JP2002100673A - 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
方法に係り、特に分離溝内に分離用絶縁膜を埋め込んで
素子分離領域を形成する半導体装置の製造方法に関す
る。The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method of manufacturing a semiconductor device in which an isolation insulating film is buried in an isolation trench to form an element isolation region.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体装置の高密度化及び高集積化の要
望に伴い、半導体素子の微細化を図るために素子分離領
域をより微細な分離幅で形成することが重要になってき
ている。そのため、従来のLOCOS分離形成法に代わ
り半導体基板に設けた分離溝内に分離用絶縁膜を埋め込
んで素子分離領域を形成するトレンチ分離形成法が用い
られるようになってきた。2. Description of the Related Art With the demand for higher density and higher integration of semiconductor devices, it has become important to form element isolation regions with a finer isolation width in order to miniaturize semiconductor elements. Therefore, instead of the conventional LOCOS isolation formation method, a trench isolation formation method in which an isolation insulating film is buried in an isolation groove provided in a semiconductor substrate to form an element isolation region has been used.
【0003】以下、従来のトレンチ分離形成法を用いた
半導体装置の製造方法について説明する。図4(a)〜
図4(d)は、従来の分離溝に分離用絶縁膜を埋め込ん
で素子分離領域を形成するトレンチ分離形成法を用いた
半導体装置の製造工程を示す断面図である。A method of manufacturing a semiconductor device using a conventional trench isolation forming method will be described below. FIG.
FIG. 4D is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device using a conventional trench isolation formation method in which an isolation insulating film is buried in an isolation trench to form an element isolation region.
【0004】まず、図4(a)に示すように、半導体基
板50上に酸化膜と窒化膜を形成した後、素子分離領域
が開口されているレジスト53をエッチングマスクにし
て窒化膜及び酸化膜のパターニングを行って、活性領域
上に窒化膜52と酸化膜51を形成する。First, as shown in FIG. 4A, after an oxide film and a nitride film are formed on a semiconductor substrate 50, a nitride film and an oxide film are formed by using a resist 53 having an opening for an element isolation region as an etching mask. Is performed to form a nitride film 52 and an oxide film 51 on the active region.
【0005】次に、図4(b)に示すように、レジスト
53を除去した後、窒化膜52をエッチングマスクにし
て、半導体基板50を所定の深さまで異方性エッチング
を行って、半導体基板50の素子分離領域に分離溝54
を形成する。Next, as shown in FIG. 4B, after the resist 53 is removed, the semiconductor substrate 50 is anisotropically etched to a predetermined depth using the nitride film 52 as an etching mask. Isolation grooves 54 in 50 element isolation regions
To form
【0006】次に、図4(c)に示すように、半導体基
板基板50上の全面に、CVD法により絶縁膜を堆積し
た後、化学機械研磨法(CMP)などによって窒化膜5
2上の不要な絶縁膜を除去することによって、分離溝5
4内に窒化膜52と同程度の高さで平坦化された分離用
絶縁膜55を形成する。Next, as shown in FIG. 4C, after an insulating film is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 50 by a CVD method, a nitride film 5 is formed by a chemical mechanical polishing method (CMP) or the like.
By removing the unnecessary insulating film on
An isolation insulating film 55 which is flattened at a height similar to that of the nitride film 52 is formed in the substrate 4.
【0007】次に、図4(d)に示すように、窒化膜5
2及び酸化膜51を除去することによって、分離用絶縁
膜55aからなるトレンチ型の素子分離領域を形成す
る。その後、分離用絶縁膜55aからなる素子分離領域
で囲まれた活性領域上に、例えばゲート絶縁膜およびゲ
ート電極を形成することによってMIS型トランジスタ
を形成することができる。[0007] Next, as shown in FIG.
By removing the oxide film 2 and the oxide film 51, a trench-type element isolation region including the isolation insulating film 55a is formed. Thereafter, a MIS transistor can be formed by forming, for example, a gate insulating film and a gate electrode on the active region surrounded by the element isolation region made of the isolation insulating film 55a.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のトレンチ分離形成法によって形成した分離用絶
縁膜55aからなる素子分離領域では、図4(d)に示
すように、分離溝54内の上部に位置する半導体基板5
0の上面と側面とが交わる上端部56近傍の分離用絶縁
膜55aが凹部形状にエッチングされてしまうという課
題がある。However, as shown in FIG. 4D, the upper part of the isolation trench 54 in the element isolation region formed of the isolation insulating film 55a formed by the above-described conventional trench isolation formation method. Semiconductor substrate 5 located at
There is a problem that the isolation insulating film 55a near the upper end portion 56 where the upper surface and the side surface of the zero cross each other is etched into a concave shape.
【0009】このように分離用絶縁膜55aが凹部形状
にエッチングされてしまうのは、以下の理由によるもの
である。The reason why the isolation insulating film 55a is etched into a concave shape is as follows.
