JP2002100676A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method thereof

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JP2002100676A
JP2002100676A JP2000287810A JP2000287810A JP2002100676A JP 2002100676 A JP2002100676 A JP 2002100676A JP 2000287810 A JP2000287810 A JP 2000287810A JP 2000287810 A JP2000287810 A JP 2000287810A JP 2002100676 A JP2002100676 A JP 2002100676A
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film
insulating film
trench
semiconductor device
mask
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JP2000287810A
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Toshiaki Tsutsumi
聡明 堤
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device excellent in micronization. SOLUTION: There are provided a trench 3 formed in an element separation region which is so formed as to enclose an element formation region on a semiconductor substrate 1, and insulating films 4 and 5 which, formed with the same width as a trench width on the trench 3, form a void 50 in the trench 3.

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】この発明は、微細化に優れ、
素子分離特性を低下させることのない半導体装置および
半導体装置の製造方法に関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention is excellent in miniaturization,
The present invention relates to a semiconductor device without deteriorating element isolation characteristics and a method for manufacturing a semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置の高集積化がすすむに従い、
トランジスタの間隔もますます狭くなってきている。従
来、素子分離法として採用してきたLOCOS法では分
離幅の微細化に限界が生じているため、それを解決する
ためにシャロートレンチアイソレーション法が使用され
るようになってきた。このシャロートレンチアイソレー
ションは微細化に適しているものの、埋め込まれた酸化
膜のストレスが結晶欠陥を引き起こすため、不要なリー
ク電流が発生する。
2. Description of the Related Art As semiconductor devices become more highly integrated,
The spacing between transistors is becoming increasingly smaller. Conventionally, the LOCOS method, which has been adopted as an element isolation method, has a limit in miniaturization of an isolation width, and a shallow trench isolation method has been used to solve the problem. Although this shallow trench isolation is suitable for miniaturization, an unnecessary leak current is generated because stress of an embedded oxide film causes crystal defects.

【0003】よってこのストレス(応力)緩和のため、
溝の側壁がテーパー形状となるように形成することで若
干のリーク電流を若干抑制することができるが、これは
微細化の妨げとなり100nm時代ではますます問題と
なる。以下従来のシャロートレンチアイソレーション法
について解説する。
Therefore, in order to relieve this stress,
By forming the side wall of the groove to have a tapered shape, a slight leakage current can be suppressed a little, but this hinders miniaturization and becomes more and more problematic in the 100 nm era. Hereinafter, the conventional shallow trench isolation method will be described.

【0004】まず、図18(a)に示すように、半導体
基板101上にCVD法によりマスク膜となるシリコン
窒化膜102(例えば、100〜200nmの厚さ)を
積層し、写真製版およびエッチング技術によりパターニ
ングする。次に、このシリコン窒化膜102をマスクと
して半導体基板101のエッチングを行いトレンチ10
3(溝深さ、例えば200〜500nm)を形成する。
First, as shown in FIG. 18A, a silicon nitride film 102 (for example, having a thickness of 100 to 200 nm) serving as a mask film is laminated on a semiconductor substrate 101 by a CVD method, and photolithography and etching techniques are used. Patterning. Next, using the silicon nitride film 102 as a mask, the semiconductor substrate 101 is etched to form the trench 10.
3 (groove depth, for example, 200 to 500 nm).

【0005】このトレンチ103は素子間の分離を行
い、その幅は例えば150〜500nmにて形成されて
いる。この際、シリコン窒化膜102の下にシリコン酸
化膜を形成してマスク膜として行うようにしても良い。
そして、この工程ではエッチング条件を最適化して、ト
レンチ103の側壁がテーパー形状と成るように設定し
て形成されている。
The trench 103 separates elements from each other and has a width of, for example, 150 to 500 nm. At this time, a silicon oxide film may be formed below the silicon nitride film 102 and used as a mask film.
In this step, the etching conditions are optimized and the trench 103 is formed so as to have a tapered side wall.

【0006】次に、図18(b)に示すように、熱酸化
法によりトレンチ103の内壁にシリコン酸化膜104
(例えば、10〜20nmの厚さ)を形成する。次に、
CVD法によりシリコン酸化膜105を積層し、トレン
チ103を埋め込む。この際形成されるシリコン酸化膜
105の膜厚は、埋め込むトレンチ103の幅の半分以
上が必要となる。
Next, as shown in FIG. 18B, a silicon oxide film 104 is formed on the inner wall of the trench 103 by a thermal oxidation method.
(For example, a thickness of 10 to 20 nm). next,
A silicon oxide film 105 is stacked by the CVD method, and the trench 103 is buried. At this time, the thickness of the silicon oxide film 105 formed needs to be at least half the width of the trench 103 to be buried.

【0007】次に、図18(c)に示すように、研磨法
またはエッチバック法によりシリコン酸化膜105をエ
ッチングして平坦化し、トレンチ103内部のみにシリ
コン酸化膜105を残す。次に、図19(a)に示す通
り、シリコン酸化膜105を弗酸によるウェットエッチ
ング法により、その表面が半導体基板101と略同一と
なるまでエッチングする。次に、熱燐酸などのエッチン
グによりシリコン窒化膜102を除去する。以上の工程
により、素子分離領域の形成工程が終了する。
Next, as shown in FIG. 18C, the silicon oxide film 105 is etched and flattened by a polishing method or an etch-back method, and the silicon oxide film 105 is left only inside the trench 103. Next, as shown in FIG. 19A, the silicon oxide film 105 is etched by a wet etching method using hydrofluoric acid until the surface thereof is substantially the same as the semiconductor substrate 101. Next, the silicon nitride film 102 is removed by etching with hot phosphoric acid or the like. With the above steps, the step of forming the element isolation region is completed.

【0008】次に、トランジスタを形成していく。ま
ず、図19(b)に示すとおり、熱酸化法またはCVD
法によりシリコン酸化膜、シリコン窒化膜または金属酸
化膜からなるゲート絶縁膜106(例えば、2〜50n
mの厚さ)を形成する。次に、ポリシリコンまたは金
属、または金属窒化膜(例えば、150〜300nmの
厚さ)を積層し、リソグラフィー法およびエッチング法
により所望のパターンにゲート電極107を形成する。
Next, a transistor is formed. First, as shown in FIG.
Gate insulating film 106 (for example, 2 to 50 n) made of a silicon oxide film, a silicon nitride film or a metal oxide film
m thickness). Next, a polysilicon, metal, or metal nitride film (having a thickness of, for example, 150 to 300 nm) is stacked, and the gate electrode 107 is formed in a desired pattern by lithography and etching.

【0009】次に、ゲート電極7をマスクとしてイオン
注入法により、例えばNMISFETの場合は砒素また
はリンを、PMISFETの場合はボロンを1E13〜
4E14/cm2程度ドープし、熱処理(例えば、80
0〜950℃、1〜30分)により、活性化した第1の
不純物拡散層108を形成する。
Next, for example, arsenic or phosphorus is used for the NMISFET and boron is used for the PMISFET by using the gate electrode 7 as a mask.
Doping of about 4E14 / cm 2 , and heat treatment (for example, 80
(0 to 950 ° C., 1 to 30 minutes) to form the activated first impurity diffusion layer 108.

【0010】次に、図19(c)に示す通り、CVD法
により、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、またはこれ
らの多層膜を積層し、異方性エッチングによりサイドウ
ォール109を形成する。次に、サイドウォール109
およびゲート電極107をマスクとしてイオン注入法に
より不純物を注入する。例えばNMISFETの場合
は、砒素またはリンを、PMISFETの場合は、ボロ
ンを1E15〜1E16/cm2程度ドープし、熱処理
(800〜950℃、1〜30分)により活性化し、第
2の不純物拡散層110を形成する。
Next, as shown in FIG. 19C, a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a multilayer film thereof is laminated by a CVD method, and a side wall 109 is formed by anisotropic etching. Next, the side wall 109
Then, impurities are implanted by an ion implantation method using the gate electrode 107 as a mask. For example, in the case of an NMISFET, arsenic or phosphorus is doped in the case of a PMISFET, and in the case of a PMISFET, boron is doped at about 1E15 to 1E16 / cm 2 , and activated by heat treatment (800 to 950 ° C., 1 to 30 minutes) to form a second impurity diffusion layer. Form 110.

【0011】このように形成された、ゲート電極107
は延在し、配線を形成している。この場合、素子間を分
離しているトレンチ上部を渡り、隣接するトランジスタ
と接続されたり、電源に接続されたり等の構成となる。
The thus formed gate electrode 107
Extend to form wiring. In this case, the structure is such that the device is connected to an adjacent transistor or connected to a power supply across the upper part of the trench separating the elements.

【0012】以上のように形成された従来の半導体装置
は、トレンチ内部にシリコン酸化膜が埋め込まれている
ため、トレンチ内部ではシリコン酸化膜とシリコンとの
熱膨張係数が異なるため、トランジスタ形成時の熱処理
工程(例えば、不純物注入後の熱工程など)でのストレ
スや、シリコン酸化膜が形成される際にシリコン酸化膜
自体に内在するストレスにより、半導体基板に結晶欠陥
が発生することがある。
In the conventional semiconductor device formed as described above, since the silicon oxide film is buried in the trench, the silicon oxide film and silicon have different coefficients of thermal expansion inside the trench. Crystal defects may occur in the semiconductor substrate due to stress in a heat treatment step (for example, a heat step after impurity implantation) or stress inherent in the silicon oxide film itself when the silicon oxide film is formed.

【0013】このような結晶欠陥は、不要なリーク電流
を引き起こし、デバイス動作の妨げとなり、良品の収率
を大きく減少させる。これを防止するため、トレンチ形
状にテーパーをつけ応力緩和がする構成がとられてい
る。
Such crystal defects cause unnecessary leak current, hinder device operation, and greatly reduce the yield of non-defective products. In order to prevent this, a configuration is adopted in which the trench shape is tapered to reduce stress.

【0014】また、他の従来の半導体装置として、例え
ば特開平8−37230号公報に提案されている。図2
1は特開平8−37230号公報に示された半導体装置
の構成を示す断面図である。図20は図21に示した半
導体装置の製造方法を示す断面図である。図において、
上記従来の場合と同様の部分は同一符号を付して説明を
省略する。
Another conventional semiconductor device is proposed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-37230. FIG.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-37230. FIG. 20 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing the semiconductor device shown in FIG. In the figure,
The same parts as those in the conventional case are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

【0015】この従来の半導体装置の製造方法は、ま
ず、半導体基板101上にゲート絶縁膜106、ゲート
電極107を形成し、第1の不純物拡散層108を形成
する。次に、サイドウォール109を形成し、第2の不
純物拡散層110を形成する。次に、パターニングされ
たレジスト膜200を形成し、半導体基板101をエッ
チングしてトレンチ103を形成する(図20
(a))。
In this conventional method of manufacturing a semiconductor device, first, a gate insulating film 106 and a gate electrode 107 are formed on a semiconductor substrate 101, and a first impurity diffusion layer 108 is formed. Next, a sidewall 109 is formed, and a second impurity diffusion layer 110 is formed. Next, a patterned resist film 200 is formed, and the semiconductor substrate 101 is etched to form a trench 103 (FIG. 20).
(A)).

