JP2001015587A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JP2001015587A
JP2001015587A JP11186339A JP18633999A JP2001015587A JP 2001015587 A JP2001015587 A JP 2001015587A JP 11186339 A JP11186339 A JP 11186339A JP 18633999 A JP18633999 A JP 18633999A JP 2001015587 A JP2001015587 A JP 2001015587A
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JP
Japan
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silicon nitride
manufacturing
semiconductor device
nitride film
film
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JP11186339A
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Japanese (ja)
Inventor
Hideyuki Kinoshita
英之 木下
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Toshiba Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a semiconductor device by which roughness of side surfaces of a mask for forming an element pattern can be prevented so that a desired element shape can be formed uniformly and stably, and that the yield and reliability of the semiconductor device can be improved. SOLUTION: To smooth a mask aperture sidewall surface in a silicon nitride film 13 which has irregularities and grooves on side surfaces after patterned by using a photoresist, another silicon nitride film 45 is formed. All the silicon nitride film 45 on a region where a gate electrode of a polycrystalline silicon film 12 is not formed is removed to expose the polycrystalline silicon film 12. The silicon nitride film 45 remains only at a sidewall portion of the aperture of the silicon nitride film 13. These two silicon nitride films 13, 45 are used as a mask 46 to etch the polycrystalline silicon film 12. Thus, a gate electrode in a desired shape is 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】本発明は半導体装置の製造方
法に関するもので、特に素子パターンの加工をマスク材
を介して行う、微細加工技術に係るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a fine processing technique for processing an element pattern through a mask material.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体装置の微細化に伴い、素子
パターン形成の精密度が重要となっている。すなわち、
素子パターン形成の精密度が、例えばMOS型トランジ
スタにおけるショートチャネル効果の発生や、素子分離
の絶縁性に多大な影響を与えるため、半導体加工技術に
は高い信頼性が要求される。
2. Description of the Related Art In recent years, with the miniaturization of semiconductor devices, the precision of element pattern formation has become important. That is,
Since the precision of element pattern formation greatly affects, for example, the occurrence of a short channel effect in a MOS transistor and the insulating property of element isolation, high reliability is required for semiconductor processing technology.

【0003】半導体加工技術の従来使用されている第1
の例として、まずMOS型トランジスタにおけるゲート
電極の形成方法を取り上げて説明する。
The first type of semiconductor processing technology conventionally used is
First, a method of forming a gate electrode in a MOS transistor will be described.

【0004】図23乃至図27は、従来行われているゲ
ート電極の製造工程の概略を順次示す断面図である。ま
ず図23に示すように、シリコン基板10上に、熱酸化
技術を用いてゲート絶縁膜となるシリコン酸化膜11を
10nmの膜厚に形成し、その表面にLP−CVD技術
を用いてゲート電極となる多結晶シリコン膜12を15
0nmの膜厚に形成し、更にその表面にゲート電極形成
時のマスク材としての役割をするシリコン窒化膜13を
300nmの膜厚に順次形成する。次に図24に示すよ
うに、全面にフォトレジスト14を約800nmの膜厚
に塗布した後、リソグラフィ技術によりフォトレジスト
14に所望のゲート電極パターンのマスクを形成する。
そして、図25のようにフォトレジスト14をマスクと
して、RIE技術を用いてシリコン窒化膜13をパター
ニングする。その後図26に示すように、アッシャー技
術を用いてフォトレジスト14を除去する。次に図27
のように、シリコン窒化膜13をマスクに用いてRIE
技術によるエッチングを行い、多結晶シリコン膜12を
所望のゲート電極形状にパターニングする。
FIGS. 23 to 27 are cross-sectional views sequentially showing the outline of a conventional process of manufacturing a gate electrode. First, as shown in FIG. 23, a silicon oxide film 11 serving as a gate insulating film is formed to a thickness of 10 nm on a silicon substrate 10 using a thermal oxidation technique, and a gate electrode is formed on the surface thereof using an LP-CVD technique. The polycrystalline silicon film 12 to be
A silicon nitride film 13 serving as a mask material for forming a gate electrode is sequentially formed to a thickness of 300 nm on the surface thereof. Next, as shown in FIG. 24, after applying a photoresist 14 to a thickness of about 800 nm on the entire surface, a mask of a desired gate electrode pattern is formed on the photoresist 14 by a lithography technique.
Then, as shown in FIG. 25, using the photoresist 14 as a mask, the silicon nitride film 13 is patterned using the RIE technique. Thereafter, as shown in FIG. 26, the photoresist 14 is removed using the asher technique. Next, FIG.
RIE using the silicon nitride film 13 as a mask
The polycrystalline silicon film 12 is patterned into a desired gate electrode shape by performing etching using a technique.

【0005】従来、このような方法によりゲート電極層
は作製されているが、図24に示したリソグラフィ技術
によるフォトレジストのパターニング処理においては、
近年フォトレジストに化学増幅型のものが多用されてい
る。しかし、この化学増幅型フォトレジストには、フォ
トレジスト材料中に含まれる酸に局所的な濃淡が出来る
という問題がある。このフォトレジスト材料中の酸の拡
散の不均一性が原因となって、現像後のフォトレジスト
には表面に凹凸が発生し、いわゆる表面荒れが生じるこ
とがある。また、露光の際には、フォトレジストに照射
する入射光と下層膜からの反射光との干渉により定在波
が発生することがあり、この定在波効果でもフォトレジ
ストの表面荒れを生じさせることが知られている。これ
らの要因によるフォトレジストの表面荒れは、フォトレ
ジスト端のエッチング耐性の劣化等を引き起こし、図2
5に示したシリコン窒化膜13のエッチングの際には、
フォトレジスト側壁の凹凸が拡大され、シリコン窒化膜
13の側面にも縦筋状の微少な凹凸が転写されることに
なる。また図27に示したゲート電極のパターニングの
際には、このシリコン窒化膜13をマスク材に用いてゲ
ート電極材料である多結晶シリコン12をエッチングす
るため、当然シリコン窒化膜13の側壁に生じた縦筋状
の凹凸はそのままゲート電極側壁にも転写されることに
なる。
Conventionally, a gate electrode layer is manufactured by such a method. However, in a photoresist patterning process by a lithography technique shown in FIG.
In recent years, chemically amplified photoresists have been widely used. However, this chemically amplified photoresist has a problem that the acid contained in the photoresist material is locally shaded. Due to the non-uniformity of diffusion of the acid in the photoresist material, the photoresist after development may have irregularities on the surface, so-called surface roughness. Further, at the time of exposure, a standing wave may be generated due to interference between incident light applied to the photoresist and reflected light from the lower layer film, and this standing wave effect also causes the photoresist surface to be roughened. It is known. The surface roughness of the photoresist due to these factors causes deterioration of the etching resistance of the photoresist edge, and the like.
In etching the silicon nitride film 13 shown in FIG.
The unevenness of the photoresist side wall is enlarged, and minute vertical unevenness is transferred to the side surface of the silicon nitride film 13. In the patterning of the gate electrode shown in FIG. 27, polycrystalline silicon 12, which is a gate electrode material, is etched by using this silicon nitride film 13 as a mask material. The vertical streaks are transferred to the gate electrode side walls as they are.