【0010】図4(c)に示す工程で、分離用絶縁膜5
5を形成した後、窒化膜52を除去することによって、
窒化膜52に接していた分離用絶縁膜55の側面上部も
露出した状態となる。このように分離用絶縁膜55の上
面及び側面上部が露出した状態で、硫酸、過酸化水素、
硝酸等を用いた洗浄工程が複数回行われ、且つ、酸化膜
51のエッチング工程も行われる。このとき、分離用絶
縁膜55の上面及び側面上部がこれらの工程における薬
液によって等方的にエッチングされてしまう。その結
果、ゲート絶縁膜を形成する前には、図4(d)に示す
ように、分離溝54の上端部56近傍の分離用絶縁膜5
5aが等方的にエッチングされて凹部形状となり、分離
溝54の上部の角部が露出した状態となる。In the step shown in FIG. 4C, the isolation insulating film 5 is formed.
5 is formed, the nitride film 52 is removed,
The upper portion of the side surface of the isolation insulating film 55 that has been in contact with the nitride film 52 is also exposed. With the upper surface and the upper side surface of the isolation insulating film 55 exposed in this manner, sulfuric acid, hydrogen peroxide,
A cleaning step using nitric acid or the like is performed a plurality of times, and an etching step of the oxide film 51 is also performed. At this time, the upper surface and the upper side surface of the isolation insulating film 55 are isotropically etched by the chemical solution in these steps. As a result, before forming the gate insulating film, as shown in FIG. 4D, the insulating insulating film 5 near the upper end 56 of the isolation groove 54 is formed.
5a is isotropically etched into a concave shape, and the upper corner of the separation groove 54 is exposed.
【0011】その後、分離溝54の上部の角部が露出し
た状態で、ゲート絶縁膜やゲート電極等を形成して製造
されたMIS型トランジスタでは、活性領域端部となる
上端部56付近で上面から側面に亘って形成されたゲー
ト電極からの電界集中が起こりやすく、他の活性領域よ
り低いしきい値電圧のMIS型トランジスタが並列に形
成された状態となる。このように一つのMIS型トラン
ジスタにしきい値電圧が異なるMIS型トランジスタが
並列的に存在すると、ソース・ドレイン電流のゲート電
圧依存性において、サブスレッショルド領域に所謂ハン
プ特性が生じたトランジスタ特性を有するようになる。
このハンプ特性が生じると、サブスレッショルド領域に
おけるオフリーク特性の悪化や半導体高集積回路として
の待機電流の増大を招き、またDRAM(ダイナミック
・ランダム・アクセス・メモリー)ではメモリーセルの
保持電荷の漏洩によるメモリー動作不良を引き起こす。
また、アナログ回路に使用した場合、特性の不安定性を
引き起こすという極めて重大な課題がある。Thereafter, in a MIS transistor manufactured by forming a gate insulating film, a gate electrode, and the like with the upper corner portion of the isolation trench 54 exposed, the upper surface near the upper end portion 56 which is the end of the active region is formed. The electric field concentration from the gate electrode formed from side to side is likely to occur, and MIS transistors having a threshold voltage lower than that of other active regions are formed in parallel. As described above, when one MIS transistor has MIS transistors having different threshold voltages in parallel, the sub-threshold region has a transistor characteristic in which a so-called hump characteristic occurs in the gate voltage dependence of the source / drain current. become.
When this hump characteristic occurs, the off-leak characteristic in the sub-threshold region deteriorates and the standby current as a semiconductor highly integrated circuit increases, and in a DRAM (Dynamic Random Access Memory), the leakage of the retained charge of the memory cell causes the memory to leak. Causes malfunction.
Further, when used in an analog circuit, there is a very serious problem of causing instability of characteristics.
【0012】本発明の目的は、上記問題点を鑑み、凹部
形状が生じない良好な形状を有する素子分離領域を形成
することができる半導体装置の製造方法を提供すること
にある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of forming an element isolation region having a good shape without a concave shape in view of the above problems.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、半導体基板上に下地絶縁膜を形成する工程
(a)と、下地絶縁膜上に酸化防止用膜を形成する工程
(b)と、酸化防止用膜をパターニングして、素子分離
形成領域上に開口部が形成された酸化防止膜を形成する
工程(c)と、酸化防止膜を酸化防止マスクにして、半
導体基板を熱酸化法による選択酸化を行い、酸化防止マ
スクの端部下にバーズビーク部を有する酸化膜を形成す
る工程(d)と、工程(d)の後に、酸化防止膜をエッ
チングマスクにして、異方性ドライエッチングにより酸
化膜のエッチングを行い、エッチングマスクの端部下の
みに酸化膜のバーズビーク部を残置させる工程(e)
と、工程(e)の後に、酸化防止膜をエッチングマスク
にして、異方性ドライエッチングにより半導体基板を所
定の深さまでエッチングして分離溝を形成する工程
(f)と、工程(f)の後に、半導体基板上に絶縁膜を
形成した後、酸化防止膜上の絶縁膜を除去して、分離溝
内のみに分離用絶縁膜を埋め込む工程(g)と、工程
(g)の後に、酸化防止膜を除去した後、下地絶縁膜を
除去する工程(h)とを備えている。According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, a step (a) of forming a base insulating film on a semiconductor substrate and a step (b) of forming an oxidation preventing film on the base insulating film are provided. ), Patterning the antioxidant film to form an antioxidant film in which an opening is formed on the element isolation formation region, and (c) using the antioxidant film as an antioxidant mask to heat the semiconductor substrate. (D) forming an oxide film having a bird's beak under the end of the antioxidant mask by performing selective oxidation by an oxidation method; and after step (d), using the antioxidant film as an etching mask, anisotropic dry Etching the oxide film by etching, leaving a bird's beak portion of the oxide film only under the edge of the etching mask (e).