【0016】次に、トレンチ103の上面をシラノール
の有機溶剤またはポリイミド樹脂から成る絶縁膜212
にて塞ぎ、トレンチ103内に密封空間211を形成す
る(図20(b))。次に、絶縁膜212上に、この絶
縁膜212の保護膜としての層間絶縁膜213を形成す
る。次に、パターニングされたレジスト膜201を形成
し(図20(c))、絶縁膜212および層間絶縁膜2
13をパターニングして、図21に示すように素子分離
領域およびトランジスタが形成される。
Next, an insulating film 212 made of an organic solvent of silanol or polyimide resin is formed on the upper surface of the trench 103.
To form a sealed space 211 in the trench 103 (FIG. 20B). Next, on the insulating film 212, an interlayer insulating film 213 is formed as a protective film for the insulating film 212. Next, a patterned resist film 201 is formed (FIG. 20C), and the insulating film 212 and the interlayer insulating film 2 are formed.
13 is patterned to form an element isolation region and a transistor as shown in FIG.

【0017】この従来の半導体装置においては、トレン
チ103内部に密封空間211を形成し、結晶欠陥など
を防ぎ、不要なリーク電流を引き起こし、デバイス動作
の妨げとなるのを防止している。
In this conventional semiconductor device, a sealed space 211 is formed inside the trench 103 to prevent crystal defects and the like, and to prevent unnecessary leak current and hinder device operation.

【0018】[0018]

【発明が解決しようとする課題】上記のように構成され
た従来の半導体装置は、トレンチをテーパ形状にするこ
と、また、トレンチ103内部に密封空間211を作成
することにより、結晶欠陥などを防ぎ、不要なリーク電
流を引き起こしてデバイス動作の妨げとなるのを防止し
ているものの、前者ではテーパ形状にする必要があり、
また、後者ではトレンチ103の上部のゲートのパター
ニング技術が困難であり、微細化の妨げすなわち高集積
化の妨げになるという問題点があった。
In the conventional semiconductor device configured as described above, the trench is tapered, and a sealed space 211 is formed inside the trench 103 to prevent crystal defects and the like. Although it prevents unwanted leakage current from hindering device operation, the former requires a tapered shape,
Further, in the latter, there is a problem that the patterning technique of the gate above the trench 103 is difficult, which hinders miniaturization, that is, hinders high integration.

【0019】また、ゲート電極が形成されている箇所
と、トレンチ103(素子分離領域)が形成されている
箇所とでは、高低差が大きく、後工程における配線形成
のパターニングを精度よく行うことが困難になるという
問題点があった。
Also, there is a large difference in height between the location where the gate electrode is formed and the location where the trench 103 (element isolation region) is formed, making it difficult to accurately perform wiring patterning in a later step. There was a problem of becoming.

【0020】この発明は上記に示したような問題点を解
消するためなされたもので、微細化に優れ、かつ、平坦
性に優れた半導体装置および半導体装置の製造方法を提
供する。
The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a semiconductor device excellent in miniaturization and excellent in flatness, and a method of manufacturing the semiconductor device.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】この発明に係る請求項1
の半導体装置は、半導体基板上の素子形成領域を囲むよ
うに形成される素子分離領域に形成されたトレンチと、
トレンチ上にトレンチ幅と略同一幅にて形成され、トレ
ンチ内に空隙を形成する絶縁膜とを備えたものである。
Means for Solving the Problems Claim 1 according to the present invention.
A trench formed in an element isolation region formed so as to surround an element formation region on a semiconductor substrate;
An insulating film is formed on the trench with substantially the same width as the trench width and forms an air gap in the trench.

【0022】また、この発明に係る請求項2の半導体装
置は、請求項1において、素子分離領域であって素子形
成領域の近傍の少なくとも一方側に所望の幅にて形成さ
れたトレンチを備えたものである。
According to a second aspect of the present invention, there is provided the semiconductor device according to the first aspect, further comprising a trench formed with a desired width on at least one side near the element forming region, which is an element isolation region. Things.

【0023】また、この発明に係る請求項3の半導体装
置は、請求項2に記載の半導体装置において、素子分離
領域であって素子形成領域の近傍の両側にトレンチを形
成する場合、各トレンチ上に形成された各絶縁膜にて挟
まれた素子分離領域の半導体基板上に保護膜を備えたも
のである。
According to a third aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the second aspect, when trenches are formed on both sides near the element formation region in the element isolation region, A protective film is provided on the semiconductor substrate in the element isolation region sandwiched between the respective insulating films formed in the above.

【0024】また、この発明に係る請求項4の半導体装
置は、請求項1ないし請求項3のいずれかにおいて、素
子形成領域上に形成されたゲート電極の上面と、絶縁膜
の上面とが略同一の高さにて形成されているものであ
る。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device according to any one of the first to third aspects, wherein the upper surface of the gate electrode formed on the element formation region and the upper surface of the insulating film are substantially identical. They are formed at the same height.

【0025】また、この発明に係る請求項5の半導体装
置は、請求項1ないし請求項4のいずれかにおいて、絶
縁膜の底部が、オーバーハング形状にて形成されている
ものである。
According to a fifth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to any one of the first to fourth aspects, the bottom of the insulating film is formed in an overhang shape.

【0026】また、この発明に係る請求項6の半導体装
置は、請求項1ないし請求項5のいずれかにおいて、絶
縁膜は、トレンチの内壁に延在して形成されているもの
である。
According to a sixth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to any one of the first to fifth aspects, the insulating film is formed to extend on the inner wall of the trench.

【0027】また、この発明に係る請求項7の半導体装
置は、請求項6において、絶縁膜は、トレンチの内壁全
てに延在して形成されているものである。
According to a seventh aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the sixth aspect, the insulating film is formed to extend over the entire inner wall of the trench.

【0028】また、この発明に係る請求項8の半導体装
置の製造方法は、半導体基板上に所望のパターンにてパ
ターニングされたマスク膜を形成し、マスク膜をマスク
として半導体基板を所定の深さエッチングしてトレンチ
を形成し、マスク膜を覆いかつトレンチの上部を塞ぎト
レンチ内に空隙を形成する絶縁膜を積層し、マスク膜上
に積層された絶縁膜を除去し、マスク膜のパターン内の
みに絶縁膜を残存させるものである。
According to a eighth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device, a mask film patterned in a desired pattern is formed on the semiconductor substrate, and the semiconductor substrate is formed at a predetermined depth using the mask film as a mask. Etching is performed to form a trench, an insulating film that covers the mask film and covers the upper portion of the trench and forms a void in the trench is stacked, the insulating film stacked on the mask film is removed, and only in the pattern of the mask film. An insulating film is left on the substrate.

【0029】また、この発明に係る請求項9の半導体装
置の製造方法は、請求項8において、マスク膜を除去
し、半導体基板上にゲート絶縁膜を形成し、絶縁膜を覆
うように導電膜を積層し、絶縁膜上に積層された導電膜
を除去し、絶縁膜に挟まれた領域のみに導電膜を残存さ
せ、導電膜をパターニングしてゲート電極として形成す
るものである。
According to a ninth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the eighth aspect, the mask film is removed, a gate insulating film is formed on the semiconductor substrate, and the conductive film is formed so as to cover the insulating film. Are stacked, the conductive film stacked on the insulating film is removed, the conductive film is left only in a region sandwiched between the insulating films, and the conductive film is patterned to form a gate electrode.

【0030】また、この発明に係る請求項10の半導体
装置の製造方法は、トレンチが半導体基板上の素子形成
領域を囲むように形成される素子分離領域に形成され、
かつ、素子分離領域であって素子形成領域の近傍の両側
に所望の幅にて形成される場合、請求項9に記載のマス
ク膜の除去の工程を、素子形成領域上の上記マスク膜の
み除去し、素子分離領域上のマスク膜を残存させ絶縁膜
にて挟まれた保護膜を形成するものである。
According to a tenth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device, the trench is formed in the element isolation region surrounding the element formation region on the semiconductor substrate,
In the case where the mask film is formed with a desired width on both sides in the vicinity of the element formation region, which is an element isolation region, the step of removing the mask film according to claim 9 is performed by removing only the mask film on the element formation region. Then, a mask film on the element isolation region is left to form a protective film sandwiched between insulating films.

【0031】また、この発明に係る請求項11の半導体
装置の製造方法は、請求項8ないし請求項10のいずれ
かにおいて、絶縁膜の形成工程を、熱酸化法によりトレ
ンチの内壁上に第1の絶縁膜を形成し、次に、マスク膜
を覆いかつトレンチの上端内部にてトレンチを塞ぐよう
に第2の絶縁膜を積層して、第1および第2の絶縁膜に
より絶縁膜を形成するものである。
According to the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 8 to 10, wherein the step of forming the insulating film comprises the steps of: Is formed, and then a second insulating film is laminated so as to cover the mask film and close the trench inside the upper end of the trench, and form the insulating film using the first and second insulating films. Things.

【0032】また、この発明に係る請求項12の半導体
装置の製造方法は、請求項8ないし請求項10いずれか
において、絶縁膜の形成工程を、マスク膜上にCVD法
によりトレンチの内壁およびマスク膜の露出面上に薄い
第1の絶縁膜を積層し、次に、マスク膜を覆いかつトレ
ンチの上部のマスク膜のパターン内にてトレンチを塞ぐ
ように第2の絶縁膜を積層して、第1および第2の絶縁
膜により絶縁膜を形成するものである。
According to a twelfth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to any one of the eighth to tenth aspects, the step of forming the insulating film comprises the steps of: Laminating a thin first insulating film on the exposed surface of the film, and then laminating a second insulating film covering the mask film and closing the trench in the pattern of the mask film above the trench, An insulating film is formed by the first and second insulating films.

【0033】また、この発明に係る請求項13の半導体
装置の製造方法は、請求項8ないし請求項10のいずれ
かにおいて、マスク膜をシリコン膜にて形成する場合、
絶縁膜の形成工程を、熱酸化法によりトレンチの内壁お
よびマスク膜の露出面上に第1の絶縁膜を形成し、次
に、マスク膜を覆いかつトレンチの上部のマスク膜のパ
ターン内にてトレンチを塞ぐように第2の絶縁膜を積層
して、第1および第2の絶縁膜により絶縁膜を形成する
ものである。
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to any one of the eighth to tenth aspects, the mask film is formed of a silicon film.
The step of forming the insulating film is performed by forming a first insulating film on the inner wall of the trench and on the exposed surface of the mask film by a thermal oxidation method, and then covering the mask film and in a pattern of the mask film above the trench. A second insulating film is stacked so as to cover the trench, and the first and second insulating films form an insulating film.

【0034】また、この発明に係る請求項14の半導体
装置の製造方法は、請求項13において、マスク膜と半
導体基板との間に保護絶縁膜を形成し、保護絶縁膜に対
しマスク膜と同様のパターニングを行い、マスク膜を除
去した後の残存する保護絶縁膜をゲート絶縁膜として利
用するものである。
According to a fourteenth aspect of the present invention, in the method of the thirteenth aspect, a protective insulating film is formed between the mask film and the semiconductor substrate. Is used, and the protective insulating film remaining after removing the mask film is used as a gate insulating film.

