JP2002289680A - Method for forming element isolating structure in semiconductor device - Google Patents

Method for forming element isolating structure in semiconductor device

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JP2002289680A
JP2002289680A JP2001087206A JP2001087206A JP2002289680A JP 2002289680 A JP2002289680 A JP 2002289680A JP 2001087206 A JP2001087206 A JP 2001087206A JP 2001087206 A JP2001087206 A JP 2001087206A JP 2002289680 A JP2002289680 A JP 2002289680A
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film
oxide film
silicon oxide
semiconductor substrate
teos
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Toshihiro Shimizu
利宏 清水
Kenji Kaizuka
健志 貝塚
Yasuhiro Takenaka
靖博 竹中
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Kawasaki Microelectronics Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for forming an element isolating structure in a semiconductor device, which does not cause cracks in heat treatment and can perform an etching process using a reversal pattern with a substantially similar etching rate even if a different reaction chamber is used for deposition, and consequently can increase a production capacity (throughput), while improving the quality of an oxide film for burying element isolating trenches. SOLUTION: In forming the element isolating structure in which a silicon oxide film is filled in trenches formed on the surface of a semiconductor substrate, the surface of the semiconductor substrate, on which the trenches are formed, is pretreated by plasma including N to change the film quality, and then CVD using TEOS and ozone is performed to deposit the silicon oxide film to the inside and outside of the trenches and fill the trenches with the silicon oxide film. Then the silicon oxide film deposited inside and outside the trenches is heat-treated under a specified condition. Consequently, the etching process using the reversal pattern of the silicon oxide film deposited by a different reaction chamber substantially has a similar etching rate.

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】本発明は、半導体の素子分離
技術の1つである埋め込み素子分離法(ShallowTrench
Isolation:以下、STI法という)を用いた半導体装
置の素子分離構造の形成方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a buried device isolation method (ShallowTrench) which is one of semiconductor device isolation technologies.
The present invention relates to a method for forming an element isolation structure of a semiconductor device using Isolation (hereinafter, referred to as STI method).

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体素子の素子分離構造の形成には、
STI法が使用されている。以下、図6および図7に示
す工程断面図を参照してSTI法について説明する。こ
れらの図に示すように、シリコン(Si)からなる半導
体基板10の表面を酸化して、酸化膜12を形成し、そ
の上にシリコン窒化膜14を堆積した後(図6(a))
に、フォトリソグラフィー工程により、この窒化膜14
の上に分離溝(トレンチ)18を形成する箇所を開口し
たレジストパターン16を形成する(図6(b))。
2. Description of the Related Art To form an element isolation structure of a semiconductor element,
The STI method is used. Hereinafter, the STI method will be described with reference to the process sectional views shown in FIGS. As shown in these figures, a surface of a semiconductor substrate 10 made of silicon (Si) is oxidized to form an oxide film 12, and a silicon nitride film 14 is deposited thereon (FIG. 6A).
Then, the nitride film 14 is formed by a photolithography process.
A resist pattern 16 having an opening at a position where a separation groove (trench) 18 is to be formed is formed thereon (FIG. 6B).

【0003】続いて、このレジストパターン16をマス
クとして、ドライエッチングにより、窒化膜14、酸化
膜12、シリコン基板10の順にエッチングして分離領
域に分離溝18を形成する。そして、レジストパターン
16を除去した後に、分離溝18の側壁や底面のシリコ
ンを薄く熱酸化して、表面がシリコン酸化膜で覆われた
分離溝18を得る(図6(c1))。次に、このように
して分離溝18等の構造が形成された半導体基板10上
の分離溝18内部および外部(窒化膜14の表面上)に
シリコン酸化膜20を、分離溝が埋め込まれるように堆
積する(図6(d1))。
Subsequently, using the resist pattern 16 as a mask, the nitride film 14, the oxide film 12, and the silicon substrate 10 are etched in this order by dry etching to form an isolation groove 18 in an isolation region. Then, after removing the resist pattern 16, the silicon on the side walls and the bottom surface of the separation groove 18 is thinly thermally oxidized to obtain the separation groove 18 whose surface is covered with the silicon oxide film (FIG. 6C1). Next, a silicon oxide film 20 is formed inside and outside (on the surface of the nitride film 14) of the isolation groove 18 on the semiconductor substrate 10 on which the structure such as the isolation groove 18 is formed, so that the isolation groove is buried. It is deposited (FIG. 6 (d1)).