【0006】この問題点について図示したものが図28
及び図29である。図28及び図29は、図27におけ
るシリコン窒化膜13と多結晶シリコン12の、それぞ
れa−a’線、b−b’線に対応する位置の平面図であ
る。前述のフォトレジストの表面荒れには溝が生じる場
合があり、このフォトレジストの側壁に生じた溝は、図
28、図29に示したようにパターニングされたシリコ
ン窒化膜13と、多結晶シリコン膜12の側壁にも溝1
5として当然転写される。このため、図29に示したよ
うにパターニングされた多結晶シリコン膜12の側壁に
生じる溝15によって、ゲート電極12の長さが局所的
に変化し、所望のゲート長16よりも短いゲート長17
の領域が局所的に発生してしまう。このような、ゲート
長の短い領域の発生はショートチャネル効果等を加速さ
せ、半導体素子としての性能の劣化、更には微細化を律
速させるという問題を引き起こす。
FIG. 28 illustrates this problem.
29. FIG. 28 and 29 are plan views of the silicon nitride film 13 and the polycrystalline silicon 12 in FIG. 27 at positions corresponding to the lines aa 'and bb', respectively. Grooves may be formed in the above-described surface roughness of the photoresist, and the grooves formed on the sidewalls of the photoresist may include a silicon nitride film 13 patterned as shown in FIGS. 28 and 29 and a polycrystalline silicon film. Groove 1 on 12 sidewalls
5 is naturally transferred. Therefore, the length of the gate electrode 12 is locally changed by the groove 15 formed on the side wall of the patterned polycrystalline silicon film 12 as shown in FIG. 29, and the gate length 17 is shorter than the desired gate length 16.
Region occurs locally. The occurrence of such a region having a short gate length accelerates the short channel effect and the like, causing a problem that the performance as a semiconductor element is deteriorated and that the rate of miniaturization is determined.

【0007】次に半導体加工技術の従来使用されている
第2の例として、STI(Shallow Trenc
h Isolation)技術を用いた素子分離領域の
形成方法を取り上げて説明する。
Next, as a second example of semiconductor processing technology conventionally used, STI (Shallow Trench)
A method for forming an element isolation region using an (hIsolation) technique will be described.

【0008】図30乃至図40は、従来行われているシ
リコン酸化膜による素子分離領域の製造工程の概略を順
次示す断面図である。まず図30に示すように、シリコ
ン基板20上にLP−CVD技術を用いて、シリコン基
板20のトレンチ加工の際のマスク材としての役割を持
つシリコン窒化膜21を400nmの膜厚に形成する。
次に図31に示すように、全面にフォトレジスト22を
約800nmの膜厚に塗布した後、リソグラフィ技術に
よりフォトレジスト22に所望の素子分離パターンのマ
スクを形成する。そして、図32のようにフォトレジス
ト22をマスクに用いて、RIE技術によりシリコン窒
化膜21をエッチングし、図33のようにアッシャー技
術によってフォトレジスト22を除去する。次に、図3
4に示すように、シリコン窒化膜21をマスクに用いて
RIE技術によりシリコン基板20のエッチングを行
い、素子分離領域となる深さ400nmのトレンチ23
を形成する。その後、図35のように、LP−CVD技
術によりシリコン酸化膜24を1μmの膜厚に堆積し、
前述のトレンチ23を埋め込む。そして図36のよう
に、CMP技術により、シリコン窒化膜21をストッパ
ーとして用いてシリコン酸化膜24を削り、平坦化す
る。その後、図37のようにウェットエッチング技術に
よりシリコン窒化膜21を除去する。更に図38のよう
に、ウェットエッチング技術により、シリコン基板23
のトレンチ23に埋め込まれたシリコン酸化膜24を厚
さにして約50nm程度エッチングし、前述のシリコン
窒化膜21の除去によって生じたシリコン基板20表面
とシリコン酸化膜24表面の段差を軽減させる。この段
差を軽減させることは、後のゲート電極形成の際の加工
マージンを改善させることを目的とする。次に図39に
示すように、ドライ酸化技術を用いて、ゲート絶縁膜と
なるシリコン酸化膜25を膜厚10nmに形成し、その
後図40のように、LP−CVD技術によりゲート電極
配線層となる多結晶シリコン膜26を膜厚200nmに
堆積する。
FIGS. 30 to 40 are sectional views sequentially showing the outline of a conventional process of manufacturing an element isolation region using a silicon oxide film. First, as shown in FIG. 30, a silicon nitride film 21 having a thickness of 400 nm is formed on a silicon substrate 20 by LP-CVD technology to serve as a mask material when trenching the silicon substrate 20.
Next, as shown in FIG. 31, a photoresist 22 is applied on the entire surface to a thickness of about 800 nm, and a mask having a desired element isolation pattern is formed on the photoresist 22 by lithography. Then, using the photoresist 22 as a mask as shown in FIG. 32, the silicon nitride film 21 is etched by the RIE technique, and the photoresist 22 is removed by the asher technique as shown in FIG. Next, FIG.
As shown in FIG. 4, the silicon substrate 20 is etched by the RIE technique using the silicon nitride film 21 as a mask to form a trench 23 having a depth of 400 nm serving as an element isolation region.
To form Thereafter, as shown in FIG. 35, a silicon oxide film 24 is deposited to a thickness of 1 μm by the LP-CVD technique,
The aforementioned trench 23 is buried. Then, as shown in FIG. 36, the silicon oxide film 24 is cut and flattened by the CMP technique using the silicon nitride film 21 as a stopper. Thereafter, as shown in FIG. 37, the silicon nitride film 21 is removed by a wet etching technique. Further, as shown in FIG. 38, the silicon substrate 23 is formed by a wet etching technique.
The silicon oxide film 24 embedded in the trench 23 is etched to a thickness of about 50 nm to reduce a step between the surface of the silicon substrate 20 and the surface of the silicon oxide film 24 caused by the removal of the silicon nitride film 21 described above. The purpose of reducing this step is to improve a processing margin in forming a gate electrode later. Next, as shown in FIG. 39, a silicon oxide film 25 serving as a gate insulating film is formed to a thickness of 10 nm by using a dry oxidation technique, and thereafter, as shown in FIG. A polycrystalline silicon film 26 is deposited to a thickness of 200 nm.

【0009】従来、以上のような工程により素子分離領
域の形成が行われているが、前述した第1の例と同様の
方法によりシリコン基板20へトレンチ23を形成する
ためのマスク材であるシリコン窒化膜21のパターニン
グにフォトリソグラフィ技術を使用するために、形成さ
れたシリコン窒化膜21のマスクの開口の側壁には縦筋
状の微少な凹凸や溝が発生し、それはシリコン基板20
に形成されるトレンチ側壁にもそのまま転写される。
Conventionally, an element isolation region is formed by the above-described steps. However, silicon as a mask material for forming a trench 23 in a silicon substrate 20 by a method similar to the first example described above. Since the photolithography technique is used for patterning the nitride film 21, fine vertical streaks and grooves or grooves are generated on the side wall of the opening of the mask of the formed silicon nitride film 21.
Is transferred directly to the trench side wall formed at the same time.

【0010】この様子を図示したのが図41乃至図43
である。図41及び図42は、図34におけるシリコン
窒化膜21とシリコン基板20の、それぞれa−a’
線、b−b’線に対応する位置の平面図である。図41
に示すマスク材であるシリコン窒化膜21に形成された
溝27は、図42に示す半導体基板20のトレンチ23
側壁にも存在し、所望の素子形成領域幅28よりも狭い
素子形成領域幅29の領域を局所的に発生させる。図4
1におけるc−c’線に対応する位置の縦断面、すなわ
ち、この溝27の存在する部分の断面図を示しているの
が図43である。素子形成領域の狭窄が明瞭に分かる。
これは、例えば素子形成領域にMOS型トランジスタを
形成した場合にチャネル電流の減少等の原因となり、半
導体素子としての性能を劣化させるという問題を引き起
こす。
FIGS. 41 to 43 show this state.
It is. 41 and 42 show aa ′ of the silicon nitride film 21 and the silicon substrate 20 in FIG. 34, respectively.
It is a top view of a position corresponding to a line and a bb 'line. FIG.
The trench 27 formed in the silicon nitride film 21 as the mask material shown in FIG.
A region having an element formation region width 29 that is also present on the side wall and is smaller than a desired element formation region width 28 is locally generated. FIG.
FIG. 43 shows a longitudinal section at a position corresponding to the line cc ′ in FIG. 1, that is, a sectional view of a portion where the groove 27 exists. The narrowing of the element formation region can be clearly seen.
This causes, for example, a decrease in channel current when a MOS transistor is formed in the element formation region, causing a problem of deteriorating the performance as a semiconductor element.

