JP2000306989A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JP2000306989A
JP2000306989A JP11111607A JP11160799A JP2000306989A JP 2000306989 A JP2000306989 A JP 2000306989A JP 11111607 A JP11111607 A JP 11111607A JP 11160799 A JP11160799 A JP 11160799A JP 2000306989 A JP2000306989 A JP 2000306989A
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semiconductor substrate
isolation pattern
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element isolation
sidewall
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Masahiro Koike
正博 小池
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 パッド酸化膜、犠牲酸化膜等のエッチング除
去時に半導体基板に形成した素子分離パターンの側壁部
がエッチングされて窪みが形成されるのを抑制してST
I技術の課題を解決し、逆狭チャネル効果を生じないト
ランジスタの形成を可能にする。 【解決手段】 素子分離パターン15の表面15Sが半
導体基板11の表面より高い状態に、該半導体基板11
に該素子分離パターン15を形成する工程と、半導体基
板11の表面に素子分離パターン15を被覆する保護膜
16を形成した後、その保護膜16をエッチバックして
素子分離パターン15の側壁に保護膜を残し、側壁保護
膜17を形成する工程と、この側壁保護膜17をマスク
に用いたエッチングにより半導体基板11の表面を露出
させる工程とを備えた半導体装置の製造方法である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関し、詳しくはトレンチ素子分離を形成する半導
体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年のULSIでは、半導体装置の高集
積化および高性能化が進展するにともない、MOSトラ
ンジスタのゲート電極や素子分離領域の微細化およびそ
れらの間隔の縮小化の要求がますます厳しくなってい
る。そのうち、ゲート電極の微細化は、リソグラフィー
工程の露光機の性能によるところが大きいが、素子分離
領域の微細化およびゲート電極との間隔の縮小化は、先
端リソグラフィー技術の他にトレンチ素子分離(以下S
TIという、STIは Shallow Trench Isolationの
略)技術によって可能となており、注目を集めている。
【0003】LSIの素子分離技術は、ここ10年来、
熱酸化膜を用いたLOCOS素子分離技術が用いられて
きた。LOCOS素子分離は窒化シリコン膜をマスクに
してシリコン基板自体を熱酸化させて形成するため、プ
ロセスが簡潔で酸化膜の応力の問題も少なく、生成され
る酸化膜質が良いという大きな利点があった。そのた
め、技術革新が激しいLSIプロセスにあって改良を重
ねつつ使われ続けてきた。しかしながら、デザインルー
ルが0.25μm世代以降のLSIでは微細化の観点か
ら限界が来るといわれている。
【0004】具体的には、熱酸化の際に、横方向にも酸
化反応が広がっていわゆるバーズビークが生じるため、
素子分離ピッチはマスクの窒化シリコン膜の開口幅より
バーズビークの成長分だけ広くなる。そのバーズビーク
を抑制するには、酸化マスクとなる窒化シリコン膜の下
層に形成される、いわゆるパッド酸化膜を形成しないこ
とが効果的な方法である。ところが、パッド酸化膜を形
成しないでシリコン基板上に直接窒化シリコン膜を形成
すると、その窒化シリコン膜の持つ応力によってシリコ
ン基板に結晶欠陥が発生するという問題を生じる。した
がって、LOCOS素子分離技術では、バーズビークの
問題と結晶欠陥の発生の問題とを同時に解決することが
非常に困難になっている。
【0005】LOCOS技術に代わる素子分離技術とし
て、STI技術がある。STI技術では、エッチングに
より溝を形成して、その溝内に絶縁物を埋め込むことで
形成されるため、設計寸法からの寸法変換差が少ないた
め、微細化には原理的に適している。また、絶縁物を埋
め込んだ後は、エッチバック法や化学的機械研磨法等に
よる平坦化を行うため、高精度なリソグラフィーに必要
な平坦性が得られるという点でも有利となっている。
【0006】次に、従来のSTI技術の一例を以下に説
明する。図2に示すように、シリコン基板111の表面
にパッド酸化膜112、窒化シリコン膜(図示せず)を
形成し、リソグラフィー技術とエッチバック技術とを用
いて、シリコン基板111にトレンチ113を形成す
る。次いで、化学的気相成長(以下CVDという、CV
Dは Chemical Vapor Depositionの略)法により、トレ
ンチ113を絶縁膜114で埋め込む。その後、化学的
機械研磨(以下CMPという、CMPはChemicalMechan
ical Polishing の略)法により、シリコン基板111
上の余分な絶縁膜114を除去して表面を平坦化する。
さらに、研磨ストッパに用いた窒化シリコン膜(図示せ
ず)をエッチバックにより除去する。なお、図面は上記
窒化シリコン膜を除去した状態であり、シリコン基板1
11の表面にはパッド酸化膜112が形成されている状
態を示している。
