JP2000091418A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JP2000091418A
JP2000091418A JP10256782A JP25678298A JP2000091418A JP 2000091418 A JP2000091418 A JP 2000091418A JP 10256782 A JP10256782 A JP 10256782A JP 25678298 A JP25678298 A JP 25678298A JP 2000091418 A JP2000091418 A JP 2000091418A
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JP
Japan
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mask layer
forming
semiconductor substrate
mask
etching
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JP10256782A
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Japanese (ja)
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Akihisa Noma
明久 野間
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Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To form fine trench element isolation layers which exceed the resolving limit of photolithography. SOLUTION: After a mask layer 6 is formed on the main surface of a semiconductor substrate 2, recessed sections 6a are formed on the surface of the layer 6, and sidewalls 10 are formed in the sections 6a. Grooves (trenches 2a) are formed on the surface of the substrate 2 by etching the portions of the mask layer 6 under the sidewalls 10, by using the sidewalls 10 as masks and etching the substrate 2 by using the mask layer 6 and sidewalls 10 as masks. After the trenches 2a are filled by depositing an insulator over the entire surface, the insulator is removed from the surface of the mask layer and the main surface of the substrate 2. Openings may also be formed through the mask layer 6 in the thickness direction rather than the recessed sections 6a and sidewalls on the internal surfaces of the openings may be formed.

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、トレンチ素子分離
層を有する半導体装置の製造方法に関する。特定的に、
本発明は、フォトリソグラフィの限界解像以下にトレン
チを微細化できる半導体装置の製造方法に関する。
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device having a trench element isolation layer. Specifically,
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device capable of miniaturizing a trench below the limit resolution of photolithography.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置の微細化にともない、素子分
離領域の面積を縮小するための素子分離形成技術の開発
が積極的に行われている。従来、汎用されてきた素子分
離形成技術としてはLOCOS(Local Oxidationof Sil
icon)法がある。LOCOS法では、パッド酸化膜を介
在させてシリコン基板上にパターン形成された窒化膜を
酸化阻止層として、表出したシリコン基板表面を厚く熱
酸化することにより素子分離を行う。このLOCOS法
は、素子形成領域が比較的広い領域、例えばメモリ装置
の周辺回路部には、問題なく適用することができる。
2. Description of the Related Art With the miniaturization of semiconductor devices, the development of element isolation forming techniques for reducing the area of element isolation regions has been actively carried out. Conventionally, LOCOS (Local Oxidation of Silo
icon) There is a law. In the LOCOS method, element isolation is performed by thickly thermally oxidizing the exposed surface of the silicon substrate using a nitride film patterned on the silicon substrate with a pad oxide film interposed therebetween as an oxidation prevention layer. The LOCOS method can be applied to a region having a relatively large element formation region, for example, a peripheral circuit portion of a memory device without any problem.

【0003】しかしながら、LOCOS法によれば素子
間隔が比較的狭い領域、例えばメモリセルアレイ部にお
いては、LOCOS形成のための熱酸化が十分に進行し
にくいため、周辺回路部に比較してLOCOSが薄く形
成され易い。このため、メモリセル間分離の絶縁特性が
低下したり、ウエル間でリーク電流が大きくなったり
し、また薄いLOCOS上の配線層をゲートとした寄生
MOSトランジスタが形成され易くなり、これらの結
果、トランジスタ特性が低下する。また、基板を熱酸化
してLOCOSを形成するため、熱酸化時の体積膨張に
よるストレスによってLOCOS周囲のアクティブ領域
に結晶の歪みが導入され、結晶欠陥が発生する。この結
晶欠陥はゲート電極(金属ポリサイドゲート電極)の加
工時に金属汚染トラップとなる結果、この点からもトラ
ンジスタ特性が低下するおそれがある。さらに、LOC
OS端部にバーズビークが発生することによりアクティ
ブ領域の面積が制限され、これがセル面積の縮小を阻害
したり、表面段差が著しくなるという不利益もある。
However, according to the LOCOS method, thermal oxidation for forming the LOCOS does not sufficiently proceed in a region where the element interval is relatively narrow, for example, in a memory cell array portion. Therefore, the LOCOS is thinner than the peripheral circuit portion. Easy to form. As a result, the insulation characteristics of the memory cell isolation deteriorate, the leak current increases between wells, and a parasitic MOS transistor having a thin wiring layer on LOCOS as a gate is easily formed. As a result, Transistor characteristics deteriorate. Further, since the LOCOS is formed by thermally oxidizing the substrate, crystal distortion is introduced into an active region around the LOCOS due to stress due to volume expansion at the time of thermal oxidation, and crystal defects occur. This crystal defect becomes a metal contamination trap when the gate electrode (metal polycide gate electrode) is processed, and the transistor characteristics may be degraded from this point as well. In addition, LOC
The occurrence of a bird's beak at the end of the OS limits the area of the active region, and this has the disadvantage of inhibiting the reduction of the cell area and increasing the surface step.

