JP2001210709A - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

Manufacturing method of semiconductor device

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JP2001210709A
JP2001210709A JP2000018401A JP2000018401A JP2001210709A JP 2001210709 A JP2001210709 A JP 2001210709A JP 2000018401 A JP2000018401 A JP 2000018401A JP 2000018401 A JP2000018401 A JP 2000018401A JP 2001210709 A JP2001210709 A JP 2001210709A
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Japan
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oxide film
trench
silicon
film
forming
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Kosuke Miyoshi
康介 三好
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NEC Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent concentration of an electric field at a corner, thinning of a gate oxide film and deterioration of a transistor characteristics by shaping the corner at the upper end of a trench into a round form, and to restrain a junction leak current to the low level and prevent generation of crystal defects during the manufacturing steps by restraining the stress caused by oxidation of the inner wall of the trench. SOLUTION: The manufacturing method of a semiconductor device, wherein trenches are formed for isolation of elements when a semiconductor device is formed, comprises a step for forming a first oxide film on the inner wall of the trench at 1000 deg.C or over after etching the trenches, a step for removing this first oxide film by wet etching, and a step for forming a second oxide film by oxidizing the inner wall of the trench again under 1000 deg.C.

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
法に関し、特に素子分離形成法の1つであるSTI(S
hallow Trench Isolation)構
造を形成する半導体装置の製造方法に関する。
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 method for forming an STI (S
1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device having a “hallow trench isolation” structure.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置の高集積化のために素子の微
細化が進む中で、0.25μm以下レベルの素子分離方
法は従来使われていたLOCOS(Local Oxi
dation of Silicon)法からSTI法
へと移行している。LOCOS法では、バーズビークと
呼ばれる素子領域への素子分離酸化膜の食い込みが生じ
るため微細化が困難であるが、STI法では矩形のトレ
ンチに絶縁膜を埋設するという方法であるため有効素子
分離領域が広がるという利点を有する。
2. Description of the Related Art As elements are miniaturized for higher integration of semiconductor devices, an element isolation method at a level of 0.25 .mu.m or less has been conventionally used in LOCOS (Local Oxi).
(dation of Silicon) method to the STI method. In the LOCOS method, it is difficult to miniaturize the device isolation oxide film, which is called a bird's beak, because it digs into the device region. However, in the STI method, since the insulating film is buried in a rectangular trench, the effective element isolation region is not provided. It has the advantage of spreading.

【0003】図3、図4は従来の代表的なSTI法を用
いた素子分離構造の形成方法を説明する断面図である。
まず、図3(a)に示すように、シリコン基板10上に
シリコン酸化膜11およびシリコン窒化膜12を形成す
る。次に図3(b)に示すように、そのシリコン窒化膜
12上にフォトレジストを塗布し、公知のリソグラフィ
ー技術を用いて、素子分離用フォトレジストパターン1
3を形成する。さらに図3(c)に示すように、そのフ
ォトレジストパターン13をマスクとして、公知のドラ
イエッチング技術によりシリコン窒化膜12およびシリ
コン酸化膜11を順次エッチング除去し、シリコン窒化
膜パターン14を形成する。続いて図3(d)に示すよ
うに、そのシリコン窒化膜パターン14をマスクとし
て、公知のドライエッチング技術により、シリコン基板
10を所望の深さまでエッチング除去し、トレンチ15
を形成する。
FIGS. 3 and 4 are cross-sectional views for explaining a method of forming an element isolation structure using a conventional typical STI method.
First, as shown in FIG. 3A, a silicon oxide film 11 and a silicon nitride film 12 are formed on a silicon substrate 10. Next, as shown in FIG. 3B, a photoresist is applied on the silicon nitride film 12 and the photoresist pattern 1 for element isolation is formed by using a known lithography technique.
Form 3 Further, as shown in FIG. 3C, using the photoresist pattern 13 as a mask, the silicon nitride film 12 and the silicon oxide film 11 are sequentially etched and removed by a known dry etching technique to form a silicon nitride film pattern 14. Subsequently, as shown in FIG. 3D, using the silicon nitride film pattern 14 as a mask, the silicon substrate 10 is etched to a desired depth by a known dry etching technique, and the trench 15 is removed.
To form

【0004】そして、図4(a)に示すように、トレン
チ15の内壁にシリコン酸化膜16bを熱酸化により形
成する。次に、図4(b)に示すように、トレンチ埋設
のための酸化膜23をCVD法により形成する。次に、
図4(c)に示すように、公知のCMP技術を用いて、
シリコン窒化膜12をストッパーとして埋設酸化膜23
を研磨除去する。続いて、図4(d)に示すように、シ
リコン窒化膜12をウェットエッチングにより除去す
る。その後、図4(e)に示すように、シリコン酸化膜
11およびシリコン基板上から突出した埋設酸化膜23
をウェットエッチングにより除去し、STI構造を完成
させる。
Then, as shown in FIG. 4A, a silicon oxide film 16b is formed on the inner wall of the trench 15 by thermal oxidation. Next, as shown in FIG. 4B, an oxide film 23 for burying the trench is formed by a CVD method. next,
As shown in FIG. 4C, using a known CMP technique,
Buried oxide film 23 using silicon nitride film 12 as a stopper
Is removed by polishing. Subsequently, as shown in FIG. 4D, the silicon nitride film 12 is removed by wet etching. Thereafter, as shown in FIG. 4E, the silicon oxide film 11 and the buried oxide film 23 projecting from the silicon substrate are formed.
Is removed by wet etching to complete the STI structure.