Forming a separation groove by etching the semiconductor substrate to a predetermined depth by anisotropic dry etching using the antioxidant film as an etching mask after the step (e); and After forming an insulating film on the semiconductor substrate, removing the insulating film on the antioxidant film, and embedding the insulating film for isolation only in the isolation trenches; (H) removing the base insulating film after removing the prevention film.
【0014】この半導体装置の製造方法によれば、酸化
防止膜を酸化防止マスクにして熱酸化法により酸化膜を
形成した後、酸化防止膜をエッチングマスクにして酸化
膜及び半導体基板をエッチングすることによって、半導
体基板の活性領域の端部領域に分離溝を取り囲む酸化膜
のバーズビーク部を自己整合的に形成することができ
る。この酸化膜のバーズビーク部を分離溝内に埋め込ま
れた分離用絶縁膜の周囲に設けることによって、下地絶
縁膜の除去や洗浄工程による素子分離領域における凹部
領域の発生を防止することができる。According to this method of manufacturing a semiconductor device, an oxide film is formed by a thermal oxidation method using an antioxidant film as an antioxidant mask, and then the oxide film and the semiconductor substrate are etched using the antioxidant film as an etching mask. Thus, a bird's beak portion of the oxide film surrounding the isolation trench can be formed in a self-aligned manner in the end region of the active region of the semiconductor substrate. By providing the bird's beak portion of the oxide film around the isolation insulating film buried in the isolation trench, it is possible to prevent the formation of a concave region in the element isolation region due to the removal of the base insulating film and the cleaning step.
【0015】上記半導体装置の製造方法において、工程
(c)の後で工程(d)の前に、酸化防止膜の側壁に酸
化防止マスクとなるサイドウォールを形成する工程をさ
らに備え、工程(d)では、酸化防止膜及びサイドウォ
ールを酸化防止マスクにして酸化膜を形成し、工程
(e)では、酸化防止膜及びサイドウォールをエッチン
グマスクにして酸化膜のエッチングを行い、工程(f)
では、酸化防止膜及びサイドウォールをエッチングマス
クにして半導体基板のエッチングを行い、工程(h)で
は、酸化防止膜及びサイドウォールを除去した後、下地
絶縁膜を除去することによって、バーズビーク部による
活性領域幅の縮小を抑制することができ、活性領域幅を
拡大することができる。In the method of manufacturing a semiconductor device, after the step (c) and before the step (d), a step of forming a sidewall serving as an oxidation preventing mask on the side wall of the oxidation preventing film is further provided. In the step (e), an oxide film is formed using the antioxidant film and the sidewall as an antioxidant mask. In the step (e), the oxide film is etched using the antioxidant film and the sidewall as an etching mask.
Then, the semiconductor substrate is etched using the anti-oxidation film and the sidewalls as an etching mask. In the step (h), after removing the anti-oxidation film and the sidewalls, the underlying insulating film is removed to thereby activate the bird's beak. Reduction of the area width can be suppressed, and the active area width can be increased.
【0016】また、上記半導体装置の製造方法におい
て、サイドウォールの幅は、酸化防止マスクの端部下に
形成される酸化膜のバーズビーク部の幅と同等、また
は、それ以上広いことが望ましい。In the above-described method for manufacturing a semiconductor device, the width of the sidewall is desirably equal to or larger than the width of the bird's beak portion of the oxide film formed below the end of the oxidation prevention mask.
【0017】また、上記半導体装置の製造方法におい
て、酸化膜が下地絶縁膜の3倍以上の膜厚を有すること
によって、下地絶縁膜の除去やその後の洗浄工程を行っ
てもゲート絶縁膜を形成する時点においても、バーズビ
ーク部の表面を半導体基板の表面よりも高い位置に残存
することができ、電界集中の生じない良好なトランジス
タ特性を得ることができる。In the method of manufacturing a semiconductor device, since the oxide film has a thickness three times or more the thickness of the base insulating film, the gate insulating film can be formed even if the base insulating film is removed or a subsequent cleaning step is performed. Even at this point, the surface of the bird's beak can remain at a position higher than the surface of the semiconductor substrate, and good transistor characteristics without electric field concentration can be obtained.
