JP2002184854A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JP2002184854A
JP2002184854A JP2000376727A JP2000376727A JP2002184854A JP 2002184854 A JP2002184854 A JP 2002184854A JP 2000376727 A JP2000376727 A JP 2000376727A JP 2000376727 A JP2000376727 A JP 2000376727A JP 2002184854 A JP2002184854 A JP 2002184854A
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trench
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semiconductor
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semiconductor element
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Kiyoshi Kaneuchi
潔 金内
Yoshiro Okawa
善郎 大川
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Sony Corp
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Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体基板1の表面部にトレンチアイソレ
ーション層10で素子間分離された複数の半導体素子を
形成した半導体装置の製造方法において、トレンチ9形
成によるダメージや汚染による影響で半導体素子の性
能、信頼度が低下することを防止し、更に、CMP工程
を不要とし延いては研磨装置という新しい設備投資を不
要とし、製造コストの低減を図る。 【解決手段】半導体基板1の表面部に半導体素子を形成
し、該素子表面を表面保護膜7により保護した後、半導
体基板表面部の素子間分離をすべき位置に、トレンチア
イソレーション用トレンチ9を形成し、その後、該トレ
ンチアイソレーション用トレンチを絶縁物10で埋め
る。尚、基板1の先ず位置決め基準パターン2を形成
し、その後の工程における位置決め基準として用いると
良い。

Description

【発明の詳細な説明】
【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、特に、半導体基板の表面部にトレンチアイソレー
ション層で素子間分離された複数の半導体素子を形成し
た半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】IC、LSI、VLSI等の半導体集積
回路装置における素子間の絶縁分離には、従前は、主と
して、LOCOS(Local Oxide Of Silicon)技術(選択
酸化技術)が用いられた。図2(A)〜(D)はLOC
OS技術を説明するための選択酸化膜の形成工程を順に
示す断面図である。同図に従って選択酸化膜の形成方法
を説明する。
【0003】半導体基板(例えばP型半導体基板)aの
表面を加熱酸化することにより、SiO2からなるパッ
ド膜bを形成し、その後、該パッド膜b上に耐酸化マス
ク膜となるシリコンナイトライドSiN膜cを形成し
[図2(A)参照]、次いで、上記パッド膜b及びシリ
コンナイトライド膜をパターニングすることにより耐酸
化マスク膜cを形成し、その後、該パッド膜b及び耐酸
化マスク膜cをマスクとして上記半導体基板aの表面部
にチェンネルストッパ形成用不純物(基板aの表面部の
導電型と同じ導電型の不純物、本例ではP型不純物)d
をイオン打ち込みし[図2(B)参照]、その後、上記
耐酸化マスク膜cをマスクとして上記半導体基板aの表
面部を加熱酸化すると、選択酸化膜eが形成されると共
に、該選択酸化膜e下にチャンネルストッパfが形成さ
れる[図2(C)参照]。
【0004】その後、上記シリコンナイトライドSiN
からなる耐酸化マスク膜cを除去し、更に上記パッド膜
bを除去して半導体基板1の選択酸化膜eで囲繞された
素子を形成すべき領域表面を露出させ、その後、半導体
基板1表面に加熱酸化によりゲート酸化膜gを形成する
[(図2(D)参照]。
【0005】このような、LOCOS技術には、図2
