JP2002190515A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
半導体装置およびその製造方法Info
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Abstract
部3hを有するシリコン窒化膜3を形成する。開口部3
hは側面3sから形成される。シリコン窒化膜3をマス
クとして用いてシリコン基板1をエッチングすることに
よりトレンチ1hを形成する。シリコン窒化膜3の側面
3sを変質させてシリコン酸化膜3bを形成する。シリ
コン酸化膜3bに接するようにトレンチ1hを充填する
シリコン酸化膜5を形成する。シリコン酸化膜5に接す
るシリコン酸化膜3bを残存させた状態でシリコン窒化
膜3を除去する。
Description
びその製造方法に関し、特に、隣り合う電界効果トラン
ジスタがトレンチにより分離される半導体装置の製造方
法およびその方法で製造した半導体装置に関するもので
ある。
ている。これに伴い、半導体装置の信頼性を高める技術
の開発が進められている。半導体装置のうち、複数の電
界効果トランジスタを有する半導体装置では、隣り合う
電界効果トランジスタを分離するために、トレンチを形
成する技術が知られている。
造方法を示す断面図である。図18は、従来の半導体装
置を示す平面図である。図19は、図18中のXIX−
XIX線に沿ってみた断面図である。図11を参照し
て、シリコン基板1の主表面1fにシリコン酸化膜2を
形成する。シリコン酸化膜2上にシリコン窒化膜3を形
成する。シリコン窒化膜3上にレジストパターン4を形
成する。レジストパターン4をマスクとしてシリコン窒
化膜3をエッチングすることにより開口部3hを形成す
る。開口部3hは、シリコン窒化膜3の側面3sにより
形成される。なお、シリコン酸化膜2も除去される。
よびシリコン窒化膜3をマスクとしてシリコン基板1を
エッチングする。これにより、側壁1aを有するトレン
チ1hを形成する。
aを高温の酸化性雰囲気で酸化してシリコン酸化膜1b
を形成する。この時シリコン窒化膜3の表面は酸化され
ない。
し、かつシリコン窒化膜3を覆うようにシリコン酸化膜
5を形成する。
(CMP:Chemical Mechanical Polishing)によりシ
リコン酸化膜5の一部分を除去する。これにより、シリ
コン窒化膜3の上面を露出させる。
ン窒化膜3を除去する。これによりシリコン酸化膜2n
上面が露出する。
リコン酸化膜2を除去する。この時、トレンチ1hを埋
め込むシリコン酸化膜5のうち、シリコン酸化膜2に近
い部分が横方向から大きくエッチングされる。これによ
り、相対的に表面の高さが他の部分よりも低い低部5b
が形成される。
板1上にゲート酸化膜11を形成する。ゲート酸化膜1
1上に導電層を形成し、この導電層をエッチングするこ
とによりゲート電極12を形成する。ゲート電極12を
マスクとしてシリコン基板1に不純物を注入することに
よりソース領域21sおよびドレイン領域21dを形成
する。これにより、電界効果トランジスタ100aおよ
び100bが完成する。隣り合う電界効果トランジスタ
100aおよび100bは、トレンチ1hのシリコン酸
化膜5により分離されている。
造方法で生じる問題について以下に説明する。
で、シリコン酸化膜5に低部5bが形成される。この低
部5bとそれ以外の部分とでは、表面の高さが異なるの
で、図18に示すように低部5b近傍のゲート酸化膜1
1およびその上のゲート電極12の膜厚が不均一とな
る。これにより、しきい値電圧が変動する等、半導体装
置の信頼性を低下させるという問題があった。
ためになされたものであり、信頼性の高い半導体装置お
よびその製造方法を提供することを目的とするものであ
る。
装置に製造方法は、半導体基板の主表面上に開口部を有
する下地層と第1の層を形成する工程を備える。開口部
は下地層と第1の層の側面から形成される。半導体装置
の製造方法は、さらに、第1の層をマスクとして用いて
半導体基板をエッチングすることにより、下地層と第1
の層の側面に連なる側壁を有する溝を形成する工程と、
第1の層の側面を変質させて下地層に接する変質層を形
成する工程と、変質層に接するように溝を充填する第2
の層を形成する工程と、第2の層に接する変質層を残存
させた状態で第1の層を除去する工程と、第1の層を除