【0011】更に、この半導体基板20のトレンチ23
をLP−CVD技術によりシリコン酸化膜24で埋め込
む工程において、前述のトレンチ23側壁に発生した溝
27部分が非常に狭い領域であるため、反応ガスが十分
に行き届かず、この溝27部分に微少な空洞を残したま
まの状態でシリコン酸化膜24の堆積が進むという現象
が起こる。つまり、極めて微少な領域で、膜のステップ
カバレッジが問題となる。
Further, the trench 23 of the semiconductor substrate 20
In the step of embedding the silicon oxide film 24 with the silicon oxide film 24 by the LP-CVD technique, the portion of the groove 27 generated on the side wall of the trench 23 is a very narrow region. A phenomenon occurs in which the deposition of the silicon oxide film 24 proceeds while leaving a simple cavity. That is, the step coverage of the film becomes a problem in an extremely small area.

【0012】この様子を図示したのが図44乃至図48
である。図44及び図45は、図35におけるシリコン
窒化膜21及びシリコン基板20の、それぞれa−a’
線、b−b’線に対応する位置の平面図である。図44
におけるc−c’線に対応する位置の断面図、すなわ
ち、この空洞30の存在する部分の縦断面を示している
のが図46である。図47と図48はそれぞれシリコン
窒化膜21及びシリコン基板20の溝27部分に形成さ
れたシリコン酸化膜24の空洞30の拡大図である。
FIGS. 44 to 48 illustrate this state.
It is. 44 and 45 show aa ′ of the silicon nitride film 21 and the silicon substrate 20 in FIG. 35, respectively.
It is a top view of a position corresponding to a line and a bb 'line. FIG.
FIG. 46 shows a cross-sectional view at a position corresponding to the line cc ′ in FIG. 5, that is, a vertical cross-section of a portion where the cavity 30 exists. 47 and 48 are enlarged views of the cavity 30 of the silicon oxide film 24 formed in the silicon nitride film 21 and the groove 27 of the silicon substrate 20, respectively.

【0013】また、図38に示した、シリコン基板20
とトレンチ23の埋め込み部材であるシリコン酸化膜2
4の表面に生じた段差を軽減させるための、ウェットエ
ッチングによるシリコン酸化膜24を削る工程において
は、前述の溝27の部分に生じたシリコン酸化膜24の
空洞30にエッチング液が入り込むと、そのエッチング
作用によって空洞30が拡大され、素子分離領域の形状
を崩す現象が起きる。図49は図44の空洞30にエッ
チング液が入り込み、シリコン酸化膜24をエッチング
して空洞30を拡大させた場合のc−c’における縦断
面を示しており、素子分離領域の形状が破壊されている
のが分かる。このように、微少な空洞のウェットエッチ
ングによる拡大は、素子分離領域の絶縁膜に穴を開け、
その絶縁性を劣化させるという問題を引き起こす。
The silicon substrate 20 shown in FIG.
And silicon oxide film 2 which is a filling member of trench 23
In the step of shaving the silicon oxide film 24 by wet etching in order to reduce the step formed on the surface of No. 4, when the etching liquid enters the cavity 30 of the silicon oxide film 24 formed in the groove 27, the etching liquid is removed. The cavity 30 is enlarged by the etching action, causing a phenomenon that the shape of the element isolation region is broken. FIG. 49 shows a vertical cross section taken along the line cc ′ when the etchant enters the cavity 30 of FIG. 44 and etches the silicon oxide film 24 to enlarge the cavity 30. The shape of the element isolation region is destroyed. You can see that In this way, the enlargement of a minute cavity by wet etching involves making a hole in the insulating film in the element isolation region,
This causes a problem of deteriorating the insulation.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
素子パターン形成などの半導体加工技術においては所望
のパターンのマスクを形成するためにフォトレジストを
用いての工程が不可欠である。しかしながらこのフォト
レジストの露光の際、フォトレジスト材料中の酸の不均
一性や露光に用いる照射光の干渉による定在波効果など
が要因となり、パターニング後のフォトレジストの側壁
の表面には微少な凹凸が発生してしまう。これにより加
工後のマスク材の開口の側壁表面にも微少な縦筋状の凹
凸が形成され、素子パターンの側面荒れの原因となる。
近年の微細化が進んだ半導体装置においては、この側面
荒れが素子の性能劣化に繋がるという問題がある。
As described above, in a conventional semiconductor processing technique such as formation of an element pattern, a process using a photoresist is indispensable to form a mask having a desired pattern. However, when exposing the photoresist, due to the non-uniformity of the acid in the photoresist material and the standing wave effect due to the interference of the irradiation light used for the exposure, etc., the surface of the side wall of the photoresist after patterning has a slight Unevenness occurs. As a result, minute vertical streak-like irregularities are also formed on the side wall surface of the opening of the mask material after processing, which causes side surface roughness of the element pattern.
In a semiconductor device that has been miniaturized in recent years, there is a problem that this side surface roughness leads to deterioration of element performance.

【0015】この発明は上記のような事情に鑑みてなさ
れたもので、その目的とするところはフォトレジストの
側面荒れ等による素子パターンを形成するためのマスク
の開口の側壁表面荒れを抑制し、これにより所望の素子
形状を安定して均一に形成することが出来、半導体装置
の歩留まり及び信頼性を向上できる半導体装置の製造方
法を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to suppress roughness of the side wall surface of an opening of a mask for forming an element pattern due to roughness of a side surface of a photoresist. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor device in which a desired element shape can be formed stably and uniformly, and the yield and reliability of the semiconductor device can be improved.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】この発明の半導体装置の
製造方法は、請求項1に記載したように半導体基板上に
パターニングすべき表面領域を形成する工程と、この表
面領域上に前記表面領域のパターニングのマスク層とな
る第1の絶縁膜を形成する工程と、この第1の絶縁膜を
パターニングして開口を有するマスク層を形成する工程
と、形成されたマスク層の開口の側壁表面を平滑化する
工程と、前記開口の側壁表面が平滑化されたマスク層を
使用して前記表面領域のパターニングを行う工程とを含
んでいることを特徴としている。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of: forming a surface region to be patterned on a semiconductor substrate; and forming the surface region on the surface region. Forming a first insulating film to be a mask layer for patterning, patterning the first insulating film to form a mask layer having an opening, and removing a side wall surface of the opening of the formed mask layer. The method is characterized by including a step of smoothing and a step of patterning the surface region using a mask layer having a smoothed side wall surface of the opening.

【0017】また、請求項2に記載したように、請求項
1に記載の半導体装置の製造方法において、前記マスク
層の開口の側壁表面を平滑化する工程は、前記開口の形
成されたマスク層の表面及び開口内に第2の絶縁膜を被
着させる工程と、前記被着された第2の絶縁膜をエッチ
ングして開口内の前記表面領域に被着された第2の絶縁
膜を除去してパターニングされるべき前記表面領域を露
出させる工程とを含み、前記エッチング処理は開口の側
壁表面に被着された第2の絶縁膜が残されるように行わ
れることを特徴としている。
According to a second aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the first aspect, the step of smoothing a sidewall surface of the opening of the mask layer includes the step of forming the mask layer having the opening formed therein. Depositing a second insulating film on the surface and in the opening, and etching the deposited second insulating film to remove the second insulating film on the surface region in the opening Exposing the surface region to be patterned by etching, wherein the etching process is performed so that the second insulating film deposited on the side wall surface of the opening is left.

【0018】請求項1のような方法によれば、パターニ
ングされたマスク層の側壁の凹凸を平滑化した後、この
マスク層を用いて所望の形状を持つ素子のパターニング
を行うので、所望の素子形状を安定して均一に形成する
ことが出来、容易に半導体装置の歩留まり、及び信頼性
を向上できる。
According to the first aspect of the present invention, after the unevenness of the side wall of the patterned mask layer is smoothed, patterning of an element having a desired shape is performed using the mask layer. The shape can be stably and uniformly formed, and the yield and reliability of the semiconductor device can be easily improved.