【0004】上記問題を解消する素子分離層の形成技術
として、STI(Shallow Trench Isolation)が知られて
いる。STIでは、基板上にパッド酸化膜を介在させて
形成された窒化膜のパターンを基板エッチングのマスク
層として用いることにより、任意の深さでトレンチを形
成し、トレンチに絶縁物を埋め込むことによりトレンチ
素子分離層を形成する。このSTIを用いると、バーズ
ビーク等の素子分離に寄与しない余分な領域がないた
め、LOCOS分離では0.8μm程度が限界であった
素子分離幅を、その半分程度まで縮小できる。また、ト
レンチの深さを任意に設定できることから絶縁特性がよ
く、またシリコンの体積膨張による結晶の歪みも発生し
ない。
An STI (Shallow Trench Isolation) is known as a technique for forming an element isolation layer that solves the above problem. In STI, a trench is formed at an arbitrary depth by using a nitride film pattern formed on a substrate with a pad oxide film interposed therebetween as a mask layer for substrate etching, and an insulator is embedded in the trench to form a trench. An element isolation layer is formed. When this STI is used, there is no extra area such as a bird's beak that does not contribute to element isolation, so that the element isolation width, which was limited to about 0.8 μm in LOCOS isolation, can be reduced to about half of that. In addition, since the depth of the trench can be arbitrarily set, the insulating characteristics are good, and crystal distortion due to volume expansion of silicon does not occur.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来のトレンチ素子分離法では、エッチングマスク層を加
工する際のフォトフィソグラフィの解像限界によって分
離幅が制限されるという課題があった。このため、現行
の0.3μm前後のデザインルールでは、0.4μmよ
り小さい分離幅を持ったトレンチ素子分離層の形成は困
難であった。
However, in such a conventional trench element separation method, there is a problem that the separation width is limited by the resolution limit of photolithography when processing an etching mask layer. . For this reason, it is difficult to form a trench isolation layer having an isolation width smaller than 0.4 μm with the current design rule of about 0.3 μm.

【0006】本発明の目的は、フォトフィソグラフィの
解像限界を越えて微細なトレンチ素子分離層を形成する
ことができる半導体装置の製造方法を提供することにあ
る。
An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of forming a fine trench element isolation layer exceeding the resolution limit of photolithography.

【0007】[0007]

【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、半導体基板の主面側にマスク層を形成する工
程と、前記マスク層の表面に凹部を形成する工程と、前
記マスク層の凹部内にサイドウォールを形成する工程
と、前記サイドウォールをマスクとして当該サイドウォ
ールより下のマスク層部分をエッチングし、当該マスク
層およびサイドウォールをマスクとして前記半導体基板
をエッチングし、当該半導体基板の表面に溝(トレン
チ)を形成する工程と、全面に絶縁物を堆積して前記溝
を埋め込む工程と、前記マスク層および前記半導体基板
の主面より上方の前記絶縁物を除去する工程とを有す
る。前記凹部の形成工程は、好適には、前記マスク層上
に形成したフォトレジストパターンをマスクとして前記
マスク層を表面からエッチングする工程を含み、前記半
導体基板に形成された溝は、そのパターン最小寸法が前
記フォトレジストパターン形成時の解像限界より小さ
い。
According to a method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, a step of forming a mask layer on a main surface side of a semiconductor substrate; a step of forming a concave portion on a surface of the mask layer; Forming a sidewall in the concave portion, etching the mask layer portion below the sidewall using the sidewall as a mask, etching the semiconductor substrate using the mask layer and the sidewall as a mask, Forming a groove (trench) on the surface of the substrate, filling the groove by depositing an insulator over the entire surface, and removing the insulator above the main surface of the mask layer and the semiconductor substrate. Have. The step of forming the recess preferably includes a step of etching the mask layer from the surface using a photoresist pattern formed on the mask layer as a mask, and the groove formed in the semiconductor substrate has a pattern minimum dimension. Is smaller than the resolution limit at the time of forming the photoresist pattern.

【0008】また、好適には、前記マスク層および絶縁
物を除去する工程は、前記溝を埋め込んで堆積された前
記絶縁物の表面から研磨を行う平坦化工程を含む。平坦
化すると、例えば後のフォトリソグラフィの工程のフォ
ーカスマージンを大きくでき、プロセス上のバラツキが
低減できる。
Preferably, the step of removing the mask layer and the insulator includes a step of polishing the surface of the insulator deposited by filling the trench. By planarizing, for example, a focus margin in a later photolithography step can be increased, and variation in a process can be reduced.