去した後、第2の層が溝を充填した状態で下地層を除去
する工程とを備える。
方法に従えば、下地層を除去する際には第2の層は下地
層の保護されているため、第2の層が大きく除去される
ことがない。そのため、第2の層の上面に半導体基板の
主表面よりも低い部分が形成されない。その結果、第2
の層の上面および半導体基板の主表面の上に電界効果ト
ランジスタを形成しても、その特性に劣化が生じること
がなく、半導体装置の信頼性を向上させることができ
る。
は、第1の層の側面および上面を変質させて変質層を形
成することを含む。
は、第1の層のエッチング速度が変質層および第2の層
のエッチング速度よりも大きい条件で第1の層をエッチ
ングして除去することを含む。この場合、第1の層のエ
ッチング速度が相対的に大きく、変質層および第2の層
のエッチング速度が相対的に小さいので、変質層および
第2の層がエッチングされるのを防止することができ
る。
膜を含み、下地層と変質層と第2の層はシリコン酸化膜
を含む。
板であり、半導体装置の製造方法は、第1の層を形成す
る前に半導体基板の主表面にシリコン酸化膜からなる下
地層を形成する工程をさらに備える。第1の層を形成す
る工程は、下地層上に第1の層を形成することを含む。
この場合、シリコン基板とシリコン窒化膜との間にシリ
コン酸化膜が介在するので、半導体装置の特性を劣化さ
せることがない。
は、第1の層の側面を酸化させることを含む。
は、第1の層の側面と溝の側壁とを酸化させることを含
む。この場合、溝の側壁を酸化して溝の側壁の欠陥を消
失させると同時に変質層を形成できるため、工程を増加
させることなく、変質層を形成することができる。
させることは、酸化二窒素ガスを用いて第1の層の側面
を酸化させることを含む。この場合、酸化二窒素を用い
ることにより、シリコン窒化膜により構成される第1の
膜の側壁を確実に酸化することができる。
せることは、酸素ガスと酸化窒素ガスの混合ガスを用い
て第1の層の側面を酸化させることを含む。この場合、
混合ガスにより、シリコン窒化膜により構成される第1
の膜の側壁を確実に酸化することができる。
せることは、酸素ガスと水素ガスの混合ガスを用いて第
1の層の側面を酸化させることを含む。この場合、混合
ガスにより、シリコン窒化膜により構成される第1の膜
の側壁を確実に酸化することができる。
は、溝を充填し、かつ第1の層を覆う第2の層を形成す
ることを含む。半導体装置の製造方法は、第1の層を除
去する前に第1の層を覆う第2の層を除去する工程をさ
らに備える。
ずれかの方法で製造される。このような半導体装置で
は、第2の層の上面が半導体基板の主表面より低い部分
が形成されないので、信頼性の高い半導体装置となる。
いて図面を参照して説明する。 (実施の形態1)図1から8は、この発明の半導体装置
の製造方法を示す断面図である。図9は、この発明の半
導体装置を示す平面図である。図10は、図9中のX−
X線に沿ってみた断面図である。図1を参照して、シリ
コン基板1の主表面1fに熱酸化により下地層としての
シリコン酸化膜2を形成する。シリコン酸化膜2上にC
VD(化学気相蒸着法)により第1の層としてのシリコ
ン窒化膜3を形成する。シリコン窒化膜3上にレジスト
を塗布し、このレジストをフォトリソグラフィーにより
パターニングしてレジストパターン4を形成する。
スクとしてシリコン窒化膜3をエッチングする。これに
より、シリコン窒化膜3に開口部3hを形成する。開口
部3hは、シリコン窒化膜3の側面3sおよびシリコン
酸化膜2の側面2sにより形成される。なお、シリコン
酸化膜2も除去されて主表面1fが露出する。
びシリコン窒化膜3をマスクとしてシリコン基板1をエ
ッチングする。これにより、側壁1aを有する溝として
のトレンチ1hを形成する。トレンチ1hは凹状であ
り、紙面の手前側から奥側へ延びる。側面2sおよび3
sと側壁1aが連なるようにトレンチ1hが形成され
る。その後、レジストパターン4を除去する。
を酸素ガスと水素ガスの混合ガスで酸化する。同時にシ
リコン窒化膜3の側面3sと上面3tも酸化する。これ
により、トレンチ1hの側壁1aにシリコン酸化膜1b
を形成する。これにより、側壁1aに生じた欠陥を消滅
させる。同時に、シリコン窒化膜3の側面3sと上面3
tも酸化して変質層としてのシリコン酸化膜3bを形成
する。
かつシリコン酸化膜3bを覆うようにCVDによりシリ