【0018】[0018]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図面を参照しながら説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0019】(第1の実施形態)図1(a)〜図1
(c)及び図2(a)〜図2(c)は、本発明の第1の
実施形態に係るトレンチ分離形成法とLOCOS分離形
成法を併用して素子分離領域を形成する半導体装置の製
造工程を示す断面図である。(First Embodiment) FIGS. 1A to 1
2C and FIGS. 2A to 2C illustrate the manufacture of a semiconductor device in which an element isolation region is formed by using both the trench isolation formation method and the LOCOS isolation formation method according to the first embodiment of the present invention. It is sectional drawing which shows a process.
【0020】まず、図1(a)に示す工程で、半導体基
板(シリコン基板)1上に熱酸化法により厚み10nm
の酸化膜を形成した後、酸化膜上にCVD法により厚み
200nmの窒化膜を形成する。その後、窒化膜上に素
子分離形成領域が開口されたレジスト(図示せず)を形
成し、レジストをマスクにして窒化膜および酸化膜のエ
ッチングを行い、活性領域上に窒化膜からなる酸化防止
膜3および酸化膜からなる下地絶縁膜2を形成した後、
レジストを除去する。なお、レジストをマスクにして酸
化防止膜3のパターニングを行った後、レジストを除去
し、酸化防止膜3をマスクに下地絶縁膜2のパターニン
グを行ってもよい。また、酸化防止膜3のみのパターニ
ングを行い、酸化膜のエッチングは行わずに素子分離形
成領域上に下地絶縁膜2としてそのまま残存させておい
ても良い。First, in a step shown in FIG. 1A, a semiconductor substrate (silicon substrate) 1 is formed to a thickness of 10 nm by a thermal oxidation method.
Is formed, a 200-nm-thick nitride film is formed on the oxide film by the CVD method. Thereafter, a resist (not shown) having an opening for an element isolation formation region is formed on the nitride film, the nitride film and the oxide film are etched using the resist as a mask, and an oxidation prevention film made of a nitride film is formed on the active region. 3 and an underlying insulating film 2 made of an oxide film,
The resist is removed. After patterning the antioxidant film 3 using the resist as a mask, the resist may be removed, and the underlying insulating film 2 may be patterned using the antioxidant film 3 as a mask. Alternatively, only the oxidation preventing film 3 may be patterned, and the oxide film may not be etched, and may be left as it is as the base insulating film 2 on the element isolation formation region.
【0021】次に、図1(b)に示す工程で、酸化防止
膜3を酸化防止マスクとするLOCOS分離形成法によ
り半導体基板1を熱酸化して、厚み50nmの酸化膜4
を形成する。このとき、酸化防止膜3の端部下に位置す
る半導体基板1の領域には、酸化膜4の所謂バーズビー
ク部4aが形成される。このバーズビーク部4aは、下
地絶縁膜2よりも膜厚を厚く、且つ、表面が高くなるよ
うに形成する必要がある。従って、バーズビーク部4a
の表面を下地絶縁膜2よりも高く形成するためにはLO
COS分離形成法を用いた場合、酸化膜4の膜厚として
は、少なくとも下地絶縁膜2の膜厚の2倍以上にする必
要があり、洗浄工程での膜減りを考慮すると3倍以上の
膜厚が望ましい。Next, in a step shown in FIG. 1B, the semiconductor substrate 1 is thermally oxidized by a LOCOS separation forming method using the antioxidant film 3 as an antioxidant mask to form an oxide film 4 having a thickness of 50 nm.
To form At this time, a so-called bird's beak portion 4a of the oxide film 4 is formed in a region of the semiconductor substrate 1 located below the end of the oxidation prevention film 3. The bird's beak portion 4a needs to be formed to be thicker than the base insulating film 2 and to have a higher surface. Therefore, the bird's beak 4a
In order to form the surface of the substrate higher than the base insulating film 2, the LO
When the COS separation formation method is used, the thickness of the oxide film 4 needs to be at least twice as large as the thickness of the underlying insulating film 2, and in consideration of the reduction in film thickness in the cleaning step, the thickness of the film is three times or more. Thickness is desirable.
【0022】次に、図1(c)に示す工程で、酸化防止
膜3をマスクにして異方性ドライエッチングにより酸化
膜4をエッチングした後、引き続き半導体基板1を所望
の深さまでエッチングして、例えば深さ350nmの分
離溝5を形成する。このとき、酸化防止膜3の端部下に
は、酸化膜4のバーズビーク部4aが残存する。Next, in the step shown in FIG. 1C, the oxide film 4 is etched by anisotropic dry etching using the antioxidant film 3 as a mask, and then the semiconductor substrate 1 is etched to a desired depth. For example, a separation groove 5 having a depth of 350 nm is formed. At this time, the bird's beak portion 4a of the oxide film 4 remains below the end of the oxidation prevention film 3.