【0005】このSTI構造の形成方法では、トレンチ
コーナー部を丸めて電界集中によるトランジスタ特性の
劣化やゲート酸化膜の局所的薄膜化を避けることが重要
な要素の一つとなっている。この目的のために、通常ト
レンチエッチング後に、シリコンが粘弾性を示す100
0℃以上の高温で熱酸化処理を行ない、トレンチコーナ
ーを丸めるという製造方法が用いられている。
In this method of forming the STI structure, it is an important element to round the trench corner to avoid deterioration of transistor characteristics due to electric field concentration and local thinning of a gate oxide film. For this purpose, the silicon typically exhibits a viscoelasticity of 100 after trench etching.
A manufacturing method is used in which a thermal oxidation treatment is performed at a high temperature of 0 ° C. or more, and a trench corner is rounded.

【0006】しかし、この製造方法では、図5(a)に
示すように、高温の熱酸化を用いるため、トレンチの底
部にファセット24が形成されてしまうため、トレンチ
底部においては高ストレス状態が発生し、その後の製造
工程(特にイオン注入、熱処理および酸化処理)におい
て、結晶欠陥が発生し、接合リーク不良等を引き起こし
てしまう。一方、1000℃未満の温度で酸化処理を行
なうと、図5(b)に示すように、トレンチ底部でのフ
ァセット形成は抑制できるが、トレンチ上端のコーナー
部においてオーバーハング形状25が発生してしまい、
結局電界集中やゲート酸化膜の薄膜化といった上述の問
題が発生してしまう。
However, in this manufacturing method, as shown in FIG. 5A, since high-temperature thermal oxidation is used, a facet 24 is formed at the bottom of the trench, and a high stress state occurs at the bottom of the trench. However, in the subsequent manufacturing steps (particularly, ion implantation, heat treatment, and oxidation treatment), crystal defects occur, which causes a junction leak failure and the like. On the other hand, when the oxidation treatment is performed at a temperature lower than 1000 ° C., as shown in FIG. 5B, the facet formation at the bottom of the trench can be suppressed, but the overhang shape 25 occurs at the corner at the upper end of the trench. ,
Eventually, the above-mentioned problems such as electric field concentration and thinning of the gate oxide film occur.

【0007】そこで、例えば、1999 シンポジウム
オン ブイエルエスアイ テクノロジー(Sympo
sium on VLSI Technology)p
161−162,“Enabling Shallow
Trench Isolation for 0.1
um Technologies and Beyon
d”には、トレンチ埋設酸化膜をCMP研磨した後に高
温の酸化処理を行なう方法が開示されている。この技術
は、トレンチエッチング後のトレンチ内壁酸化をトレン
チ底部にファセットが形成されない950℃の酸化処理
で行ない、トレンチ内部を絶縁膜で埋設し、CMP処理
を行なった後に、1100℃の高温で再度酸化処理を行
なうことでトレンチ上端のコーナー部を丸めるというも
のである。
[0007] Therefore, for example, the 1999 Symposium on VSI Technology (Sympo)
sium on VLSI Technology) p
161-162, "Enabling Shallow
Trench Isolation for 0.1
um Technologies and Beyon
d "discloses a method in which a trench buried oxide film is subjected to CMP polishing and then subjected to a high-temperature oxidation treatment. In this technique, the inside wall of the trench after the trench etching is oxidized at 950 ° C. where a facet is not formed at the bottom of the trench. In this process, the inside of the trench is buried with an insulating film, a CMP process is performed, and then an oxidizing process is performed again at a high temperature of 1100 ° C., thereby rounding a corner at the upper end of the trench.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した技術
は、トレンチ内部を絶縁膜で埋設した後に高温の熱処理
(酸化処理)を行なうため、埋設された絶縁膜の過度の
収縮あるいは膨張が生じる場合があり、素子分離近傍の
ストレスを増大させ、やはり、その後の製造工程におい
て、結晶欠陥を発生させ、接合リーク不良等を引き起こ
してしまうという問題を有している。
However, in the above-described technique, since a high-temperature heat treatment (oxidation treatment) is performed after burying the inside of the trench with an insulating film, excessive contraction or expansion of the buried insulating film occurs. However, there is a problem that stress in the vicinity of element isolation is increased, and crystal defects are generated in a subsequent manufacturing process, causing a junction leak failure and the like.