【0035】[0035]

【発明の実施の形態】実施の形態1.以下、この発明の
実施の形態について説明する。図1ないし図5はこの発
明の実施の形態1の半導体装置の製造工程を示す断面図
である。以下、これら図に基づいて実施の形態1の半導
体装置の製造方法について説明する。まず、図1(a)
に示す通り半導体基板1上に、マスク膜2を例えばシリ
コン窒化膜にて250〜400nmの厚みにて積層す
る。その後、写真製版およびエッチング法により所望の
領域を残してマスク膜2をパターニングする。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. 1 to 5 are cross-sectional views showing the steps of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. Hereinafter, a method for manufacturing the semiconductor device of the first embodiment will be described with reference to these drawings. First, FIG.
As shown in FIG. 1, a mask film 2 is laminated on a semiconductor substrate 1 with a thickness of 250 to 400 nm using, for example, a silicon nitride film. Thereafter, the mask film 2 is patterned by photolithography and an etching method while leaving a desired region.

【0036】次に、図1(b)に示す通り、マスク膜2
をマスクとして半導体基板1をエッチングしてトレンチ
3(溝の深さ、例えば200〜600nm深さに)を形
成する。次に、図1(c)に示す通り、熱酸化法により
シリコン酸化膜にて成る第1の絶縁膜4を、半導体基板
1がトレンチ3により露出されている壁(以下、この箇
所をトレンチの内壁と称する)に形成する。次に、CV
D法により第2の絶縁膜5として例えばシリコン酸化膜
をマスク膜2を覆いかつトレンチ3の上部を塞ぐように
積層する。
Next, as shown in FIG. 1B, the mask film 2
Using the mask as a mask, the semiconductor substrate 1 is etched to form a trench 3 (groove depth, for example, 200 to 600 nm depth). Next, as shown in FIG. 1C, a first insulating film 4 made of a silicon oxide film is formed by a thermal oxidation method on a wall where the semiconductor substrate 1 is exposed by the trench 3 (hereinafter, this portion will be referred to as a trench). (Referred to as an inner wall). Next, CV
By a method D, for example, a silicon oxide film is laminated as the second insulating film 5 so as to cover the mask film 2 and close the upper part of the trench 3.

【0037】この時の第2の絶縁膜5の形成方法は、そ
の底部がオーバーハング形状となる条件にて行う。その
方法としては例えば、CVD反応が高温となる程、表面
反応律速から拡散律速へと以降し、この拡散律速条件に
おいてオーバーハング形状になることを利用して形成す
る。また、高温とする替わりに、プラズマCVD法にて
形成しても同様に形成することが可能である。
At this time, the second insulating film 5 is formed under the condition that the bottom has an overhang shape. As the method, for example, as the temperature of the CVD reaction becomes higher, the surface reaction is controlled from the diffusion control to the diffusion control, and the overhang shape is formed under the diffusion control condition. Further, instead of using a high temperature, it is also possible to form the same by a plasma CVD method.

【0038】さらに、第2の絶縁膜5の底面は半導体基
板1の表面より低く(トレンチ3内部側)位置するよう
形成する。これにより、トレンチ3側壁に形成された第
1の絶縁膜4と第2の絶縁膜5とで絶縁膜が形成され、
この絶縁膜は連続して形成されることとなる。このよう
に形成すると、トレンチ3内には図1(c)に示すよう
に、絶縁膜(第1の絶縁膜4および第2の絶縁膜5)に
て囲まれた空隙50が形成される。
Further, the bottom surface of the second insulating film 5 is formed to be lower than the surface of the semiconductor substrate 1 (inside the trench 3). Thereby, an insulating film is formed by the first insulating film 4 and the second insulating film 5 formed on the side walls of the trench 3,
This insulating film is formed continuously. When formed in this way, as shown in FIG. 1C, a void 50 surrounded by the insulating films (the first insulating film 4 and the second insulating film 5) is formed in the trench 3.

【0039】次に、図2(a)に示す通り、例えば研磨
法、エッチバック法により、マスク膜2上の第2の絶縁
膜5を除去し、マスク膜2のパターン内のみに第2の絶
縁膜5を残存させる。次に、図2(b)に示す通り、例
えば熱燐酸による湿式エッチングやドライエッチング法
によりマスク膜2を除去する。以上の工程にて素子分離
領域の形成が完成する。このように形成されたトレンチ
上の絶縁膜は、トレンチのパターンマスク膜と同一のマ
スク膜でパターンされることとなり、トレンチ上におい
てトレンチ幅を略同一幅に形成される。
Next, as shown in FIG. 2A, the second insulating film 5 on the mask film 2 is removed by, for example, a polishing method or an etch-back method, and the second insulating film 5 is formed only in the pattern of the mask film 2. The insulating film 5 is left. Next, as shown in FIG. 2B, the mask film 2 is removed by, for example, wet etching using hot phosphoric acid or dry etching. Through the above steps, the formation of the element isolation region is completed. The insulating film on the trench thus formed is patterned with the same mask film as the pattern mask film of the trench, and the trench width is formed to be substantially the same on the trench.

【0040】次に図3(a)に示す通り、例えば熱酸化
法またはCVD法により、ゲート絶縁膜6を、例えばシ
リコン酸化膜、シリコン窒化膜、BST膜、Hf、Z
r、Al、Tiの酸化膜等を2〜50nmの厚さにて積
層する。次に、CVD法により導電膜7を、例えばポリ
シリコン、チタン窒化膜等を250〜400nmの厚さ
にて形成する。
Next, as shown in FIG. 3A, for example, a silicon oxide film, a silicon nitride film, a BST film, Hf, Z
An oxide film of r, Al, Ti or the like is laminated in a thickness of 2 to 50 nm. Next, a conductive film 7 such as a polysilicon film or a titanium nitride film is formed to a thickness of 250 to 400 nm by a CVD method.

【0041】次に図3(b)に示す通り、例えば化学機
械研磨法またはエッチング法により、第2の絶縁膜5の
表面が露出するまで導電膜7をエッチングし、第2の絶
縁膜5の上面と導電膜7との上面を略同一の高さにて形
成する。次に図4(a)に示す通り、写真製版およびエ
ッチング法により導電膜7をパターニングし、ゲート電
極8を形成する。よって、第2の絶縁膜5とゲート電極
8との上面は略同一の高さにて形成される。
Next, as shown in FIG. 3B, the conductive film 7 is etched by, for example, a chemical mechanical polishing method or an etching method until the surface of the second insulating film 5 is exposed. The upper surface and the upper surface of the conductive film 7 are formed at substantially the same height. Next, as shown in FIG. 4A, the conductive film 7 is patterned by photolithography and etching to form a gate electrode 8. Therefore, the upper surfaces of the second insulating film 5 and the gate electrode 8 are formed at substantially the same height.

【0042】次に、イオン注入法により、例えばNMI
SFETの場合は、砒素またはリンを、また、PMIS
FETの場合は、ボロンを1E13〜4E14/cm2
程度ドープし、熱処理(800〜950℃、1〜30
分)により活性化し、第1の不純物拡散層9を形成す
る。次に図4(b)に示す通り、CVD法により絶縁
膜、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、またはこ
れらの積層構造膜を例えば20〜100nmの厚さにて
積層し、異方性エッチングによりサイドウォール10を
形成する。
Next, for example, NMI
In the case of an SFET, arsenic or phosphorus, and PMIS
In the case of FET, boron is 1E13-4E14 / cm 2.
Doping and heat treatment (800-950 ° C, 1-30
) To form the first impurity diffusion layer 9. Next, as shown in FIG. 4B, an insulating film, for example, a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a laminated structure film thereof is laminated to a thickness of, for example, 20 to 100 nm by a CVD method, and is anisotropically etched. The sidewall 10 is formed.

【0043】次に、サイドウォール10およびゲート電
極8をマスクとしてイオン注入法により不純物、例えば
MISFETの場合は、砒素またはリンを、また、PM
ISFETの場合は、ボロンを1E15〜1E16/c
2程度ドープし、熱処理(800〜950℃で、1〜
30分間)により活性化し、トランジスタのソース/ド
レイン領域としての役割をする第2の不純物拡散層11
を形成する。以上の工程にてトランジスタが形成され
る。
Next, impurities such as arsenic or phosphorus in the case of a MISFET and PM
In the case of ISFET, boron is 1E15 to 1E16 / c
m 2 about dope, heat treatment (at 800 to 950 ° C.,. 1 to
30 minutes), the second impurity diffusion layer 11 serving as a source / drain region of the transistor.
To form Through the above steps, a transistor is formed.

【0044】次に、図5(a)に示す通り、層間絶縁膜
25、例えばシリコン酸化膜を500〜1000nmの
厚みとなるようにCVD法等により積層する。次に、エ
ッチバックまたは研磨法で平坦化する。次に、図5
(b)に示す通り、ゲート電極8や、ソース/ドレイン
領域(第2の不純物拡散領域)などへの電極配線26を
(図中においてはゲート電極8への配線のみを示す)、
例えばアルミニウム合金、銅、タングステン等の金属
膜、金属シリサイド、金属窒化膜、またはこれらの積層
膜を膜厚100〜500nmにて形成する。
Next, as shown in FIG. 5A, an interlayer insulating film 25, for example, a silicon oxide film is laminated to a thickness of 500 to 1000 nm by a CVD method or the like. Next, the surface is flattened by etch back or polishing. Next, FIG.
As shown in (b), an electrode wiring 26 to the gate electrode 8 and the source / drain region (second impurity diffusion region) is formed (only the wiring to the gate electrode 8 is shown in the figure).
For example, a metal film of aluminum alloy, copper, tungsten, or the like, a metal silicide, a metal nitride film, or a stacked film thereof is formed with a thickness of 100 to 500 nm.

【0045】上記のように構成された実施の形態1の半
導体装置は、素子分離領域において、トレンチ内部に空
隙を備えるようにしているため、熱的なストレスによる
結晶欠陥の発生を防止できるのはもちろんのこと、この
空隙をトレンチ幅と略同一幅の絶縁膜にて形成すること
ができるため、素子分離領域をトレンチ幅と略同一幅に
て形成することができ、微細化に適した構成を有する。
In the semiconductor device according to the first embodiment configured as described above, since a void is provided inside the trench in the element isolation region, the generation of crystal defects due to thermal stress can be prevented. Needless to say, since the gap can be formed by an insulating film having substantially the same width as the trench width, the element isolation region can be formed with substantially the same width as the trench width, and a configuration suitable for miniaturization is provided. Have.

【0046】また、第1の絶縁膜は熱酸化膜にて形成さ
れており、その膜質が良く、不要な界面準位を形成せず
良好な分離特性が得ることができる。さらに、トレンチ
上の絶縁膜の上面と、ゲート電極の上面とは略同一高さ
にて形成されているため、平坦化に優れた半導体装置を
形成することができる。
The first insulating film is formed of a thermal oxide film, has a good film quality, and can obtain good separation characteristics without forming unnecessary interface states. Further, since the upper surface of the insulating film over the trench and the upper surface of the gate electrode are formed at substantially the same height, a semiconductor device with excellent planarization can be formed.