【0004】分離溝(トレンチ)18の埋め込みを行う
装置としては、例えば、シランと酸素を原料とする高密
度プラズマ(HDP)CVD装置や、オゾンとTEOS
を原料とする常圧もしくはSub−Atmospher
ic pressure(SA)のCVD装置(以下、
3 −TEOS CVD装置という)等が挙げられる。
以下、シリコン酸化膜20の堆積には、O3 −TEOS
CVD装置が用いられているものとし、O3 −TEO
S CVD装置で堆積させたシリコン酸化膜をO3 −T
EOS膜と呼ぶこととする。
As a device for filling the isolation groove (trench) 18, for example, a high-density plasma (HDP) CVD device using silane and oxygen as raw materials, ozone and TEOS
Pressure or Sub-Atmosphere using as raw material
ic pressure (SA) CVD equipment
O 3 -TEOS CVD apparatus).
Hereinafter, O 3 -TEOS is used for depositing the silicon oxide film 20.
It is assumed that a CVD apparatus is used and O 3 -TEO
O 3 -T
It is called an EOS film.

【0005】その後、化学機械研磨(CMP)法によ
り、窒化膜14をストッパとして、O 3 −TEOS膜2
0をエッチバックして平坦化する。窒化膜14の下の半
導体基板表面領域は、トランジスタ等の半導体素子が形
成されるアクティブ領域となる。従って、上記CMP法
による平坦化工程においては、1枚の半導体基板内、お
よび、半導体装置製造のために同時に処理される複数の
半導体基板(ロット)内でのばらつきを考慮しても一定
以上の膜厚の窒化膜14が残留して、その下のアクティ
ブ領域を保護した状態で、窒化膜14上のO 3 −TEO
S膜20を完全に除去することが必要である。
[0005] Thereafter, a chemical mechanical polishing (CMP) method is used.
And the nitride film 14 as a stopper Three-TEOS film 2
0 is etched back to flatten. Lower half of nitride film 14
The semiconductor substrate surface area is formed by semiconductor elements such as transistors.
This is the active area to be formed. Therefore, the CMP method
In the flattening process, the inside of one semiconductor substrate and the
And multiple devices that are processed simultaneously for semiconductor device manufacturing.
Consistent even considering variations within semiconductor substrates (lots)
The nitride film 14 having the above thickness remains, and the
With the protection region protected, the O Three-TEO
It is necessary to completely remove the S film 20.

【0006】CMP法による窒化膜14の研磨速度はO
3 −TEOS膜20の研磨速度に比較して遅く、窒化膜
をストッパとして使用することが可能である。しかし、
3−TEOS膜20膜厚が500〜1000nm程度
であるのに対して窒化膜14の膜厚は100〜160n
m程度と薄いため、許容できる工程条件のばらつきの範
囲(プロセスマージン)は狭い。また、O3 −TEOS
膜は堆積直後の状態ではウェットエッチングに対する耐
性が小さい。このため、CMP後のウェット洗浄処理等
において、分離溝18に埋め込まれたO3 −TEOS膜
20の肩部がエッチングされ、アクティブ領域に形成さ
れる半導体素子(トランジスタ)の電流−電圧特性にキ
ンクが生じるという問題が発生する。
The polishing rate of the nitride film 14 by the CMP method is O
Since the polishing rate of the 3- TEOS film 20 is slower, the nitride film can be used as a stopper. But,
While the thickness of the O 3 -TEOS film 20 is about 500 to 1000 nm, the thickness of the nitride film 14 is 100 to 160 n.
Since the thickness is as thin as about m, the range of allowable process condition variation (process margin) is narrow. Also, O 3 -TEOS
The film has a low resistance to wet etching immediately after deposition. Therefore, in a wet cleaning process or the like after the CMP, the shoulder of the O 3 -TEOS film 20 buried in the isolation groove 18 is etched, and the current-voltage characteristics of the semiconductor element (transistor) formed in the active region are kinked. The problem of the occurrence of this occurs.

