JP2002093897A - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
【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、さらに詳しくは、トレンチ素子分離(ST
I;Shallow Trench Isolation)を有する半導体装置の
製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method of manufacturing a semiconductor device using a trench isolation (ST).
I; Shallow Trench Isolation).
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、LSI等の半導体装置の高集積化
に伴い、デバイスの微細化、つまりデザインルールの微
細化が進んでいる。デバイスの微細化においてはゲート
電極、メタル配線の微細化や素子分離領域の微細化に伴
い、これらの距離の縮小化が求められている。これらの
うちゲート電極、メタル配線のように、リソグラフィ技
術と異方性エッチング技術により加工されるものについ
ての微細化は、リソグラフィ技術に依存するところが大
きい。2. Description of the Related Art In recent years, as semiconductor devices such as LSIs have become more highly integrated, devices have been miniaturized, that is, design rules have been miniaturized. In the miniaturization of devices, with the miniaturization of gate electrodes and metal wirings and the miniaturization of element isolation regions, reduction of these distances is required. Of these, like the gate electrode and the metal wiring, those that are processed by the lithography technique and the anisotropic etching technique greatly depend on the lithography technique.
【0003】一方、素子分離領域の微細化では、リソグ
ラフィ技術の他に素子分離領域の形成方法自体が微細化
に与える影響も大きい。そこで、LOCOS法に代わる
素子分離法として、トレンチ素子分離(以下、「ST
I」と示す)法が提案、採用されている。STI法は、
シリコン基板に異方性エッチングによりトレンチを形成
し、これをシリコン酸化膜で埋め込む方法であるため、
素子分離形成工程に起因する素子分離領域の寸法変換差
が小さく、微細化には有利な方法である。On the other hand, in miniaturization of the element isolation region, the method of forming the element isolation region itself has a great influence on the miniaturization in addition to the lithography technique. Therefore, as an element isolation method instead of the LOCOS method, trench element isolation (hereinafter referred to as "ST
I ") is proposed and adopted. The STI method is
Since it is a method of forming a trench in a silicon substrate by anisotropic etching and filling this with a silicon oxide film,
The dimensional conversion difference of the element isolation region caused by the element isolation forming step is small, which is an advantageous method for miniaturization.
【0004】しかし、STI法では、図2(a)及び
(b)に示したように、トレンチ21内部に埋設された
シリコン酸化膜22が、その後の半導体装置の製造工程
によってエッチングされてしまい、トレンチ21上端部
Aの半導体基板20が露出する。これにより、その後に
この半導体基板20を用いてトランジスタ等を形成した
場合に、半導体基板20の露出した部分でゲート絶縁膜
に電界が集中し、トランジスタのゲート電圧−ドレイン
電流特性でハンプが発生し、閾値電圧の低下を招くとい
う問題がある。そこで、この問題を解決するSTI法
が、特開平11−195701号公報に提案されてい
る。However, in the STI method, as shown in FIGS. 2A and 2B, the silicon oxide film 22 buried in the trench 21 is etched in a subsequent semiconductor device manufacturing process. The semiconductor substrate 20 at the upper end A of the trench 21 is exposed. As a result, when a transistor or the like is subsequently formed using this semiconductor substrate 20, an electric field concentrates on the gate insulating film in the exposed portion of the semiconductor substrate 20, and a hump occurs due to the gate voltage-drain current characteristics of the transistor. There is a problem that the threshold voltage is lowered. Therefore, an STI method that solves this problem is proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-195701.
【0005】まず、図3(a)に示すように、シリコン
基板31上に第1シリコン酸化膜32、第1シリコン窒
化膜33を形成する。続いてフォトリソグラフィー技術
により所定の領域に開口を有するレジストパターン34
を形成する。次いで、図3(b)に示すように、レジス
トパターン34をマスクとして用いて、第1シリコン窒
化膜33及び第1シリコン酸化膜32をエッチングし、
さらに、得られた第1シリコン窒化膜33をマスクとし
て用いて、シリコン基板31をエッチングし、第1の溝
35を形成する。この第1の溝35を含むシリコン基板
31上全面に第2シリコン窒化膜36aを形成する。[0005] First, as shown in FIG. 3A, a first silicon oxide film 32 and a first silicon nitride film 33 are formed on a silicon substrate 31. Subsequently, a resist pattern 34 having an opening in a predetermined region by photolithography technology
To form Next, as shown in FIG. 3B, the first silicon nitride film 33 and the first silicon oxide film 32 are etched using the resist pattern 34 as a mask,
Further, using the obtained first silicon nitride film 33 as a mask, the silicon substrate 31 is etched to form a first groove 35. A second silicon nitride film 36a is formed on the entire surface of the silicon substrate 31 including the first groove 35.