【0007】次に、ゲート酸化膜の膜質を向上させるた
めに、犠牲酸化膜を形成する。まず、希フッ酸を用いた
ウエットエッチングにより上記パッド酸化膜112を除
去する。その後、熱酸化法により、シリコン基板111
の表面に犠牲酸化膜(図示せず)を形成した後、希フッ
酸を用いたウエットエッチングによりその犠牲酸化膜を
除去する。その後、シリコン基板111の表面にゲート
酸化膜(図示せず)を形成する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、STI
技術にも課題がある。その一つは、パッド酸化膜、犠牲
酸化膜等を除去するための希フッ酸を用いたウエットエ
ッチングは等方性のエッチングのため、図2に示すよう
に、絶縁膜114の側壁部もエッチングされ、シリコン
基板111との間に窪み115を生じる。
【0009】上記窪み115を生じた状態でゲート酸化
膜12、トランジスタのゲート電極(図示せず)等が形
成されると、このゲート電極は窪み115にかかる状態
で形成されることになる。このように窪み115にゲー
ト電極がかかると、トランジスタのチャネル長が短くな
り、容易にトランジスタがオン状態となる逆狭チャネル
効果が現れてトランジスタ特性が著しく劣化するという
課題があった。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされた半導体装置の製造方法である。す
なわち、半導体基板の表面より素子分離パターンの表面
が高い状態に、この半導体基板に該素子分離パターンを
形成する工程と、半導体基板の表面に素子分離パターン
を被覆する保護膜を形成した後、その保護膜をエッチバ
ックして素子分離パターンの側壁に保護膜を残すことで
側壁保護膜を形成する工程と、その側壁保護膜をマスク
に用いたエッチングにより半導体基板の表面を露出させ
る工程とを備えた半導体装置の製造方法である。
【0011】上記半導体装置の製造方法では、素子分離
パターンの側壁に側壁保護膜を形成し、その側壁保護膜
をマスクに用いたエッチングにより半導体基板の表面を
露出させる工程を行うことから、素子分離パターンの側
壁は側壁保護膜により保護されるので、素子分離パター
ンの側壁がエッチングされてその部分に窪みを生じるこ
とが無くなる。その後に半導体基板の表面に犠牲酸化膜
を形成し、それを除去しても、素子分離パターンの側壁
には側壁保護膜が形成されているので、素子分離パター
ンの側壁部分がエッチングされて窪みを生じることはな
い。
【0012】このように側壁保護膜により素子分離パタ
ーンの側壁が保護されることから、活性領域の寸法変化
を最小限に抑えつつ、逆狭チャネル効果が生じる原因と
なる素子分離パターンの側壁部に窪みが発生するのが回
避される。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態の一例を、図
1の製造工程図によって説明する。
【0014】図1の(1)に示すように、半導体基板
(例えばシリコン基板)11の表面にパッド酸化膜12
を例えば5nm〜20nmの厚さに形成した後、続いて
窒化シリコン膜(図示せず)を例えば50nm〜250
nmの厚さに形成する。次いで、リソグラフィー技術と
エッチバック技術とを用いて、半導体基板11にトレン
チ13を形成する。次いで、CVD法により、トレンチ
13を絶縁膜14で埋め込む。この絶縁膜14は、例え
ば酸化シリコンで形成する。
【0015】その後、CMP法により、半導体基板11
上の余分な絶縁膜14を除去して、トレンチ13の内部
に素子分離パターン15を形成する。その際、半導体基
板11の表面と素子分離パターン15の表面とが平坦化
される。さらに、研磨ストッパに用いた窒化シリコン膜
(図示せず)をエッチバックにより除去する。なお、図
面は上記窒化シリコン膜を除去した状態であり、半導体
基板11の表面にはパッド酸化膜12が形成されている
状態を示している。したがって、素子分離パターン15
は、その上面が半導体基板11の表面より高い状態に形
成される。
【0016】次いで図1の(2)に示すように、例えば
CVD法により、上記半導体基板11上にパッド酸化膜
12を介して上記素子分離パターン15を覆う保護膜1
6を、例えば多結晶シリコンを10nm〜50nmの厚
さに堆積して形成する。
【0017】続いて図1の(3)に示すように、異方性
エッチングによる上記保護膜16のエッチバックを行っ
て、素子分離パターン15の側壁に上記保護膜16を残
すことにより側壁保護膜17を形成する。
【0018】その後、図1の(4)に示すように、例え
ば希フッ酸を用いたウエットエッチングにより、上記パ
ッド酸化膜12〔前記図1の(3)参照〕を選択的に除
去して、半導体基板11の表面を露出させる。その際、
上記素子分離パターン15は上面側より上層がエッチン
グされるが、側壁保護膜17によって被覆されている側
壁はエッチングされない。
【0019】次いで、図1の(5)に示すように、熱酸
化法により半導体基板11の表面を酸化して、犠牲酸化
膜18を例えば10nm〜50nm程度の厚さに形成す
る。この熱酸化では、上記多結晶シリコンからなる側壁
保護膜17も酸化される。
【0020】その後、図面には示さないが、イオン注入
工程等のプロセスを行う。そして上記犠牲酸化膜18や
酸化された側壁保護膜17を例えば希フッ酸を用いたウ
エットエッチングにより除去して、図1の(6)に示す
ように、半導体基板11の表面を露出させる。その後、
例えば熱酸化法により半導体基板11の表面にゲート酸
化膜21を形成する。
【0021】上記保護膜16は、多結晶シリコンで形成
したが、酸化シリコンとのエッチング選択性が得られる
材料であればよい。例えば単結晶シリコン、非晶質シリ
コン等のシリコンで形成することが可能である。単結晶