【0007】O3 −TEOS膜20のウエットエッチン
グに対する耐性を上げるためにはO 3 −TEOS膜20
に対する熱処理(アニール処理)を行うことが有効であ
る。しかし、この熱処理により、以下に示す2つの新た
な問題が生じる。 (1)熱処理によって、O3 −TEOS膜20が収縮し
て膜にクラックが生じる。 (2)熱処理により、O3 −TEOS膜20のCMP研
磨速度が低下し、さらにプロセスマージンが狭まる。
[0007] OThree -Wet etching of TEOS film 20
O to increase resistance to Three -TEOS film 20
Heat treatment (annealing) is effective for
You. However, due to this heat treatment, two new
Problems arise. (1) By heat treatment, OThree -The TEOS film 20 contracts
Cracks in the film. (2) OThree -Chemical polishing of TEOS film 20
The polishing speed is reduced, and the process margin is further reduced.

【0008】このため、例えば特許第2687948号
公報に開示されたように、分離溝18を酸化膜で埋め込
んだ後、CMP法で研磨する前に、反転パターン(分離
溝形成のために使用したマスクのパターンを反転したパ
ターン)を用いたエッチングを行い、アクティブ領域上
の酸化膜を除去する方法が考えられる。すなわち、図6
(d1)に示すように、分離溝18内部が埋め込まれる
ように、シリコン基板10上にO3 −TEOS膜20を
堆積した後、図7(e)に示すように、フォトリソグラ
フィー工程により、アクティブ領域となるべき箇所を開
口したレジストパターン(反転パターン22)を形成す
る。
For this reason, as disclosed in, for example, Japanese Patent No. 2687948, after an isolation groove 18 is buried with an oxide film, an inverted pattern (a mask used for forming the isolation groove) is formed before polishing by a CMP method. (A pattern obtained by inverting the above pattern) to remove an oxide film on the active region. That is, FIG.
After depositing the O 3 -TEOS film 20 on the silicon substrate 10 so that the inside of the separation groove 18 is buried as shown in (d1), as shown in FIG. A resist pattern (inversion pattern 22) having an opening in a portion to be a region is formed.

【0009】この反転パターン22をマスクとして、ア
クティブ領域上の窒化膜14の表面に堆積されたO3
TEOS膜20をプラズマエッチング等のドライエッチ
ングにより全部もしくは所定の膜厚だけ除去した後、反
転パターン22を除去する。この時、分離領域には突起
部24が形成される(図7(f1))。この後、CMP
法により、窒化膜14をストッパとして、窒化膜14表
面が露出するまでエッチバックしてO3 −TEOS膜2
0を平坦化する(図7(g))。その後、窒化膜14お
よび酸化膜12を剥離除去し、アクティブ領域を形成す
る。
Using the inverted pattern 22 as a mask, O 3 − deposited on the surface of the nitride film 14 on the active region is used.
After removing the TEOS film 20 entirely or by a predetermined thickness by dry etching such as plasma etching, the inverted pattern 22 is removed. At this time, a projection 24 is formed in the separation region (FIG. 7 (f1)). After this, CMP
Using the nitride film 14 as a stopper, the O 3 -TEOS film 2 is etched back until the surface of the nitride film 14 is exposed.
0 is flattened (FIG. 7 (g)). Thereafter, the nitride film 14 and the oxide film 12 are peeled off to form an active region.

【0010】このような方法を採用することによって、
窒化膜14の表面上のO3 −TEOS膜20が少なくと
も部分的に除去され、膜厚が薄くなっていることから、
CMP研磨量が少なくなり、CMP処理のプロセスマー
ジンが拡大される。また、O 3 −TEOS膜20の熱処
理も、反転パターン22をマスクとしたエッチングを行
った後で行うことが考えられる。すなわち、図7(f
1)の状態で熱処理を行い、熱処理O3 −TEOS膜2
1(図7(f2))とすることも可能である。窒化膜1
4の表面に堆積されたO3 −TEOS膜20が少なくと
も部分的に除去され窒化膜14上のO3 −TEOS膜2
0の膜厚が薄くなった状態で熱処理を行うことにより、
3 −TEOS膜20の収縮によるクラックが発生しに
くくなることが期待される。
By adopting such a method,
O on the surface of the nitride film 14Three -When the TEOS film 20 is small
Is also partially removed and the film thickness is reduced,
The amount of CMP polishing is reduced, and the process
Gin is enlarged. Also, O Three-Heat treatment of TEOS film 20
Naturally, etching is performed using the inverted pattern 22 as a mask.
It is conceivable to do it after a while. That is, FIG.
Heat treatment is performed in the state of 1), and heat treatment OThree-TEOS film 2
1 (FIG. 7 (f2)). Nitride film 1
O deposited on the surface of No. 4Three -When the TEOS film 20 is small
Is also partially removed and O on the nitride film 14 is removed.Three -TEOS film 2
By performing the heat treatment in a state where the film thickness of 0 is thin,
OThree -Crack due to shrinkage of TEOS film 20
It is expected to get worse.