コン酸化膜5を形成する。
化膜5の一部分とシリコン窒化膜3の上面3tに形成さ
れたシリコン酸化膜3bを除去する。これにより、シリ
コン窒化膜3の上面3tを露出させる。シリコン窒化膜
3の側面3sにおいてシリコン酸化膜5に接するように
形成されたシリコン酸化膜3bは残存する。
窒化膜3を除去する。このとき、シリコン窒化膜3のエ
ッチング速度は相対的に大きく、シリコン酸化膜3bお
よび5のエッチング速度は相対的に小さい。これによ
り、シリコン酸化膜2の上面が露出する。
コン酸化膜2を除去する。この時、トレンチ1hを埋め
込むシリコン酸化膜5と、シリコン酸化膜5に接するシ
リコン酸化膜3bも一部分が除去される。これにより、
トレンチ1hからはみ出た部分にシリコン酸化膜からな
る肩部5aが残存する。肩部5aは、主表面1fの上に
延びるように形成される。
1上にゲート酸化膜11を形成する。ゲート酸化膜11
上にドープトポリシリコンからなる導電層を形成する。
この導電層を所定の形状にエッチングすることにより、
一方向に延びるゲート電極12を形成する。ゲート電極
12をマスクとしてシリコン基板1に不純物を注入する
ことにより、ゲート電極12の両側にソース領域21s
およびドレイン領域21dを形成する。これにより、電
界効果トランジスタ100aおよび100bが完成す
る。隣り合う電界効果トランジスタ100aおよび10
0bは、トレンチ1hに埋め込まれたシリコン酸化膜5
より分離されている。肩部5aはトレンチ1hからはみ
出して形成されている。
ば、図7で示す工程において、トレンチ1hを埋め込む
シリコン酸化膜5を残存させると同時にシリコン酸化膜
5に接するシリコン酸化膜3bも残存させる。そのた
め、図8で示すように、その後の工程でシリコン酸化膜
2をエッチングする場合でも、シリコン酸化膜5がエッ
チングされすぎることがない。その結果、シリコン酸化
膜5に、相対的に低い部分が形成されず、図9および1
0の工程で、シリコン酸化膜5上にゲート酸化膜11お
よびゲート電極12を形成しても、ゲート電極12の膜
厚が不均一になることがなく、電界効果トランジスタ1
00aおよび100bに悪影響を与えることがない。
るのと同時にシリコン窒化膜3の側面3sおよび上面3
tを酸化するため、シリコン窒化膜を酸化するために特
に工程を付与することがない。そのため、従来と同様の
工程数で信頼性の高い半導体装置を製造することができ
る。 (実施の形態2)実施の形態2では、実施の形態1の図
4で示す工程の、トレンチ1hの側壁1aの酸化とシリ
コン窒化膜3の側面3sおよび上面3tの酸化を、急速
熱処理(RTP:Rapid Thermal Process)で行なう。こ
れにより、より活性な雰囲気で酸化を行なうことができ
る。 (実施の形態3)実施の形態3では、実施の形態1の図
4で示す工程の、トレンチ1hの側壁1aとシリコン窒
化膜3の側面3sおよび上面3tを、酸化二窒素(N2
O)で酸化する。これにより、実施の形態1と同様の効
果を奏する。また、その酸化工程でシリコン酸化膜3b
中に窒素が導入されるので、その後の工程でのトレンチ
1h内の酸化を抑制し、応力の発生を抑制することがで
きる。 (実施の形態4)実施の形態4では、実施の形態3の図
4で示す工程の、トレンチ1hの側壁1aの酸化とシリ
コン窒化膜3の側面3sおよび上面3tの酸化を、RT
Pで行なう。これにより、より活性な雰囲気で酸化を行
なうことができる。 (実施の形態5)実施の形態5では、実施の形態1の図
4で示す工程の、トレンチ1hの側壁1aとシリコン窒
化膜3の側面3sおよび上面3tを、酸素と酸化窒素
(NO)で酸化する。これにより、実施の形態3と同様
の効果を奏する。また、より効果的に窒素を導入するこ
とができる。 (実施の形態6)実施の形態6では、実施の形態5の図
4で示す工程の、トレンチ1hの側壁1aの酸化とシリ
コン窒化膜3の側面3sおよび上面3tの酸化を、RT
Pで行なう。これにより、より活性な雰囲気で酸化を行
なうことができる。 (実施の形態7)実施の形態7では、実施の形態1の図
4で示す工程の、トレンチ1hの側壁1aとシリコン窒
化膜3の側面3sおよび上面3tの酸化を、活性酸素を
含むプラズマで酸化する。
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求