【0009】本発明の半導体装置は、半導体基板の主面
側にマスク層を形成する工程と、前記マスク層に開口部
を形成する工程と、前記マスク層の開口部のサイズを縮
小する工程と、前記開口部のサイズが縮小されたマスク
層をマスクとして前記半導体基板をエッチングし、当該
半導体基板の表面に溝(トレンチ)を形成する工程と、
全面に絶縁物を堆積して前記溝を埋め込む工程と、前記
マスク層および半導体基板の主面より上方の前記絶縁物
を除去する工程とを有する。
According to the semiconductor device of the present invention, a step of forming a mask layer on the main surface side of a semiconductor substrate, a step of forming an opening in the mask layer, and a step of reducing the size of the opening of the mask layer Etching the semiconductor substrate using the mask layer having the reduced size of the opening as a mask to form a trench on the surface of the semiconductor substrate;
A step of depositing an insulator over the entire surface to fill the groove; and a step of removing the insulator above a main surface of the mask layer and the semiconductor substrate.

【0010】これらの半導体装置では、マスク層の開口
部のサイズがサイドウォール等によって縮小される。こ
のため、半導体基板に形成するトレンチの最小寸法を、
マスク層加工時のフォトリソグラフィの解像限界より小
さくできる。
In these semiconductor devices, the size of the opening of the mask layer is reduced by a sidewall or the like. For this reason, the minimum dimension of the trench formed in the semiconductor substrate is
It can be smaller than the resolution limit of photolithography when processing the mask layer.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る半導体装置の
製造方法の実施形態を、MOS型半導体装置に適用した
場合を例に、図面を参照しながら詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings, taking an example in which the present invention is applied to a MOS type semiconductor device.

【0012】第1実施形態 図1〜図8は、本実施形態に係る半導体装置の各製造過
程を示す断面図である。
First Embodiment FIGS. 1 to 8 are sectional views showing the steps of manufacturing a semiconductor device according to this embodiment.

【0013】図1に示すように、まず、シリコンウエハ
等の半導体基板2上に、例えば酸化シリコンからなるパ
ッド酸化膜4と、例えば窒化シリコンからなるマスク層
6を順に形成する。具体的には、パッド酸化膜4を、例
えば10〜20nmほど熱酸化法により形成する。パッ
ド酸化膜4上に、数百nm程度のマスク層6をCVD(C
hemical Vapor Deposition) により形成する。パッド酸
化膜4は、窒化シリコン等のマスク層6とシリコン基板
との密着性を確保するために設けられたもので、マスク
層6の材質との関係で省略も可能である。マスク層6
は、後で半導体基板2に溝(トレンチ)を形成する際の
エッチングマスクとして機能する。このためマスク層6
は、窒化シリコンなど、シリコンとのエッチング選択比
が高い材料から構成される。マスク層6の厚さは、形成
しようとするトレンチの深さ等を考慮して決められる。
As shown in FIG. 1, a pad oxide film 4 made of, for example, silicon oxide and a mask layer 6 made of, for example, silicon nitride are sequentially formed on a semiconductor substrate 2 such as a silicon wafer. Specifically, the pad oxide film 4 is formed to a thickness of, for example, about 10 to 20 nm by a thermal oxidation method. A mask layer 6 having a thickness of about several hundred nm is formed on the pad oxide film 4 by CVD (C
Chemical Vapor Deposition). The pad oxide film 4 is provided for ensuring the adhesion between the mask layer 6 made of silicon nitride or the like and the silicon substrate, and may be omitted depending on the material of the mask layer 6. Mask layer 6
Functions as an etching mask when a groove (trench) is formed in the semiconductor substrate 2 later. Therefore, the mask layer 6
Is made of a material having a high etching selectivity with silicon, such as silicon nitride. The thickness of the mask layer 6 is determined in consideration of, for example, the depth of a trench to be formed.

【0014】つぎに、マスク層6上に、その表面に凹部
を形成するためのエッチングマスクとして、例えばフォ
トレジストからなるパターン8を形成する。このレジス
トパターン8は、凹部形成箇所に開口部を有する。
Next, a pattern 8 made of, for example, a photoresist is formed on the mask layer 6 as an etching mask for forming a concave portion on the surface thereof. The resist pattern 8 has an opening at a position where a concave portion is formed.

【0015】図2に示すように、レジストパターン8を
マスクとしてマスク層6の途中までエッチングを行う。
これにより、マスク層6の表面に凹部6aが形成され
る。なお、このときのエッチングは、パターン転写精度
の点から、例えばRIE(Reactive Ion Etching)等の異
方性エッチングが望ましい。
As shown in FIG. 2, the resist pattern 8 is used as a mask to perform etching to a part of the mask layer 6.
Thereby, a recess 6 a is formed on the surface of the mask layer 6. The etching at this time is desirably anisotropic etching such as RIE (Reactive Ion Etching) from the viewpoint of pattern transfer accuracy.