【0006】次に、図3(c)に示すように、第2シリ
コン窒化膜36aをエッチバックして第1の溝35の側
壁に側壁シリコン窒化膜36を形成する。この側壁シリ
コン窒化膜36により、トレンチ35の上端部のシリコ
ン基板31の露出を防止することができる。続いて、図
3(d)に示すように、第1シリコン窒化膜33と側壁
シリコン窒化膜36とをマスクとして用いて、シリコン
基板31をエッチングすることにより、第1の溝35内
に第2の溝37を形成する。第1の溝35及び第2の溝
37を含むシリコン基板31上全面に、第2酸化シリコ
ン膜38を形成する。次に、図3(e)に示すように、
CMP(ケミカル・メカニカル・ポリッシング)法によ
り、第2酸化シリコン膜38を、第1シリコン窒化膜3
3表面が露出するまでポリッシング除去する。その後、
図3(f)に示すように、第1シリコン窒化膜33及び
第1シリコン酸化膜32をウェットエッチングにより除
去し、トレンチ素子分離領域を形成する。Next, as shown in FIG. 3C, the second silicon nitride film 36a is etched back to form a side wall silicon nitride film 36 on the side wall of the first groove 35. The sidewall silicon nitride film 36 can prevent the silicon substrate 31 at the upper end of the trench 35 from being exposed. Subsequently, as shown in FIG. 3D, the silicon substrate 31 is etched using the first silicon nitride film 33 and the side wall silicon nitride film 36 as a mask, so that the second groove 35 is formed in the first groove 35. Is formed. A second silicon oxide film 38 is formed on the entire surface of the silicon substrate 31 including the first groove 35 and the second groove 37. Next, as shown in FIG.
The second silicon oxide film 38 is removed from the first silicon nitride film 3 by CMP (Chemical Mechanical Polishing).
3 Polishing is removed until the surface is exposed. afterwards,
As shown in FIG. 3F, the first silicon nitride film 33 and the first silicon oxide film 32 are removed by wet etching to form a trench isolation region.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述したよう
な改良されたSTI法においても、以下のような問題が
ある。まず、第2の溝37をエッチング中に側壁シリコ
ン窒化膜36も同時にエッチングにさらされるため、側
壁シリコン窒化膜36が膜減りし、トレンチ35上端部
のシリコン基板31が露出することとなる。よって、こ
のシリコン基板31を用いて後に得られるトランジスタ
の閾値電圧の低下は免れない。また、溝形成のためのエ
ッチングが2回、第1シリコン窒化膜のエッチングが2
回、側壁シリコン窒化膜36形成用の第2シリコン窒化
膜36aのエッチバックが1回必要であり、工程数が増
加する。さらに、第1溝35内にシリコン窒化膜でサイ
ドウォールを形成し、第2の溝37を形成するため、素
子の微細化が進むにしたがって溝の開口が困難になる。However, the improved STI method as described above has the following problems. First, the side wall silicon nitride film 36 is also exposed to the etching while the second trench 37 is being etched, so that the thickness of the side wall silicon nitride film 36 is reduced, and the silicon substrate 31 at the upper end of the trench 35 is exposed. Therefore, a decrease in the threshold voltage of a transistor obtained later using the silicon substrate 31 is unavoidable. The etching for forming the groove is performed twice, and the etching for the first silicon nitride film is performed twice.
Each time, the second silicon nitride film 36a for forming the side wall silicon nitride film 36 needs to be etched back once, which increases the number of steps. Further, since a sidewall is formed of a silicon nitride film in the first groove 35 and the second groove 37 is formed, it becomes difficult to open the groove as the element is miniaturized.
【0008】本発明は上記課題に鑑みなされたものであ
り、STI法によって素子分離領域を形成する際に、ト
レンチ上端部の半導体基板の露出を確実に防止しなが
ら、製造工程の簡略化、素子の微細化に対応することが
できる半導体装置の製造方法を提供することを目的とす
る。The present invention has been made in view of the above problems, and simplifies the manufacturing process while securely preventing exposure of a semiconductor substrate at the upper end of a trench when forming an element isolation region by the STI method. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor device which can cope with miniaturization of semiconductor devices.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明によれば、(a)
半導体基板上に第1保護膜及び第2保護膜を順次堆積す
る工程と、(b)前記第1及び第2保護膜の素子分離領
域に対応する領域に開口を形成する工程と、(c)開口
が形成された前記第2保護膜をマスクとして用いて半導
体基板に溝を形成する工程と、(d)該溝を含む前記半
導体基板上に第3絶縁膜及び第4絶縁膜を順次積層する
工程と、(e)少なくとも前記第3絶縁膜の表面が露出
するまで前記第4絶縁膜を研磨する工程と、(f)前記
半導体基板表面を露出させる工程とを含むことにより、
半導体基板に素子分離領域を形成する半導体装置の製造
方法が提供される。According to the present invention, (a)
A step of sequentially depositing a first protective film and a second protective film on a semiconductor substrate; (b) a step of forming an opening in a region corresponding to an element isolation region of the first and second protective films; and (c). Forming a groove in the semiconductor substrate using the second protective film in which the opening is formed as a mask, and (d) sequentially stacking a third insulating film and a fourth insulating film on the semiconductor substrate including the groove. And (f) polishing the fourth insulating film until at least the surface of the third insulating film is exposed; and (f) exposing the semiconductor substrate surface.
A method for manufacturing a semiconductor device in which an element isolation region is formed in a semiconductor substrate is provided.
