガ
ス、He、Ne、Ar、Kr、Xe等の不活性ガス、O
2 、N2 、HCl、COまたはCO2 のようなガス中、
またはこれらの中から選択された2種以上の混合ガス中
で行う。
In this CVD, for example, a reducing gas such as H 2 , an inert gas such as He, Ne, Ar, Kr, and Xe;
2 , in a gas such as N 2 , HCl, CO or CO 2 ,
Alternatively, the treatment is performed in a mixed gas of two or more kinds selected from these.

【0028】また、アニールを施した埋め込み絶縁材料
の平坦化はCMP(化学的機械的研磨)により行う。
The flattening of the annealed buried insulating material is performed by CMP (chemical mechanical polishing).

【0029】本発明の半導体装置における埋め込み絶縁
材料としては、シリコン酸化膜が挙げられる。有機シリ
コン系材料としては、TEOS(テトラエチルオルソシ
リケート:Si(OC2 5 4 )、特に、03−TE
OS、LP−TEOS、P−TEOS;TMOS(テト
ラメトキシシラン:Si(OC2 5 4 );TPOS
(テトラプロポキシシラン:Si(OC3 7 4 );
DADBS(ジアセトキシジターシャリーブトキシシラ
ン:C4 9 O)2 Si−(OCOCH3 2);HT
O(High Temperature Oxide);LTO(Low Temperat
ure Oxie);PSG(Phospho-Silicate Glass)、BP
SG(Boro-Phospho-Silicate Glass )等が例示され
る。特に、TEOSとO3 を反応させると、450℃以
下の低温で絶縁膜の形成が可能で、しかも埋め込み酸化
膜の段差被覆性が良好である。
The buried insulating material in the semiconductor device of the present invention includes a silicon oxide film. As the organic silicon material, TEOS (tetraethyl orthosilicate: Si (OC 2 H 5) 4), in particular, 03-TE
OS, LP-TEOS, P-TEOS; TMOS (tetramethoxysilane: Si (OC 2 H 5 ) 4 ); TPOS
(Tetrapropoxysilane: Si (OC 3 H 7 ) 4 );
DADBS (diacetoxy-di-tert-butoxy silane: C 4 H 9 O) 2 Si- (OCOCH 3) 2); HT
O (High Temperature Oxide); LTO (Low Temperat)
ure Oxie); PSG (Phospho-Silicate Glass), BP
SG (Boro-Phospho-Silicate Glass) and the like are exemplified. In particular, when TEOS and O 3 are reacted, an insulating film can be formed at a low temperature of 450 ° C. or less, and the step coverage of the buried oxide film is good.

【0030】溝部の幅は、溝部にCVD酸化膜を埋め込
んだ際にボイドが形成されない程度であればよい。これ
は膜種や半導体装置の集積度等によって異なる。例え
ば、LPTEOSでは0.5μm以上とする。また、溝
部の深さは、1μm以下とし、例えば、DRAMの場合
には0.3〜0.7μmとする。
The width of the groove may be such that no void is formed when a CVD oxide film is buried in the groove. This depends on the film type, the degree of integration of the semiconductor device, and the like. For example, in LPTEOS, the thickness is 0.5 μm or more. The depth of the groove is 1 μm or less, for example, 0.3 to 0.7 μm in the case of a DRAM.

【0031】本発明の半導体装置の製造方法は、MOS
型およびバイポーラ型のいずれにも適用できるものであ
り、特に限定されるものではない。
A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention
The present invention can be applied to both the mold and the bipolar mold, and is not particularly limited.

【0032】[0032]

【発明の実施の形態】本発明の半導体装置の製造方法に
おける一連のSTI形成工程について以下の実施例によ
り説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A series of STI forming steps in a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described with reference to the following examples.