【0047】尚、上記実施の形態1においては、トレン
チ3内壁に第1の絶縁膜4を形成する例を示したが、こ
れに限られることはなく、トレンチ3内壁に第1の絶縁
膜4を形成していなくとも、第2の絶縁膜5の底部が確
実にトレンチ3の上端より下部に位置すれば、トレンチ
3内には空隙50が形成されることとなり、素子分離領
域としての機能を果たすことができる。
In the first embodiment, the example in which the first insulating film 4 is formed on the inner wall of the trench 3 has been described. However, the present invention is not limited to this, and the first insulating film 4 may be formed on the inner wall of the trench 3. Even if the trench is not formed, if the bottom of the second insulating film 5 is surely located below the upper end of the trench 3, a void 50 will be formed in the trench 3, and the function as an element isolation region will be obtained. Can be fulfilled.

【0048】実施の形態2.上記実施の形態1では第2
の絶縁膜5を形成する場合、オーバーハング形状であ
り、かつ、その底部がトレンチ3の内部に入り込むよう
な成膜条件を設定する必要があった。ここでは、その底
部がトレンチ3の内部に入り込む条件を必要としない場
合について説明する。
Embodiment 2 In the first embodiment, the second
When the insulating film 5 is formed, it is necessary to set a film forming condition such that the insulating film 5 has an overhang shape and the bottom thereof enters the inside of the trench 3. Here, a case where the condition that the bottom portion enters the inside of the trench 3 is not required will be described.

【0049】まず、上記実施の形態1の半導体装置の製
造方法と同様の工程を経て図1(b)に示すようにトレ
ンチ3を形成する。次に、図6(a)に示す通り、第1
の絶縁膜12を、例えばCVD法にてシリコン酸化膜や
シリコン窒化膜を10〜50nmの厚みにて積層する。
尚、第1の絶縁膜12を形成する前に、トレンチ3の内
壁に熱酸化によりシリコン酸化膜を5〜20nmの厚み
にて形成しても良い。
First, a trench 3 is formed as shown in FIG. 1B through the same steps as in the method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment. Next, as shown in FIG.
The insulating film 12 is formed by stacking a silicon oxide film or a silicon nitride film with a thickness of 10 to 50 nm by, for example, a CVD method.
Before forming the first insulating film 12, a silicon oxide film having a thickness of 5 to 20 nm may be formed on the inner wall of the trench 3 by thermal oxidation.

【0050】次に、図6(b)に示す通り、オーバーハ
ング形状を有する第2の絶縁膜13を、例えばシリコン
酸化膜やシリコン窒化膜にて積層し、マスク膜2を覆う
ように形成し、第1の絶縁膜12および第2の絶縁膜1
3にてトレンチ3の上部を塞ぐ絶縁膜が形成される。そ
してこの際は、第2の絶縁膜13の底部はトレンチ3の
上端部より低く位置する必要はなく、マスク膜2のパタ
ーンの内部に入り込む形状にて形成されていればよい。
Next, as shown in FIG. 6B, a second insulating film 13 having an overhang shape is formed, for example, by stacking a silicon oxide film or a silicon nitride film so as to cover the mask film 2. , First insulating film 12 and second insulating film 1
At 3, an insulating film that covers the upper part of the trench 3 is formed. In this case, the bottom of the second insulating film 13 does not need to be positioned lower than the upper end of the trench 3, but may be formed in a shape that enters the pattern of the mask film 2.

【0051】これは、マスク膜2の側壁においても、ト
レンチ3の内壁から連続して第1の絶縁膜12が形成さ
れているためである。このように形成すると、トレンチ
3内には図6(b)に示すように、絶縁膜(第1の絶縁
膜14および第2の絶縁膜13)にて囲まれた空隙51
が形成される。
This is because the first insulating film 12 is formed on the side wall of the mask film 2 continuously from the inner wall of the trench 3. When formed in this manner, as shown in FIG. 6B, a gap 51 surrounded by the insulating films (the first insulating film 14 and the second insulating film 13) is formed in the trench 3.
Is formed.

【0052】次に、図7(a)に示す通り、例えば研磨
法、エッチバック法により、マスク膜2上の第1の絶縁
膜12および第2の絶縁膜13をエッチングして除去
し、マスク膜2のパターン内のみ、すなわちトレンチ3
内壁上および上部の領域のみに、第1の絶縁膜12およ
び第2の絶縁膜13を残存させる。
Next, as shown in FIG. 7A, the first insulating film 12 and the second insulating film 13 on the mask film 2 are removed by etching, for example, by a polishing method or an etch-back method. Only in the pattern of the film 2, that is, in the trench 3
The first insulating film 12 and the second insulating film 13 are left only on the upper and inner regions.

【0053】次に図7(b)に示す通り、例えば湿式ま
たはドライエッチング法によりマスク膜2を除去する。
以上の工程にて素子分離領域の形成が完成する。このよ
うに形成されたトレンチ上の絶縁膜は、トレンチのパタ
ーンマスク膜と同一のマスク膜でパターンされることと
なり、トレンチ上においてトレンチ幅を略同一幅に形成
される。以下、上記実施の形態1と同様の工程を経て、
図8に示すように、トランジスタを形成することができ
る。さらに、図示はしないものの上部配線なども上記実
施の形態1と同様の工程を経て同様に形成できることは
言うまでもない。
Next, as shown in FIG. 7B, the mask film 2 is removed by, for example, a wet or dry etching method.
Through the above steps, the formation of the element isolation region is completed. The insulating film on the trench thus formed is patterned with the same mask film as the pattern mask film of the trench, and the trench width is formed to be substantially the same on the trench. Hereinafter, through the same steps as in the first embodiment,
As shown in FIG. 8, a transistor can be formed. Further, although not shown, it goes without saying that the upper wiring and the like can be formed in the same manner through the same steps as in the first embodiment.

【0054】上記のように構成された実施の形態2の半
導体装置は、上記実施の形態1と同様の効果を奏するの
はもちろんのこと第1の絶縁膜をトレンチの内壁上およ
びマスク膜のパターン上に積層した後、第2の絶縁膜を
形成するようにしたので、第2の絶縁膜の形成条件を第
2の絶縁膜の底部がマスク膜のパターン内にあればよい
という形成条件に緩和することができ、空隙の形成が容
易に行うことができる。
The semiconductor device of the second embodiment configured as described above has the same effect as that of the first embodiment, and the first insulating film is formed on the inner wall of the trench and the pattern of the mask film. Since the second insulating film is formed after being stacked thereon, the condition for forming the second insulating film is relaxed to the condition that the bottom of the second insulating film only needs to be within the pattern of the mask film. And the formation of voids can be easily performed.

【0055】尚、上記実施の形態2においては、トレン
チ3内壁およびマスク膜2の露出部全面に第1の絶縁膜
12を形成する例を示したが、これに限られることはな
く、CVD法にて第1の絶縁膜12を形成する場合、ト
レンチ3底部などの一部に第1の絶縁膜12が形成され
ていなくとも、第2の絶縁膜13の底部からトレンチ3
の上端までの位置において第1の絶縁膜12が確実に形
成されていればよく、このように形成されれば、空隙5
1は確実に形成されることとなり、素子分離領域として
の機能を果たすことができる。
In the second embodiment, an example has been described in which the first insulating film 12 is formed on the inner wall of the trench 3 and the entire exposed portion of the mask film 2. However, the present invention is not limited to this. When the first insulating film 12 is formed by the method described above, even if the first insulating film 12 is not formed in a part such as the bottom of the trench 3, the trench 3 is formed from the bottom of the second insulating film 13.
It is sufficient that the first insulating film 12 is formed surely at a position up to the upper end of the gap 5.
1 is reliably formed, and can function as an element isolation region.

【0056】実施の形態3.上記各実施の形態ではマス
ク膜2に絶縁膜を用いる例を示したが、これに限られる
ことはなく、シリコン膜を用いても良い。以下、このシ
リコン膜を用いる場合の実施の形態3の半導体装置の製
造方法について図9ないし図11に基づいて説明する。
Embodiment 3 In each of the above embodiments, an example in which an insulating film is used as the mask film 2 has been described. However, the present invention is not limited to this, and a silicon film may be used. Hereinafter, a method of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment using the silicon film will be described with reference to FIGS.

【0057】まず、図9(a)に示す通り、半導体基板
1上に、マスク膜14を例えばポリシリコン、アモルフ
ァスシリコン膜にて成るシリコン膜を250〜400n
mの厚みにて積層する。その後、写真製版およびエッチ
ング法により所望の領域を残してマスク膜14をパター
ニングし、その後、半導体基板1にマスク膜14をマス
クとしてトレンチ3(溝の深さ、例えば200〜600
nm深さに)を形成する。
First, as shown in FIG. 9A, a mask film 14 is formed on the semiconductor substrate 1 by a silicon film made of, for example, polysilicon or an amorphous silicon film for 250 to 400 nm.
and a thickness of m. After that, the mask film 14 is patterned by photolithography and an etching method while leaving a desired region. Thereafter, the trench 3 (groove depth, for example, 200 to 600) is formed on the semiconductor substrate 1 using the mask film 14 as a mask.
to a depth of nm).

【0058】次に、図9(b)に示す通り、例えば熱酸
化法により、マスク膜14の露出面とトレンチ3の内壁
に、シリコン酸化膜にて成る第1の絶縁膜15を例えば
10〜30nmの厚さにて形成する。この際、熱酸化法
を用いるため、CVD法に比べ容易にカバレッジ良くト
レンチ3の内壁とマスク膜14の露出面に酸化膜を形成
できる。
Next, as shown in FIG. 9B, a first insulating film 15 made of a silicon oxide film is formed on the exposed surface of the mask film 14 and the inner wall of the trench 3 by, for example, a thermal oxidation method. It is formed with a thickness of 30 nm. At this time, since the thermal oxidation method is used, an oxide film can be formed on the inner wall of the trench 3 and the exposed surface of the mask film 14 easily and with good coverage as compared with the CVD method.

【0059】次に、図10(a)に示す通り、オーバー
ハング形状を有する第2の絶縁膜13、例えばシリコン
酸化膜やシリコン窒化膜にて積層し、マスク膜14を覆
うように形成し、第1の絶縁膜15および第2の絶縁膜
13にてトレンチ3の上部を塞ぐ絶縁膜が形成される。
そしてこの際は、第2の絶縁膜13の底部はトレンチ3
の上端部より低く位置する必要はなく、マスク膜14の
パターンの内部に入り込む形状にて形成されていればよ
い。
Next, as shown in FIG. 10A, a second insulating film 13 having an overhang shape, for example, a silicon oxide film or a silicon nitride film is laminated and formed so as to cover the mask film 14. The first insulating film 15 and the second insulating film 13 form an insulating film that covers an upper portion of the trench 3.
In this case, the bottom of the second insulating film 13 is
It is not necessary to be positioned lower than the upper end of the mask film 14, and it is sufficient that the mask film 14 be formed in a shape that enters the inside of the pattern.