【0016】レジストパターン8除去後、図3に示すよ
うに、凹部6aの内面を含むマスク層6の全面に、例え
ばノンドープポリシリコンからなる膜10aを成膜す
る。この幅10aは、次にサイドウォールの形成に供せ
られる。したがって、この膜10aの膜厚がサイドウォ
ールの幅を決定するために重要であり、数十nm〜百数
十nm程度に設定される。この膜10aの材質は、窒化
シリコンとのエッチング選択比等の点から、ここではノ
ンドープポリシリコンとしたが、シリコン基板とのエッ
チング選択比を高くするには他の材料でもよい。
After removing the resist pattern 8, as shown in FIG. 3, a film 10a made of, for example, non-doped polysilicon is formed on the entire surface of the mask layer 6 including the inner surface of the concave portion 6a. This width 10a is then subjected to the formation of a sidewall. Therefore, the thickness of the film 10a is important for determining the width of the sidewall, and is set to about several tens nm to one hundred and several tens nm. The material of the film 10a is non-doped polysilicon in terms of the etching selectivity with silicon nitride and the like, but other materials may be used to increase the etching selectivity with the silicon substrate.

【0017】上記膜10aの全面に異方性エッチング、
例えばRIEを行う。これにより、図4に示すように、
マスク層6の凹部6aの内部にサイドウォール10が形
成される。
Anisotropic etching is performed on the entire surface of the film 10a,
For example, RIE is performed. Thereby, as shown in FIG.
A sidewall 10 is formed inside the concave portion 6a of the mask layer 6.

【0018】形成したサイドウォール10をマスクとし
て、その下のマスク層部分をエッチングし、続けて、こ
のエッチングによって表出したパッド酸化膜4と、その
下の半導体基板2をエッチングする。これらのエッチン
グは、RIE等により行い、好ましくは条件を変えて連
続して行う。これにより、図5に示すように、半導体基
板2にトレンチ2aが形成される。半導体基板2のエッ
チング深さ、即ちトレンチ2aの深さは、例えば300
〜400nm程度に設定される。また、図5に示すトレ
ンチ2aのパターン最小寸法は、図1の工程におけるレ
ジストパターン8のパターン最小寸法Fより小さくな
る。したがって、レジストパターン8のパターン最小寸
法Fがフォトリソグラフィの解像限界の場合、本実施形
態におけるトレンチ形成方法によって、解像限界より小
さい幅のトレンチの形成が可能となる。
Using the formed sidewalls 10 as a mask, the mask layer portion thereunder is etched, and then the pad oxide film 4 exposed by this etching and the semiconductor substrate 2 thereunder are etched. These etchings are performed by RIE or the like, and are preferably performed continuously under different conditions. Thus, a trench 2a is formed in the semiconductor substrate 2, as shown in FIG. The etching depth of the semiconductor substrate 2, that is, the depth of the trench 2a is, for example, 300
It is set to about 400 nm. The minimum pattern dimension of the trench 2a shown in FIG. 5 is smaller than the minimum pattern dimension F of the resist pattern 8 in the step of FIG. Therefore, when the pattern minimum dimension F of the resist pattern 8 is the resolution limit of the photolithography, the trench forming method according to the present embodiment makes it possible to form a trench having a width smaller than the resolution limit.

【0019】つぎに、図6に示すように、全面に埋込絶
縁膜12を比較的厚く堆積し、トレンチ2a内を絶縁物
で埋め込む。この埋込絶縁膜12は、埋め込み性のよい
材質が選択され、ここではTEOS(Tetraethyloxysila
ne又はTetraethylorthosilicate,Si(OC
2 5 4 )の原料ガスを酸素(O2 )またはオゾン
(O3 )により酸化、熱分解して得られる酸化シリコン
膜を用いる。また、埋込絶縁膜12として高密度プラズ
マ内で形成された酸化シリコン等の膜(HDP(High De
nsity Plasma) 膜)を用いることもできる。
Next, as shown in FIG. 6, a buried insulating film 12 is deposited relatively thick on the entire surface, and the trench 2a is buried with an insulator. As the buried insulating film 12, a material having a good burying property is selected. In this case, TEOS (Tetraethyloxysila) is used.
ne or Tetraethylorthosilicate, Si (OC
A silicon oxide film obtained by oxidizing and thermally decomposing the source gas of 2 H 5 ) 4 ) with oxygen (O 2 ) or ozone (O 3 ) is used. In addition, a film such as silicon oxide (HDP (High Depth) formed in high-density plasma
nsity Plasma) film can also be used.

【0020】この埋込絶縁膜12の表面から研磨、例え
ばCMP(Chemical Mechanical Polishing) を行う。こ
れにより、図7に示すように、マスク層6がほぼ除去さ
れ、また埋込絶縁膜12が各トレンチ内に埋め込まれた
状態で互いに分離される。
The surface of the buried insulating film 12 is polished, for example, by CMP (Chemical Mechanical Polishing). As a result, as shown in FIG. 7, the mask layer 6 is almost removed, and the buried insulating films 12 are separated from each other while being buried in each trench.