【0023】次に、図2(a)に示す工程で、半導体基
板1上の全面に減圧CVD法、常圧CVD法あるいはプ
ラズマCVD法等によりシリコン酸化膜やTEOS膜等
の絶縁膜を例えば700nm程度堆積する。その後、化
学機械研磨法(CMP)やエッチバック法等により酸化
防止膜3上の不要な絶縁膜を除去することによって、分
離溝5内に酸化防止膜3と同程度の高さを有する平坦化
された分離用絶縁膜6を形成する。このとき、平坦化を
行う前にあらかじめ活性形成領域を反転したレジストマ
スクパターンを形成した後、これをマスクとして活性形
成領域すなわち酸化防止膜3上にある不要な絶縁膜のみ
をある程度エッチングしておき、その後、上述のような
方法を用いて平坦化を行ってもよい。Next, in the step shown in FIG. 2A, an insulating film such as a silicon oxide film or a TEOS film is formed on the entire surface of the Deposit to a degree. Then, the unnecessary insulating film on the anti-oxidation film 3 is removed by a chemical mechanical polishing method (CMP), an etch-back method, or the like, so that the isolation trench 5 has a flat surface having a height substantially equal to that of the anti-oxidation film 3. The separated insulating film 6 is formed. At this time, before performing the planarization, a resist mask pattern in which the active formation region is inverted is formed in advance, and only the unnecessary insulation film on the active formation region, that is, on the antioxidant film 3 is etched to some extent using this as a mask. After that, planarization may be performed using the above-described method.
【0024】次に、図2(b)に示す工程で、酸化防止
膜3を熱リン酸やドライエッチングによって除去した
後、下地絶縁膜2をフッ酸等の薬液を用いた等方性エッ
チングにより除去する。この工程によって、分離用絶縁
膜6aとバーズビーク部4bで構成された素子分離領域
が形成される。このとき、分離用絶縁膜6及びバーズビ
ーク部4aも全体的に等方性エッチングされるので、分
離用絶縁膜6a及びバーズビーク部4bは下地絶縁膜2
の膜厚に相当する分は薄くなる。しかしながら、バーズ
ビーク部4aの表面が下地絶縁膜2よりも高く、且つ、
バーズビーク部4aの膜厚が下地絶縁膜2よりも厚いた
め、下地絶縁膜2を除去しても分離溝5の上端部に従来
のような凹部が形成されることはない。Next, in the step shown in FIG. 2B, after the antioxidant film 3 is removed by hot phosphoric acid or dry etching, the underlying insulating film 2 is subjected to isotropic etching using a chemical such as hydrofluoric acid. Remove. By this step, an element isolation region composed of the isolation insulating film 6a and the bird's beak portion 4b is formed. At this time, the isolation insulating film 6 and the bird's beak portion 4a are also isotropically etched as a whole.
Is thinner. However, the surface of the bird's beak portion 4a is higher than the base insulating film 2, and
Since the bird's beak portion 4a is thicker than the base insulating film 2, even if the base insulating film 2 is removed, a concave portion unlike the related art is not formed at the upper end of the separation groove 5.
【0025】次に、図2(c)に示す工程で、分離用絶
縁膜6aとバーズビーク部4bで構成された素子分離領
域によって囲まれた活性領域上にゲート絶縁膜7及びゲ
ート電極8を形成することによってMIS型トランジス
タを形成することができる。Next, in a step shown in FIG. 2C, a gate insulating film 7 and a gate electrode 8 are formed on an active region surrounded by an element isolation region constituted by an isolation insulating film 6a and a bird's beak portion 4b. By doing so, a MIS transistor can be formed.
【0026】この製造方法によれば、半導体基板1の活
性領域の端部領域に分離溝5を取り囲むバーズビーク部
4aを形成することによって、下地絶縁膜2のエッチン
グや洗浄工程による素子分離領域における凹部領域の発
生を防止することができる。すなわち、バーズビーク部
4aが下地絶縁膜2よりも表面が高く、かつ、膜厚が厚
いため、下地絶縁膜2の膜厚相当分が等方的エッチング
されてもバーズビーク部4bが残存するため凹部形状が
形成されることはなく、分離溝5の上端部に位置する半
導体基板1の表面が露出することもない。従って、分離
用絶縁膜6aとバーズビーク部4bからなる素子分離領
域に囲まれた半導体基板1の活性領域上にゲート絶縁膜
7を形成した場合、活性領域の端部にはゲート絶縁膜7
よりも膜厚の厚いバーズビーク部4bが形成されている
ため、ゲート電極8からの電界集中がなく、従来のよう
に他の活性領域より低いしきい値電圧のMIS型トラン
ジスタが並列に形成されることはなく、正常で均一なト
ランジスタ特性を有するMIS型トランジスタを形成す
ることができる。According to this manufacturing method, by forming the bird's beak portion 4a surrounding the isolation groove 5 in the end region of the active region of the semiconductor substrate 1, the concave portion in the element isolation region by the etching or cleaning process of the base insulating film 2 is formed. Generation of a region can be prevented. That is, since the bird's beak portion 4a has a surface higher than the base insulating film 2 and is thicker, the bird's beak portion 4b remains even when the base insulating film 2 is isotropically etched by an amount equivalent to the thickness of the base insulating film 2, so that the concave shape is formed. Is not formed, and the surface of the semiconductor substrate 1 located at the upper end of the separation groove 5 is not exposed. Therefore, when the gate insulating film 7 is formed on the active region of the semiconductor substrate 1 surrounded by the element isolation region including the isolation insulating film 6a and the bird's beak portion 4b, the gate insulating film 7 is formed at the end of the active region.