【0019】また、その平滑化処理として請求項2のよ
うに、マスク層となる第1の絶縁膜の側壁に第2の絶縁
膜を被着することで、簡単な工程でマスク層の側壁表面
の平滑化が出来る。
Further, as a smoothing process, the second insulating film is applied to the side wall of the first insulating film serving as the mask layer, so that the surface of the side wall of the mask layer can be formed in a simple process. Can be smoothed.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面を参照して説明する。この説明に際し、全図にわた
り、共通する部分には共通する参照符号を付す。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In this description, common parts are denoted by common reference numerals throughout the drawings.

【0021】図1乃至図3はそれぞれこの発明の第1の
実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する
ためのもので、MOS型トランジスタを例にとってゲー
ト電極の製造工程の断面図を順次示している。まず、従
来技術で説明した、図23乃至図26の周知の技術によ
り、図26に示される構造を形成する。すなわちシリコ
ン基板(半導体基板)10上に、シリコン酸化膜11、
多結晶シリコン膜12並びにシリコン窒化膜13を順次
形成し、次にシリコン窒化膜13をパターニングしてマ
スクを形成する。次に図1に示すように、LP−CVD
技術により再度シリコン窒化膜45を30nmの膜厚に
堆積し、シリコン窒化膜マスク13の表面及びマスク側
壁、並びにマスク開口底部に露出された多結晶シリコン
膜12上を被覆する。そして図2のように、RIE技術
によりこのシリコン窒化膜45のエッチバックを行っ
て、多結晶シリコン膜12を露出させる。この時、シリ
コン窒化膜45は、多結晶シリコン膜12のうちゲート
電極を形成しない領域上は全て除去し、シリコン窒化膜
13の側壁部分のみに残存させる。この2つのシリコン
窒化膜13、45をマスク材46として、図3に示すよ
うに、RIEにより多結晶シリコン膜12をエッチング
してゲート電極を形成する。ゲート電極幅は、2つのシ
リコン窒化膜13、45に依存するが、シリコン窒化膜
45の膜厚とこのシリコン窒化膜45のRIEによるエ
ッチングの条件により、高精度に制御することが出来
る。
FIGS. 1 to 3 are views for explaining a method of manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. FIGS. ing. First, the structure shown in FIG. 26 is formed by the well-known technique of FIGS. That is, on a silicon substrate (semiconductor substrate) 10, a silicon oxide film 11,
A polycrystalline silicon film 12 and a silicon nitride film 13 are sequentially formed, and then the silicon nitride film 13 is patterned to form a mask. Next, as shown in FIG.
A silicon nitride film 45 is deposited again to a thickness of 30 nm by the technique, and covers the surface of the silicon nitride film mask 13, the mask side walls, and the polycrystalline silicon film 12 exposed at the bottom of the mask opening. Then, as shown in FIG. 2, the silicon nitride film 45 is etched back by the RIE technique to expose the polycrystalline silicon film 12. At this time, the silicon nitride film 45 is entirely removed from the region of the polycrystalline silicon film 12 where the gate electrode is not formed, and is left only on the side wall of the silicon nitride film 13. Using these two silicon nitride films 13 and 45 as a mask material 46, as shown in FIG. 3, the polycrystalline silicon film 12 is etched by RIE to form a gate electrode. The gate electrode width depends on the two silicon nitride films 13 and 45, but can be controlled with high accuracy by the thickness of the silicon nitride film 45 and the conditions for etching the silicon nitride film 45 by RIE.

【0022】この製造方法の場合にも、パターニングさ
れたフォトレジストの露光の際に発生する側面荒れによ
って、マスク材の一部を構成するシリコン窒化膜13の
マスクの開口の側壁表面には縦筋状の凹凸が形成される
が、このシリコン窒化膜13の側壁に再度、マスク材4
6の別の一部を構成するシリコン窒化膜45を形成する
ことにより、マスク材46及びゲート電極を形成する多
結晶シリコン膜12の側面荒れを軽減することが出来
る。この様子を従来技術で述べたのと同様に図4乃至図
7を用いて説明する。
Also in the case of this manufacturing method, a vertical line is formed on the side wall surface of the opening of the mask of the silicon nitride film 13 which constitutes a part of the mask material due to the side surface roughness generated upon exposure of the patterned photoresist. Although irregularities are formed, the mask material 4 is again formed on the side wall of the silicon nitride film 13.
By forming the silicon nitride film 45 constituting another part of 6, the roughness of the side surface of the polycrystalline silicon film 12 forming the mask material 46 and the gate electrode can be reduced. This situation will be described with reference to FIGS. 4 to 7 in the same manner as described in the related art.

【0023】図4及び図5は、マスク材46を用いて多
結晶シリコン膜12のエッチングを行い、ゲート電極を
形成する工程の断面図を示した図3における、それぞれ
a−a’線、b−b’線に対応する位置の平面図であ
る。フォトレジストの側壁に生じた表面荒れはシリコン
窒化膜13のマスクの開口の側壁表面に溝47を発生さ
せるが、次の工程であるLP−CVD技術によるシリコ
ン窒化膜45堆積時には、この溝47部分に反応ガスが
十分に行き届かず、図4に示すように溝47部分ではシ
リコン窒化膜13と45の間に空洞48が形成される状
態が生じる可能性がある。しかし、シリコン窒化膜13
の側壁に再度シリコン窒化膜45を堆積することによ
り、多結晶シリコン膜12のエッチングの際にはこのシ
リコン窒化膜13の側壁の溝47の影響を無視すること
が出来、すなわち、マスク材46の側壁の表面荒れが緩
和されることになる。また図5に示すように、シリコン
窒化膜13と45の間の溝47部分に形成された空洞4
8の領域は非常に狭いため、RIE技術による多結晶シ
リコン42のエッチングの際にはこの空洞48にラジカ
ル分子が十分に行き届かず、空洞48の下の多結晶シリ
コン膜12はエッチングされない。つまり、この空洞4
8の存在はゲート電極形成に全く影響しない。なお、図
6及び図7には図4に示したシリコン窒化膜の空洞48
と、図5に示した空洞48の影響を受けない多結晶シリ
コン膜12で形成されたゲート電極側壁の拡大図をそれ
ぞれ示している。
FIGS. 4 and 5 are cross-sectional views of a process of etching the polycrystalline silicon film 12 using the mask material 46 to form a gate electrode, respectively. It is a top view of the position corresponding to the -b 'line. The surface roughness generated on the side wall of the photoresist causes a groove 47 to be formed on the side wall surface of the opening of the mask of the silicon nitride film 13, and when the silicon nitride film 45 is deposited by the LP-CVD technique which is the next step, the groove 47 is formed. As shown in FIG. 4, there is a possibility that a state in which a cavity 48 is formed between the silicon nitride films 13 and 45 in the groove 47 portion occurs. However, the silicon nitride film 13
By depositing the silicon nitride film 45 again on the side wall of the silicon nitride film 13, the influence of the groove 47 on the side wall of the silicon nitride film 13 can be neglected when the polycrystalline silicon film 12 is etched. The surface roughness of the side wall is reduced. Further, as shown in FIG. 5, a cavity 4 formed in a groove 47 portion between the silicon nitride films 13 and 45 is formed.
Since the region 8 is very narrow, the radical molecules do not sufficiently reach the cavity 48 when the polycrystalline silicon 42 is etched by the RIE technique, and the polycrystalline silicon film 12 below the cavity 48 is not etched. That is, this cavity 4
The presence of 8 has no effect on the formation of the gate electrode. 6 and 7 show the cavity 48 of the silicon nitride film shown in FIG.
5 and an enlarged view of a gate electrode side wall formed of the polycrystalline silicon film 12 not affected by the cavity 48 shown in FIG.

【0024】上記のような製造方法よれば、シリコン窒
化膜13の側壁に再度シリコン窒化膜45を形成するこ
とで、ゲート電極のマスク材46の開口の側壁の表面荒
れを緩和する事が出来るので、フォトレジストの側面荒
れによる素子パターンの側面荒れを抑制し、これにより
所望の素子形状を安定して均一に形成することが出来、
半導体装置の歩留まり、及び信頼性を向上できる。
According to the above-described manufacturing method, the surface roughness of the side wall of the opening of the mask material 46 for the gate electrode can be reduced by forming the silicon nitride film 45 again on the side wall of the silicon nitride film 13. It is possible to suppress the side surface roughness of the element pattern due to the side surface roughness of the photoresist, thereby stably and uniformly forming a desired element shape.
The yield and reliability of the semiconductor device can be improved.