【0021】図8に示すように、MOSトランジスタの
形成を行う。すなわち、マスク層6を完全に除去した
後、例えばパッド酸化膜4を残したまま、半導体基板2
にp型またはn型の不純物を所定条件でイオン注入し、
基板内表面にウエル14を形成する。このウエル14
は、トレンチ2aより浅く形成される。つぎに、パッド
酸化膜4を除去して、新たに膜厚が厳密に制御されたゲ
ート酸化膜16を、例えば10nm程度ウエル表面を熱
酸化することにより形成する。このときの酸化は、例え
ばパイロジェニック酸化法により行う。このゲート酸化
膜16上にポリシリコン等のゲート電極18を形成し、
これと自己整合的に不純物をウエル14内にイオン注入
し、LDD(Lightly Doped Drain) 不純物領域20aを
形成する。また、ゲート電極18の側面にサイドウォー
ル絶縁層22を形成し、これと自己整合的に不純物をウ
エル14内にイオン注入し、LDD不純物領域20aよ
りゲート電極外側にオフセットされた高濃度不純物領域
20bを形成する。ソース・ドレイン不純物領域20
は、これらLDD不純物領域20aと高濃度不純物領域
20bとからなる。
As shown in FIG. 8, a MOS transistor is formed. That is, after the mask layer 6 is completely removed, for example, the semiconductor substrate 2 is left while the pad oxide film 4 is left.
Ion implantation of p-type or n-type impurities under predetermined conditions,
A well 14 is formed on the inner surface of the substrate. This well 14
Is formed shallower than trench 2a. Next, the pad oxide film 4 is removed, and a new gate oxide film 16 whose thickness is strictly controlled is formed by thermally oxidizing the well surface, for example, by about 10 nm. The oxidation at this time is performed by, for example, a pyrogenic oxidation method. A gate electrode 18 of polysilicon or the like is formed on the gate oxide film 16,
An impurity is ion-implanted into the well 14 in a self-aligned manner to form an LDD (Lightly Doped Drain) impurity region 20a. Further, a sidewall insulating layer 22 is formed on the side surface of the gate electrode 18, an impurity is ion-implanted into the well 14 in a self-aligned manner with the sidewall insulating layer 22, and a high-concentration impurity region 20 b offset from the LDD impurity region 20 a outside the gate electrode. To form Source / drain impurity region 20
Is composed of these LDD impurity regions 20a and high concentration impurity regions 20b.

【0022】その後は、配線層形成等の諸工程を経て、
当該半導体装置1を完成させる。
After that, through various steps such as wiring layer formation,
The semiconductor device 1 is completed.

【0023】本実施形態の半導体装置の製造方法では、
トレンチ形成用のマスク層6にサイドウォールを形成す
ることによって、例えばトレンチをフォトリソグラフィ
の限界解像以下の微細パターン幅で形成できる。このた
め、半導体素子を高密度に集積した半導体装置を提供す
ることができる。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to this embodiment,
By forming sidewalls in the mask layer 6 for forming trenches, for example, trenches can be formed with a fine pattern width equal to or less than the limit resolution of photolithography. Therefore, a semiconductor device in which semiconductor elements are integrated at a high density can be provided.

【0024】第2実施形態 図9〜図12は、本実施形態に係る半導体装置の各製造
過程を示す断面図である。この半導体装置30を形成す
るには、第1実施形態と同様に、半導体基板2上にパッ
ド酸化膜4とマスク層6を積層し、その上にレジストパ
ターン8を形成する。
Second Embodiment FIGS. 9 to 12 are sectional views showing the steps of manufacturing a semiconductor device according to this embodiment. In order to form the semiconductor device 30, a pad oxide film 4 and a mask layer 6 are stacked on a semiconductor substrate 2 and a resist pattern 8 is formed thereon as in the first embodiment.

【0025】つぎにレジストパターン8をマスクとして
エッチングを行うが、本実施形態では、図9に示すよう
に、マスク層6を貫いてパッド酸化膜4が表出するまで
最初のエッチングを行う。これにより、マスク層6に開
口部6bが形成される。
Next, etching is performed using the resist pattern 8 as a mask. In this embodiment, the first etching is performed until the pad oxide film 4 is exposed through the mask layer 6 as shown in FIG. Thus, an opening 6b is formed in the mask layer 6.

【0026】レジストパターン8除去後、図10に示す
ように、この開口部6bの内壁および露出したパッド酸
化膜部分を覆うように、サイドウォールとなる膜32a
を成膜する。第1実施形態では、図4に示すようにサイ
ドウォール10は、その下のマスク層部分に対するエッ
チングマスクとしての働きがあることから、その材質を
例えばノンドープポリシリコン等にする必要があった。
これに対し、本実施形態におけるサイドウォールとなる
膜32aは、その材料がパッド酸化膜4およびシリコン
基板との選択比が高い材料であればよく、例えばマスク
層6と同じ窒化シリコンからなる。
After the resist pattern 8 is removed, as shown in FIG. 10, a film 32a to be a side wall is formed so as to cover the inner wall of the opening 6b and the exposed pad oxide film portion.
Is formed. In the first embodiment, as shown in FIG. 4, the sidewall 10 has a function as an etching mask for a portion of the mask layer therebelow, so that the material has to be made of, for example, non-doped polysilicon.
On the other hand, the film 32a serving as the sidewall in the present embodiment may be made of a material having a high selectivity with respect to the pad oxide film 4 and the silicon substrate, and is made of, for example, the same silicon nitride as the mask layer 6.