Since bird's beak portion 4b having a greater thickness is formed, there is no electric field concentration from gate electrode 8, and MIS transistors having a threshold voltage lower than that of other active regions are formed in parallel as in the conventional case. Thus, a MIS transistor having normal and uniform transistor characteristics can be formed.
【0027】(第2の実施形態)図3(a)〜図3
(c)は、本発明の第2の実施形態に係るトレンチ分離
形成法とLOCOS分離形成法を併用して素子分離領域
を形成する半導体装置の製造工程を示す断面図である。(Second Embodiment) FIGS. 3A to 3
FIG. 7C is a cross-sectional view showing a manufacturing step of a semiconductor device in which an element isolation region is formed by using both the trench isolation formation method and the LOCOS isolation formation method according to the second embodiment of the present invention.
【0028】まず、図3(a)に示す工程で、半導体基
板1上に熱酸化法により厚み10nmの酸化膜2Aを形
成した後、酸化膜2A上にCVD法により厚み200n
mの第1の窒化膜を形成する。その後、第1の窒化膜上
に素子分離形成領域が開口されたレジスト(図示せず)
を形成し、レジストをマスクにして第1の窒化膜のエッ
チングを行い、活性領域上に第1の窒化膜からなる酸化
防止膜3を形成した後、レジストを除去する。First, in the step shown in FIG. 3A, an oxide film 2A having a thickness of 10 nm is formed on the semiconductor substrate 1 by a thermal oxidation method, and then a 200 nm thickness is formed on the oxide film 2A by a CVD method.
An m-th first nitride film is formed. Thereafter, a resist (not shown) in which an element isolation formation region is opened on the first nitride film
Is formed, the first nitride film is etched using the resist as a mask to form an oxidation preventing film 3 made of the first nitride film on the active region, and then the resist is removed.
【0029】次に、図3(b)に示す工程で、半導体基
板1上の全面にCVD法により厚み100nmの第2の
窒化膜を形成した後、異方性ドライエッチングにより第
2の窒化膜のエッチングを行って、酸化防止膜3の側壁
のみに第2の窒化膜からなるサイドウォール9を形成す
る。この第2の窒化膜の膜厚は、後工程でLOCOS分
離形成法によって形成する酸化膜のバーズビーク部の入
り込み幅と同等、または、入り込み幅より厚くすること
が望ましい。その後、酸化防止膜3及びサイドウォール
9をマスクにして酸化膜2Aのエッチングを行って下地
絶縁膜2を形成する。このとき、サイドウォール9のみ
の形成を行い、酸化膜2Aのエッチングは行わずに素子
分離形成領域上に下地絶縁膜2としてそのまま残存させ
ておいても良い。Next, in a step shown in FIG. 3B, a second nitride film having a thickness of 100 nm is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 1 by the CVD method, and then the second nitride film is formed by anisotropic dry etching. Is performed to form a side wall 9 made of the second nitride film only on the side wall of the oxidation preventing film 3. The thickness of the second nitride film is desirably equal to or larger than the width of the bird's beak portion of the oxide film formed by the LOCOS isolation formation method in a later step. Thereafter, the oxide film 2A is etched using the antioxidant film 3 and the side walls 9 as a mask to form the base insulating film 2. At this time, only the sidewall 9 may be formed, and the oxide film 2A may not be etched and may be left as it is as the base insulating film 2 on the element isolation formation region.
【0030】次に、図3(c)に示す工程で、酸化防止
膜3及びサイドウォール9を酸化防止マスクとするLO
COS分離形成法により半導体基板1を熱酸化して、厚
み50nmの酸化膜4を形成する。このとき、少なくと
もサイドウォール9の端部下に位置する半導体基板1の
領域には、酸化膜4の所謂バーズビーク部4aが形成さ
れる。このバーズビーク部4aは、下地絶縁膜2よりも
膜厚を厚く、且つ、表面が高くなるように形成する必要
がある。従って、バーズビーク部4aの表面を下地絶縁
膜2よりも高く形成するためにはLOCOS分離形成法
を用いた場合、酸化膜4の膜厚としては、少なくとも下
地絶縁膜2の膜厚の2倍以上にする必要があり、洗浄工
程での膜減りを考慮すると3倍以上の膜厚が望ましい。Next, in the step shown in FIG. 3C, the LO using the antioxidant film 3 and the side wall 9 as an antioxidant mask is formed.