【0010】[0010]
【発明の実施の形態】本発明の半導体装置の製造方法
は、STI法によって半導体基板に形成された溝に絶縁
膜を埋め込むことにより素子分離領域を形成する方法で
ある。本発明の半導体装置の製造方法によれば、まず、
工程(a)により、半導体基板上に第1保護膜及び第2
保護膜を順次堆積する。半導体基板としては、通常、半
導体装置に使用されるものであれば特に限定されるもの
ではなく、例えば、シリコン、ゲルマニウム等の元素半
導体、GaAs、InGaAs、ZnSe等の化合物半
導体が挙げられる。なかでもシリコン基板が好ましい。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method of forming an element isolation region by embedding an insulating film in a groove formed in a semiconductor substrate by the STI method. According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, first,
In the step (a), the first protective film and the second protective film are formed on the semiconductor substrate.
A protective film is sequentially deposited. The semiconductor substrate is not particularly limited as long as it is generally used for a semiconductor device, and examples thereof include elemental semiconductors such as silicon and germanium, and compound semiconductors such as GaAs, InGaAs, and ZnSe. Among them, a silicon substrate is preferable.
【0011】第1及び第2保護膜としては、通常半導体
装置において使用される材料、膜厚等を有するものであ
れば特に限定されるものではなく、例えば、シリコン酸
化膜(熱酸化膜、低温酸化膜:LTO膜等、高温酸化
膜:HTO膜、TEOS膜、プラズマTEOS膜等)、
シリコン窒化膜、SOG膜、NSG膜、PSG膜、BS
G膜、BPSG膜等の絶縁膜;金属膜、高融点金属膜、
ポリシリコン、シリサイド、ポリサイド等の導電膜の単
層膜又は積層膜等が挙げられる。保護膜は、例えば、熱
酸化法、減圧CVD法、常圧CVD法、プラズマCVD
法、真空蒸着法、EB法等の種々の方法により形成する
ことができる。なかでも、第2保護膜が絶縁膜又は導電
膜、第1保護膜が絶縁膜で構成されていることがより好
ましい。保護膜が2層の膜で構成される場合には、第2
保護膜が、第1保護膜より除去速度が遅い材料で構成さ
れることが好ましい。ここで、除去速度が遅いとは、適
当な条件によるウェットエッチング、ドライエッチング
又はCMP法等によりエッチング又は研磨速度が遅いこ
とを意味する。具体的には、第1保護膜と第2保護膜と
は、それぞれシリコン酸化膜とシリコン窒化膜とである
ことが好ましい。保護膜の膜厚は、特に限定されるもの
ではなく、後述するように、溝に埋め込まれた絶縁膜の
半導体基板表面からの突出高さを考慮して決定すること
ができる。例えば、第1保護膜/第2保護膜が、シリコ
ン酸化膜/シリコン窒化膜である場合には、10〜30
nm/100〜300nm程度が挙げられる。The first and second protective films are not particularly limited as long as they have a material, a film thickness and the like usually used in a semiconductor device. For example, a silicon oxide film (thermal oxide film, low-temperature Oxide film: LTO film, etc., high-temperature oxide film: HTO film, TEOS film, plasma TEOS film, etc.),
Silicon nitride film, SOG film, NSG film, PSG film, BS
Insulating films such as G films and BPSG films; metal films, refractory metal films,
A single-layer film or a stacked film of a conductive film such as polysilicon, silicide, or polycide may be used. The protective film is formed, for example, by a thermal oxidation method, a low pressure CVD method, a normal pressure CVD method, or a plasma CVD method.
It can be formed by various methods such as a vacuum method, a vacuum evaporation method, and an EB method. In particular, it is more preferable that the second protective film is composed of an insulating film or a conductive film, and the first protective film is composed of an insulating film. When the protective film is composed of two layers, the second
It is preferable that the protective film is made of a material having a lower removal rate than the first protective film. Here, a low removal rate means that the etching or polishing rate is low by wet etching, dry etching, CMP, or the like under appropriate conditions. Specifically, it is preferable that the first protective film and the second protective film are a silicon oxide film and a silicon nitride film, respectively. The thickness of the protective film is not particularly limited, and can be determined in consideration of the height of the protrusion of the insulating film embedded in the groove from the surface of the semiconductor substrate, as described later. For example, when the first protective film / second protective film is a silicon oxide film / silicon nitride film, 10-30
nm / 100 to 300 nm.
【0012】工程(b)において、第1及び第2保護膜
の素子分離領域に対応する領域に開口を形成する。開口
は、公知の方法、フォトリソグラフィ工程によりレジス
トパターンを形成し、このレジストパターンをマスクと
して用てエッチングすることにより形成することができ
る。開口の大きさ、位置等は、得ようとする半導体装置
のレイアウト、性能等により適宜調整することができ
る。In the step (b), an opening is formed in a region of the first and second protective films corresponding to the element isolation region. The opening can be formed by forming a resist pattern by a known method and a photolithography process, and performing etching using the resist pattern as a mask. The size, position, and the like of the opening can be appropriately adjusted depending on the layout, performance, and the like of the semiconductor device to be obtained.