【0060】これは、マスク膜14の側壁においても、
トレンチ3の内壁から連続して第1の絶縁膜15が形成
されているためである。このように形成すると、トレン
チ3内には図10(a)に示すように、絶縁膜(第1の
絶縁膜15および第2の絶縁膜13)にて囲まれた空隙
52が形成される。
This is because even the side wall of the mask film 14
This is because the first insulating film 15 is formed continuously from the inner wall of the trench 3. When formed in this way, as shown in FIG. 10A, a void 52 surrounded by the insulating films (the first insulating film 15 and the second insulating film 13) is formed in the trench 3.

【0061】次に、図10(b)に示す通り、例えば研
磨法、エッチバック法により、マスク膜14上の第1の
絶縁膜15および第2の絶縁膜13をエッチングして除
去し、マスク膜2のパターン内のみ、すなわちトレンチ
3内壁上および上部の領域のみに、第1の絶縁膜15お
よび第2の絶縁膜13を残存させる。
Next, as shown in FIG. 10B, the first insulating film 15 and the second insulating film 13 on the mask film 14 are removed by etching, for example, by a polishing method or an etch-back method. The first insulating film 15 and the second insulating film 13 are left only in the pattern of the film 2, that is, only in the region on and above the inner wall of the trench 3.

【0062】次に図10(c)に示す通り、例えば湿式
またはドライエッチング法によりマスク膜14を除去す
る。以上の工程にて素子分離領域の形成が完成する。こ
のように形成されたトレンチ上の絶縁膜は、トレンチの
パターンマスク膜と同一のマスク膜でパターニングされ
ることとなり、トレンチ上においてトレンチ幅を略同一
幅に形成される。以下、上記各実施の形態と同様の工程
を経て、図11に示すように、トランジスタを形成する
ことができる。さらに、図示はしないものの上部配線な
ども上記各実施の形態と同様の工程を経て同様に形成で
きることは言うまでもない。
Next, as shown in FIG. 10C, the mask film 14 is removed by, for example, a wet or dry etching method. Through the above steps, the formation of the element isolation region is completed. The insulating film on the trench thus formed is patterned with the same mask film as the pattern mask film of the trench, and the trench width is formed to be substantially the same on the trench. Hereinafter, a transistor can be formed as shown in FIG. 11 through steps similar to those of the above embodiments. Further, although not shown, it is needless to say that the upper wiring and the like can be formed in the same manner through the same steps as in the above embodiments.

【0063】上記のように構成された実施の形態3の半
導体装置は、上記各実施の形態と同様の効果を奏するの
はもちろんのこと、マスク膜をシリコン膜にて形成し、
第1の絶縁膜をトレンチの内壁、マスク膜の露出面に熱
酸化膜にて形成することができるため、CVD法にて形
成する場合に比較して確実にマスク膜のパターン内に形
成することができ、トレンチ内において確実に空隙を形
成することができる。
The semiconductor device according to the third embodiment configured as described above has the same effects as those of the above-described embodiments, and the mask film is formed of a silicon film.
Since the first insulating film can be formed of a thermal oxide film on the inner wall of the trench and on the exposed surface of the mask film, the first insulating film can be surely formed in the pattern of the mask film as compared with the case where it is formed by the CVD method. Thus, a void can be reliably formed in the trench.

【0064】実施の形態4.上記実施の形態3のように
マスク膜としてシリコン膜を用いる場合、このマスク膜
の除去の際に単結晶のシリコンにて成る半導体基板の上
面を荒らされる可能性がある。このことを解決する実施
の形態4を図12ないし図14に基づいて説明する。
Embodiment 4 When a silicon film is used as a mask film as in the third embodiment, the upper surface of a semiconductor substrate made of single crystal silicon may be roughened when the mask film is removed. A fourth embodiment for solving this will be described with reference to FIGS.

【0065】まず、図12(a)に示す通り、半導体基
板1上に、マスク膜14と半導体基板1との間に、例え
ばシリコン酸化膜にて成る保護絶縁膜140を10nm
の厚みにて積層し、その上面に例えばポリシリコン、ア
モルファスシリコン膜にて成るマスク膜14を250〜
400nmの厚みにて積層して形成する。その後、写真
製版およびエッチング法により所望の領域を残してマス
ク膜14および保護絶縁膜140をパターニングする。
次に、図12(b)に示す通り、マスク膜14をマスク
として半導体基板1をエッチングしてトレンチ3(溝の
深さ、例えば200〜600nm深さに)を形成する。
First, as shown in FIG. 12A, a protective insulating film 140 made of, for example, a silicon oxide film is formed on the semiconductor substrate 1 between the mask film 14 and the semiconductor substrate 1 by 10 nm.
And a mask film 14 made of, for example, polysilicon or an amorphous silicon film is
It is formed by laminating with a thickness of 400 nm. After that, the mask film 14 and the protective insulating film 140 are patterned by photolithography and an etching method while leaving a desired region.
Next, as shown in FIG. 12B, the semiconductor substrate 1 is etched using the mask film 14 as a mask to form a trench 3 (groove depth, for example, 200 to 600 nm depth).

【0066】次に、図12(c)に示す通り、例えば熱
酸化法により、マスク膜14の露出面とトレンチ3の内
壁とに、第1の絶縁膜15を例えば10〜30nmの厚
さにて形成する。この際、熱酸化法を用いるため、CV
D法に比べ容易にカバレッジ良くトレンチ3の内壁とマ
スク膜14が露出している露出面に酸化膜を形成でき
る。
Next, as shown in FIG. 12C, the first insulating film 15 is formed to a thickness of, for example, 10 to 30 nm on the exposed surface of the mask film 14 and the inner wall of the trench 3 by, for example, a thermal oxidation method. Formed. At this time, since the thermal oxidation method is used, CV
An oxide film can be formed on the inner wall of the trench 3 and on the exposed surface where the mask film 14 is exposed, with better coverage than in the method D.

【0067】次に、図13(a)に示す通り、オーバー
ハング形状を有する第2の絶縁膜13、例えばシリコン
酸化膜やシリコン窒化膜にて積層し、マスク膜14を覆
うように形成し、第1の絶縁膜15、保護絶縁膜14
0、および第2の絶縁膜13にてトレンチ3の上部を塞
ぐ絶縁膜が形成される。そしてこの際、第2の絶縁膜1
3の底部はトレンチ3の上端部より低く位置する必要は
なく、マスク膜14のパターンの内部に入り込む形状に
て形成されていればよい。
Next, as shown in FIG. 13A, a second insulating film 13 having an overhanging shape, for example, a silicon oxide film or a silicon nitride film is laminated and formed so as to cover the mask film 14. First insulating film 15, protective insulating film 14
An insulating film that covers the upper part of the trench 3 is formed by the 0 and the second insulating film 13. At this time, the second insulating film 1
The bottom of the trench 3 does not need to be positioned lower than the top of the trench 3, but may be formed in such a shape as to enter into the pattern of the mask film 14.

【0068】これは、マスク膜14の側壁においても、
トレンチ3の内壁から連続して第1の絶縁膜15および
保護絶縁膜140が形成されているためである。このよ
うに形成すると、トレンチ3内には図13(a)に示す
ように、絶縁膜(第1の絶縁膜15、保護絶縁膜140
および第2の絶縁膜13)にて囲まれた空隙53が形成
される。
This is because even the side wall of the mask film 14
This is because the first insulating film 15 and the protective insulating film 140 are formed continuously from the inner wall of the trench 3. When formed in this manner, as shown in FIG. 13A, an insulating film (the first insulating film 15, the protective insulating film 140) is formed in the trench 3.
And a void 53 surrounded by the second insulating film 13).

【0069】次に、図13(b)に示す通り、例えば研
磨法、エッチバック法により、マスク膜14上の第1の
絶縁膜15および第2の絶縁膜13をエッチングして除
去し、マスク膜2のパターン内のみ、すなわちトレンチ
3内壁上および上部の領域のみに、第1の絶縁膜15お
よび第2の絶縁膜13を残存させる。
Next, as shown in FIG. 13B, the first insulating film 15 and the second insulating film 13 on the mask film 14 are removed by etching, for example, by a polishing method or an etch-back method. The first insulating film 15 and the second insulating film 13 are left only in the pattern of the film 2, that is, only in the region on and above the inner wall of the trench 3.

【0070】次に図13(c)に示す通り、例えば湿式
またはドライエッチング法によりマスク膜14を除去
し、保護絶縁膜140が残存する。以上の工程にて素子
分離領域の形成が完成する。このように形成されたトレ
ンチ上の絶縁膜は、トレンチのパターンマスク膜と同一
のマスク膜でパターニングされることとなり、トレンチ
上においてトレンチ幅を略同一幅に形成される。以下、
この残存させた保護絶縁膜140をゲート絶縁膜6とし
て利用し、他の工程を上記各実施の形態と同様の工程を
経て、図14に示すように、トランジスタを形成するこ
とができる。さらに、図示はしないものの上部配線など
も上記各実施の形態と同様の工程を経て同様に形成でき
ることは言うまでもない。
Next, as shown in FIG. 13C, the mask film 14 is removed by, for example, a wet or dry etching method, and the protective insulating film 140 remains. Through the above steps, the formation of the element isolation region is completed. The insulating film on the trench thus formed is patterned with the same mask film as the pattern mask film of the trench, and the trench width is formed to be substantially the same on the trench. Less than,
By using the remaining protective insulating film 140 as the gate insulating film 6 and performing the other steps in the same manner as in the above embodiments, a transistor can be formed as shown in FIG. Further, although not shown, it is needless to say that the upper wiring and the like can be formed in the same manner through the same steps as in the above embodiments.

【0071】上記のように構成された実施の形態4の半
導体装置によれば、上記各実施の形態と同様の効果を奏
するのはもちろんのことマスク膜14と半導体基板1と
の間に保護絶縁膜140を形成したので、マスク膜14
の除去の際、半導体基板1は保護絶縁膜140にて覆わ
れているため、エッチング選択比低下による単結晶シリ
コンである半導体基板1のエッチングを防止できる。ま
た、この残存した保護絶縁膜140をゲート絶縁膜6と
して利用することができる。
According to the semiconductor device of the fourth embodiment configured as described above, the same effects as those of the above-described embodiments can be obtained, and the protective insulation between the mask film 14 and the semiconductor substrate 1 can be obtained. Since the film 140 has been formed, the mask film 14
During the removal, the semiconductor substrate 1 is covered with the protective insulating film 140, so that the etching of the semiconductor substrate 1 made of single crystal silicon due to a decrease in the etching selectivity can be prevented. Further, the remaining protective insulating film 140 can be used as the gate insulating film 6.

【0072】尚、上記実施の形態4においては保護絶縁
膜140をシリコン酸化膜にて形成する例を示したがこ
れに限られることはなく、後工程において、ゲート絶縁
膜として利用することができる膜ならばよく、例えば、
シリコン窒化膜、シリコン窒化酸化膜などを単層膜また
はこれらの多層膜にて形成すれば、上記実施の形態4と
同様に形成することができ、同様の効果を奏することは
いうまでもない。
In the fourth embodiment, an example in which the protective insulating film 140 is formed of a silicon oxide film has been described. However, the present invention is not limited to this and can be used as a gate insulating film in a later step. If it is a membrane, for example,
If a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, or the like is formed of a single-layer film or a multilayer film thereof, it can be formed in the same manner as in the fourth embodiment, and it goes without saying that the same effect is obtained.