【0009】この問題を解決するためには、トレンチ内
部に絶縁膜を埋設する前に、「トレンチ上端コーナー部
の丸め形状を実現すること」と「トレンチ底部における
ストレスを低減すること」が必要である。
In order to solve this problem, it is necessary to “realize a rounded shape at the upper corner of the trench” and “reduce stress at the bottom of the trench” before embedding an insulating film inside the trench. is there.

【0010】本発明の目的は、トレンチ上端のコーナー
部の形状を丸め形状にすることで、コーナー部での電界
集中やゲート酸化膜の薄膜化を防止し、トランジスタ特
性の劣化が生じないDTI構造の形成方法を提供すると
同時に、トレンチ内壁の酸化処理によるストレスを抑制
し、製造工程中に結晶欠陥等が発生せず、接合リーク電
流が低く抑えられたSTI構造の形成方法を提供するこ
とにある。
An object of the present invention is to provide a DTI structure in which the corner portion at the upper end of the trench is rounded to prevent electric field concentration at the corner portion and to reduce the thickness of the gate oxide film, thereby preventing deterioration of transistor characteristics. And at the same time, to provide a method for forming an STI structure in which the stress due to the oxidation treatment of the inner wall of the trench is suppressed, no crystal defects or the like are generated during the manufacturing process, and the junction leakage current is kept low. .

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明の構成は、半導体
装置を形成する際に、素子分離のためのトレンチ形成を
行う半導体装置の製造方法において、前記トレンチのエ
ッチング後に、このトレンチの内壁を1000℃以上の
温度で第1の酸化膜を形成する工程と、この第1の酸化
膜をウェットエッチングにより除去する工程と、前記ト
レンチの内壁を改めて1000℃未満の温度で酸化し第
2の酸化膜を形成する工程とを設けたことを特徴とす
る。
According to the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device in which a trench for element isolation is formed when the semiconductor device is formed. A step of forming a first oxide film at a temperature of 1000 ° C. or higher, a step of removing the first oxide film by wet etching, and a step of oxidizing the inner wall of the trench again at a temperature of less than 1000 ° C. And a step of forming a film.

【0012】本発明の他の構成は、半導体装置を形成す
る際に、素子分離のためのトレンチ形成を行う半導体装
置の製造方法において、前記トレンチのエッチング後
に、このトレンチの内壁を1000℃以上の温度で第1
の酸化膜を形成する工程と、前記第1の酸化膜をウェッ
トエッチングにより除去する工程と、前記トレンチの内
壁に1000℃未満の温度でCVD法により第2の酸化
膜を形成する工程とを設けたことを特徴とする。
Another structure of the present invention is a method of manufacturing a semiconductor device, wherein a trench for element isolation is formed when the semiconductor device is formed. First in temperature
Forming a first oxide film, removing the first oxide film by wet etching, and forming a second oxide film on the inner wall of the trench by a CVD method at a temperature of less than 1000 ° C. It is characterized by having.

【0013】本発明において、トレンチ形成は、シリコ
ン基板上に第1のシリコン酸化膜およびシリコン窒化膜
を形成し、次にこのシリコン窒化膜上にフォトレジスト
を塗布し、リソグラフィー技術を用いて素子分離用フォ
トレジストパターンを形成し、このフォトレジストパタ
ーンをマスクとして、ドライエッチングにより、前記シ
リコン窒化膜および前記第1のシリコン酸化膜を順次エ
ッチング除去し、シリコン窒化膜パターンを形成し、こ
のシリコン窒化膜パターンをマスクとして、ドライエッ
チングにより、前記シリコン基板を所望の深さまでエッ
チング除去して形成される。
In the present invention, a trench is formed by forming a first silicon oxide film and a silicon nitride film on a silicon substrate, then applying a photoresist on the silicon nitride film, and isolating the element using a lithography technique. Forming a silicon nitride film pattern by dry etching using the photoresist pattern as a mask to sequentially remove the silicon nitride film and the first silicon oxide film to form a silicon nitride film pattern; The silicon substrate is etched and removed to a desired depth by dry etching using the pattern as a mask.

【0014】また、本発明において、トレンチを形成し
た後、第2のシリコン酸化膜を第1の酸化膜としてトレ
ンチ内壁を形成し、これを除去した後に第3のシリコン
酸化膜を第2の酸化膜として形成した後、第4のシリコ
ン酸化膜をトレンチ埋設酸化膜として形成し、シリコン
窒化膜上の第4のシリコン酸化膜を研磨除去し、そのシ
リコン窒化膜をエッチング除去し、第1のシリコン酸化
膜とシリコン基板から突出した第4のシリコン酸化膜を
エッチング除去し、STI構造ができる。
Further, in the present invention, after forming the trench, an inner wall of the trench is formed using the second silicon oxide film as the first oxide film, and after removing this, the third silicon oxide film is formed into the second oxide film. After forming the first silicon oxide film, a fourth silicon oxide film is formed as a trench buried oxide film, the fourth silicon oxide film on the silicon nitride film is polished and removed, and the silicon nitride film is removed by etching. The oxide film and the fourth silicon oxide film protruding from the silicon substrate are removed by etching to form an STI structure.