【0027】その後は、サイドウォール32をマスク層
6の開口部6b内に形成し(図11)、このサイドウォ
ール32とマスク層6をマスクとした異方性エッチング
により、半導体基板2にトレンチ2aを形成する(図1
2)。また、特に図示しないが、第1実施形態と同様
に、MOSトランジスタを形成し、配線層等の諸工程を
経て、当該半導体装置30を完成させる。
Thereafter, a sidewall 32 is formed in the opening 6b of the mask layer 6 (FIG. 11), and the trench 2a is formed in the semiconductor substrate 2 by anisotropic etching using the sidewall 32 and the mask layer 6 as a mask. (Fig. 1
2). Although not particularly shown, as in the first embodiment, a MOS transistor is formed and the semiconductor device 30 is completed through various steps such as a wiring layer.

【0028】本実施形態の半導体装置30の製造方法で
は、第1実施形態と同様な効果、即ち、トレンチをフォ
トリソグラフィの限界解像以下の微細パターン幅で形成
でき、その結果、高い集積度の半導体装置を提供するこ
とができる。
According to the method of manufacturing the semiconductor device 30 of the present embodiment, the same effect as that of the first embodiment, that is, the trench can be formed with a fine pattern width equal to or less than the limit resolution of photolithography, and as a result, a high integration degree can be obtained. A semiconductor device can be provided.

【0029】上述した第1,第2実施形態は、上記説明
に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、マス
ク層6は、エッチングレートの異なる複数の層から構成
することができる。この場合、例えば第1実施形態にお
いて、凹部6aの形成時のエッチングをマスク層6を構
成する下層膜が表出した時点で終了させることが望まし
い。なぜなら、この方法では凹部6aの深さをマスク層
6を構成する上層膜の膜厚で規定することができ、凹部
6aの深さがウエハ面内で均一になるからである。
The above-described first and second embodiments are not limited to the above description, and various modifications are possible. For example, the mask layer 6 can be composed of a plurality of layers having different etching rates. In this case, for example, in the first embodiment, it is desirable that the etching at the time of forming the concave portion 6a be completed when the lower layer film constituting the mask layer 6 is exposed. This is because, in this method, the depth of the concave portion 6a can be defined by the thickness of the upper layer film constituting the mask layer 6, and the depth of the concave portion 6a becomes uniform in the wafer surface.

【0030】また、トレンチ2aを形成後、これに絶縁
物を埋め込む前に、トレンチ内面を熱酸化して薄い酸化
シリコン膜を形成しておくことが望ましい。トレンチ素
子分離層内のストレスが緩和され、アイソレーション特
性、近隣のトランジスタ形成領域への影響が低減される
からである。
After forming the trench 2a and before embedding an insulator in the trench 2a, it is desirable to thermally oxidize the inner surface of the trench to form a thin silicon oxide film. This is because the stress in the trench element isolation layer is reduced, and the isolation characteristics and the influence on the neighboring transistor formation region are reduced.

【0031】さらに、前記第1,第2実施形態の説明で
はトレンチを埋め込んだ後にCMP等により平坦化する
こととしたが、埋込絶縁膜12をエッチバックすること
もできる。ただし、トレンチ2a内上部で埋込絶縁膜1
2が後退するとトレンチ素子分離層のアイソレーション
特性が低下するおそれがあることから、エッチバックの
面内バラツキを考慮すると、エッチバックはアンダーぎ
みに、即ち基板面より上方位置で停止させる必要があ
る。その場合、埋込絶縁膜12が基板面から突出し、そ
の後、MOSトランジスタのゲート電極を形成する際の
フォトリソグラフィにおいて、フォーカスマージンがと
れなくなりゲート寸法がばらつくことがある。これが第
1,第2実施形態においてCMP等により平坦化を行う
理由であるが、上記したアイソレーション特性低下とゲ
ート電極寸法バラツキとが双方とも発生しないほどプロ
セスマージンがある、或いは発生しても軽微で実用上問
題とならない場合等にあっては、本発明でCMP等によ
り平坦化を行う必然性はない。
Further, in the description of the first and second embodiments, the trench is buried and then planarized by CMP or the like. However, the buried insulating film 12 can be etched back. However, the buried insulating film 1 is formed in
Since the isolation characteristic of the trench element isolation layer may be deteriorated when 2 retreats, in consideration of the in-plane variation of the etch-back, it is necessary to stop the etch-back at the bottom, that is, at a position above the substrate surface. . In that case, the buried insulating film 12 may protrude from the substrate surface, and thereafter, in photolithography when forming the gate electrode of the MOS transistor, a focus margin may not be obtained and the gate dimensions may vary. This is the reason why the planarization is performed by CMP or the like in the first and second embodiments. However, there is a process margin such that both the above-described degradation of the isolation characteristics and the variation in the size of the gate electrode do not occur. In such a case where there is no practical problem, there is no necessity to perform planarization by CMP or the like in the present invention.