【0013】工程(c)において、開口が形成された第
2保護膜をマスクとして用いて半導体基板に溝を形成す
る。溝は、ドライエッチング又はウェットエッチング等
の種々の方法で形成することができるが、なかでも、R
IE等の異方性のドライエッチングが好ましい。溝の深
さは、後述するように溝内に絶縁膜を埋め込むことによ
り、素子分離領域として機能し得る程度であればよく、
得ようとする半導体装置に印加する電圧、性能等により
適宜調整することができる。例えば、100〜500n
m程度が挙げられる。In the step (c), a groove is formed in the semiconductor substrate using the second protective film in which the opening is formed as a mask. The groove can be formed by various methods such as dry etching or wet etching.
Anisotropic dry etching such as IE is preferable. The depth of the groove may be such that it can function as an element isolation region by embedding an insulating film in the groove as described later.
It can be adjusted as appropriate depending on the voltage applied to the semiconductor device to be obtained, performance, and the like. For example, 100-500n
m.
【0014】工程(d)において、溝を含む半導体基板
上に第3絶縁膜及び第4絶縁膜を順次積層する。第3及
び第4絶縁膜は、半導体基板上全面に形成することが好
ましいが、少なくとも溝が形成された領域に形成されて
いればよく、必ずしも半導体基板上全面に形成されてい
なくてもよい。第3及び第4絶縁膜は、通常半導体装置
において使用されるものであれば特に限定されるもので
はなく、例えば、シリコン酸化膜(熱酸化膜、低温酸化
膜:LTO膜等、高温酸化膜:HTO膜、TEOS膜、
プラズマTEOS膜等)、シリコン窒化膜、SOG膜、
NSG膜、PSG膜、BSG膜、BPSG膜等の絶縁膜
の単層膜又は積層膜等がそれぞれ挙げられる。これらの
絶縁膜は、例えば、熱酸化法、減圧CVD法、常圧CV
D法、プラズマCVD法、真空蒸着法、EB法等の種々
の方法により形成することができる。なかでも、上述し
た保護膜が2層構造で形成されている場合には、第3絶
縁膜は、第1保護膜の研磨速度よりも遅い研磨速度を有
するものであることが好ましい。また、第3絶縁膜は、
第2保護膜と同じ材料で形成されていることが好まし
く、シリコン窒化膜であることがより好ましい。第4絶
縁膜は、実質的に溝内に埋め込まれて、素子分離領域を
形成する主体となる膜であるため、誘電率の低い絶縁
膜、具体的には、シリコン酸化膜であることが好まし
い。第3及び第4絶縁膜の膜厚は、特に限定されるもの
ではなく、それぞれ10〜50nm程度、500〜10
00nm程度が挙げられる。In the step (d), a third insulating film and a fourth insulating film are sequentially laminated on the semiconductor substrate including the groove. The third and fourth insulating films are preferably formed over the entire surface of the semiconductor substrate. However, the third and fourth insulating films may be formed at least in the region where the groove is formed, and need not necessarily be formed over the entire surface of the semiconductor substrate. The third and fourth insulating films are not particularly limited as long as they are normally used in a semiconductor device. For example, a silicon oxide film (thermal oxide film, low-temperature oxide film: LTO film, etc., high-temperature oxide film: HTO film, TEOS film,
Plasma TEOS film, etc.), silicon nitride film, SOG film,
A single-layer film or a laminated film of an insulating film such as an NSG film, a PSG film, a BSG film, or a BPSG film is given. These insulating films are formed, for example, by a thermal oxidation method, a low pressure CVD method, a normal pressure CV method.
It can be formed by various methods such as a D method, a plasma CVD method, a vacuum evaporation method, and an EB method. In particular, when the above-described protective film has a two-layer structure, the third insulating film preferably has a polishing rate lower than the polishing rate of the first protective film. The third insulating film is
The second protective film is preferably formed of the same material as the second protective film, and more preferably a silicon nitride film. Since the fourth insulating film is a film that is substantially buried in the groove and mainly forms an element isolation region, it is preferably an insulating film having a low dielectric constant, specifically, a silicon oxide film. . The thicknesses of the third and fourth insulating films are not particularly limited, and are about 10 to 50 nm and 500 to 10 nm, respectively.
About 100 nm.