(D)に示すようにバーズビークhが形成されるので、
有効エリアを減少させる要因になり、このことが急速な
設計ルールの微細化の傾向にある昨今においては看過で
きない問題として指摘されるようになってきている。ま
た、シリコン半導体基板表面部の選択酸化により半導体
基板がダメージを受け、半導体素子の品質、性能の低下
の原因になるという問題も生じている。そこで、STI
(Shallow Trench Isolation)技術により素子間分離技術
として注目されている。図3(A)〜(C)はこのST
I技術を工程順に説明するための断面図である。同図に
従ってSTI技術を説明する。
【0006】先ず、半導体基板(例えばN型半導体基
板)iの表面部に加熱酸化によりSiO2からなるゲー
ト絶縁膜jを形成し、次いで、該ゲート絶縁膜j上にゲ
ート電極形成用ポリシリコン膜kを堆積し、その後、該
半導体基板i表面部に素子間分離用トレンチlを形成
し、その後、該トレンチlを埋める埋め込み用SiOx
膜mを堆積する[図3(A)参照]。該堆積は一般に常
圧CVD又はプラズマCVDにより行う。次いで、該埋
め込み用SiOx膜mをCMP(化学機械研磨)法等に
よる研磨により上記ポリシリコン膜kを露出させ[図3
(B)参照]、その後、上記トレンチl内に埋まった酸
化膜mにより互いに他から絶縁分離された各領域に、例
えばpチャンネルMOSトランジスタ、nチャンネルM
OSトランジスタ等の半導体素子を形成する[図3
(C)参照]。
【0007】このようなSTI技術によれば、バーズビ
ークが生じないので、LOCOS技術により素子間分離
する場合に比較して素子間分離部の存在による有効エリ
アの減少が少なく、延いては微細化が容易になるし、ま
た、シリコン半導体基板表面部の選択酸化によるダメー
ジは生じない。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
STI技術にも問題があった。第1に、トレンチl内を
埋めるためのSiOxの成膜は、これまでトランジスタ
等の素子形成に実績のない常圧CVD法或いはプラズマ
CVD法により形成されるので、素子が形成される前の
段階で半導体基板jの表面部がダメージを受けたり、汚
染されたりする虞があり、信頼度が低いという問題があ
った。というのは、ダメージや汚染は微細化進むほど埋
め込み後に形成される半導体素子の歩留まり低下、性能
劣化が激しくなるからである。
【0009】第2に、堆積したトレンチl内埋め込み用
のSiOx膜を研磨するCMP工程が必要であり、これ
が工程数の増大要因になり、また、研磨装置という新し
い設備投資を必要とする問題があった。
【0010】本発明はこのような問題点を解決すべく為
されたものであり、半導体基板の表面部にトレンチアイ
ソレーション層で素子間分離された複数の半導体素子を
形成した半導体装置の製造方法において、トレンチ形成
によるダメージや汚染による影響で半導体素子の性能、
信頼度が低下することを防止し、更に、CMP工程を不
要とし延いては研磨装置という新しい設備投資を不要と
し、製造コストの低減を図ることを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】請求項1の半導体装置の
製造方法は、半導体基板の表面部に半導体素子を形成
し、該半導体素子表面を保護した後、該半導体基板表面
部の素子間分離をすべき位置に、トレンチアイソレーシ
ョン用トレンチを形成し、その後、上記トレンチアイソ
レーション用トレンチを絶縁物で埋めることにより上記
トレンチアイソレーション層を形成することを特徴とす
る。
【0012】従って、請求項1の半導体装置の製造方法
によれば、半導体素子を形成し該半導体素子表面を保護
した後、トレンチの形成、トレンチの絶縁物による埋め
込みを行うので、半導体素子をトレンチの形成や絶縁物
による埋め込みが行われる前の状態の半導体基板表面部
に形成することができ、ダメージや汚染による性能劣
化、信頼度低下の少ない半導体素子を形成することがで
きる。そして、トレンチの形成時には半導体素子表面を
保護しておくので、トレンチの形成により既に形成され
ている半導体素子がダメージを受けたり汚染されたりす
ることを防止することができ、延いては半導体素子の性
能劣化、信頼度低下を防止することができる。
【0013】また、トレンチへの絶縁物の埋め込みは半
導体素子形成後に行う故に、トレンチを埋めて更に表面
を覆う部分は層間絶縁膜として使用でき、研磨する必要
性がなくなる。従って、CMP工程を不要とし延いては
研磨装置という新しい設備投資を不要とし、製造コスト