【0015】本発明の構成によれば、「高温熱酸化処理
+酸化膜エッチング+低温酸化膜形成」という製造工程
は、トレンチコーナー部の角を丸める目的で行なう高温
熱酸化(シリコンの粘性が生ずる1000℃以上の温度
で行なう)によって生じるトレンチ底部の高ストレス状
態を、続いて行なう酸化膜エッチングおよび低温酸化膜
形成で緩和するという役目を果たす。
According to the structure of the present invention, the manufacturing process of "high-temperature thermal oxidation treatment + oxide film etching + low-temperature oxide film formation" is performed for the purpose of rounding the corners of the trench corners by high-temperature thermal oxidation (viscosity of silicon occurs). (At a temperature of 1000 ° C. or more), which alleviates the high stress state at the bottom of the trench by the subsequent oxide film etching and low temperature oxide film formation.

【0016】従って、「トレンチコーナー部の丸め」と
「トレンチ底部のストレス緩和」を両立することで、ト
レンチコーナー部の電界集中やトレンチ底部ストレス起
因の結晶欠陥発生によるデバイス特性劣化を抑制できる
という効果が得られる。
Accordingly, by achieving both "rounding of the corner of the trench" and "relaxation of the stress at the bottom of the trench", it is possible to suppress the deterioration of device characteristics due to the concentration of an electric field at the corner of the trench and the generation of crystal defects caused by the stress at the bottom of the trench. Is obtained.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】図1は本発明による半導体装置の
製造方法の第1の実施形態の工程断面図を示している。
素子分離のためのトレンチ形成方法において、本発明に
従って、トレンチエッチング後にトレンチの内壁を10
00℃以上の温度で第1の酸化膜を形成する工程と、こ
の第1の酸化膜をウェットエッチングにより除去する工
程と、そのトレンチの内壁を改めて1000℃未満の温
度で酸化し第2の酸化膜を形成する工程とを設けてい
る。
FIG. 1 is a process sectional view of a first embodiment of a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
In the method for forming a trench for element isolation, according to the present invention, the inner wall of the trench is removed by 10 cm after the trench etching.
Forming a first oxide film at a temperature of 00 ° C. or more, removing the first oxide film by wet etching, and oxidizing the inner wall of the trench again at a temperature of less than 1000 ° C. And a step of forming a film.

【0018】本実施形態において、STI構造を形成す
るための前半の工程は、従来例の図3(a)〜(d)と
同様である。すなわち、シリコン基板10上に第1のシ
リコン酸化膜11およびシリコン窒化膜12を形成し、
次に、このシリコン窒化膜12上にフォトレジストを塗
布し、公知のリソグラフィー技術を用いて、素子分離用
フォトレジストパターン13を形成する。さらに、フォ
トレジストパターン13をマスクとして、公知のドライ
エッチング技術により、シリコン窒化膜12および第1
のシリコン酸化膜11を順次エッチング除去し、シリコ
ン窒化膜パターン14を形成する。続いて、シリコン窒
化膜パターン14をマスクとして、公知のドライエッチ
ング技術により、シリコン基板10を所望の深さまでエ
ッチング除去し、トレンチ15を形成する。ここまでの
製造方法は、図3と同じである。このトレンチは、例え
ば約300nmの深さエッチングする。
In the present embodiment, the first half of the process for forming the STI structure is the same as that of the conventional example shown in FIGS. That is, a first silicon oxide film 11 and a silicon nitride film 12 are formed on a silicon substrate 10,
Next, a photoresist is applied on the silicon nitride film 12, and a photoresist pattern 13 for element isolation is formed by using a known lithography technique. Further, using the photoresist pattern 13 as a mask, the silicon nitride film 12 and the first
The silicon oxide film 11 is sequentially removed by etching to form a silicon nitride film pattern 14. Subsequently, using the silicon nitride film pattern 14 as a mask, the silicon substrate 10 is etched and removed to a desired depth by a known dry etching technique to form a trench 15. The manufacturing method up to this point is the same as in FIG. This trench is etched, for example, to a depth of about 300 nm.

【0019】そして本実施形態に従って、図1(a)に
示すように、トレンチ15の内壁に第2のシリコン酸化
膜(第1の酸化膜)16を熱酸化により形成する。この
ときの酸化処理は、トレンチ上端のコーナー部(以降、
トレンチコーナー)17を丸めるために、少なくともシ
リコンが粘性を示す1000℃以上の温度で行ない、望
ましくは1100℃程度の温度で行なう。本実施形態で
は20〜50nm程度の酸化膜厚に設定する。この時、
トレンチ底部には高温の酸化に特有なファセット18が
酸化膜の形成と同時進行で形成されるため、トレンチ底
部(特にファセット形成部)ではシリコン酸化膜とシリ
コン基板の熱膨張係数の差によるストレスが強くかかっ
てしまう。
According to the present embodiment, as shown in FIG. 1A, a second silicon oxide film (first oxide film) 16 is formed on the inner wall of the trench 15 by thermal oxidation. The oxidation treatment at this time is performed at a corner portion at the upper end of the trench (hereinafter referred to as a
In order to round the trench corner (17), the etching is performed at a temperature of at least 1000 ° C., at which silicon has viscosity, and preferably at a temperature of about 1100 ° C. In this embodiment, the oxide film thickness is set to about 20 to 50 nm. At this time,
Since the facet 18 peculiar to high-temperature oxidation is formed simultaneously with the formation of the oxide film at the bottom of the trench, stress due to the difference in the thermal expansion coefficient between the silicon oxide film and the silicon substrate is formed at the bottom of the trench (particularly at the facet formation portion). It will be strong.