【0015】工程(e)において、少なくとも第3絶縁
膜の表面が露出するまで第4絶縁膜を研磨する。研磨の
方法としては、例えば、CMP法等が挙げられる。これ
により、第3絶縁膜の表面と溝内に埋め込まれた第4絶
縁膜の表面とを面一に平坦化することができる。また、
研磨は、第3絶縁膜が全部研磨され、保護膜の表面が露
出するまで行うことが好ましい。これにより、保護膜の
表面と溝内に埋め込まれた第3絶縁膜、第4絶縁膜の表
面とが面一に平坦化することができる。なお、保護膜が
2層構造で形成されている場合には、保護膜の上層(第
2保護膜)の一部が研磨される程度まで行うことが好ま
しい。ここで、一部が研磨されるとは、保護膜を構成す
る絶縁膜の種類によって適宜調整することができるが、
保護膜が50〜200nm程度残存する程度まで研磨す
ることが挙げられる。これにより、第2保護膜の表面と
溝内に埋め込まれた第3絶縁膜、第4絶縁膜の表面とが
面一に平坦化することができる。In the step (e), the fourth insulating film is polished at least until the surface of the third insulating film is exposed. As a polishing method, for example, a CMP method or the like can be mentioned. Thereby, the surface of the third insulating film and the surface of the fourth insulating film embedded in the groove can be flattened. Also,
The polishing is preferably performed until the entire third insulating film is polished and the surface of the protective film is exposed. Thereby, the surface of the protective film and the surfaces of the third insulating film and the fourth insulating film embedded in the groove can be flattened. In the case where the protective film has a two-layer structure, it is preferable to perform the process until a part of the upper layer (second protective film) of the protective film is polished. Here, the part is polished can be appropriately adjusted depending on the type of the insulating film constituting the protective film,
Polishing is performed until the protective film remains about 50 to 200 nm. Thus, the surface of the second protective film and the surfaces of the third insulating film and the fourth insulating film embedded in the trench can be flattened.
【0016】工程(f)において、半導体基板表面を露
出させる。ここで半導体基板表面を露出させるとは、溝
が形成されていない半導体基板上に存在する保護膜、第
3絶縁膜等をすべて除去することを意味する。絶縁膜等
の除去は、ウェットエッチング又はドライエッチングに
より行うことができる。なかでも、絶縁膜等の膜厚、種
類、他の絶縁膜や半導体基板とのエッチング選択比を考
慮して、適当なエッチャントを使用したウェットエッチ
ングが好ましい。なお、半導体基板上に存在する保護
膜、第3絶縁膜等の膜の種類、数等によって、単回又は
2回以上の複数回の処理により除去することが好まし
い。なお、この際、溝内に形成された第3絶縁膜であっ
て、半導体基板表面から突出している部分も同時に除去
し、半導体基板表面と第3絶縁膜表面とをほぼ平坦化す
ることが好ましい。また、溝内に形成された第4絶縁膜
であって、半導体基板表面から突出している部分も同時
に除去することが好ましく、半導体基板表面と第4絶縁
膜の表面との高低差を緩和するか、両表面をほぼ平坦化
することが好ましい。In the step (f), the surface of the semiconductor substrate is exposed. Here, exposing the surface of the semiconductor substrate means removing all the protective film, the third insulating film, and the like existing on the semiconductor substrate where no groove is formed. The removal of the insulating film and the like can be performed by wet etching or dry etching. Above all, wet etching using an appropriate etchant is preferable in consideration of the thickness and type of the insulating film and the like, and the etching selectivity with other insulating films and the semiconductor substrate. Note that it is preferable that the protective film and the third insulating film be removed by a single treatment or a plurality of treatments, such as two or more treatments, depending on the kind and number of the films such as a protective film and a third insulating film. At this time, it is preferable that a portion of the third insulating film formed in the groove, which protrudes from the surface of the semiconductor substrate, is also removed at the same time, and the surface of the semiconductor substrate and the surface of the third insulating film are almost flattened. . In addition, it is preferable that a portion of the fourth insulating film formed in the groove, which protrudes from the surface of the semiconductor substrate, is also removed at the same time, so that a difference in height between the surface of the semiconductor substrate and the surface of the fourth insulating film is reduced. Preferably, both surfaces are substantially flattened.
【0017】本発明の半導体装置の製造方法において
は、その後、トランジスタ、層間絶縁膜、コンタクトホ
ール、配線等を適宜形成することにより、半導体装置を
完成させることができる。以下、本発明の半導体装置の
製造方法の実施の形態について図面を参照して説明す
る。まず、図1(a)に示すように、シリコン基板1の
表面に、熱酸化法により膜厚15nm程度の第1シリコ
ン酸化膜2、その上に減圧CVD法により膜厚200n
m程度の第1シリコン窒化膜3を全面に堆積する。In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the semiconductor device can be completed by appropriately forming a transistor, an interlayer insulating film, a contact hole, a wiring and the like. Hereinafter, embodiments of a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described with reference to the drawings. First, as shown in FIG. 1A, a first silicon oxide film 2 having a thickness of about 15 nm is formed on a surface of a silicon substrate 1 by a thermal oxidation method, and a 200 nm film thickness is formed thereon by a low pressure CVD method.
A first silicon nitride film 3 of about m is deposited on the entire surface.
【0018】続いて、図1(b)に示すように、通常の
フォトリソグラフィ工程により素子分離領域を形成しよ
うとする領域に開口を有するレジストパターン(図示せ
ず)を形成し、このレジストパターンをマスクとして用
いて、素子分離領域を形成しようとする領域のシリコン
基板1が露出するように異方性エッチングにより第1シ
リコン窒化膜3及び第1シリコン酸化膜2を開口する。
さらに、図1(c)に示すように、得られた第1シリコ
ン窒化膜3をエッチングマスクとして用いて、異方性エ
ッチングによりシリコン基板1を300nm程度エッチ
ングしてトレンチ4を形成する。次に、図1(d)に示
すように、得られたシリコン基板1上全面に減圧CVD
法により膜厚30nm程度の第2シリコン窒化膜5及び
減圧CVD法により膜厚700nm程度の第2シリコン
酸化膜6(例えば、プラズマTEOS膜、NSG膜等)
を形成する。これにより、トレンチ4の内部は第2シリ
コン窒化膜5及び第2シリコン酸化膜6で埋設される。Subsequently, as shown in FIG. 1B, a resist pattern (not shown) having an opening in a region where an element isolation region is to be formed is formed by a normal photolithography process, and this resist pattern is formed. Using the mask as a mask, the first silicon nitride film 3 and the first silicon oxide film 2 are opened by anisotropic etching so that the silicon substrate 1 in the region where the element isolation region is to be formed is exposed.