の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味お
よび範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
る。
装置を提供することができる。
を示す断面図である。
を示す断面図である。
を示す断面図である。
を示す断面図である。
を示す断面図である。
を示す断面図である。
を示す断面図である。
を示す断面図である。
る。
示す断面図である。
示す断面図である。
示す断面図である。
示す断面図である。
示す断面図である。
示す断面図である。
示す断面図である。
断面図である。
シリコン酸化膜、1hトレンチ、3 シリコン窒化膜、
3h 開口部、3s 側面、3t 上面。
Claims (12)
- 【請求項1】 半導体基板の主表面上に開口部を有する
下地層と第1の層を形成する工程を備え、 前記開口部は前記下地層と前記第1の層の側面から形成
され、さらに、 前記第1の層をマスクとして用いて前記半導体基板をエ
ッチングすることにより、前記下地層と前記第1の層の
側面に連なる側壁を有する溝を形成する工程と、 前記第1の層の側面を変質させて前記下地層に接する変
質層を形成する工程と、 前記変質層に接するように前記溝を充填する第2の層を
形成する工程と、 前記第2の層に接する変質層を残存させた状態で前記第
1の層を除去する工程と、 前記第1の層を除去した後、前記第2の層が前記溝を充
填した状態で前記下地層を除去する工程とを備えた、半
導体装置の製造方法。 - 【請求項2】 前記変質層を形成する工程は、前記第1
の層の側面および上面を変質させて変質層を形成するこ
とを含む、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項3】 前記第1の層を除去する工程は、前記第
1の層のエッチング速度が前記変質層および前記第2の
層のエッチング速度よりも大きい条件で前記第1の層を
エッチングして除去することを含む、請求項1または2
に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項4】 前記第1の層はシリコン窒化膜を含み、
前記下地層と前記変質層と前記第2の層はシリコン酸化
膜を含む、請求項1から3のいずれか1項に記載の半導
体装置の製造方法。 - 【請求項5】 前記半導体基板はシリコン基板であり、
前記第1の層を形成する前に前記半導体基板の主表面に
シリコン酸化膜からなる下地層を形成する工程をさらに
備え、前記第1の層を形成する工程は、前記下地層上に
前記第1の層を形成することを含む、請求項4に記載の
半導体装置の製造方法。 - 【請求項6】 前記変質層を形成する工程は、前記第1
の層の側面を酸化させることを含む、請求項1から5の
いずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項7】 前記変質層を形成する工程は、前記第1
の層の側面と前記溝の側壁とを酸化させることを含む、
請求項1から5のいずれか1項に記載の半導体装置の製
造方法。 - 【請求項8】 前記第1の層の側面を酸化させること
は、酸化二窒素ガスを用いて前記第1の層の側面を酸化
させることを含む、請求項6または7に記載の半導体装
置の製造方法。 - 【請求項9】 前記第1の層の側面を酸化させること
は、酸素ガスと酸化窒素ガスの混合ガスを用いて前記第
1の層の側面を酸化させることを含む、請求項6または
7に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項10】 前記第1の層の側面を酸化させること
は、酸素ガスと水素ガスの混合ガスを用いて前記第1の
層の側面を酸化させることを含む、請求項6または7に
記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項11】 前記第2の層を形成する工程は、前記
溝を充填し、かつ前記第1の層を覆う前記第2の層を形
成することを含み、前記第1の層を除去する前に前記第
1の層を覆う前記第2の層を除去する工程をさらに備え
た、請求項1から10のいずれか1項に記載の半導体装
置の製造方法。 - 【請求項12】 請求項1に記載の方法で製造した半導
体装置。
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