【0025】次にこの発明の第2の実施形態として、
STI技術を用いた素子分離領域の形成方法を取り上げ
て、図8乃至図16を用いて説明する。
Next, as a second embodiment of the present invention,
A method for forming an element isolation region using the STI technique will be described with reference to FIGS.

【0026】図8乃至図16は、酸化膜による素子分離
領域の製造工程の概略を順次示す断面図である。まず、
従来技術で説明した図30乃至図33の周知の技術によ
り、シリコン基板10上にパターニングされたシリコン
窒化膜21を形成した後、図8に示すように、再度シリ
コン窒化膜53を全面にLP−CVD技術により30n
mの膜厚に堆積し、シリコン窒化膜マスク21の表面及
び開口側壁並びに開口内に露出したシリコン基板20の
表面を被覆する。次に図9のように、このシリコン窒化
膜53をRIE技術によりエッチバックして再びマスク
開口内のシリコン基板20表面を露出させる。この時、
シリコン基板20のうちトレンチを形成しない領域上の
シリコン窒化膜53は全て除去してシリコン基板20を
露出させ、シリコン窒化膜21のマスク開口部の側壁部
分のみに残存させる。そして、この二つのシリコン窒化
膜21、53をマスク材54として、RIE技術により
シリコン基板20のエッチングを行い、図10に示すよ
うに素子分離領域となる深さ400nm程度のトレンチ
55を形成する。トレンチ幅は2つのシリコン窒化膜2
1、53に依存するが、シリコン窒化膜53の膜厚とこ
のシリコン窒化膜53のRIEによるエッチングの条件
により、高精度の制御が可能である。次に図11に示す
ように、先ほど形成したトレンチ55を埋め込むため
に、LP−CVD技術によりシリコン酸化膜56を1μ
mの膜厚に堆積する。そしてこのシリコン酸化膜56を
CMP技術により削り、図12に示すように表面を平坦
化する。この際、シリコン窒化膜21、53はストッパ
ーとして機能する。その後、図13のように、ウェット
エッチング技術によりシリコン窒化膜21、53を除去
し、これにより生じたシリコン基板20表面とシリコン
酸化膜56表面の間の段差を軽減するために、図14の
ように再度ウェットエッチング技術により、シリコン酸
化膜56を厚さにして約50nmエッチングする。この
シリコン基板20とシリコン酸化膜56との間の段差を
軽減することは、後のゲート電極形成の際の、加工マー
ジンを改善させることを目的とする。次に図15に示す
ように、ドライ酸化技術により、ゲート絶縁膜となるシ
リコン酸化膜57を約10nmの膜厚に形成する。そし
て図16のように、LP−CVD技術によりゲート電極
となる多結晶シリコン膜58を200nmの膜厚に堆積
する。
FIGS. 8 to 16 are sectional views sequentially showing the outline of the steps of manufacturing an element isolation region using an oxide film. First,
After a patterned silicon nitride film 21 is formed on a silicon substrate 10 by the well-known technique of FIGS. 30 to 33 described in the related art, as shown in FIG. 30n by CVD technology
m, and covers the surface of the silicon nitride film mask 21, the side wall of the opening, and the surface of the silicon substrate 20 exposed in the opening. Next, as shown in FIG. 9, the silicon nitride film 53 is etched back by the RIE technique to expose the surface of the silicon substrate 20 in the mask opening again. At this time,
The silicon nitride film 53 on the region where the trench is not formed in the silicon substrate 20 is entirely removed to expose the silicon substrate 20 and remain only on the side wall of the mask opening of the silicon nitride film 21. Then, using the two silicon nitride films 21 and 53 as a mask material 54, the silicon substrate 20 is etched by the RIE technique to form a trench 55 having a depth of about 400 nm serving as an element isolation region as shown in FIG. The trench width is two silicon nitride films 2
Although it depends on 1 and 53, highly accurate control is possible by the thickness of the silicon nitride film 53 and the conditions for etching the silicon nitride film 53 by RIE. Next, as shown in FIG. 11, in order to fill the trench 55 formed earlier, a silicon oxide film 56 is
m. Then, the silicon oxide film 56 is shaved by the CMP technique, and the surface is flattened as shown in FIG. At this time, the silicon nitride films 21 and 53 function as stoppers. Thereafter, as shown in FIG. 13, the silicon nitride films 21 and 53 are removed by a wet etching technique, and in order to reduce a step formed between the surface of the silicon substrate 20 and the surface of the silicon oxide film 56 as shown in FIG. Then, the silicon oxide film 56 is etched to a thickness of about 50 nm again by the wet etching technique. The purpose of reducing the step between the silicon substrate 20 and the silicon oxide film 56 is to improve a processing margin in forming a gate electrode later. Next, as shown in FIG. 15, a silicon oxide film 57 serving as a gate insulating film is formed to a thickness of about 10 nm by a dry oxidation technique. Then, as shown in FIG. 16, a polycrystalline silicon film 58 serving as a gate electrode is deposited to a thickness of 200 nm by the LP-CVD technique.

【0027】この製造方法によれば、パターニングされ
たフォトレジストの露光の際に発生する側面荒れによっ
て、マスク材54の一部を構成するシリコン窒化膜21
のマスクの開口側壁表面には縦筋状の凹凸が形成される
が、このシリコン窒化膜21の側壁に再度、マスク材5
4の別の一部を構成するシリコン窒化膜53を形成する
ことにより、第1の実施形態と同様にマスク材54及び
トレンチ55の側面荒れを軽減することが出来る。
According to this manufacturing method, the silicon nitride film 21 constituting a part of the mask material 54 is formed by the side surface roughness generated when the patterned photoresist is exposed.
Vertical stripe-shaped irregularities are formed on the surface of the opening side wall of the mask of FIG.
By forming the silicon nitride film 53 constituting another part of the fourth embodiment, the side surface roughness of the mask material 54 and the trench 55 can be reduced as in the first embodiment.

【0028】素子分離用のトレンチを形成する工程の断
面図を示している図10における、それぞれa−a’
線、b−b’線に対応する位置の平面図である図17及
び図18において、フォトレジストの側壁に生じた表面
荒れはシリコン窒化膜54の側壁に溝59を発生させ、
次の工程であるLP−CVDによりシリコン窒化膜53
堆積時には、図17に示すように、この溝59部分に反
応ガスが十分に行き届かず、溝59部分ではシリコン窒
化膜21と53の間に空洞60が形成されてしまう。し
かし、シリコン窒化膜21の側壁に再度シリコン窒化膜
53を堆積することにより、シリコン基板20のエッチ
ングの際にはこのシリコン窒化膜21の側壁の溝の影響
を無視することが出来、マスク材54の側壁の表面荒れ
が緩和され、また、シリコン窒化膜21と53の間に形
成された空洞60の領域は非常に狭いため、RIEによ
るシリコン基板20のエッチングの際にはこの空洞60
にラジカル分子が十分に行き届かず、空洞60の下のシ
リコン基板20は図18に示されるようにエッチングさ
れないから、この空洞60の存在は素子分離領域形成に
全く影響しない。
FIG. 10 is a sectional view showing a step of forming a trench for element isolation.
17 and 18, which are plan views of positions corresponding to the line bb ′, the surface roughness generated on the side wall of the photoresist causes a groove 59 on the side wall of the silicon nitride film 54,
The silicon nitride film 53 is formed by the next process, LP-CVD.
At the time of deposition, as shown in FIG. 17, the reaction gas does not sufficiently reach the groove 59, and a cavity 60 is formed between the silicon nitride films 21 and 53 in the groove 59. However, by depositing the silicon nitride film 53 again on the side wall of the silicon nitride film 21, the influence of the groove on the side wall of the silicon nitride film 21 can be neglected when the silicon substrate 20 is etched. The surface roughness of the side walls of the silicon nitride film 21 is alleviated, and the region of the cavity 60 formed between the silicon nitride films 21 and 53 is very narrow.
Since the radical molecules do not sufficiently reach the silicon substrate 20 and the silicon substrate 20 under the cavity 60 is not etched as shown in FIG. 18, the presence of the cavity 60 has no influence on the formation of the element isolation region.