Further, as shown in FIG. 1C, using the obtained first silicon nitride film 3 as an etching mask, the silicon substrate 1 is etched by about 300 nm by anisotropic etching to form a trench 4. Next, as shown in FIG. 1D, the entire surface of the obtained silicon substrate 1 is subjected to low pressure CVD.
A second silicon nitride film 5 having a thickness of about 30 nm by a method and a second silicon oxide film 6 having a thickness of about 700 nm by a low pressure CVD method (for example, a plasma TEOS film, an NSG film, etc.)
To form As a result, the inside of the trench 4 is buried with the second silicon nitride film 5 and the second silicon oxide film 6.
【0019】次いで、図1(e)に示すように、第1シ
リコン窒化膜3をCMP研磨ストッパー膜として用い
て、第2シリコン酸化膜6及び第2シリコン窒化膜5を
CMP研磨する。CMP研磨は、後述する図1(f)に
おけるシリコン酸化膜6の突出高さが問題にならない範
囲で、第1シリコン窒化膜3の研磨を途中で終了するこ
とにより、素子形成領域におけるシリコン基板1表面が
CMP研磨されることを防止することができる。また、
CMP研磨ストッパー膜である第1シリコン窒化膜3と
トレンチ4内部に形成される第2シリコン窒化膜5は同
一膜種であるため、CMP研磨時に同じ研磨速度で研磨
することができ、第1シリコン窒化膜3と第2シリコン
窒化膜5との間(接する部分)で局所的な段差が発生す
ることはない。この工程により、トレンチ4の内部に第
2シリコン窒化膜5と第2シリコン酸化膜6が埋め込ま
れることとなる。Next, as shown in FIG. 1E, the second silicon oxide film 6 and the second silicon nitride film 5 are polished by CMP using the first silicon nitride film 3 as a CMP polishing stopper film. In the CMP polishing, the polishing of the first silicon nitride film 3 is stopped halfway within a range in which the protrusion height of the silicon oxide film 6 in FIG. It is possible to prevent the surface from being polished by CMP. Also,
Since the first silicon nitride film 3 serving as a CMP polishing stopper film and the second silicon nitride film 5 formed inside the trench 4 are of the same film type, the first silicon nitride film 3 can be polished at the same polishing rate during the CMP polishing. No local level difference occurs between the nitride film 3 and the second silicon nitride film 5 (the portion in contact with). By this step, the second silicon nitride film 5 and the second silicon oxide film 6 are buried in the trench 4.
【0020】続いて、図1(f)に示すように、第1シ
リコン窒化膜3と第2シリコン窒化膜5の一部を、燐酸
によるウェットエッチングで除去し、さらに第1シリコ
ン酸化膜2をフッ酸によるウェットエッチングで除去し
てシリコン基板表面1aを露出させる。この際の第2シ
リコン酸化膜6表面は、シリコン基板表面1aと50〜
100nm程度の高低差がある。なお、燐酸によるウェ
ットエッチングの時間を長くすることにより、第2シリ
コン窒化膜5をさらにエッチングすることができ、シリ
コン基板1表面から突出する第2シリコン窒化膜5の高
さ(段差)を低くすることができる。また、フッ酸によ
る第1シリコン酸化膜2を除去する工程中に、トレンチ
4内に埋め込まれた第2シリコン酸化膜6も同程度エッ
チングされる。この工程では、燐酸による第1シリコン
窒化膜3と第2シリコン窒化膜5の一部を同時に除去す
るので、第1シリコン酸化膜2の厚さ分の第2シリコン
窒化膜5がシリコン基板1の表面より突出して形成され
る。言い換えれば、第1シリコン酸化膜2の厚さにより
シリコン半導体基板1の表面より突出する第2シリコン
窒化膜5の高さが決まる。この段差は、後工程で形成さ
れるゲート電極や配線のショート等を生じることがある
ため、小さい方が望ましい。その後、露出したシリコン
基板表面1aにMOSトランジスタを形成し、その上に
層間絶縁膜を形成し、コンタクトホール、金属配線等を
形成し、半導体装置を完成させる。Subsequently, as shown in FIG. 1F, a part of the first silicon nitride film 3 and a part of the second silicon nitride film 5 are removed by wet etching with phosphoric acid, and the first silicon oxide film 2 is further removed. It is removed by wet etching with hydrofluoric acid to expose the silicon substrate surface 1a. At this time, the surface of the second silicon oxide film 6 is
There is a height difference of about 100 nm. The second silicon nitride film 5 can be further etched by lengthening the wet etching time with phosphoric acid, and the height (step) of the second silicon nitride film 5 protruding from the surface of the silicon substrate 1 is reduced. be able to. Also, during the step of removing the first silicon oxide film 2 with hydrofluoric acid, the second silicon oxide film 6 embedded in the trench 4 is etched to the same extent. In this step, the first silicon nitride film 3 and part of the second silicon nitride film 5 are simultaneously removed by phosphoric acid, so that the second silicon nitride film 5 corresponding to the thickness of the first silicon oxide film 2 is It is formed to protrude from the surface. In other words, the height of the second silicon nitride film 5 protruding from the surface of the silicon semiconductor substrate 1 is determined by the thickness of the first silicon oxide film 2. Since the step may cause a short circuit of a gate electrode or a wiring formed in a later step, it is preferable that the step is small. Thereafter, a MOS transistor is formed on the exposed silicon substrate surface 1a, an interlayer insulating film is formed thereon, and a contact hole, a metal wiring and the like are formed to complete a semiconductor device.