【0033】Siウェーハである半導体基板1を熱酸化
し、バッファー酸化膜2を形成する。次に、STI C
MP時に素子領域上のストッパーとして作用する第1の
SiN膜3をCVDにより形成する。さらに、第1のS
iN膜3上にSTI RIE時のマスクとなる第1のC
VD酸化膜4を堆積させる。(図1(a))さらに、マ
スク材の上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラ
フィーによりSTI領域となる部分のレジストを開口す
る。そのパターニングされたレジストをマスクとし、第
1のCVD酸化膜4、第1のSiN膜3、バッファー酸
化膜2に開口5(最小幅0.5μm)をRIEにより形
成する。RIEは、例えば、CF4 とCHF3 の混合ガ
スを2Paの圧力で、13.56MHzの高周波電力を
500W/cm2 で印加して行えばよい。その後、レジ
ストを剥離する。次に開口5を窓として、Si RIE
によりSTI領域のSiに深さ0.7μm程度の浅い溝
6を形成する。この時のRIEの雰囲気ガスは、例え
ば、HBr、NF3 混合である。(図1(b))浅い溝
の形成後、Si RIEのマスクである第1のCVD酸
化膜4をバッファードフッ酸等を用い、ウェットエッチ
ングして剥離する。次に浅い溝6の角部に加わる応力を
緩和する目的で、角を丸めるために、軽くケミカルドラ
イエッチング(CDE)を行う。丸め工程後、浅い溝6
の側壁部を保護するために、熱酸化を行い、浅い溝6の
底部および側壁に熱酸化膜7を形成する。(図1
(c))側壁熱酸化膜7を形成した後、STIの埋め込
み材として、第2のCVD酸化膜8を堆積させる。(図
1(d))次に、STI CMP時のSTI上の、つま
りフィールド上のストッパーとして第2のSiN膜9を
堆積させる。さらに第2のSiN膜9上にフォトレジス
ト10を塗布し、フォトリソグラフィーにより素子領域
上の突起部12に開口11を形成する。(図2(e))
次に第2のSiN膜9をRIEにより開口し、その後フ
ォトレジスト10を剥離する。(図2(f))次に、突
起部12の除去・平坦化を行う前に、埋め込みCVD酸
化膜8の緻密化のために、1000℃/N2 雰囲気で6
0分間アニールを行う。アニール後、CMPにより、第
1のSiN膜3と第2のSiN膜9とをストッパーとし
て突起部12を除去して平坦化する。(図2(g))平
坦化後、表面に露出した第1のSiN膜3と第2のSi
N膜9を、例えばCDEにより除去し、STIの形成を
完了する。(図2(h))この後、図示は省略するが、
素子形成領域、すなわちSDG領域に、例えば、MOS
トランジスタを形成する。MOSトランジスタは、ポリ
シリコンゲートを用いて自己整合的にドレイン領域を形
成する標準的なMOSプロセスで形成すればよい。
A semiconductor substrate 1, which is a Si wafer, is thermally oxidized to form a buffer oxide film 2. Next, STI C
A first SiN film 3 acting as a stopper on an element region at the time of MP is formed by CVD. Further, the first S
First C serving as a mask at the time of STI RIE on iN film 3
A VD oxide film 4 is deposited. (FIG. 1 (a)) Further, a photoresist is applied on the mask material, and an opening is formed in the portion of the resist to be the STI region by photolithography. Using the patterned resist as a mask, openings 5 (minimum width 0.5 μm) are formed in the first CVD oxide film 4, the first SiN film 3, and the buffer oxide film 2 by RIE. RIE may be performed, for example, by applying a mixed gas of CF 4 and CHF 3 at a pressure of 2 Pa and applying a high frequency power of 13.56 MHz at 500 W / cm 2 . After that, the resist is stripped. Next, using the opening 5 as a window, Si RIE
Thereby, a shallow groove 6 having a depth of about 0.7 μm is formed in Si in the STI region. At this time, the RIE atmosphere gas is, for example, a mixture of HBr and NF 3 . (FIG. 1B) After the formation of the shallow groove, the first CVD oxide film 4 serving as a mask for Si RIE is removed by wet etching using buffered hydrofluoric acid or the like. Next, in order to alleviate the stress applied to the corner of the shallow groove 6, light dry chemical dry etching (CDE) is performed to round the corner. After the rounding process, shallow grooves 6
In order to protect the side wall portion of the trench, thermal oxidation is performed to form a thermal oxide film 7 on the bottom and the side wall of the shallow groove 6. (Figure 1
(C) After forming the side wall thermal oxide film 7, a second CVD oxide film 8 is deposited as an STI filling material. (FIG. 1D) Next, a second SiN film 9 is deposited as a stopper on the STI during STI CMP, that is, on the field. Further, a photoresist 10 is applied on the second SiN film 9, and an opening 11 is formed in the protrusion 12 on the element region by photolithography. (FIG. 2 (e))
Next, the second SiN film 9 is opened by RIE, and then the photoresist 10 is removed. (FIG. 2 (f)) Next, before removing and flattening the protrusions 12, the embedded CVD oxide film 8 is densified at 1000 ° C./N 2 atmosphere for densification.
Anneal for 0 minutes. After the annealing, the protrusions 12 are removed and planarized by CMP using the first SiN film 3 and the second SiN film 9 as stoppers. (FIG. 2G) After the planarization, the first SiN film 3 and the second Si
The N film 9 is removed by, for example, CDE to complete the formation of the STI. (FIG. 2 (h)) Thereafter, although illustration is omitted,
In the element formation region, ie, the SDG region, for example, MOS
A transistor is formed. The MOS transistor may be formed by a standard MOS process in which a drain region is formed in a self-aligned manner using a polysilicon gate.