【0073】実施の形態5.上記各実施の形態において
は、絶縁膜の上面の平坦化を行う場合、研磨法またはエ
ッチバック法を用いている。このうち、研磨にて行う場
合、素子分離領域となるトレンチ3の幅が大きいと、ト
レンチ3の中央部が凹むというディッシングが発生す
る。また、エッチバックの場合、素子分離領域となるト
レンチ3の幅が大きいと、絶縁膜の上面がトレンチ3の
形状を反映して形成されてしまい、エッチバックにおい
てはその形状を反映したままエッチングされるため、ト
レンチ3上の上面を平坦性よく塞ぐことが困難になる。
Embodiment 5 In each of the above embodiments, when the upper surface of the insulating film is planarized, a polishing method or an etch-back method is used. Of these, when polishing is performed, if the width of the trench 3 serving as an element isolation region is large, dishing occurs in which the central portion of the trench 3 is dented. In the case of etch back, if the width of the trench 3 serving as an element isolation region is large, the upper surface of the insulating film is formed to reflect the shape of the trench 3, and in the etch back, etching is performed while reflecting the shape. Therefore, it is difficult to cover the upper surface of the trench 3 with good flatness.

【0074】何れの方法においても、トレンチ3の幅が
大きいと、絶縁膜の上面における平坦性を確保すること
が困難になる。以下、このことを解消する実施の形態5
の半導体装置の製造方法について図15ないし図17に
基づいて説明する。
In any method, if the width of the trench 3 is large, it becomes difficult to secure the flatness on the upper surface of the insulating film. Hereinafter, a fifth embodiment for solving this will be described.
The method of manufacturing the semiconductor device will be described with reference to FIGS.

【0075】まず、図15(a)に示すとおり、半導体
基板1上のマスク膜20として、例えばシリコン窒化膜
を積層する。次に、マスク膜20をリソグラフィーおよ
びエッチング法により所望の領域のパターンを残してパ
ターニングする。図において、Aは素子分離領域、Bは
トランジスタ(素子)形成領域で、トランジスタ形成領
域Bは素子分離領域Aにて挟まれて存在する。
First, as shown in FIG. 15A, for example, a silicon nitride film is laminated as a mask film 20 on the semiconductor substrate 1. Next, the mask film 20 is patterned by lithography and etching while leaving a pattern in a desired region. In the figure, A is an element isolation region, B is a transistor (element) formation region, and the transistor formation region B is interposed between the element isolation regions A.

【0076】そしてここでは素子分離領域Aの幅が広い
場合(例えば数μm以上)を想定しており、素子分離領
域Aであってトランジスタ形成領域Bの近傍位置の両側
に、所定の量の幅、例えば幅20〜100nm以下の幅
のトレンチパターンをそれぞれ形成する。そして、この
トレンチのパターンは近傍部分のみ形成しておけば素子
分離領域としての機能は十分に果たすことができるもの
である。ただし、必要ならば他の、境界部分以外の箇所
にも同様に形成することができることは言うまでもな
い。
Here, it is assumed that the width of the element isolation region A is large (for example, several μm or more), and a predetermined amount of width is provided on both sides of the element isolation region A and in the vicinity of the transistor formation region B. For example, a trench pattern having a width of 20 to 100 nm or less is formed. If the trench pattern is formed only in the vicinity, the function as the element isolation region can be sufficiently achieved. However, needless to say, it can be similarly formed at other places other than the boundary part.

【0077】この実施の形態5においては、素子形成領
域の近傍部分に、上記各実施の形態と同様の構成を有す
る素子分離領域のトレンチおよびトレンチ上の構成を適
宜適用することにより対応するものである。この実施の
形態5においては、上記実施の形態1を適用した場合に
ついて説明するが、他の実施の形態においても同様に適
用できることは言うまでもない。
In the fifth embodiment, a trench in an element isolation region having the same structure as that of each of the above embodiments and a structure on the trench are appropriately applied to a portion near the element formation region. is there. In the fifth embodiment, a case will be described in which the first embodiment is applied. However, it is needless to say that the same can be applied to other embodiments.

【0078】次に、図15(b)に示す通り、マスク膜
20をマスクとして半導体基板1にトレンチ18を形成
する。次に、図15(c)に示す通り、熱酸化法により
シリコン酸化膜にて成る第1の絶縁膜4を、例えば5〜
10nmの厚さにてトレンチ18の内壁に形成する。次
に、例えばCVD法により第2の絶縁膜19として例え
ばシリコン酸化膜をマスク膜20を覆いかつトレンチ1
8の上部を塞ぐように積層する。
Next, as shown in FIG. 15B, a trench 18 is formed in the semiconductor substrate 1 using the mask film 20 as a mask. Next, as shown in FIG. 15C, the first insulating film 4 made of a silicon oxide film by thermal oxidation
It is formed on the inner wall of the trench 18 with a thickness of 10 nm. Next, the mask film 20 is covered with, for example, a silicon oxide film as the second insulating film 19 by the CVD method and the trench 1 is formed.
8 so as to cover the upper part.

【0079】この時の第2の絶縁膜19の形成方法は、
その底部がオーバーハング形状となる条件にて行う。そ
の方法としては例えば、CVD反応が高温となる程、表
面反応律速から拡散律速へと移行し、この拡散律速条件
においてはオーバーハング形状になることを利用して形
成する。また、高温とする変わりに、プラズマCVD法
にて形成しても同様に形成することが可能である。
At this time, the method of forming the second insulating film 19 is as follows.
This is performed under the condition that the bottom has an overhang shape. As the method, for example, as the temperature of the CVD reaction becomes higher, the transition from the surface reaction rate-limiting to the diffusion rate-limiting is performed. In addition, instead of using a high temperature, it can be formed in the same manner by forming by a plasma CVD method.

【0080】さらに、第2の絶縁膜19の底面は半導体
基板1の表面より低く(トレンチ18内部側)位置する
よう形成する。これにより、トレンチ18側壁に形成さ
れた第1の絶縁膜4と第2の絶縁膜19とで絶縁膜が形
成され、この絶縁膜は連続して形成されることとなる。
このように形成すると、トレンチ18内には図12
(c)に示すように、絶縁膜(第1の絶縁膜4および第
2の絶縁膜19)にて囲まれた空隙54が形成される。
Further, the bottom surface of the second insulating film 19 is formed to be lower than the surface of the semiconductor substrate 1 (inside the trench 18). Thus, an insulating film is formed by the first insulating film 4 and the second insulating film 19 formed on the side walls of the trench 18, and the insulating film is formed continuously.
When formed in this manner, the trench 18 has the structure shown in FIG.
As shown in (c), a void 54 surrounded by the insulating films (the first insulating film 4 and the second insulating film 19) is formed.

【0081】次に、例えば研磨法またはエッチバック法
により、マスク膜20上部の第2の絶縁膜19を除去す
る。次に、図16(a)に示す通り、リソグラフィー法
により、素子分離領域A上にレジスト膜21を形成す
る。次に、図16(b)に示す通り、レジスト膜21を
マスクとして第2の絶縁膜19およびマスク膜20をエ
ッチングし、素子分離領域上のみに第2の絶縁膜19お
よびマスク膜20aを残存させる。この際、第2の絶縁
膜19にて挟まれた素子分離領域Aの半導体基板1上の
残存するマスク膜20を保護膜20aとする。この保護
膜20aは、第2の絶縁膜19にて挟まれた素子分離領
域A上を塞ぎ、後工程に形成する、導電膜などの素子分
離領域への進入を防止するものである。
Next, the second insulating film 19 on the mask film 20 is removed by, for example, a polishing method or an etch-back method. Next, as shown in FIG. 16A, a resist film 21 is formed on the element isolation region A by lithography. Next, as shown in FIG. 16B, the second insulating film 19 and the mask film 20 are etched using the resist film 21 as a mask, and the second insulating film 19 and the mask film 20a are left only on the element isolation region. Let it. At this time, the mask film 20 remaining on the semiconductor substrate 1 in the element isolation region A sandwiched between the second insulating films 19 is used as a protective film 20a. The protective film 20a covers the element isolation region A interposed between the second insulating films 19 and prevents entry into an element isolation region such as a conductive film formed in a later step.

【0082】以下、上記各実施の形態と同様の工程を経
て、図17に示すように、トランジスタを形成すること
ができる。さらに、図示はしないものの上部配線なども
上記各実施の形態と同様の工程を経て同様に形成できる
ことは言うまでもない。
Thereafter, a transistor can be formed as shown in FIG. 17 through the same steps as in the above embodiments. Further, although not shown, it is needless to say that the upper wiring and the like can be formed in the same manner through the same steps as in the above embodiments.

【0083】上記実施の形態5の半導体装置は以上のよ
うに構成され、素子分離領域が広い場合、トランジスタ
形成領域の近傍の素子分離領域に所望の幅のトレンチを
設け対応しているため、平坦性よく素子分離領域を形成
することができる。また、保護膜を形成しているため、
その後の配線工程における形成が容易になる。
The semiconductor device according to the fifth embodiment is configured as described above. When the element isolation region is wide, a trench having a desired width is provided in the element isolation region near the transistor forming region, so that the semiconductor device is flat. An element isolation region can be formed efficiently. Also, since a protective film is formed,
The formation in the subsequent wiring process becomes easy.

【0084】尚、上記実施の形態5においては、トレン
チを素子分離領域の素子形成領域の近傍の両側に備える
例を示したが、これに限られることはなく、いずれか一
方の近傍のみにトレンチを形成しても、所望の幅のトレ
ンチが形成されていれば、素子分離領域としての機能を
果たすことができる。
In the fifth embodiment, an example is shown in which trenches are provided on both sides of the element isolation region in the vicinity of the element formation region. However, the present invention is not limited to this, and the trench is provided only in one of the vicinity. Even if is formed, if a trench having a desired width is formed, it can function as an element isolation region.

【0085】[0085]

【発明の効果】以上のように、この発明の請求項1によ
れば、半導体基板上の素子形成領域を囲むように形成さ
れる素子分離領域に形成されたトレンチと、トレンチ上
にトレンチ幅と略同一幅にて形成され、トレンチ内に空
隙を形成する絶縁膜とを備えたので、トレンチに形成さ
れる空隙を、素子分離領域のマージンを最小限にできる
ため、微細化に優れた半導体装置を提供することが可能
となる。
As described above, according to the first aspect of the present invention, a trench formed in an element isolation region formed so as to surround an element formation region on a semiconductor substrate, and a trench width is formed on the trench. Since the semiconductor device is formed with substantially the same width and has an insulating film that forms a gap in the trench, the gap formed in the trench can be minimized in the margin of the element isolation region. Can be provided.