【0011】しかしながら、分離溝18へのO3 −TE
OS膜20の埋め込みを複数の反応室(チャンバー)で
行った場合、反応室間で膜質に差が発生する。特に、常
圧(またはSA)O3 −TEOS CVD装置で堆積し
た膜では、この傾向が顕著である。そのため、反転パタ
ーンを利用したエッチングの速度が反応室ごとに異なる
ことになる。このため、O3 −TEOS膜20による分
離溝18への埋め込み時に各反応室での成膜膜厚を揃え
たとしても、反転パターンを利用したエッチング後の残
り膜厚が、各反応室毎に異なるという結果を生じる。こ
の膜厚差により、CMP処理のプロセスマージンが狭ま
る。従って、複数の異なる半導体基板の分離溝18への
3 −TEOS膜20の埋め込みを、それぞれ複数の異
なる反応室で行った場合、十分なプロセスマージンが確
保できず、正常なCMP処理が行えないという問題が生
じる。そのため、O3 −TEOS膜20による分離溝1
8への埋め込みを単一の反応室で行う等の制限が必要と
なる。
[0011] However, O 3 -TE
When the embedding of the OS film 20 is performed in a plurality of reaction chambers (chambers), a difference in film quality occurs between the reaction chambers. In particular, this tendency is remarkable in a film deposited by a normal pressure (or SA) O 3 -TEOS CVD apparatus. Therefore, the etching speed using the inversion pattern is different for each reaction chamber. For this reason, even when the film thicknesses in the respective reaction chambers are made uniform when the O 3 -TEOS film 20 is buried in the separation grooves 18, the remaining film thickness after etching using the inversion pattern is different for each reaction chamber. The result is different. Due to this difference in film thickness, the process margin of the CMP process is narrowed. Therefore, when the O 3 -TEOS film 20 is buried in the separation trenches 18 of a plurality of different semiconductor substrates in a plurality of different reaction chambers, a sufficient process margin cannot be secured and a normal CMP process cannot be performed. The problem arises. Therefore, the separation groove 1 by the O 3 -TEOS film 20
For example, it is necessary to limit the embedding into the reaction chamber 8 in a single reaction chamber.