の低減を図ることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】本発明は、基本的には、半導体基
板の表面部に半導体素子を形成し、該半導体素子表面を
保護した後、該半導体基板表面部の素子間分離をすべき
位置に、トレンチアイソレーション用トレンチを形成
し、その後、上記トレンチアイソレーション用トレンチ
を絶縁物で埋めることにより上記トレンチアイソレーシ
ョン層を形成することを特徴とするものであるが、最初
に半導体基板表面に位置合わせ基準とする位置決め用基
準パターンを形成(例えば選択エッチングにより凹部で
形成)することが好ましい。というのは、例えば前述の
LOCOS技術によりアイソレーションを行うような場
合、選択酸化膜を位置合わせ基準にして後の工程におけ
るマスク合わせ等の位置合わせができるが、本発明にお
いては、選択酸化膜を形成しないからである。
【0015】上記半導体素子の保護は、例えばSiO2
膜、SiN膜等による単層膜、或いはこれらの積層膜に
より行うと良い。また、トレンチを埋めるCVD膜の形
成は、450〜600℃の温度で処理できる、SACV
D(サブ アトミック プレッシャ ケミカル ベーパ
ー デポジション)により行うと良い。
【0016】
【実施例】以下、本発明を図示実施例に従って詳細に説
明する。図1(A)〜(H)は本発明半導体装置の製造
方法の一つの実施例を工程順に示す断面図である。 (A)図1(A)に示すように、半導体基板1表面部に
深さ例えば0.1〜1μm程度の凹部からなる位置決め
用基準パターン2をフォトリソグラフィ技術により形成
する。
【0017】(B)次に、図1(B)に示すように、上
記位置決め用基準パターン2を位置合わせ基準としてp
型ウェル3p及びn型ウェル3を形成する。これは、フ
ォトリソグラフィ工程によりレジストマスク膜を形成
し、これをマスクとして不純物をイオン打ち込みするこ
とを2回繰り返すことにより行う。その場合において、
2回のマスク膜形成において同じ基準パターン2を位置
合わせ基準に用いるのである。 (C)次に、図1(C)に示すように、素子(MOSト
ランジスタ)のゲート部4、5を形成する。具体的に
は、成膜工程にてゲート絶縁膜(膜厚例えば5〜20n
m)5を成膜し、その後、例えば多結晶シリコン膜(膜
厚例えば100〜500nm程度)成膜し、その後、フ
ォトリソグラフィ工程でレジストマスク膜を形成し、し
かる後、該レジストマスク膜をマスクとして酸化膜エッ
チャーにてエッチングすることによりゲート部4、5を
形成する。
【0018】(D)次に、図1(D)に示すように、各
素子のソース6p、6n及びドレイン6p、6nを形成
する。具体的には、フォトリソグラフィ工程でレジスト
マスク膜を形成し、該マスク膜及びゲート部4、5をマ
スクとするイオン打ち込みによりウェル3p、3nの表
面に不純物を導入することにより行う。 (E)次に、図1(E)に示すように、半導体基板1表
面を覆う表面保護膜7を形成する。該膜7は例えばシリ
コン酸化物SiO2により、或いはシリコンナイトライ
ドSiNにより例えば10〜200nm程度の厚さに形
成する。また、シリコン酸化物SiO2とシリコンナイ
トライドSiNによる多層構造にしても良い。この表面
保護膜は、後のトレンチの形成により半導体素子がダメ
ージを受けたり汚染されたりするのを防止するためのも
のである。
【0019】(F)次に、図1(E)に示すように、ト
レンチ形成用のレジストマスク膜8を形成する。具体的
には、レジスト膜を形成し、その後、露光、現像するこ
とにより形成すべきトレンチに対してネガのパターンを
有するように該マスク膜8を形成する。 (G)次に、上記レジストマスク膜8をマスクとして半
導体基板1を上記表面保護膜7を含めエッチングするこ
とにより図1(G)に示すようにトレンチ9を形成す
る。このとき、即ち、トレンチ9の形成時に、上記表面
保護膜7が上記半導体素子をトレンチの形成に伴うダメ
ージや汚染から保護する役割を果たす。
【0020】(H)次に、上記マスク膜8を除去した
後、図1(H)に示すように、トレンチ9を埋め、更に
各素子が形成された半導体基板1表面を全面的に覆う絶
縁膜10を形成する。具体的には、該絶縁膜10は、例
えばシラン系或いはTEOS系酸化物を例えばSACV
D(サブ アトミック プレッシャ ケミカル ベーパ
ーデポジション)により温度450〜600℃の条件で
成膜することにより形成する。
【0021】上記絶縁膜10はトレンチ9を埋める部分
においては素子間分離の役割を果たすが、半導体素子を