【0086】また、この発明の請求項2によれば、請求
項1において、素子分離領域であって素子形成領域の近
傍の少なくとも一方側に所望の幅にて形成されたトレン
チを備えたので、素子分離領域が所望幅以上に存在して
も所望の絶縁膜を得ることができる半導体装置を提供す
ることが可能となる。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, a trench having a desired width is provided on at least one side of the element isolation region near the element formation region. It is possible to provide a semiconductor device in which a desired insulating film can be obtained even when the element isolation region is more than a desired width.

【0087】また、この発明の請求項3によれば、請求
項2に記載の半導体装置において、素子分離領域であっ
て素子形成領域の近傍の両側にトレンチを形成する場
合、各トレンチ上に形成された各絶縁膜にて挟まれた素
子分離領域の半導体基板上に保護膜を備えたので、その
後の配線を容易に形成することができる半導体装置を提
供することが可能となる。
According to a third aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the second aspect, when trenches are formed on both sides near the element formation region in the element isolation region, the trench is formed on each trench. Since the protective film is provided on the semiconductor substrate in the element isolation region sandwiched between the formed insulating films, it is possible to provide a semiconductor device in which subsequent wiring can be easily formed.

【0088】また、この発明の請求項4によれば、請求
項1ないし請求項3のいずれかにおいて、素子形成領域
上に形成されたゲート電極の上面と、絶縁膜の上面とが
略同一の高さにて形成されているので、平坦性に優れた
半導体装置を提供することが可能となる。
According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the upper surface of the gate electrode formed on the element formation region is substantially the same as the upper surface of the insulating film. Since the semiconductor device is formed at the height, a semiconductor device with excellent flatness can be provided.

【0089】また、この発明の請求項5によれば、請求
項1ないし請求項4のいずれかにおいて、絶縁膜の底部
が、オーバーハング形状にて形成されているので、絶縁
膜にて確実にトレンチ上部を覆うことができる半導体装
置を提供することが可能となる。
According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, since the bottom of the insulating film is formed in an overhanging shape, the insulating film can be reliably formed by the insulating film. It is possible to provide a semiconductor device capable of covering the upper part of the trench.

【0090】また、この発明の請求項6によれば、請求
項1ないし請求項4のいずれかにおいて、絶縁膜は、ト
レンチの内壁に延在して形成されているので、絶縁膜に
てより一層確実にトレンチ上部を覆うことができる半導
体装置を提供することが可能となる。
According to a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, the insulating film is formed to extend on the inner wall of the trench, so that the insulating film is formed by the insulating film. It is possible to provide a semiconductor device that can more reliably cover the upper portion of the trench.

【0091】また、この発明の請求項7によれば、請求
項6において、絶縁膜は、トレンチの内壁全てに延在し
て形成されているので、素子分離領域の絶縁性能が確実
となる半導体装置を提供することが可能となる。
According to a seventh aspect of the present invention, in the sixth aspect, the insulating film is formed to extend over the entire inner wall of the trench, so that the insulating performance of the element isolation region is ensured. A device can be provided.

【0092】また、この発明の請求項8によれば、半導
体基板上に所望のパターンにてパターニングされたマス
ク膜を形成し、マスク膜をマスクとして半導体基板を所
定の深さエッチングしてトレンチを形成し、マスク膜を
覆いかつトレンチの上部を塞ぎトレンチ内に空隙を形成
する絶縁膜を積層し、マスク膜上に積層された絶縁膜を
除去し、マスク膜のパターン内のみに絶縁膜を残存させ
るので、トレンチ内に形成される空隙を、素子分離領域
のマージンを最小限にできるため、微細化に優れた半導
体装置の製造方法を提供することが可能となる。
According to the eighth aspect of the present invention, a mask film patterned in a desired pattern is formed on a semiconductor substrate, and the semiconductor substrate is etched to a predetermined depth using the mask film as a mask to form a trench. An insulating film that covers the mask film and covers the top of the trench to form an air gap in the trench is stacked, the insulating film stacked on the mask film is removed, and the insulating film remains only in the mask film pattern. Accordingly, the gap formed in the trench can be minimized in the margin of the element isolation region, so that a method for manufacturing a semiconductor device excellent in miniaturization can be provided.

【0093】また、この発明の請求項9によれば、請求
項8において、マスク膜を除去し、半導体基板上にゲー
ト絶縁膜を形成し、絶縁膜を覆うように導電膜を積層
し、絶縁膜上に積層された導電膜を除去し、絶縁膜に挟
まれた領域のみに導電膜を残存させ、導電膜をパターニ
ングしてゲート電極として形成するので、平坦性に優れ
た半導体装置の製造方法を提供することが可能となる。
According to a ninth aspect of the present invention, in the eighth aspect, the mask film is removed, a gate insulating film is formed on the semiconductor substrate, and a conductive film is laminated so as to cover the insulating film. Since the conductive film stacked on the film is removed, the conductive film is left only in a region sandwiched between the insulating films, and the conductive film is patterned and formed as a gate electrode. Can be provided.

【0094】また、この発明の請求項10によれば、ト
レンチが半導体基板上の素子形成領域を囲むように形成
される素子分離領域に形成され、かつ、素子分離領域の
素子形成領域の近傍の両側に所望の幅にて形成される場
合、請求項9に記載のマスク膜の除去の工程を、素子形
成領域上の上記マスク膜のみ除去し、素子分離領域上の
マスク膜を残存させ絶縁膜にて挟まれた保護膜を形成す
るので、その後の配線を容易に形成できる半導体装置の
製造方法を提供することが可能となる。
According to the tenth aspect of the present invention, the trench is formed in the element isolation region formed to surround the element formation region on the semiconductor substrate, and the trench is formed near the element formation region of the element isolation region. When the mask film is formed on both sides with a desired width, the step of removing the mask film according to claim 9 is performed by removing only the mask film on the element formation region and leaving the mask film on the element isolation region. Since the protective film sandwiched between the semiconductor devices is formed, it is possible to provide a method for manufacturing a semiconductor device in which subsequent wiring can be easily formed.

【0095】また、この発明の請求項11によれば、請
求項8ないし請求項10において、絶縁膜の形成工程
を、熱酸化法によりトレンチの内壁上に第1の絶縁膜を
形成し、次に、マスク膜を覆いかつトレンチの上端内部
にてトレンチを塞ぐように第2の絶縁膜を積層して、第
1および第2の絶縁膜により絶縁膜を形成するので、絶
縁膜にて確実にトレンチ上部を塞ぐことができる半導体
装置の製造方法を提供することが可能となる。
According to the eleventh aspect of the present invention, in any one of the eighth to tenth aspects, the step of forming the insulating film is performed by forming a first insulating film on the inner wall of the trench by a thermal oxidation method. Then, a second insulating film is laminated so as to cover the mask film and close the trench inside the upper end of the trench, and the insulating film is formed by the first and second insulating films. It is possible to provide a method for manufacturing a semiconductor device capable of closing an upper portion of a trench.

【0096】また、この発明の請求項12によれば、請
求項8ないし請求項10において、絶縁膜の形成工程
を、マスク膜上にCVD法によりトレンチの内壁および
マスク膜の露出面上に薄い第1の絶縁膜を積層し、次
に、マスク膜を覆いかつトレンチの上部のマスク膜のパ
ターン内にてトレンチを塞ぐように第2の絶縁膜を積層
して、第1および第2の絶縁膜により絶縁膜を形成する
ので、絶縁膜を容易に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が可能となる。
According to a twelfth aspect of the present invention, in any of the eighth to tenth aspects, the step of forming the insulating film is performed by forming a thin film on the inner wall of the trench and the exposed surface of the mask film by the CVD method on the mask film. Stacking a first insulating film, and then stacking a second insulating film so as to cover the mask film and close the trench in the pattern of the mask film above the trench; Since an insulating film is formed using a film, a method for manufacturing a semiconductor device in which an insulating film can be easily formed can be provided.

【0097】また、この発明の請求項13によれば、請
求項8ないし請求項10において、マスク膜をシリコン
膜にて形成する場合、絶縁膜の形成工程を、熱酸化法に
よりトレンチの内壁およびマスク膜の露出面上に第1の
絶縁膜を形成し、次に、マスク膜を覆いかつトレンチの
上部のマスク膜のパターン内にてトレンチを塞ぐように
第2の絶縁膜を積層して、第1および第2の絶縁膜によ
り絶縁膜を形成するので、絶縁膜を確実に形成すること
ができる半導体装置の製造方法を提供することが可能と
なる。
According to a thirteenth aspect of the present invention, when the mask film is formed of a silicon film in any one of the eighth to tenth aspects, the step of forming the insulating film includes the steps of: Forming a first insulating film on the exposed surface of the mask film, and then laminating a second insulating film so as to cover the mask film and close the trench in the pattern of the mask film above the trench, Since the insulating film is formed using the first and second insulating films, a method for manufacturing a semiconductor device in which the insulating film can be formed reliably can be provided.

【0098】また、この発明の請求項14によれば、請
求項13において、マスク膜と半導体基板との間に保護
絶縁膜を形成し、保護絶縁膜に対しマスク膜と同様のパ
ターニングを行い、マスク膜を除去した後の残存する保
護絶縁膜をゲート絶縁膜として利用するので、素子分離
領域の性能を低下させることなく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が可能となる。
According to a fourteenth aspect of the present invention, in the thirteenth aspect, a protective insulating film is formed between the mask film and the semiconductor substrate, and the protective insulating film is patterned in the same manner as the mask film. Since the remaining protective insulating film after removing the mask film is used as a gate insulating film, it is possible to provide a method for manufacturing a semiconductor device which can be formed without deteriorating the performance of an element isolation region.

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

【図1】 この発明の実施の形態1による半導体装置の
製造方法を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention;

【図2】 この発明の実施の形態1による半導体装置の
製造方法を示す断面図である。
FIG. 2 is a sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;

【図3】 この発明の実施の形態1による半導体装置の
製造方法を示す断面図である。
FIG. 3 is a sectional view illustrating the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

【図4】 この発明の実施の形態1による半導体装置の
製造方法を示す断面図である。
FIG. 4 is a sectional view illustrating the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;

【図5】 この発明の実施の形態1による半導体装置の
製造方法を示す断面図である。
FIG. 5 is a sectional view illustrating the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;

【図6】 この発明の実施の形態2による半導体装置の
製造方法を示す断面図である。
FIG. 6 is a sectional view illustrating the method of manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention;

【図7】 この発明の実施の形態2による半導体装置の
製造方法を示す断面図である。
FIG. 7 is a sectional view illustrating the method of manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.

【図8】 この発明の実施の形態2による半導体装置の
構成を示す断面図である。
FIG. 8 is a sectional view showing a configuration of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention;

【図9】 この発明の実施の形態3による半導体装置の
製造方法を示す断面図である。
FIG. 9 is a sectional view illustrating the method of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention;

【図10】 この発明の実施の形態3による半導体装置
の製造方法を示す断面図である。
FIG. 10 is a sectional view illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention;

【図11】 この発明の実施の形態3による半導体装置
の構成を示す断面図である。
FIG. 11 is a sectional view showing a configuration of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention;

【図12】 この発明の実施の形態4による半導体装置
の製造方法を示す断面図である。
FIG. 12 is a sectional view illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図13】 この発明の実施の形態4による半導体装置
の製造方法を示す断面図である。
FIG. 13 is a sectional view illustrating the method of manufacturing the semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention.