【0034】本実施例において、図2(e)の状態でア
ニールを行っているが、本発明で規定する熱処理とは、
図1(d)の状態、つまりSTI埋め込みCVD酸化膜
8を堆積させた直後から、図1(g)の状態の直前、つ
まり平坦化を行う直前の間に行い、その温度は約950
℃以上で、埋め込みCVD酸化膜8の組成を緻密にする
ような効果をもたらす全ての熱処理を言う。
In this embodiment, annealing is performed in the state shown in FIG. 2 (e).
1D, that is, immediately after depositing the STI buried CVD oxide film 8, and immediately before the state of FIG. 1G, that is, immediately before the planarization is performed.
All the heat treatments that have an effect of making the composition of the buried CVD oxide film 8 dense at a temperature of not less than ° C.

【0035】平坦化終了後に熱処理を行い、埋め込みC
VD酸化膜8の組成を緻密にする場合に比べ、本発明で
規定するような熱処理により、埋め込みCVD酸化膜8
の組成を緻密にする場合の方が、熱処理時に発生する熱
ストレスが小さく、ひいては熱ストレス起因の結晶欠陥
の発生を抑制することができる。
After the planarization is completed, a heat treatment is performed to
Compared to the case where the composition of the VD oxide film 8 is made dense, the embedded CVD oxide film 8 is formed by the heat treatment defined in the present invention.
When the composition is made denser, the thermal stress generated during the heat treatment is smaller, and thus the generation of crystal defects due to the thermal stress can be suppressed.

【0036】[0036]

【発明の効果】本発明の半導体装置の製造方法によれ
ば、熱処理を行うことにより、埋め込み酸化膜の膜質が
緻密化し、後のエッチング工程で発生する膜減りを抑制
することができる。また、熱処理により、熱ストレスの
低減が図られ、結晶欠陥の発生が抑制される。ひいて
は、熱ストレスおよび結晶欠陥起因のリーク電流の発生
を抑制することが可能となり、半導体装置の特性が大幅
に向上される。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, by performing a heat treatment, the quality of the buried oxide film can be densified, and the reduction of the film generated in the subsequent etching step can be suppressed. In addition, heat treatment reduces thermal stress and suppresses generation of crystal defects. As a result, it is possible to suppress the occurrence of leakage current due to thermal stress and crystal defects, and the characteristics of the semiconductor device are significantly improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の半導体装置の製造方法の一工程を示す
断面図。
FIG. 1 is a sectional view showing one step of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.

【図2】本発明の半導体装置の製造方法の一工程を示す
断面図。
FIG. 2 is a sectional view showing one step of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1... 基板 2... バッファー酸化膜 3... 第1のSiN膜 4... 第1のCVD酸化膜 5... 開口 6... 浅い溝 7... 熱酸化膜 8... 第2のCVD酸化膜 9... 第2のSiN膜 10... フォトレジスト 11... 開口 12... 突起部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate 2 ... Buffer oxide film 3 ... 1st SiN film 4 ... 1st CVD oxide film 5 ... Opening 6 ... Shallow groove 7 ... Thermal oxide film 8 ... second CVD oxide film 9 ... second SiN film 10 ... photoresist 11 ... opening 12 ... projection