【0021】以上のように、この実施の形態では、第2
シリコン窒化膜5により、トレンチ上端部のシリコン基
板1が露出することなく、完全に被覆することができ
る。しかも、この方法では、燐酸による第1シリコン窒
化膜3と第2シリコン窒化膜5の一部を除去した後に第
2シリコン窒化膜5をエッチングする工程が存在しない
ため、確実にトレンチ上端部のシリコン基板1は露出す
ることがない。また、上記方法では、トレンチ上端部の
シリコン基板1の露出を防止する第2シリコン窒化膜5
は、第2シリコン酸化膜6をトレンチ4内に埋設する際
のCMP研磨で同時に研磨され、トレンチの内部にさら
にトレンチを形成する工程も不要であるため、従来の方
法よりも製造工程数を削減することができる。さらに、
トレンチ形成用のエッチングマスクにサイドウォールを
形成しないため、素子分離領域のためのエッチングマス
クの開口幅でトレンチエッチングが実施できるため、微
細化が進んでもエッチングの開口不良を防止することが
可能となる。As described above, in this embodiment, the second
With the silicon nitride film 5, the silicon substrate 1 at the upper end of the trench can be completely covered without being exposed. In addition, in this method, since there is no step of etching the second silicon nitride film 5 after removing the first silicon nitride film 3 and the second silicon nitride film 5 with phosphoric acid, the silicon at the upper end of the trench is surely formed. The substrate 1 is not exposed. Further, in the above method, the second silicon nitride film 5 for preventing the silicon substrate 1 at the upper end of the trench from being exposed.
Is polished at the same time by the CMP polishing when the second silicon oxide film 6 is buried in the trench 4, and a step of forming a trench inside the trench is unnecessary, so that the number of manufacturing steps is reduced as compared with the conventional method. can do. further,
Since no sidewall is formed in the etching mask for forming the trench, the trench etching can be performed with the opening width of the etching mask for the element isolation region. Therefore, even if the miniaturization is advanced, it is possible to prevent the opening failure of the etching. .
【0022】[0022]
【発明の効果】本発明の半導体装置の製造方法によれ
ば、半導体基板にSTI法により素子分離領域を形成す
るに際して、第3絶縁膜によりトレンチ内壁を覆うこと
ができ、さらに、この第3絶縁膜をエッチングすること
はないため、トレンチ上端部の半導体基板を確実に第3
絶縁膜で被覆することができ、後工程でこの半導体基板
を用いてトランジスタ等を形成した場合に、半導体基板
の部分的な露出に起因するゲート絶縁膜の電界集中、ト
ランジスタのゲート電圧−ドレイン電流特性でのハンプ
の発生を防止することができ、トランジスタの閾値電圧
の低下を抑制することができる。According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, when forming an element isolation region in a semiconductor substrate by the STI method, the inner wall of the trench can be covered with the third insulating film. Since the film is not etched, the semiconductor substrate at the upper end of the trench is surely etched to the third position.
When a transistor or the like is formed using this semiconductor substrate in a later step, electric field concentration of the gate insulating film due to partial exposure of the semiconductor substrate, gate voltage of the transistor-drain current Humps can be prevented from occurring in the characteristics, and a decrease in the threshold voltage of the transistor can be suppressed.
【0023】また、第3絶縁膜は、第4絶縁膜を溝内に
埋め込む工程によって同時に形成されるため、従来の方
法に比較して工程数を簡略化することができ、製造コス
トの低下を図ることが可能となる。さらに、トレンチ形
成のために溝内にサイドウォールを形成しないため、素
子分離領域のための開口幅でトレンチを形成することが
でき、素子の微細化が進んでもトレンチ形成のための開
口不良を防止することができ、安定なトランジスタの電
気的特性が得られ、信頼性の高い半導体装置を製造する
ことが可能となる。Further, since the third insulating film is formed simultaneously by the step of embedding the fourth insulating film in the groove, the number of steps can be simplified as compared with the conventional method, and the manufacturing cost can be reduced. It becomes possible to plan. Further, since no sidewall is formed in the trench for forming the trench, the trench can be formed with an opening width for the element isolation region, and even if the element is miniaturized, an opening defect for forming the trench is prevented. Thus, stable electrical characteristics of the transistor can be obtained, and a highly reliable semiconductor device can be manufactured.