【0029】また、従来トレンチに埋め込んだシリコン
酸化膜に発生し、絶縁性を劣化させる空洞は、本実施の
形態における製造方法では、シリコン基板のトレンチ側
壁の凹凸が軽減されて鋭い溝が形成されないために発生
しない。
Also, according to the manufacturing method of the present embodiment, the cavities generated in the silicon oxide film buried in the conventional trench and deteriorating the insulation are reduced in the unevenness of the trench side wall of the silicon substrate so that no sharp groove is formed. Does not occur because.

【0030】この様子を示しているのが図19乃至図2
2である。図19及び図20はシリコン基板20に形成
されたトレンチ55をシリコン酸化膜56で埋め込む工
程の断面図を示す図11における、それぞれa−a’
線、b−b’線に対応する位置の平面図であるが、マス
ク材側壁の凹凸が緩和されているためにシリコン酸化膜
56に空洞は形成されていない。図21及び図22はそ
れぞれ図19及び図20の拡大図である。また、図14
に示したシリコン基板20上のマスク材であるシリコン
窒化膜21,53を除去して、シリコン基板20表面と
シリコン酸化膜56表面の段差を軽減させるための、シ
リコン酸化膜56のウェットエッチング工程において
も、マスク材側壁の凹凸が緩和されたことによりトレン
チ側壁に溝が存在しないため、シリコン酸化膜の空洞は
形成されず、素子分離形状が崩れることがない。従って
溝による素子形成領域幅の損失を軽減でき、また安定し
た素子分離形状を得られることで、絶縁性の劣化を抑制
することができる。
FIGS. 19 to 2 show this state.
2. FIGS. 19 and 20 are cross-sectional views of a step of embedding a trench 55 formed in the silicon substrate 20 with a silicon oxide film 56, and are respectively aa ′ in FIG.
FIG. 4 is a plan view of a position corresponding to the line bb ′, but no cavity is formed in the silicon oxide film 56 because the unevenness of the side wall of the mask material is reduced. 21 and 22 are enlarged views of FIGS. 19 and 20, respectively. FIG.
In the wet etching process of the silicon oxide film 56 for removing the silicon nitride films 21 and 53 as the mask material on the silicon substrate 20 shown in FIG. However, since the trenches are not present on the trench sidewalls due to the alleviation of the irregularities on the mask material sidewalls, no voids are formed in the silicon oxide film, and the element isolation shape is not disrupted. Therefore, the loss of the element formation region width due to the groove can be reduced, and a stable element isolation shape can be obtained.

【0031】上記のような製造方法よれば、シリコン窒
化膜21の側壁に再度シリコン窒化膜53を形成するこ
とで、トレンチ形成のマスク材54の側壁の表面荒れを
緩和する事が出来るので、フォトレジストの側面荒れに
よる素子パターンの側面荒れを抑制し、これにより所望
の素子形状を安定して均一に形成することが出来、半導
体装置の歩留まり、及び信頼性を向上できる。
According to the above-described manufacturing method, by forming the silicon nitride film 53 again on the side wall of the silicon nitride film 21, the surface roughness of the side wall of the mask material 54 for forming the trench can be alleviated. The side surface roughness of the element pattern due to the side surface roughness of the resist is suppressed, whereby a desired element shape can be stably and uniformly formed, and the yield and reliability of the semiconductor device can be improved.

【0032】なお、上記実施の形態では、素子パターン
形成のマスク材としてLP−CVD技術により形成され
たシリコン窒化膜13、21を例にとって説明したが、
常圧CVD、プラズマCVD技術等の他の技術によって
形成されたシリコン酸化膜や、その他の材料、そして異
なる材料の多層膜を用いても同様の効果が得られる。ま
た、多結晶シリコン膜12やシリコン基板20を加工す
ることによりゲート電極、素子分離領域を形成する例を
あげて説明したが、加工される材料はタングステン等高
融点材料や、シリサイド膜、アルミ合金等の低抵抗材料
であっても良く、金属配線の形成やコンタクトホール、
プラグ形成等に適用しても同様の効果が得られる。
In the above embodiment, the silicon nitride films 13 and 21 formed by the LP-CVD technique have been described as examples of the mask material for forming the element pattern.
Similar effects can be obtained by using a silicon oxide film formed by another technique such as a normal pressure CVD, a plasma CVD technique, or other materials, or a multilayer film of a different material. Also, an example has been described in which the gate electrode and the element isolation region are formed by processing the polycrystalline silicon film 12 and the silicon substrate 20, but the material to be processed is a high melting point material such as tungsten, a silicide film, an aluminum alloy. Low-resistance material such as metal wiring formation, contact holes,
Similar effects can be obtained by applying the present invention to plug formation and the like.

【0033】更に各層の膜厚は実施形態に記載した値に
限られず、特にシリコン窒化膜45、53の膜厚は、所
望のゲート幅並びにトレンチ幅を得るために、RIEに
よるエッチング条件との関係によって決定される。溝を
埋め込むためのシリコン窒化膜45、53の膜厚は、溝
のサイズにも依るが通常、10nm程度以上有れば良
く、厚くする方向においては素子サイズに影響を与えな
い範囲であれば制限は受けない。
Further, the film thickness of each layer is not limited to the value described in the embodiment. In particular, the film thickness of the silicon nitride films 45 and 53 depends on the relationship with etching conditions by RIE to obtain desired gate width and trench width. Is determined by The thickness of the silicon nitride films 45 and 53 for embedding the grooves depends on the size of the grooves, but generally needs to be about 10 nm or more, and is limited in a direction in which the thickness does not affect the element size. Is not received.

【0034】また、半導体基板へのトレンチ形成の際に
は、マスク層の平滑化技術の変形例として、シリコン窒
化膜53を形成してマスク材54の側壁荒れを緩和する
代わりに、シリコン窒化膜21の表面を例えば暖めたリ
ン酸によりウェットエッチングを行い、シリコン窒化膜
21表面を平滑化する方法もある。この方法によっても
トレンチを埋め込むシリコン酸化膜56に空洞を生じる
ことを回避でき、前記実施形態と同様の効果が得られ
る。
When forming a trench in a semiconductor substrate, as a modification of the mask layer smoothing technique, instead of forming a silicon nitride film 53 to alleviate the roughness of the side wall of the mask material 54, a silicon nitride film is formed. For example, there is a method in which the surface of the silicon nitride film 21 is smoothed by wet etching the surface of the silicon nitride film 21 with, for example, warmed phosphoric acid. With this method, it is also possible to avoid generating a cavity in the silicon oxide film 56 filling the trench, and the same effect as in the above embodiment can be obtained.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、比較的簡単な工程によってフォトレジストの側面荒
れによる素子パターン形成用マスクの側面荒れを抑制
し、これにより所望の素子形状を安定して均一に形成す
ることが出来、半導体装置の歩留まり、及び信頼性を向
上できる半導体装置の製造方法を提供できる。
As described above, according to the present invention, the side surface roughness of the mask for forming an element pattern due to the side surface roughness of the photoresist is suppressed by a relatively simple process, thereby stabilizing a desired element shape. And a semiconductor device manufacturing method capable of improving the yield and reliability of the semiconductor device.

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

【図1】この発明の第1の実施の形態に係る半導体装置
の製造方法について説明するためのもので、MOS型ト
ランジスタを例にとってゲート電極形成の第1の製造工
程を示す断面図。
FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining a method for manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention, showing a first manufacturing step of forming a gate electrode using a MOS transistor as an example.

【図2】この発明の第1の実施の形態に係る半導体装置
の製造方法について説明するためのもので、MOS型ト
ランジスタを例にとってゲート電極形成の第2の製造工
程を示す断面図。
FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, showing a second manufacturing step of forming a gate electrode using a MOS transistor as an example.