【0020】そこで、図1(b)に示すように、その第
2のシリコン酸化膜16を公知のウェットエッチングに
より除去すれば、トレンチ底部のストレスを緩和するこ
とができる。続けて、図1(c)に示すように、トレン
チ15の内壁に第3のシリコン酸化膜(第2の酸化膜)
19を熱酸化により形成する。この時の酸化処理は、第
2のシリコン酸化膜16の処理より低温である1000
℃未満の温度で行ない、望ましくは900℃程度の温度
で行なう。本実施形態では20〜50nm程度の酸化膜
厚に設定する。この場合、ファセット形成といった酸化
膜−シリコン界面の形状変化がほとんど無い状態での酸
化であるため、トレンチ底部におけるストレスは軽減さ
れる。
Therefore, as shown in FIG. 1B, if the second silicon oxide film 16 is removed by known wet etching, the stress at the bottom of the trench can be reduced. Subsequently, as shown in FIG. 1C, a third silicon oxide film (a second oxide film) is formed on the inner wall of the trench 15.
19 is formed by thermal oxidation. At this time, the oxidation process is performed at a temperature lower than that of the process of the second silicon oxide film 16 by 1000.
It is carried out at a temperature lower than ℃, preferably at a temperature of about 900 ℃. In this embodiment, the oxide film thickness is set to about 20 to 50 nm. In this case, since the oxidation is performed in a state where there is almost no change in the shape of the oxide film-silicon interface such as facet formation, the stress at the bottom of the trench is reduced.

【0021】以上の工程を経ることで、トレンチコーナ
ーの丸め形状とトレンチ底部の低ストレス化が計られ
る。さらに、図1(d)に示すように、トレンチ埋設の
ための第4のシリコン酸化膜20をCVD法により形成
する。例えば、HDP(High Density P
lasma)−CVD法により、500nm程度のCV
D酸化膜を形成する。HDP−CVD酸化膜は、埋設性
が良好な半面、シリコン基板に対する成膜中のプラズマ
ダメージや汚染等が懸念される。前述の第3の酸化膜1
9はそれらからトレンチ内壁を保護することを目的とし
ている。
Through the above steps, the rounded shape of the trench corner and the low stress at the bottom of the trench can be achieved. Further, as shown in FIG. 1D, a fourth silicon oxide film 20 for burying the trench is formed by a CVD method. For example, HDP (High Density P)
lasma) -CV method of about 500 nm
A D oxide film is formed. The HDP-CVD oxide film has good embedding properties, but there is concern about plasma damage, contamination, and the like during film formation on the silicon substrate. The aforementioned third oxide film 1
9 is intended to protect the inner wall of the trench therefrom.

【0022】次に、図1(e)に示すように、公知のC
MP技術を用いて、シリコン窒化膜12をストッパーと
して第4の酸化膜20を研磨除去する。続いて、図1
(f)に示すように、シリコン窒化膜をウェットエッチ
ングにより除去する。その後、図1(g)に示すよう
に、第1のシリコン酸化膜11およびシリコン基板上か
ら突出した第4の酸化膜20をウェットエッチングによ
り除去し、STI構造を完成させる。
Next, as shown in FIG.
Using the MP technique, the fourth oxide film 20 is polished and removed using the silicon nitride film 12 as a stopper. Subsequently, FIG.
As shown in (f), the silicon nitride film is removed by wet etching. Thereafter, as shown in FIG. 1G, the first silicon oxide film 11 and the fourth oxide film 20 protruding from above the silicon substrate are removed by wet etching to complete the STI structure.

【0023】なお、本実施形態の構成において、第4の
シリコン酸化膜20はHDP−CVD膜に限らず、減圧
CVD、常圧CVD法等のCVD成膜に加えてシリカ塗
布による埋設も可能である。
In the structure of the present embodiment, the fourth silicon oxide film 20 is not limited to the HDP-CVD film, and can be buried by silica coating in addition to CVD film formation such as low-pressure CVD and normal pressure CVD. is there.

【0024】図1の実施形態では、トレンチ内壁酸化膜
をウェットエッチングにより除去した後に、改めて低温
の熱酸化により内壁酸化膜を形成したが、内壁酸化膜を
CVD法により形成することもできる。その構成を図2
により説明する。
In the embodiment of FIG. 1, the inner wall oxide film is formed again by low-temperature thermal oxidation after the inner wall oxide film of the trench is removed by wet etching. However, the inner wall oxide film may be formed by a CVD method. Fig. 2 shows the configuration.
This will be described below.