【0024】特に、保護膜が、第2保護膜/第1保護膜
の2層構造であり、第2保護膜及び第3絶縁膜が、第1
保護膜の研磨速度よりも遅い研磨速度を有する場合、第
2保護膜及び第3絶縁膜が同じ種類の絶縁膜である場
合、第1保護膜がシリコン酸化膜であり、第2保護膜及
び第3絶縁膜がシリコン窒化膜である場合には、第2保
護膜及び第3絶縁膜を、エッチングストッパーとして使
用することができ、第1保護膜のエッチング、ひいては
半導体基板表面のエッチングを容易に防止することが可
能となる。In particular, the protective film has a two-layer structure of a second protective film / first protective film, and the second protective film and the third insulating film are formed of the first protective film.
When the polishing rate is lower than the polishing rate of the protective film, when the second protective film and the third insulating film are the same type of insulating film, the first protective film is a silicon oxide film, and the second protective film and the second When the third insulating film is a silicon nitride film, the second protective film and the third insulating film can be used as an etching stopper, thereby easily preventing the etching of the first protective film and hence the etching of the surface of the semiconductor substrate. It is possible to do.
【図1】本発明の半導体装置の製造方法の実施の形態を
説明するための要部の概略工程断面図である。FIG. 1 is a schematic process sectional view of a main part for describing an embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.
【図2】従来の半導体装置の製造方法における問題点を
説明するための要部の概略平面図(a)及び断面図
(b)である。FIGS. 2A and 2B are a schematic plan view and a cross-sectional view of a main part for describing a problem in a conventional method of manufacturing a semiconductor device.
【図3】従来の半導体装置の製造方法を説明するための
要部の概略工程断面図である。FIG. 3 is a schematic process sectional view of a main part for describing a conventional method of manufacturing a semiconductor device.
1 シリコン基板(半導体基板) 1a シリコン基板表面(半導体基板表面) 2 第1シリコン酸化膜(第1保護膜) 3 第1シリコン窒化膜(第2保護膜) 4 トレンチ(溝) 5 第2シリコン窒化膜(第3絶縁膜) 6 第2シリコン酸化膜(第4絶縁膜) Reference Signs List 1 silicon substrate (semiconductor substrate) 1a silicon substrate surface (semiconductor substrate surface) 2 first silicon oxide film (first protection film) 3 first silicon nitride film (second protection film) 4 trench (groove) 5 second silicon nitride Film (third insulating film) 6 Second silicon oxide film (fourth insulating film)
Claims (4)
保護膜を順次堆積する工程と、 (b)前記第1及び第2保護膜の素子分離領域に対応す
る領域に開口を形成する工程と、 (c)開口が形成された前記第2保護膜をマスクとして
用いて半導体基板に溝を形成する工程と、 (d)該溝を含む前記半導体基板上に第3絶縁膜及び第
4絶縁膜を順次積層する工程と、 (e)少なくとも前記第3絶縁膜の表面が露出するまで
前記第4絶縁膜を研磨する工程と、 (f)前記半導体基板表面を露出させる工程とを含むこ
とにより、半導体基板に素子分離領域を形成することを
特徴とする半導体装置の製造方法。(A) forming a first protective film and a second protective film on a semiconductor substrate;
A step of sequentially depositing a protective film; (b) a step of forming an opening in a region corresponding to an element isolation region of the first and second protective films; and (c) a step of forming an opening in the second protective film. Forming a groove in the semiconductor substrate using as a mask; (d) sequentially stacking a third insulating film and a fourth insulating film on the semiconductor substrate including the groove; (e) at least the third insulating film A semiconductor comprising: a step of polishing the fourth insulating film until a surface of the film is exposed; and (f) a step of exposing the surface of the semiconductor substrate to form an element isolation region in the semiconductor substrate. Device manufacturing method.
膜の研磨速度よりも遅い研磨速度を有する請求項1に記
載の半導体装置の製造方法。2. The method according to claim 1, wherein the second protective film and the third insulating film have a polishing rate lower than the polishing rate of the first protective film.
の絶縁膜である請求項1又は2に記載の半導体装置の製
造方法。3. The method according to claim 1, wherein the second protective film and the third insulating film are the same type of insulating film.
2保護膜及び第3絶縁膜がシリコン窒化膜である請求項
1〜3のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。4. The method according to claim 1, wherein the first protective film is a silicon oxide film, and the second protective film and the third insulating film are silicon nitride films.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Cited By (1)
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KR100967674B1 (en) * | 2003-07-09 | 2010-07-07 | 매그나칩 반도체 유한회사 | Method for forming element isolation film of semiconductor device using CMP |
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2000
- 2000-09-12 JP JP2000276465A patent/JP2002093897A/en active Pending
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KR100967674B1 (en) * | 2003-07-09 | 2010-07-07 | 매그나칩 반도체 유한회사 | Method for forming element isolation film of semiconductor device using CMP |
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