【0012】なお、例えば、特開2000−12674
号公報には、浅い溝に絶縁材料であるO3 −TEOS膜
等の第2のCVD酸化膜を埋め込んだ後、CMP法で研
磨する前に、熱処理することにより、STI埋め込みC
VD酸化膜の緻密化を図ることが開示されている。この
公報に記載された平坦化方法は、浅い溝内および第1の
窒化膜上にCVD酸化膜を堆積した後、その上にさら
に、第2の窒化膜を堆積させ、この上にフォトレジスト
を塗布して、フォトリソグラフィーにより素子領域上の
第2の窒化膜を除去して、アクティブ領域上にCVD酸
化膜の突起部を露出させた後に、熱処理を行ってCVD
酸化膜の緻密化を図り、次いで、CMPにより、第1お
よび第2の窒化膜をストッパーとして突起部を除去し
て、平坦化するものである。熱処理は、溝のCVD酸化
膜による埋め込み直後に行って良いとの開示もある。し
かしながら、この公報に記載された平坦化方法では、反
転パターンを利用したエッチングは行われているが、エ
ッチングされるのは第2の窒化膜のみであり、酸化膜の
エッチングは行われない。従って、酸化膜の突起部は分
離領域ではなくアクティブ領域に形成される。またこの
公報には、熱処理時の酸化膜のクラック発生や複数の反
応室間の膜質の差について記載は無いし、これらの問題
に対する解決策も開示されていない。
Incidentally, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-12674
In Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-264, after a second CVD oxide film such as an O 3 -TEOS film as an insulating material is buried in a shallow groove, a heat treatment is performed before polishing by a CMP method, so that an STI buried CTI film is formed.
It is disclosed that the VD oxide film is densified. In the planarization method described in this publication, a CVD oxide film is deposited in a shallow groove and on a first nitride film, and then a second nitride film is further deposited thereon, and a photoresist is deposited thereon. After coating, the second nitride film on the element region is removed by photolithography, and the protrusion of the CVD oxide film is exposed on the active region.
The oxide film is densified, and then the protrusion is removed by CMP using the first and second nitride films as stoppers to planarize the oxide film. It is disclosed that the heat treatment may be performed immediately after the trench is filled with the CVD oxide film. However, in the flattening method described in this publication, although etching using an inverted pattern is performed, only the second nitride film is etched, and the oxide film is not etched. Therefore, the protrusions of the oxide film are formed not in the isolation region but in the active region. Further, this publication does not disclose cracking of an oxide film during heat treatment or a difference in film quality between a plurality of reaction chambers, and does not disclose any solution to these problems.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、上記
従来技術の問題点を解消し、熱処理時にクラックが発生
せず、複数の半導体基板表面へのO3 −TEOS膜等の
シリコン酸化膜の堆積を各々異なる反応室を用いて実施
した場合でも、反転パターンを利用したエッチング等の
速度を一定にすることができ、シリコン酸化膜の堆積に
複数の反応室を使用することを可能とし、生産能力(ス
ループット)を向上させることのできる半導体装置の素
子分離構造の形成方法を提供するにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, to prevent the occurrence of cracks during heat treatment and to form a silicon oxide film such as an O 3 -TEOS film on a plurality of semiconductor substrate surfaces. Even if the deposition of each is performed using different reaction chambers, it is possible to make the rate of etching and the like using a reverse pattern constant, and to use a plurality of reaction chambers for depositing a silicon oxide film, It is an object of the present invention to provide a method for forming an element isolation structure of a semiconductor device, which can improve production capacity (throughput).

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、半導体基板の表面に形成された溝内にシ
リコン酸化膜が埋め込まれた素子分離構造を形成する方
法であって、前記溝が形成された半導体基板の表面の前
記溝の内外に、TEOSおよびオゾンを原料とするCV
Dを行って前記シリコン酸化膜を堆積して、前記溝を埋
め込む堆積工程と、前記半導体基板の表面の前記溝の内
外に堆積した前記シリコン酸化膜を特定の条件下で熱処
理する熱処理工程と、前記熱処理されたシリコン酸化膜
の一部分を、前記溝の反転パターンをマスクとしてエッ
チングするエッチング工程とを含み、それぞれ、前記堆
積工程および前記熱処理工程が行われた異なる前記半導
体基板上の前記シリコン酸化膜の前記エッチング工程で
のエッチング速度を実質的に同一にしたことを特徴とす
る素子分離構造の形成方法を提供するものである。
According to the present invention, there is provided a method for forming an element isolation structure in which a silicon oxide film is buried in a groove formed on a surface of a semiconductor substrate. CVs made of TEOS and ozone as raw materials inside and outside the grooves on the surface of the semiconductor substrate where the grooves are formed.
D, depositing the silicon oxide film to bury the groove, and a heat treatment step of heat treating the silicon oxide film deposited inside and outside the groove on the surface of the semiconductor substrate under specific conditions; An etching step of etching a portion of the heat-treated silicon oxide film using a reverse pattern of the groove as a mask, wherein the silicon oxide film on the different semiconductor substrate has been subjected to the deposition step and the heat treatment step, respectively. A method for forming an element isolation structure, wherein the etching rates in the etching step are substantially the same.

【0015】前記異なる前記半導体基板には、それぞ
れ、異なる反応室の各々で、前記堆積工程が行われるこ
とが好ましい。
It is preferable that the deposition step is performed on the different semiconductor substrates in different reaction chambers.