【0025】図2は本発明の第2の実施形態の半導体装
置の製造方法の工程断面図を示している。素子分離のた
めのトレンチ形成方法に対して、本発明に従って、トレ
ンチエッチング後にトレンチの内壁を1000℃以上の
温度で第1の酸化膜を形成する工程と、この第1の酸化
膜をウェットエッチングにより除去する工程と、前記ト
レンチの内壁に1000℃未満の温度でCVD法により
第2の酸化膜を形成する工程を設けている。
FIG. 2 is a process sectional view of a method for manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention. According to the present invention, there is provided a method for forming a first oxide film on the inner wall of a trench at a temperature of 1000 ° C. or more after the trench etching, and wet etching the first oxide film by wet etching. A removing step and a step of forming a second oxide film on the inner wall of the trench by a CVD method at a temperature of less than 1000 ° C. are provided.

【0026】最初の工程は、従来例、図1と同様で、シ
リコン基板10上に第1のシリコン酸化膜11およびシ
リコン窒化膜12を形成する。次にこのシリコン窒化膜
12上にフォトレジストを塗布し、公知のリソグラフィ
ー技術を用いて、素子分離用フォトレジストパターン1
3を形成する。さらに、このフォトレジストパターン1
3をマスクとして、公知のドライエッチング技術によ
り、シリコン窒化膜12および第1のシリコン酸化膜1
1を順次エッチング除去し、シリコン窒化膜パターン1
4を形成する。続いて、シリコン窒化膜パターン14を
マスクとして、公知のドライエッチング技術によりシリ
コン基板10を所望の深さまでエッチング除去し、トレ
ンチ15を形成する。
In the first step, a first silicon oxide film 11 and a silicon nitride film 12 are formed on a silicon substrate 10 in the same manner as in the conventional example shown in FIG. Next, a photoresist is applied on the silicon nitride film 12 and the photoresist pattern 1 for element isolation is formed using a known lithography technique.
Form 3 Furthermore, this photoresist pattern 1
3 as a mask, the silicon nitride film 12 and the first silicon oxide film 1 are formed by a known dry etching technique.
1 are sequentially removed by etching to obtain a silicon nitride film pattern 1
4 is formed. Subsequently, using the silicon nitride film pattern 14 as a mask, the silicon substrate 10 is etched to a desired depth by a known dry etching technique to form a trench 15.

【0027】そして本発明に従って、図1と同様に、ト
レンチ15の内壁に第2のシリコン酸化膜16を熱酸化
により形成する。このときの酸化処理は、トレンチ上端
のコーナー部17を丸めるために、少なくともシリコン
が粘性を示す1000℃以上の温度で行ない、望ましく
は1100℃程度の温度で行なう。この時、トレンチ底
部には高温の酸化に特有なファセット18が酸化膜の形
成と同時進行で形成されるため、トレンチ底部(特にフ
ァセット形成部)ではシリコン酸化膜とシリコン基板の
熱膨張係数の差によるストレスが強くかかってしまう。
ここで、図2(a)に示すように、第2のシリコン酸化
膜16を公知のウェットエッチングにより除去され、ト
レンチ底部のストレスを緩和することができる。
According to the present invention, a second silicon oxide film 16 is formed on the inner wall of trench 15 by thermal oxidation, as in FIG. The oxidation treatment at this time is performed at a temperature of at least 1000 ° C. at which silicon has viscosity, preferably at a temperature of about 1100 ° C., in order to round the corner 17 at the upper end of the trench. At this time, a facet 18 peculiar to high-temperature oxidation is formed at the bottom of the trench simultaneously with the formation of the oxide film. Stress is strongly applied.
Here, as shown in FIG. 2A, the second silicon oxide film 16 is removed by known wet etching, so that the stress at the bottom of the trench can be reduced.

【0028】本実施形態においては、続けて、図2
(b)に示すように、トレンチ15の内壁に第3のシリ
コン酸化膜22を公知のCVD法により形成する。この
時のCVD成膜処理は、1000℃未満の温度で行な
い、例えば、800℃程度の温度で成膜するHTO(H
igh Temperature Oxide)膜を2
0〜50nmの膜厚で形成する。以上の工程を経ること
で、トレンチコーナーの丸め形状とトレンチ底部の低ス
トレス化が計れる。さらに、図2(c)に示すように、
トレンチ埋設のための第4の酸化膜20をCVD法によ
り形成する。例えば、HDP(High Densit
y Plasma)−CVD法により、500nm程度
のCVD酸化膜を形成する。HDP−CVD酸化膜は、
埋設性が良好な半面、シリコン基板に対する成膜中のプ
ラズマダメージや汚染等が懸念される。前述の第3の酸
化膜22はそれらからトレンチ内壁を保護することを目
的としている。
In this embodiment, FIG.
As shown in (b), a third silicon oxide film 22 is formed on the inner wall of the trench 15 by a known CVD method. The CVD film forming process at this time is performed at a temperature of less than 1000 ° C., for example, HTO (H
2 (Temperature Oxide) membrane
It is formed with a thickness of 0 to 50 nm. Through the above steps, the rounded shape of the trench corner and the lower stress at the bottom of the trench can be reduced. Further, as shown in FIG.
A fourth oxide film 20 for burying the trench is formed by a CVD method. For example, HDP (High Densit)
y Plasma) -CVD method to form a CVD oxide film of about 500 nm. HDP-CVD oxide film
Although the embedding property is good, there is a concern about plasma damage and contamination during film formation on the silicon substrate. The above-mentioned third oxide film 22 aims at protecting the inner wall of the trench therefrom.