【図3】この発明の第1の実施の形態に係る半導体装置
の製造方法について説明するためのもので、MOS型ト
ランジスタを例にとってゲート電極形成の第3の製造工
程を示す断面図。
FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, showing a third manufacturing step of forming a gate electrode using a MOS transistor as an example.

【図4】この発明の第1の実施の形態に係る半導体装置
の製造方法の効果について説明するためのもので、図3
におけるa−a’線に対応する位置の平面図。
FIG. 4 is a diagram for explaining the effect of the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;
5 is a plan view of a position corresponding to the line aa ′ in FIG.

【図5】この発明の第1の実施の形態に係る半導体装置
の製造方法の効果について説明するためのもので、図3
におけるb−b’線に対応する位置の平面図。
FIG. 5 is a diagram for explaining the effect of the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 4 is a plan view of a position corresponding to the line bb ′ in FIG.

【図6】この発明の第1の実施の形態に係る半導体装置
の製造方法の効果について説明するためのもので、図4
の拡大図。
FIG. 6 is a diagram for explaining the effect of the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;
An enlarged view of FIG.

【図7】この発明の第1の実施の形態に係る半導体装置
の製造方法の効果について説明するためのもので、図5
の拡大図。
FIG. 7 is a diagram for explaining the effect of the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;
An enlarged view of FIG.

【図8】この発明の第2の実施の形態に係る半導体装置
の製造方法について説明するためのもので、素子分離領
域形成の第1の製造工程を示す断面図。
FIG. 8 is a sectional view for illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention and illustrating a first manufacturing step of forming an element isolation region.

【図9】この発明の第2の実施の形態に係る半導体装置
の製造方法について説明するためのもので、素子分離領
域形成の第2の製造工程を示す断面図。
FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, showing a second manufacturing step of forming an element isolation region.

【図10】この発明の第2の実施の形態に係る半導体装
置の製造方法について説明するためのもので、素子分離
領域形成の第3の製造工程を示す断面図。
FIG. 10 is a sectional view for illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention and illustrating a third manufacturing step of forming an element isolation region.

【図11】この発明の第2の実施の形態に係る半導体装
置の製造方法について説明するためのもので、素子分離
領域形成の第4の製造工程を示す断面図。
FIG. 11 is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, showing a fourth manufacturing step of forming an element isolation region.

【図12】この発明の第2の実施の形態に係る半導体装
置の製造方法について説明するためのもので、素子分離
領域形成の第5の製造工程を示す断面図。
FIG. 12 is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, showing a fifth manufacturing step of forming an element isolation region.

【図13】この発明の第2の実施の形態に係る半導体装
置の製造方法について説明するためのもので、素子分離
領域形成の第6の製造工程を示す断面図。
FIG. 13 is a sectional view for illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention and illustrating a sixth manufacturing step of forming an element isolation region.

【図14】この発明の第2の実施の形態に係る半導体装
置の製造方法について説明するためのもので、素子分離
領域形成の第7の製造工程を示す断面図。
FIG. 14 is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention and illustrating a seventh manufacturing step of forming an element isolation region.

【図15】この発明の第2の実施の形態に係る半導体装
置の製造方法について説明するためのもので、素子分離
領域形成の第8の製造工程を示す断面図。
FIG. 15 is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, showing an eighth manufacturing step of forming an element isolation region.

【図16】この発明の第2の実施の形態に係る半導体装
置の製造方法について説明するためのもので、素子分離
領域形成の第9の製造工程を示す断面図。
FIG. 16 is a sectional view for illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention and illustrating a ninth manufacturing step of forming an element isolation region.

【図17】この発明の第2の実施の形態に係る半導体装
置の製造方法の効果について説明するためのもので、図
10におけるa−a’線に対応する位置の平面図。
FIG. 17 is a plan view for explaining the effect of the method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, which is at a position corresponding to the line aa ′ in FIG. 10;

【図18】この発明の第2の実施の形態に係る半導体装
置の製造方法の効果について説明するためのもので、図
10におけるb−b’線に対応する位置の平面図。
FIG. 18 is a plan view for explaining the effect of the method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, which is at a position corresponding to line bb ′ in FIG. 10;

【図19】この発明の第2の実施の形態に係る半導体装
置の製造方法の効果について説明するためのもので、図
11におけるa−a’線に対応する位置の平面図。
FIG. 19 is a plan view for explaining the effect of the method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, which is at a position corresponding to the line aa ′ in FIG. 11;

【図20】この発明の第2の実施の形態に係る半導体装
置の製造方法の効果について説明するためのもので、図
11におけるb−b’線に対応する位置の平面図。
FIG. 20 is a plan view for explaining the effect of the method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, which is at a position corresponding to line bb ′ in FIG. 11;

【図21】この発明の第2の実施の形態に係る半導体装
置の製造方法の効果について説明するためのもので、図
19の拡大図。
FIG. 21 is an enlarged view of FIG. 19 for describing the effect of the method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention;

【図22】この発明の第2の実施の形態に係る半導体装
置の製造方法の効果について説明するためのもので、図
20の拡大図。
FIG. 22 is an enlarged view of FIG. 20 for describing the effect of the method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention;

【図23】MOS型トランジスタに関する従来の半導体
装置の製造方法について説明するためのもので、ゲート
電極形成における第1の製造工程を示す断面図。
FIG. 23 is a cross-sectional view for explaining the conventional method for manufacturing a semiconductor device related to a MOS transistor, and illustrating a first manufacturing step in forming a gate electrode.

【図24】MOS型トランジスタに関する従来の半導体
装置の製造方法について説明するためのもので、ゲート
電極形成における第2の製造工程を示す断面図。
FIG. 24 is a cross-sectional view for explaining a conventional method of manufacturing a semiconductor device related to a MOS transistor and illustrating a second manufacturing step in forming a gate electrode.

【図25】MOS型トランジスタに関する従来の半導体
装置の製造方法について説明するためのもので、ゲート
電極形成における第3の製造工程を示す断面図。
FIG. 25 is a cross-sectional view for explaining a conventional method for manufacturing a semiconductor device related to a MOS transistor, and illustrating a third manufacturing step in forming a gate electrode.

【図26】MOS型トランジスタに関する従来の半導体
装置の製造方法について説明するためのもので、ゲート
電極形成における第4の製造工程を示す断面図。
FIG. 26 is a cross-sectional view for explaining a conventional method for manufacturing a semiconductor device related to a MOS transistor and illustrating a fourth manufacturing step in forming a gate electrode.

【図27】MOS型トランジスタに関する従来の半導体
装置の製造方法について説明するためのもので、ゲート
電極形成における第5の製造工程を示す断面図。
FIG. 27 is a cross-sectional view for explaining the conventional method for manufacturing a semiconductor device relating to a MOS transistor and showing a fifth manufacturing step in forming a gate electrode.

【図28】MOS型トランジスタに関する従来の半導体
装置の製造方法の問題点について説明するためのもの
で、図27におけるa−a’線に対応する位置の平面
図。
FIG. 28 is a plan view of a position corresponding to the line aa ′ in FIG. 27 for describing a problem of the conventional method of manufacturing a semiconductor device relating to a MOS transistor.

【図29】MOS型トランジスタに関する従来の半導体
装置の製造方法の問題点について説明するためのもの
で、図27におけるb−b’線に対応する位置の平面
図。
FIG. 29 is a plan view of a position corresponding to the line bb ′ in FIG. 27 for describing a problem of a conventional method of manufacturing a semiconductor device relating to a MOS transistor.

【図30】従来の半導体装置の製造方法について説明す
るためのもので、素子分離領域形成についての第1の製
造工程を示す断面図。
FIG. 30 is a cross-sectional view for explaining the conventional method for manufacturing the semiconductor device and showing a first manufacturing step for forming an element isolation region.

【図31】従来の半導体装置の製造方法について説明す
るためのもので、素子分離領域形成についての第2の製
造工程を示す断面図。
FIG. 31 is a cross-sectional view for explaining the conventional method for manufacturing the semiconductor device and showing a second manufacturing step for forming an element isolation region.