【図14】 この発明の実施の形態4による半導体装置
の構成を示す断面図である。
FIG. 14 is a sectional view showing a configuration of a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図15】 この発明の実施の形態5による半導体装置
の製造方法を示す断面図である。
FIG. 15 is a sectional view illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図16】 この発明の実施の形態5による半導体装置
の製造方法を示す断面図である。
FIG. 16 is a sectional view illustrating the method of manufacturing the semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention.

【図17】 この発明の実施の形態5による半導体装置
の構成を示す断面図である。
FIG. 17 is a sectional view showing a configuration of a semiconductor device according to a fifth embodiment of the present invention;

【図18】 従来の半導体装置の製造方法を示す断面図
である。
FIG. 18 is a cross-sectional view showing a conventional method for manufacturing a semiconductor device.

【図19】 従来の半導体装置の製造方法を示す断面図
である。
FIG. 19 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a conventional semiconductor device.

【図20】 他の従来の半導体装置の製造方法を示す断
面図である。
FIG. 20 is a cross-sectional view illustrating another conventional method for manufacturing a semiconductor device.

【図21】 他の従来の半導体装置の構成を示す断面図
である。
FIG. 21 is a cross-sectional view showing a configuration of another conventional semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板、2,14,20 マスク膜、3,18
トレンチ、4,12,15 第1の絶縁膜、5,1
3,19 第2の絶縁膜、6 ゲート絶縁膜、7 導電
膜、8 ゲート電極、12 第2の絶縁膜、20a 保
護膜、50,51,52,53 空隙、140 保護絶
縁膜、A 素子分離領域、B トランジスタ形成領域。
1 semiconductor substrate, 2, 14, 20 mask film, 3, 18
Trench, 4, 12, 15 First insulating film, 5, 1
3, 19 second insulating film, 6 gate insulating film, 7 conductive film, 8 gate electrode, 12 second insulating film, 20a protective film, 50, 51, 52, 53 void, 140 protective insulating film, A element isolation Region, B Transistor formation region.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F032 AA16 AA35 AA54 AC02 BA01 BB01 CA05 CA07 CA17 DA02 DA04 DA23 DA24 DA25 DA30 DA33 DA43 DA53 DA74 DA78 5F040 DA00 DA15 DC01 EC04 EC07 ED03 ED04 EF02 EJ03 EK05 FA05 FA07 FB03 FC21 FC28 5F058 BD01 BD03 BF02  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page F term (reference) 5F032 AA16 AA35 AA54 AC02 BA01 BB01 CA05 CA07 CA17 DA02 DA04 DA23 DA24 DA25 DA30 DA33 DA43 DA53 DA74 DA78 5F040 DA00 DA15 DC01 EC04 EC07 ED03 ED04 EF02 EJ03 EK05 FA05 FA07 FB03 FC21 BD01 BD03 BF02

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上の素子形成領域を囲むよう
に形成される素子分離領域に形成されたトレンチと、上
記トレンチ上に上記トレンチ幅と略同一幅にて形成さ
れ、上記トレンチ内に空隙を形成する絶縁膜とを備えた
ことを特徴とする半導体装置。
1. A trench formed in an element isolation region formed to surround an element formation region on a semiconductor substrate; and a trench formed on the trench with substantially the same width as the trench width, and a void in the trench. A semiconductor device comprising: an insulating film that forms
【請求項2】 素子分離領域であって素子形成領域の近
傍の少なくとも一方側に所望の幅にて形成されたトレン
チを備えたことを特徴とする請求項1に記載の半導体装
置。
2. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a trench formed to have a desired width on at least one side near the element forming region, which is an element isolation region.
【請求項3】 請求項2に記載の半導体装置において、
素子分離領域であって素子形成領域の近傍の両側にトレ
ンチを形成する場合、上記各トレンチ上に形成された各
絶縁膜にて挟まれた上記素子分離領域の半導体基板上に
保護膜を備えたことを特徴とする半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 2, wherein
In the case where trenches are formed on both sides in the vicinity of the element formation region in the element isolation region, a protective film is provided on the semiconductor substrate in the element isolation region sandwiched between the insulating films formed on the trenches. A semiconductor device characterized by the above-mentioned.
【請求項4】 素子形成領域上に形成されたゲート電極
の上面と、絶縁膜の上面とが略同一の高さにて形成され
ていることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいず
れかに記載の半導体装置。
4. The device according to claim 1, wherein an upper surface of the gate electrode formed on the element formation region and an upper surface of the insulating film are formed at substantially the same height. 13. A semiconductor device according to claim 1.
【請求項5】 絶縁膜の底部が、オーバーハング形状に
て形成されていることを特徴とする請求項1ないし請求
項4のいずれかに記載の半導体装置。
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the bottom of the insulating film is formed in an overhang shape.
【請求項6】 絶縁膜は、トレンチの内壁に延在して形
成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項5
のいずれかに記載の半導体装置。
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein the insulating film is formed to extend on an inner wall of the trench.
The semiconductor device according to any one of the above.
【請求項7】 絶縁膜は、トレンチの内壁全てに延在し
て形成されていることを特徴とする請求項6に記載の半
導体装置。
7. The semiconductor device according to claim 6, wherein the insulating film is formed to extend over the entire inner wall of the trench.
【請求項8】 半導体基板上に所望のパターンにてパタ
ーニングされたマスク膜を形成する工程と、上記マスク
膜をマスクとして半導体基板を所定の深さエッチングし
てトレンチを形成する工程と、上記マスク膜を覆いかつ
上記トレンチの上部を塞ぎ上記トレンチ内に空隙を形成
する絶縁膜を積層する工程と、上記マスク膜上に積層さ
れた上記絶縁膜を除去し、上記マスク膜のパターン内の
みに上記絶縁膜を残存させる工程とを備えたことを特徴
とする半導体装置の製造方法。
8. A step of forming a mask film patterned in a desired pattern on a semiconductor substrate, a step of forming a trench by etching the semiconductor substrate to a predetermined depth using the mask film as a mask, Laminating an insulating film covering the film and forming an air gap in the trench by closing an upper portion of the trench, removing the insulating film laminated on the mask film, and removing the insulating film only in a pattern of the mask film; And a step of leaving an insulating film.
【請求項9】 マスク膜を除去し、半導体基板上にゲー
ト絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜を覆うように導電膜
を積層する工程と、上記絶縁膜上に積層された上記導電
膜を除去し、上記絶縁膜に挟まれた領域のみに上記導電
膜を残存させる工程と、上記導電膜をパターニングして
ゲート電極として形成する工程とを備えたことを特徴と
する請求項8に記載の半導体装置の製造方法。
9. A step of removing a mask film and forming a gate insulating film on a semiconductor substrate; a step of stacking a conductive film so as to cover the insulating film; 9. The method according to claim 8, further comprising: removing the conductive film, leaving the conductive film only in a region sandwiched between the insulating films; and patterning the conductive film to form a gate electrode. A method for manufacturing a semiconductor device.
【請求項10】 トレンチが半導体基板上の素子形成領
域を囲むように形成される素子分離領域に形成され、か
つ、上記素子分離領域であって上記素子形成領域の近傍
の両側に所望の幅にて形成される場合、請求項9に記載
のマスク膜の除去の工程を、上記素子形成領域上の上記
マスク膜のみ除去し、上記素子分離領域上の上記マスク
膜を残存させ絶縁膜にて挟まれた保護膜を形成する工程
とすること特徴とする半導体装置の製造方法。
10. A trench is formed in an element isolation region formed to surround an element formation region on a semiconductor substrate, and has a desired width on both sides of the element isolation region near the element formation region. When the mask film is formed by removing the mask film according to claim 9, only the mask film on the element formation region is removed, and the mask film on the element isolation region is left and sandwiched by an insulating film. Forming a protective film.
【請求項11】 絶縁膜の形成工程を、熱酸化法により
トレンチの内壁上に第1の絶縁膜を形成し、次に、マス
ク膜を覆いかつ上記トレンチの上端内部にて上記トレン
チを塞ぐように第2の絶縁膜を積層して、上記第1およ
び第2の絶縁膜により上記絶縁膜を形成することを特徴
とする請求項8ないし請求項10のいずれかに記載の半
導体装置の製造方法。
11. The step of forming an insulating film includes forming a first insulating film on an inner wall of the trench by a thermal oxidation method, and then covering the mask film and closing the trench inside the upper end of the trench. 11. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein a second insulating film is laminated on the semiconductor device, and the insulating film is formed by the first and second insulating films. .
【請求項12】 絶縁膜の形成工程を、マスク膜上にC
VD法によりトレンチの内壁および上記マスク膜の露出
面上に薄い第1の絶縁膜を積層し、次に、マスク膜を覆
いかつ上記トレンチの上部の上記マスク膜のパターン内
にて上記トレンチを塞ぐように第2の絶縁膜を積層し
て、上記第1および第2の絶縁膜により上記絶縁膜を形
成することを特徴とする請求項8ないし請求項10のい
ずれかに記載の半導体装置の製造方法。
12. A method for forming an insulating film, comprising the steps of:
A thin first insulating film is laminated on the inner wall of the trench and the exposed surface of the mask film by the VD method, and then the mask film is covered and the trench is closed in the pattern of the mask film above the trench. 11. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein the second insulating film is laminated as described above, and the first and second insulating films form the insulating film. Method.
【請求項13】 マスク膜をシリコン膜にて形成する場
合、絶縁膜の形成工程を、熱酸化法によりトレンチの内
壁およびマスク膜の露出面上に第1の絶縁膜を形成し、
次に、マスク膜を覆いかつ上記トレンチの上部の上記マ
スク膜のパターン内にて上記トレンチを塞ぐように第2
の絶縁膜を積層して、上記第1および第2の絶縁膜によ
り上記絶縁膜を形成することを特徴とする請求項8ない
し請求項10のいずれかに記載の半導体装置の製造方
法。
13. When the mask film is formed of a silicon film, the step of forming the insulating film includes forming a first insulating film on the inner wall of the trench and on the exposed surface of the mask film by a thermal oxidation method.
Next, a second step is performed so as to cover the mask film and close the trench in the pattern of the mask film above the trench.
11. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein said insulating film is laminated, and said first and second insulating films form said insulating film.
【請求項14】 マスク膜と半導体基板との間に保護絶
縁膜を形成し、上記保護絶縁膜に対し上記マスク膜と同
様のパターニングを行う工程と、マスク膜を除去した後
に残存する保護絶縁膜をゲート絶縁膜として利用するこ
とを特徴とする請求項13に記載の半導体装置の製造方
法。
14. A step of forming a protective insulating film between a mask film and a semiconductor substrate, patterning the protective insulating film in the same manner as the mask film, and a protective insulating film remaining after removing the mask film. 14. The method according to claim 13, wherein the semiconductor device is used as a gate insulating film.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20030043597A (en) * 2001-11-26 2003-06-02 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 Semiconductor device with trench isolation and fabrication method thereof

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