【0029】次に、図2(d)に示すように、公知のC
MP技術を用いて、シリコン窒化膜12をストッパーと
して第4の酸化膜20を研磨除去する。続いて、図2
(e)に示すように、シリコン窒化膜12をウェットエ
ッチングにより除去する。その後、図2(f)に示すよ
うに、第1のシリコン酸化膜11およびシリコン基板上
突き出た第4の酸化膜20をウェットエッチングにより
除去し、STI構造を完成させる。従って、本発明の第
1の実施形態で述べたようなデバイス特性改善効果がも
たらされる。
Next, as shown in FIG.
Using the MP technique, the fourth oxide film 20 is polished and removed using the silicon nitride film 12 as a stopper. Subsequently, FIG.
As shown in (e), the silicon nitride film 12 is removed by wet etching. After that, as shown in FIG. 2F, the first silicon oxide film 11 and the fourth oxide film 20 protruding above the silicon substrate are removed by wet etching to complete the STI structure. Therefore, the effect of improving device characteristics as described in the first embodiment of the present invention is provided.

【0030】本実施形態において、第3の酸化膜22は
HTO膜に限らず、減圧CVDや常圧CVD法による酸
化膜としてもよい。さらには、第4の酸化膜20はHD
P−CVD膜に限らず、減圧CVD、常圧CVD法等の
CVD成膜に加えてシリカ塗布による埋設も可能であ
る。
In the present embodiment, the third oxide film 22 is not limited to the HTO film, but may be an oxide film formed by low-pressure CVD or normal pressure CVD. Further, the fourth oxide film 20 is formed of HD
Not only the P-CVD film, but also embedding by silica coating is possible in addition to CVD film formation such as low-pressure CVD and normal pressure CVD.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の構成をと
ることにより、「高温内壁酸化によるトレンチ上端コー
ナーの丸め」と「トレンチ底部におけるストレス緩和」
が同時に達成されるため、トレンチ上端コーナー部での
形状起因による、トランジスタのハンプ現象、逆狭幅効
果及びゲート酸化膜劣化などのデバイス特性劣化を防ぐ
とともに、トレンチ底部のストレス起因で発生する結晶
欠陥による接合リークをも抑制できるという効果がもた
らされる。
As described above, by adopting the structure of the present invention, "rounding of the upper end corner of the trench due to high-temperature inner wall oxidation" and "relaxation of stress at the bottom of the trench" are achieved.
At the same time, preventing the device characteristics such as transistor hump phenomenon, reverse narrowing effect and gate oxide film deterioration due to the shape at the top corner of the trench, as well as crystal defects caused by stress at the bottom of the trench. The effect that the junction leak due to the above can be suppressed is brought about.

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

【図1】本発明の第1の実施形態のSTI構造を形成す
るための工程断面図である。
FIG. 1 is a process sectional view for forming an STI structure according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施形態のSTI構造を形成す
るための工程断面図である。
FIG. 2 is a process sectional view for forming an STI structure according to a second embodiment of the present invention.

【図3】従来例のSTI構造を形成するための工程断面
図である。
FIG. 3 is a process sectional view for forming a conventional STI structure.

【図4】図3に続くSTI構造を形成するための工程断
面図である。
FIG. 4 is a process sectional view for forming the STI structure following FIG. 3;

【図5】従来例のSTI構造の問題点を説明する断面図
である。
FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining a problem of a conventional STI structure.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 シリコン基板 11 第1のシリコン酸化膜 12 シリコン窒化膜 13 素子分離用フォトレジストパターン 14 シリコン窒化膜パターン 15 トレンチ 16 第2のシリコン酸化膜 17 コーナー部 18,24 ファセット 19,22 第3のシリコン酸化膜 20 第4のシリコン酸化膜 23 埋設酸化膜 25 オーバーハング形状 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Silicon substrate 11 1st silicon oxide film 12 Silicon nitride film 13 Photoresist pattern for element isolation 14 Silicon nitride film pattern 15 Trench 16 2nd silicon oxide film 17 Corner part 18, 24 Facet 19, 22 Third silicon oxide Film 20 fourth silicon oxide film 23 buried oxide film 25 overhang shape