【0032】[0032]

【発明の効果】本発明に係る半導体装置の製造方法によ
れば、トレンチをフォトリソグラフィの限界解像以下の
微細パターン幅で形成でき、その結果、高い集積度の半
導体装置を提供することができる。
According to the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a trench can be formed with a fine pattern width equal to or less than the limit resolution of photolithography, and as a result, a semiconductor device with a high degree of integration can be provided. .

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

【図1】本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造
過程を示す断面図であり、マスク層加工用のレジストパ
ターン形成までを示す。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention, showing up to the formation of a resist pattern for processing a mask layer.

【図2】図1に続く製造過程を示す断面図であり、マス
ク層の凹部形成までを示す。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the manufacturing process following FIG. 1 and shows up to the formation of the concave portion of the mask layer.

【図3】図2に続く製造過程を示す断面図であり、サイ
ドウォールとなる膜の成膜までを示す。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a manufacturing process following FIG. 2 up to formation of a film serving as a sidewall.

【図4】図3に続く製造過程を示す断面図であり、サイ
ドウォールの形成までを示す。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a manufacturing process following FIG. 3, up to formation of a sidewall.

【図5】図4に続く製造過程を示す断面図であり、トレ
ンチの形成までを示す。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a manufacturing process following FIG. 4, up to formation of a trench;

【図6】図5に続く製造過程を示す断面図であり、埋込
絶縁膜の堆積までを示す。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a manufacturing process following FIG. 5, up to deposition of a buried insulating film;

【図7】図6に続く製造過程を示す断面図であり、CM
P後を示す。
FIG. 7 is a sectional view showing a manufacturing process following FIG. 6;
Shows after P.

【図8】図7に続く製造過程を示す断面図であり、MO
Sトランジスタの形成までを示す。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a manufacturing process following FIG. 7;
The steps up to the formation of the S transistor are shown.

【図9】本発明の第2実施形態に係る半導体装置の製造
過程を示す断面図であり、マスク層の開口部形成までを
示す。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, showing up to the formation of an opening in a mask layer.

【図10】図9に続く製造過程を示す断面図であり、サ
イドウォールとなる膜の成膜までを示す。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing the manufacturing process following FIG. 9, up to formation of a film serving as a sidewall.

【図11】図10に続く製造過程を示す断面図であり、
サイドウォールの形成までを示す。
11 is a cross-sectional view showing a manufacturing process following FIG. 10;
The steps up to the formation of the sidewall are shown.

【図12】図11に続く製造過程を示す断面図であり、
トレンチの形成までを示す。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a manufacturing process following FIG. 11;
The steps up to the formation of a trench are shown.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,30…半導体装置、2…半導体基板、2a…トレン
チ、4…パッド酸化膜、6…マスク層、6a…凹部、6
b…開口部、8…レジストパターン、10,32…サイ
ドウォール、10a,32a…サイドウォールとなる
膜、12…埋込絶縁膜、14…ウエル、16…ゲート酸
化膜、18…ゲート電極、20…ソース・ドレン不純物
領域、20a…LDD不純物領域、20b…高濃度不純
物領域、22…サイドウォール絶縁層、F…レジストパ
ターンの最小寸法。
1, 30 semiconductor device, 2 semiconductor substrate, 2a trench, 4 pad oxide film, 6 mask layer, 6a recess, 6
b ... opening, 8 ... resist pattern, 10, 32 ... sidewall, 10a, 32a ... sidewall film, 12 ... buried insulating film, 14 ... well, 16 ... gate oxide film, 18 ... gate electrode, 20 ... Source / drain impurity region, 20a LDD impurity region, 20b high concentration impurity region, 22 sidewall insulating layer, F minimum size of resist pattern.