覆う部分では、層間絶縁膜としての役割を果たすことが
できる。従って、その後は、研磨を要することなく次の
工程(例えばコンタクトホールの形成等)に移ることが
できる。
【0022】本半導体装置の製造方法によれば、半導体
素子を形成し該半導体素子を表面保護膜7により保護し
た後、トレンチ9の形成、トレンチ9の絶縁物10によ
る埋め込みを行うので、半導体素子をトレンチ9の形成
や絶縁物10による埋め込みが行われる前の状態の半導
体基板1表面部に形成することができ、依って、ダメー
ジや汚染による性能劣化、信頼度低下の少ない半導体素
子を形成することができる。そして、トレンチ9の形成
時には半導体素子表面を保護しておくので、トレンチ9
の形成により既に形成されている半導体素子がダメージ
を受けたり汚染されたりすることを防止することがで
き、延いては半導体素子の性能劣化、信頼度低下を防止
することができる。
【0023】また、トレンチ9への絶縁物10の埋め込
みを半導体素子形成後に行う故に、絶縁物10のトレン
チ9を埋めきって更に表面を覆う部分は層間絶縁膜とし
て使用でき、研磨する必要性がなくない。従って、CM
P工程を不要とし延いては研磨装置という新しい設備投
資を不要とし、製造コストの低減を図ることができる。
【0024】そして、半導体基板1の表面に、先ず位置
決め用基準パターン2を形成し、その後次の工程を行う
ので、該基準パターン2をその後のマスク合わせ等の位
置合わせにおける位置合わせ基準として用いることがで
きる。
【0025】
【発明の効果】請求項1の半導体装置の製造方法によれ
ば、半導体素子を形成し該半導体素子表面を保護した
後、トレンチの形成、該トレンチに対する絶縁物による
埋め込みを行うので、半導体素子をトレンチの形成や絶
縁物による埋め込みが行われる前の状態の半導体基板表
面部に形成することができ、ダメージや汚染による性能
劣化、信頼度低下の少ない半導体素子を形成することが
できる。そして、トレンチの形成時には半導体素子表面
を保護しておくので、トレンチの形成により既に形成さ
れている半導体素子がダメージを受けたり汚染されたり
することを防止することができ、延いては半導体素子の
性能劣化、信頼度低下を防止することができる。
【0026】また、トレンチへの絶縁物の埋め込みは半
導体素子形成後に行う故に、トレンチを埋めて更に表面
を覆う部分は層間絶縁膜として使用でき、研磨する必要
性がなくなる。従って、CMP工程を不要とし延いては
研磨装置という新しい設備投資を不要とし、製造コスト
の低減を図ることができる。
【0027】請求項2の半導体装置の製造方法によれ
ば、半導体基板の表面に、先ず位置決め用基準パターン
を形成し、その後次の工程を行うので、該基準パターン
をその後のマスク合わせ等の位置合わせにおける位置合
わせ基準として用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)〜(H)は本発明半導体装置の製造方法
一つの実施例を工程順に示す断面図である。
【図2】(A)〜(D)は第1の従来例を工程順に示す
断面図である
【図3】(A)〜(C)は第2の従来例を工程順に示す
断面図である。
【符号の説明】
1・・・半導体基板、2・・・位置決め用基準パター
ン、4、5、6・・・半導体素子、7・・・表面保護
膜、9・・・トレンチ、10・・・トレンチを埋め、層
間絶縁膜を成す絶縁膜。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板の表面部にトレンチアイソレ
    ーション層で素子間分離された複数の半導体素子を形成
    した半導体装置の製造方法において、 上記半導体基板の表面部に上記半導体素子を形成し、該
    半導体素子表面を保護した後に、上記半導体基板表面部
    の上記素子間分離をすべき位置に、トレンチアイソレー
    ション用トレンチを形成し、 その後、上記トレンチアイソレーション用トレンチを絶
    縁物で埋めることにより上記トレンチアイソレーション
    層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記半導体基板の表面部に、上記複数の
    半導体素子の形成前に、位置決め用基準パターンを形成
    し、 上記半導体基板の表面部への前記複数の半導体素子の形
    成を、上記位置決め用基準パターンと所定の位置関係を
    持つように行うことを特徴とする請求項1記載の半導体
    装置の製造方法。
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