The semiconductor substrate 1 is thermally oxidized by the COS separation forming method to form an oxide film 4 having a thickness of 50 nm. At this time, a so-called bird's beak portion 4 a of the oxide film 4 is formed at least in a region of the semiconductor substrate 1 located below the end of the sidewall 9. The bird's beak portion 4a needs to be formed to be thicker than the base insulating film 2 and to have a higher surface. Therefore, when the LOCOS isolation formation method is used to form the surface of the bird's beak portion 4 a higher than the underlying insulating film 2, the thickness of the oxide film 4 is at least twice the thickness of the underlying insulating film 2. It is desirable that the film thickness be three times or more in consideration of the film reduction in the cleaning step.
【0031】その後、第1の実施形態における図1
(c)及び図2(a)〜図2(c)に示す工程と同様な
方法によって、酸化防止膜3及びサイドウォール9をマ
スクにして酸化膜4のエッチング及び分離溝の形成を行
い、分離溝内に分離用絶縁膜を埋め込んだ後、酸化防止
膜3、サイドウォール9及び下地絶縁膜2を除去し、ゲ
ート絶縁膜およびゲート電極を形成することによってM
IS型トランジスタを形成することができる。Thereafter, FIG. 1 in the first embodiment
2 (c) and the steps shown in FIGS. 2 (a) to 2 (c), the oxide film 4 is etched and the isolation grooves are formed by using the oxidation preventing film 3 and the side walls 9 as a mask. After the isolation insulating film is buried in the trench, the oxidation preventing film 3, the side wall 9 and the base insulating film 2 are removed, and a gate insulating film and a gate electrode are formed.
An IS transistor can be formed.
【0032】この製造方法によれば、第1の実施形態と
同様な作用効果が得られる。さらに、酸化防止膜3の側
壁にサイドウォール9を形成することにより、バーズビ
ーク部4aによる活性領域幅の縮小を抑制することがで
きるので、活性領域幅の拡大が可能となる。従って、M
IS型トランジスタの駆動力を増大させ、且つ、リソグ
ラフィー限界以下の微細な素子分離幅を形成することが
可能となり、さらなる微細化に基づく高集積回路素子の
実現が可能となる。According to this manufacturing method, the same functions and effects as those of the first embodiment can be obtained. Further, by forming the sidewalls 9 on the side walls of the oxidation preventing film 3, the reduction of the width of the active region due to the bird's beak portion 4a can be suppressed, so that the width of the active region can be increased. Therefore, M
It is possible to increase the driving force of the IS type transistor and to form a fine element isolation width equal to or less than the lithography limit, thereby realizing a highly integrated circuit element based on further miniaturization.
【0033】[0033]
【発明の効果】以上のように本発明によれば、半導体基
板の活性領域の端部領域に分離溝を取り囲むバーズビー
ク部を形成することによって、その後に活性領域上にあ
る下地絶縁膜をエッチングしても分離用絶縁膜を埋め込
んだ素子分離領域に凹部形状にエッチングされることが
なく、良好な形状を有する素子分離領域を形成すること
ができる。従って、ゲート電極から活性領域端部への電
界集中を抑制することができるので、従来のように他の
活性領域より低いしきい値電圧のMIS型トランジスタ
が並列に形成されることはなく、正常で均一なトランジ
スタ特性を有するMIS型トランジスタを形成すること
ができる。As described above, according to the present invention, by forming a bird's beak portion surrounding an isolation groove in an end region of an active region of a semiconductor substrate, a base insulating film on the active region is thereafter etched. Even in this case, the element isolation region in which the isolation insulating film is embedded is not etched into a concave shape, and the element isolation region having a good shape can be formed. Therefore, the concentration of the electric field from the gate electrode to the edge of the active region can be suppressed, so that MIS transistors having a threshold voltage lower than those of other active regions are not formed in parallel as in the related art. Thus, a MIS transistor having uniform transistor characteristics can be formed.
【図1】(a)〜(c)は、トレンチ分離構造を有する
第1の実施形態の半導体装置の製造工程のうち前半部分
を示す断面図FIGS. 1A to 1C are cross-sectional views illustrating a first half of a manufacturing process of a semiconductor device having a trench isolation structure according to a first embodiment;
【図2】(a)〜(c)は、トレンチ分離構造を有する
第1の実施形態の半導体装置の製造工程のうち後半部分
を示す断面図FIGS. 2A to 2C are cross-sectional views showing a latter half of a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment having a trench isolation structure;
【図3】(a)〜(c)は、トレンチ分離構造を有する
第2の実施形態の半導体装置の製造工程のうちサイドウ
ォール形成までを示す断面図FIGS. 3A to 3C are cross-sectional views showing a process of manufacturing a semiconductor device having a trench isolation structure according to a second embodiment up to formation of a sidewall;
【図4】(a)〜(d)は、従来のトレンチ分離構造を
有する半導体装置の製造工程を示す断面図FIGS. 4A to 4D are cross-sectional views showing a manufacturing process of a semiconductor device having a conventional trench isolation structure.