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体基板の主面側にマスク層を形成する
工程と、 前記マスク層の表面に凹部を形成する工程と、 前記マスク層の凹部内にサイドウォールを形成する工程
と、 前記サイドウォールをマスクとして当該サイドウォール
より下のマスク層部分をエッチングし、当該マスク層お
よびサイドウォールをマスクとして前記半導体基板をエ
ッチングし、当該半導体基板の表面に溝(トレンチ)を
形成する工程と、 全面に絶縁物を堆積して前記溝を埋め込む工程と、 前記マスク層および前記半導体基板の主面より上方の前
記絶縁物を除去する工程とを有する半導体装置の製造方
法。
A step of forming a mask layer on the main surface side of the semiconductor substrate; a step of forming a recess in the surface of the mask layer; a step of forming a sidewall in the recess of the mask layer; Etching a mask layer portion below the sidewall using the wall as a mask, etching the semiconductor substrate using the mask layer and the sidewall as a mask, and forming a trench on the surface of the semiconductor substrate; A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: depositing an insulator on a substrate to fill the groove; and removing the insulator above a main surface of the mask layer and the semiconductor substrate.
【請求項2】前記凹部の形成工程は、前記マスク層上に
形成したフォトレジストパターンをマスクとして前記マ
スク層を表面からエッチングする工程を含み、 前記半導体基板に形成された溝は、そのパターン最小寸
法が前記フォトレジストパターン形成時の解像限界より
小さい請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the step of forming the recess includes a step of etching the mask layer from a surface using a photoresist pattern formed on the mask layer as a mask, wherein the groove formed in the semiconductor substrate has a minimum pattern. 2. The method according to claim 1, wherein a dimension is smaller than a resolution limit at the time of forming the photoresist pattern.
【請求項3】前記マスク層は窒化シリコンからなり、 前記マスク層を形成する工程の前に、前記半導体基板の
主面上に酸化シリコンからなるパッド酸化膜を形成する
工程を有する請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
3. The method according to claim 1, wherein said mask layer is made of silicon nitride, and further comprising a step of forming a pad oxide film made of silicon oxide on a main surface of said semiconductor substrate before said step of forming said mask layer. The manufacturing method of the semiconductor device described in the above.
【請求項4】前記サイドウォールは、多結晶または非晶
質シリコンからなる請求項1に記載の半導体装置の製造
方法。
4. The method according to claim 1, wherein said sidewall is made of polycrystalline or amorphous silicon.
【請求項5】前記マスク層および絶縁物を除去する工程
は、前記溝を埋め込んで堆積された前記絶縁物の表面か
ら研磨を行う平坦化工程を含む請求項1に記載の半導体
装置の製造方法。
5. The method according to claim 1, wherein the step of removing the mask layer and the insulator includes a step of polishing the surface of the insulator deposited by filling the trench. .
【請求項6】前記平坦化工程では、化学的機械研磨(C
MP)を用いる請求項5に記載の半導体装置の製造方
法。
6. In the flattening step, chemical mechanical polishing (C
6. The method according to claim 5, wherein (MP) is used.
【請求項7】前記絶縁物の堆積工程では、化学的気相堆
積(CVD)法を用いてテトラエチルオキシランまたは
テトラエチルオルソシリケート(TEOS)を酸素また
はオゾンによって酸化または熱分解して絶縁物を生成す
る請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
7. An insulator is formed by oxidizing or thermally decomposing tetraethyloxirane or tetraethylorthosilicate (TEOS) with oxygen or ozone using a chemical vapor deposition (CVD) method. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
【請求項8】半導体基板の主面側にマスク層を形成する
工程と、 前記マスク層に開口部を形成する工程と、 前記マスク層の開口部のサイズを縮小する工程と、 前記開口部のサイズが縮小されたマスク層をマスクとし
て前記半導体基板をエッチングし、当該半導体基板の表
面に溝(トレンチ)を形成する工程と、 全面に絶縁物を堆積して前記溝を埋め込む工程と、 前記マスク層および半導体基板の主面より上方の前記絶
縁物を除去する工程とを有する半導体装置の製造方法。
8. A step of forming a mask layer on the main surface side of the semiconductor substrate; a step of forming an opening in the mask layer; a step of reducing the size of the opening of the mask layer; Etching the semiconductor substrate using the reduced-size mask layer as a mask to form a groove (trench) on the surface of the semiconductor substrate; depositing an insulator over the entire surface to fill the groove; Removing the insulator above the main surface of the layer and the semiconductor substrate.
【請求項9】前記開口部の形成工程は、前記マスク層上
に形成したフォトレジストパターンをマスクとして前記
マスク層を表面からエッチングする工程を含み、 前記半導体基板に形成された溝は、そのパターン最小寸
法が前記フォトレジストパターン形成時の解像限界より
小さい請求項8に記載の半導体装置の製造方法。
9. The step of forming the opening includes a step of etching the mask layer from a surface using a photoresist pattern formed on the mask layer as a mask, wherein the groove formed in the semiconductor substrate has 9. The method according to claim 8, wherein a minimum dimension is smaller than a resolution limit at the time of forming the photoresist pattern.
【請求項10】前記マスク層および前記サイドウォール
は窒化シリコンからなり、 前記マスク層を形成する工程の前に、前記半導体基板の
主面上に酸化シリコンからなるパッド酸化膜を形成する
工程を有する請求項8に記載の半導体装置の製造方法。
10. The method according to claim 1, wherein the mask layer and the side wall are made of silicon nitride, and a step of forming a pad oxide film made of silicon oxide on a main surface of the semiconductor substrate is provided before the step of forming the mask layer. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 8.
【請求項11】前記マスク層の開口部のサイズを縮小す
る工程は、当該開口部内にサイドウォールを形成する工
程を含む請求項8に記載の半導体装置の製造方法。
11. The method according to claim 8, wherein the step of reducing the size of the opening in the mask layer includes the step of forming a sidewall in the opening.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007165862A (en) * 2005-11-15 2007-06-28 Toshiba Corp Method of manufacturing semiconductor device

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