【図32】従来の半導体装置の製造方法について説明す
るためのもので、素子分離領域形成についての第3の製
造工程を示す断面図。
FIG. 32 is a cross-sectional view for explaining the conventional method for manufacturing the semiconductor device and showing a third manufacturing step for forming an element isolation region.

【図33】従来の半導体装置の製造方法について説明す
るためのもので、素子分離領域形成についての第4の製
造工程を示す断面図。
FIG. 33 is a cross-sectional view for explaining the conventional method for manufacturing the semiconductor device and showing a fourth manufacturing step for forming an element isolation region.

【図34】従来の半導体装置の製造方法について説明す
るためのもので、素子分離領域形成についての第5の製
造工程を示す断面図。
FIG. 34 is a cross-sectional view for explaining the conventional method for manufacturing the semiconductor device and showing a fifth manufacturing step for forming an element isolation region.

【図35】従来の半導体装置の製造方法について説明す
るためのもので、素子分離領域形成についての第6の製
造工程を示す断面図。
FIG. 35 is a cross-sectional view for explaining the conventional method for manufacturing the semiconductor device and showing a sixth manufacturing step for forming an element isolation region.

【図36】従来の半導体装置の製造方法について説明す
るためのもので、素子分離領域形成についての第7の製
造工程を示す断面図。
FIG. 36 is a cross-sectional view for explaining the conventional method for manufacturing the semiconductor device and illustrating a seventh manufacturing step for forming an element isolation region.

【図37】従来の半導体装置の製造方法について説明す
るためのもので、素子分離領域形成についての第8の製
造工程を示す断面図。
FIG. 37 is a cross-sectional view for explaining the conventional method for manufacturing the semiconductor device and illustrating an eighth manufacturing step for forming an element isolation region.

【図38】従来の半導体装置の製造方法について説明す
るためのもので、素子分離領域形成についての第9の製
造工程を示す断面図。
FIG. 38 is a cross-sectional view for explaining the conventional method for manufacturing the semiconductor device and showing a ninth manufacturing step for forming an element isolation region.

【図39】従来の半導体装置の製造方法について説明す
るためのもので、素子分離領域形成についての第10の
製造工程を示す断面図。
FIG. 39 is a cross-sectional view for explaining the conventional method for manufacturing the semiconductor device and showing a tenth manufacturing step for forming an element isolation region.

【図40】従来の半導体装置の製造方法について説明す
るためのもので、素子分離領域形成についての第11の
製造工程を示す断面図。
FIG. 40 is a cross-sectional view for explaining the conventional method for manufacturing the semiconductor device and showing an eleventh manufacturing step for forming an element isolation region.

【図41】従来の半導体装置の製造方法の問題点につい
て説明するためのもので、図34におけるa−a’線に
対応する位置の平面図。
FIG. 41 is a plan view of a position corresponding to the line aa ′ in FIG. 34 for describing a problem of the conventional method of manufacturing a semiconductor device.

【図42】従来の半導体装置の製造方法の問題点につい
て説明するためのもので、図34におけるb−b’線に
対応する位置の平面図。
42 is a plan view of a position corresponding to the line bb ′ in FIG. 34 for describing a problem of the conventional method of manufacturing a semiconductor device.

【図43】従来の半導体装置の製造方法の問題点につい
て説明するためのもので、図41におけるc−c’線に
対応する位置の縦断面図。
FIG. 43 is a longitudinal sectional view at a position corresponding to the line cc ′ in FIG. 41 for describing a problem of the conventional method of manufacturing a semiconductor device.

【図44】従来の半導体装置の製造方法の問題点につい
て説明するためのもので、図35におけるa−a’線に
対応する位置の平面図。
FIG. 44 is a plan view of a position corresponding to the line aa ′ in FIG. 35 for describing the problem of the conventional method of manufacturing a semiconductor device.

【図45】従来の半導体装置の製造方法の問題点につい
て説明するためのもので、図35におけるb−b’線に
対応する位置の平面図。
45 is a plan view of a position corresponding to the line bb ′ in FIG. 35 for describing a problem of the conventional method of manufacturing a semiconductor device.

【図46】従来の半導体装置の製造方法の問題点につい
て説明するためのもので、図44におけるc−c’線に
対応する位置の縦断面図。
FIG. 46 is a longitudinal sectional view at a position corresponding to the line cc ′ in FIG. 44 for describing a problem of the conventional method of manufacturing a semiconductor device.

【図47】従来の半導体装置の製造方法の問題点につい
て説明するためのもので、図44の拡大図。
FIG. 47 is an enlarged view of FIG. 44 for describing a problem of a conventional method of manufacturing a semiconductor device.

【図48】従来の半導体装置の製造方法の問題点につい
て説明するためのもので、図45の拡大図。
FIG. 48 is an enlarged view of FIG. 45 for explaining a problem of a conventional method of manufacturing a semiconductor device.

【図49】従来の半導体装置の製造方法の問題点につい
て説明するためのもので、図44におけるc−c’線に
対応する位置の縦断面図。
FIG. 49 is a longitudinal sectional view at a position corresponding to line cc ′ in FIG. 44 for describing a problem of the conventional method of manufacturing a semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10、20…シリコン基板 11、24、25、56、57…シリコン酸化膜 12、26、58…多結晶シリコン膜 13、21、45、53…シリコン窒化膜 14、22…フォトレジスト 15、27、47、59…溝 16…所望のゲート長 17…溝の影響により変化したゲート長 23、55…トレンチ 28…所望の素子形成領域幅 29…溝の影響により変化した素子形成領域幅 30…シリコン酸化膜中に発生した空洞 46、54…マスク材 48、60…シリコン窒化膜間に発生した空洞 10, 20 ... silicon substrate 11, 24, 25, 56, 57 ... silicon oxide film 12, 26, 58 ... polycrystalline silicon film 13, 21, 45, 53 ... silicon nitride film 14, 22 ... photoresist 15, 27, 47, 59: groove 16: desired gate length 17: gate length changed by influence of groove 23, 55: trench 28: desired element formation region width 29: element formation region width changed by influence of groove 30: silicon oxide Cavities generated in the film 46, 54: Mask material 48, 60: Cavity generated between silicon nitride films

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上にパターニングすべき表面
領域を形成する工程と、 この表面領域上に前記表面領域のパターニングのマスク
層となる第1の絶縁膜を形成する工程と、 この第1の絶縁膜をパターニングして開口を有するマス
ク層を形成する工程と、 形成されたマスク層の開口の側壁表面を平滑化する工程
と、 前記開口の側壁表面が平滑化されたマスク層を使用して
前記表面領域のパターニングを行う工程とを含んでいる
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A step of forming a surface region to be patterned on a semiconductor substrate; a step of forming a first insulating film serving as a mask layer for patterning the surface region on the surface region; Forming a mask layer having an opening by patterning an insulating film; smoothing a sidewall surface of the opening of the formed mask layer; and using the mask layer having a smoothed sidewall surface of the opening. Performing a patterning of the surface region.
【請求項2】 前記マスク層の開口の側壁表面を平滑化
する工程は、 前記開口の形成されたマスク層の表面及び開口内に第2
の絶縁膜を被着させる工程と、 前記被着された第2の絶縁膜をエッチングして開口内の
前記表面領域に被着された第2の絶縁膜を除去してパタ
ーニングされるべき前記表面領域を露出させる工程とを
含み、 前記エッチング処理は開口の側壁表面に被着された第2
の絶縁膜が残されるように行われ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 step of smoothing the surface of the side wall of the opening of the mask layer, the step of:
Applying the insulating film, and etching the applied second insulating film to remove the second insulating film applied to the surface region in the opening and the surface to be patterned Exposing a region, wherein the etching is performed on a second side surface of the side wall of the opening.
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the method is performed such that the insulating film is left.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009505421A (en) * 2005-08-18 2009-02-05 ラム リサーチ コーポレーション Etching features with reduced line edge roughness
JP2009283707A (en) * 2008-05-22 2009-12-03 Toshiba Corp Semiconductor device
US9634008B2 (en) 2015-09-02 2017-04-25 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device

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