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体装置を形成する際に、素子分離の
ためのトレンチ形成を行う半導体装置の製造方法におい
て、前記トレンチのエッチング後に、このトレンチの内
壁を1000℃以上の温度で第1の酸化膜を形成する工
程と、この第1の酸化膜をウェットエッチングにより除
去する工程と、前記トレンチの内壁を改めて1000℃
未満の温度で酸化し第2の酸化膜を形成する工程とを設
けたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
1. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising forming a trench for element isolation when forming the semiconductor device, wherein after the etching of the trench, an inner wall of the trench is subjected to a first oxidation at a temperature of 1000 ° C. or higher. Forming a film, removing the first oxide film by wet etching, and setting the inner wall of the trench to 1000 ° C. again.
Forming a second oxide film by oxidizing at a temperature less than or equal to.
【請求項2】 半導体装置を形成する際に、素子分離の
ためのトレンチ形成を行う半導体装置の製造方法におい
て、前記トレンチのエッチング後に、このトレンチの内
壁を1000℃以上の温度で第1の酸化膜を形成する工
程と、前記第1の酸化膜をウェットエッチングにより除
去する工程と、前記トレンチの内壁に1000℃未満の
温度でCVD法により第2の酸化膜を形成する工程とを
設けたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising forming a trench for element isolation when forming the semiconductor device, wherein after etching the trench, an inner wall of the trench is subjected to a first oxidation at a temperature of 1000 ° C. or higher. Forming a film, removing the first oxide film by wet etching, and forming a second oxide film on the inner wall of the trench by a CVD method at a temperature of less than 1000 ° C. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項3】 第1の酸化膜および第2の酸化膜がシリ
コン酸化膜である請求項1または2記載の半導体装置の
製造方法。
3. The method according to claim 1, wherein the first oxide film and the second oxide film are silicon oxide films.
【請求項4】 トレンチ形成は、シリコン基板上に第1
のシリコン酸化膜およびシリコン窒化膜を形成し、次に
このシリコン窒化膜上にフォトレジストを塗布し、リソ
グラフィー技術を用いて素子分離用フォトレジストパタ
ーンを形成し、このフォトレジストパターンをマスクと
して、ドライエッチングにより、前記シリコン窒化膜お
よび前記第1のシリコン酸化膜を順次エッチング除去
し、シリコン窒化膜パターンを形成し、このシリコン窒
化膜パターンをマスクとして、ドライエッチングによ
り、前記シリコン基板を所望の深さまでエッチング除去
してトレンチを形成する請求項1または2記載の半導体
装置の製造方法。
4. The method according to claim 1, wherein the first trench is formed on a silicon substrate.
A silicon oxide film and a silicon nitride film are formed, and then a photoresist is applied on the silicon nitride film. A photoresist pattern for element isolation is formed using lithography technology. The silicon nitride film and the first silicon oxide film are sequentially removed by etching to form a silicon nitride film pattern, and the silicon substrate is dried to a desired depth by dry etching using the silicon nitride film pattern as a mask. 3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the trench is formed by etching and removing the trench.
【請求項5】 トレンチが形成された後、第2のシリコ
ン酸化膜を第1の酸化膜としてトレンチ内壁を形成し、
これを除去した後に第3のシリコン酸化膜を第2の酸化
膜として形成した後、第4のシリコン酸化膜をトレンチ
埋設酸化膜として形成し、シリコン窒化膜上の第4のシ
リコン酸化膜を研磨除去し、そのシリコン窒化膜をエッ
チング除去し、第1のシリコン酸化膜とシリコン基板か
ら突出した第4のシリコン酸化膜をエッチング除去する
請求項1または2記載の半導体装置の製造方法。
5. After the trench is formed, an inner wall of the trench is formed using the second silicon oxide film as a first oxide film,
After removing this, a third silicon oxide film is formed as a second oxide film, then a fourth silicon oxide film is formed as a trench buried oxide film, and the fourth silicon oxide film on the silicon nitride film is polished. 3. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the silicon nitride film is removed by etching, and the first silicon oxide film and the fourth silicon oxide film protruding from the silicon substrate are removed by etching.
【請求項6】 第4のシリコン酸化膜は、CVD成膜に
よりまたはシリカ塗布により埋設される請求項5記載の
半導体装置の製造方法。
6. The method according to claim 5, wherein the fourth silicon oxide film is buried by CVD film formation or silica coating.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004311954A (en) * 2003-01-17 2004-11-04 Sharp Corp Strained-silicon channel cmos with sacrificial shallow trench isolation oxide liner
JP2005514791A (en) * 2001-12-27 2005-05-19 アドバンスト・マイクロ・ディバイシズ・インコーポレイテッド Shallow trench isolation method for improving roundness of corner of STI
US7022584B2 (en) 2003-09-29 2006-04-04 Oki Electric Industry Co., Ltd. Method of manufacturing a shallow trench isolation structure
CN1299347C (en) * 2002-12-05 2007-02-07 旺宏电子股份有限公司 Process for making shallow trench isolation arrangement

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