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】(A)半導体基板表面に溝部を形成する工
程と、 (B)前記溝部に絶縁材料を埋め込む工程と、 (C)前記絶縁材料の上に絶縁膜を積層する工程と、 (D)前記絶縁材料上の前記絶縁膜を一部残して除去す
る工程と、 (E)前記絶縁膜が除去された前記絶縁材料を熱処理す
る工程と、 (F)熱処理された前記絶縁材料を平坦化する工程とを
具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(A) forming a groove in the surface of a semiconductor substrate; (B) embedding an insulating material in the groove; (C) laminating an insulating film on the insulating material; D) a step of removing the insulating film on the insulating material while leaving a part thereof; (E) a heat treatment of the insulating material from which the insulating film has been removed; and (F) a flattening of the heat-treated insulating material. And a method of manufacturing a semiconductor device.
【請求項2】 前記熱処理の温度は950℃以上である
ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方
法。
2. The method according to claim 1, wherein the temperature of the heat treatment is 950 ° C. or higher.
【請求項3】 前記絶縁材料は、酸化膜であることを特
徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
3. The method according to claim 1, wherein the insulating material is an oxide film.
【請求項4】 前記絶縁膜は、窒化膜であることを特徴
とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
4. The method according to claim 1, wherein the insulating film is a nitride film.
【請求項5】(A)半導体基板表面に第1の絶縁材料お
よび第1の絶縁膜を順次堆積してパターニングして溝部
を形成する工程と、 (B)前記溝部に第2の絶縁材料を埋め込む工程と、 (C)前記第2の絶縁材料の上に第2の絶縁膜を積層す
る工程と、 (D)前記第2の絶縁材料上の前記第2の絶縁膜を一部
残して除去する工程と、 (E)前記第2の絶縁膜が除去された前記第2の絶縁材
料を熱処理する工程と、 (F)熱処理された前記第2の絶縁材料を平坦化する工
程と、 (G)前記第1および第2の絶縁膜を除去する工程とを
具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. A step of (A) sequentially depositing and patterning a first insulating material and a first insulating film on a surface of a semiconductor substrate to form a groove, and (B) a second insulating material in the groove. Embedding; (C) laminating a second insulating film on the second insulating material; and (D) removing the second insulating film on the second insulating material while leaving a part thereof. (G) a step of heat-treating the second insulating material from which the second insulating film has been removed; (F) a step of flattening the heat-treated second insulating material; A) removing the first and second insulating films.
【請求項6】 前記熱処理の温度は950℃以上である
ことを特徴とする請求項5記載の半導体装置の製造方
法。
6. The method according to claim 5, wherein the temperature of the heat treatment is 950 ° C. or higher.
【請求項7】 前記絶縁材料は、酸化膜であることを特
徴とする請求項5記載の半導体装置の製造方法。
7. The method according to claim 5, wherein the insulating material is an oxide film.
【請求項8】 前記絶縁膜は、窒化膜であることを特徴
とする請求項5記載の半導体装置の製造方法。
8. The method according to claim 5, wherein the insulating film is a nitride film.
【請求項9】(A)半導体基板表面に溝部を形成する工
程と、 (B)前記溝部に絶縁材料を埋め込む工程と、 (C)前記絶縁材料の上に絶縁膜を積層する工程と、 (D)前記絶縁材料上の前記絶縁膜を一部残して除去す
る工程と、 (E)前記絶縁膜が除去された前記絶縁材料を熱処理す
る工程と、 (F)熱処理された前記絶縁材料を平坦化する工程とを
具備することを特徴とする素子分離方法。
9. A step of forming a groove in a surface of a semiconductor substrate, a step of embedding an insulating material in the groove, and a step of laminating an insulating film on the insulating material. D) a step of removing the insulating film on the insulating material while leaving a part thereof; (E) a heat treatment of the insulating material from which the insulating film has been removed; and (F) a flattening of the heat-treated insulating material. A device isolation method.
【請求項10】 前記熱処理の温度は950℃以上であ
ることを特徴とする請求項9記載の素子分離方法。
10. The device isolation method according to claim 9, wherein the temperature of the heat treatment is 950 ° C. or higher.
【請求項11】 前記絶縁材料は、酸化膜であることを
特徴とする請求項9記載の素子分離方法。
11. The element isolation method according to claim 9, wherein said insulating material is an oxide film.
【請求項12】 前記絶縁膜は、窒化膜であることを特
徴とする請求項9記載の素子分離方法。
12. The device isolation method according to claim 9, wherein said insulating film is a nitride film.
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