1 半導体基板 2 下地絶縁膜 3 酸化防止膜 4 酸化膜 4a、4b バーズビーク部 5 分離溝 6 分離用絶縁膜 7 ゲート絶縁膜 8 ゲート電極 9 サイドウォール DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate 2 Base insulating film 3 Oxidation prevention film 4 Oxide film 4a, 4b Bird's beak part 5 Separation groove 6 Isolation insulating film 7 Gate insulating film 8 Gate electrode 9 Side wall
Claims (4)
程(a)と、 前記下地絶縁膜上に酸化防止用膜を形成する工程(b)
と、 前記酸化防止用膜をパターニングして、素子分離形成領
域上に開口部が形成された酸化防止膜を形成する工程
(c)と、 前記酸化防止膜を酸化防止マスクにして、前記半導体基
板を熱酸化法による選択酸化を行い、前記酸化防止マス
クの端部下にバーズビーク部を有する酸化膜を形成する
工程(d)と、 前記工程(d)の後に、前記酸化防止膜をエッチングマ
スクにして、異方性ドライエッチングにより前記酸化膜
のエッチングを行い、前記エッチングマスクの端部下の
みに前記酸化膜のバーズビーク部を残置させる工程
(e)と、 前記工程(e)の後に、前記酸化防止膜をエッチングマ
スクにして、異方性ドライエッチングにより前記半導体
基板を所定の深さまでエッチングして分離溝を形成する
工程(f)と、 前記工程(f)の後に、前記半導体基板上に絶縁膜を形
成した後、前記酸化防止膜上の前記絶縁膜を除去して、
前記分離溝内のみに分離用絶縁膜を埋め込む工程(g)
と、 前記工程(g)の後に、前記酸化防止膜を除去した後、
前記下地絶縁膜を除去する工程(h)と、を備えている
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。A step of forming a base insulating film on a semiconductor substrate; and a step of forming an oxidation preventing film on the base insulating film.
(C) patterning the antioxidant film to form an antioxidant film having an opening on an element isolation formation region; and using the antioxidant film as an antioxidant mask, (D) performing selective oxidation by a thermal oxidation method to form an oxide film having a bird's beak below the end of the antioxidant mask; and after the step (d), using the antioxidant film as an etching mask. (E) etching the oxide film by anisotropic dry etching, leaving a bird's beak portion of the oxide film only under the end of the etching mask; and after the step (e), Forming an isolation groove by etching the semiconductor substrate to a predetermined depth by anisotropic dry etching using as an etching mask; In the after forming an insulating film on a semiconductor substrate, and removing the insulating film on the anti-oxidation film,
Embedding an insulating film for isolation only in the isolation trench (g)
After the step (g), after removing the antioxidant film,
Removing the base insulating film (h).
おいて、 前記工程(c)の後で前記工程(d)の前に、前記酸化
防止膜の側壁に酸化防止マスクとなるサイドウォールを
形成する工程をさらに備え、 前記工程(d)では、前記酸化防止膜及び前記サイドウ
ォールを酸化防止マスクにして前記酸化膜を形成し、 前記工程(e)では、前記酸化防止膜及び前記サイドウ
ォールをエッチングマスクにして前記酸化膜のエッチン
グを行い、 前記工程(f)では、前記酸化防止膜及び前記サイドウ
ォールをエッチングマスクにして前記半導体基板のエッ
チングを行い、 前記工程(h)では、前記酸化防止膜及び前記サイドウ
ォールを除去した後、前記下地絶縁膜を除去することを
特徴とする半導体装置の製造方法。2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein after the step (c) and before the step (d), a sidewall serving as an oxidation prevention mask is formed on a sidewall of the oxidation prevention film. In the step (d), the oxide film is formed using the antioxidant film and the sidewall as an antioxidant mask. In the step (e), the antioxidant film and the sidewall are formed. The oxide film is etched using an etching mask. In the step (f), the semiconductor substrate is etched using the antioxidant film and the sidewall as an etching mask. In the step (h), the oxidation prevention is performed. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: removing a base insulating film after removing a film and the sidewall.
おいて、 前記サイドウォールの幅が、前記酸化防止マスクの端部
下に形成される前記酸化膜のバーズビーク部の幅と同
等、または、それ以上広いことを特徴とする半導体装置
の製造方法。3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein a width of the sidewall is equal to or larger than a width of a bird's beak portion of the oxide film formed below an end of the oxidation preventing mask. A method for manufacturing a semiconductor device, which is wide.
の半導体装置の製造方法において、 前記酸化膜は、前記下地絶縁膜の3倍以上の膜厚を有す
ることを特徴とする半導体装置の製造方法。4. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the oxide film has a thickness three times or more the thickness of the base insulating film. Device manufacturing method.
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Cited By (3)
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---|---|---|---|---|
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- 2000-09-21 JP JP2000286731A patent/JP2002100673A/en active Pending
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