シリコンは、グラフォエピタキシー法、触媒CVD法等
により形成することが可能であり、非晶質シリコンはC
VD法等により形成することが可能である。また、単結
晶シリコン、非晶質シリコンを酸化シリコンに対して選
択的に異方性エッチングする技術は当業者では知られて
いることである。よって、これらのシリコン材料を保護
膜16に用いても、上記側壁保護膜17を形成すること
は可能である。
【0022】上記製造方法では、素子分離パターン15
の側壁に側壁保護膜17を形成してから、希フッ酸をエ
ッチング液に用いたウエットエッチング処理を行って、
パッド酸化膜等の除去を行っていることから、素子分離
パターン15の側壁部分がエッチングされて窪みを生じ
ることはない。また素子分離パターン15の側壁に側壁
保護膜17を形成したことから、素子分離パターン15
の寸法変化が最小限に抑えられる。したがって、逆狭チ
ャネル効果が生じる原因となる素子分離パターン15の
側壁部に窪みが発生するのを回避でき、活性領域(素子
分離パターン15が形成されていない半導体基板11の
領域)にトランジスタ特性に優れたトランジスタの形成
が可能となる。
【0023】また、側壁保護膜17をシリコンで形成す
ることにより、犠牲酸化膜18を形成する熱酸化工程で
側壁保護膜17も同時に酸化するとが可能になる。それ
によって、側壁保護膜17を除去する工程を犠牲酸化膜
18を除去する工程と同時に行うことができるので、工
程の簡素化が図れる。
【0024】なお、側壁保護膜17を窒化シリコン膜で
形成した場合には、確実に側壁の保護が成されるが、犠
牲酸化膜17を除去する際に熱リン酸のような窒化シリ
コンを選択的にエッチングするエッチング液を用いて除
去する工程が必要になる。
【0025】
【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
素子分離パターンの側壁に側壁保護膜を設けたので、エ
ッチングの際に素子分離パターンの側壁部分が保護さ
れ、その部分がエッチングされることはない。そのた
め、トランジスタのチャネル長は所望の長さが得られる
ので、トランジスタの逆狭チャネル効果の発生を抑える
ことができ、トランジスタ特性の向上が図れる。また、
半導体基板上に形成した酸化膜をエッチングする際に、
側壁保護膜により素子分離パターンの側壁が保護されて
いるので、素子分離パターンの寸法変化を最小限に抑え
ることができるので、高精度なパターン形成が行え、高
集積化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わる実施の形態を説明する製造工程
図である。
【図2】従来の技術の説明図である。
【図3】課題の説明図である。
【符号の説明】
11…半導体基板、15…素子分離パターン、16…保
護膜、17…側壁保護膜

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板の表面より素子分離パターン
    の表面が高い状態に、該半導体基板に該素子分離パター
    ンを形成する工程と、 前記素子分離パターンを被覆する保護膜を形成した後、
    前記保護膜をエッチバックして前記素子分離パターンの
    側壁に前記保護膜を残すことで側壁保護膜を形成する工
    程と、 前記側壁保護膜をマスクに用いたエッチングにより前記
    半導体基板の表面を露出させる工程とを備えたことを特
    徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記保護膜をシリコンもしくは窒化シリ
    コンで形成す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. 【請求項3】 前記保護膜をシリコンで形成し、 前記半導体基板の表面に犠牲酸化膜を酸化によって形成
    する際に前記側壁保護膜を酸化す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. 【請求項4】 前記犠牲酸化膜を除去して前記半導体基
    板の表面にゲート酸化膜を形成する際に、 前記ゲート酸化膜を形成する前に行う前記半導体基板の
    表面に対する前処理の際に前記酸化した側壁保護膜を除
    去することを特徴とする請求項3記載の半導体装置の製
    造方法。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100424185B1 (ko) * 2002-01-07 2004-03-25 주식회사 하이닉스반도체 트랜지스터 형성 방법
US7071076B2 (en) 2003-06-26 2006-07-04 Oki Electric Industry Co., Ltd. Method of manufacturing semiconductor device
KR100966989B1 (ko) 2007-03-22 2010-06-30 주식회사 하이닉스반도체 플래시 메모리 소자의 제조 방법
US7955960B2 (en) 2007-03-22 2011-06-07 Hynix Semiconductor Inc. Nonvolatile memory device and method of fabricating the same
JP2013149775A (ja) * 2012-01-19 2013-08-01 Fujitsu Semiconductor Ltd 半導体装置の製造方法
CN115497869A (zh) * 2022-11-17 2022-12-20 合肥新晶集成电路有限公司 半导体结构的制备方法及半导体结构

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