【0016】また、本発明は、半導体基板の表面に形成
された溝内にシリコン酸化膜が埋め込まれた素子分離構
造を形成する方法であって、前記溝が形成された半導体
基板の表面の前記溝の内外に、TEOSおよびオゾンを
原料とするCVDを行って前記シリコン酸化膜を堆積し
て、前記溝を埋め込む堆積工程と、前記半導体基板の表
面の前記溝の内外に堆積した前記シリコン酸化膜を95
0℃以上の温度で熱処理する熱処理工程と、前記熱処理
されたシリコン酸化膜の一部分を、前記溝の反転パター
ンをマスクとしてエッチングするエッチング工程とを含
むことを特徴とする素子分離構造の形成方法を提供する
ものである。
Further, the present invention is a method for forming an element isolation structure in which a silicon oxide film is buried in a groove formed on a surface of a semiconductor substrate, the method comprising: A deposition step of depositing the silicon oxide film by performing CVD using TEOS and ozone as raw materials inside and outside the groove, and embedding the groove, and the silicon oxide film deposited inside and outside the groove on the surface of the semiconductor substrate 95
A method for forming an element isolation structure, comprising: a heat treatment step of performing a heat treatment at a temperature of 0 ° C. or more; and an etching step of etching a part of the heat-treated silicon oxide film using a reverse pattern of the groove as a mask. To provide.

【0017】ここで、前記シリコン酸化膜堆積の前に、
前記溝が形成された半導体基板の表面を改質する前処理
工程を含むことが好ましい。また、前記半導体基板の表
面の改質を、前記半導体基板の表面を窒素を含むプラズ
マで処理することによって行うことをが好ましい。
Here, before depositing the silicon oxide film,
It is preferable that the method further includes a pretreatment step of modifying a surface of the semiconductor substrate in which the groove is formed. Further, it is preferable that the surface of the semiconductor substrate is modified by treating the surface of the semiconductor substrate with a plasma containing nitrogen.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】本発明に係る半導体装置の素子分
離構造の形成方法を添付の図面に示す好適実施形態に基
づいて以下に詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A method for forming an element isolation structure of a semiconductor device according to the present invention will be described in detail below with reference to preferred embodiments shown in the accompanying drawings.

【0019】本発明の半導体装置の素子分離構造の形成
方法は、半導体基板の表面に形成された溝をシリコン酸
化膜で埋め込む前に、この溝が形成された半導体基板の
表面(溝内外)を窒素を含むプラズマで前処理し改質を
行う。このように前処理された半導体基板の表面の溝の
内外に、TEOSおよびオゾンを原料とするCVDを行
いてシリコン酸化膜を堆積して、溝を埋め込む。続い
て、半導体基板の表面の前記溝の内外に堆積したシリコ
ン酸化膜を特定の条件下で熱処理することにより、それ
ぞれ、異なる半導体基板上に堆積されたシリコン酸化膜
の、後から行う反転パターンを利用したエッチングの速
度を実質的に同一にすることを特徴とするものである。
According to the method for forming an element isolation structure of a semiconductor device of the present invention, before embedding a groove formed on the surface of a semiconductor substrate with a silicon oxide film, the surface (inside and outside of the groove) of the semiconductor substrate formed with this groove is formed. Pretreatment is performed with plasma containing nitrogen for reforming. A silicon oxide film is deposited by performing CVD using TEOS and ozone as raw materials inside and outside the grooves on the surface of the semiconductor substrate pretreated as described above to fill the grooves. Subsequently, a silicon oxide film deposited on the inside and outside of the groove on the surface of the semiconductor substrate is subjected to a heat treatment under a specific condition, whereby a reverse pattern to be performed later on the silicon oxide film deposited on a different semiconductor substrate is performed. The present invention is characterized in that the utilized etching rates are made substantially the same.

【0020】図1および図2に、本発明の半導体装置の
素子分離構造の形成方法の一例の工程断面図を示す。図
1および図2に示す本発明の半導体装置の素子分離構造
の形成方法は、図6および図7に示す従来の半導体装置
の素子分離構造の形成方法と、本発明法の窒素を含むプ
ラズマによる前処理工程(c2)および熱処理工程(d
2)と、従来法の熱処理工程(f2)と、これらの処理
による膜質の相違とを除いて、同様の工程を有するもの
である。同様の工程および要素には、同一の参照符号を
付し、その詳細な説明は省略する。
FIGS. 1 and 2 are sectional views showing the steps of an example of a method for forming an element isolation structure of a semiconductor device according to the present invention. The method for forming the element isolation structure of the semiconductor device of the present invention shown in FIGS. 1 and 2 is based on the conventional method for forming the element isolation structure of the semiconductor device shown in FIGS. Pretreatment step (c2) and heat treatment step (d
2) and a heat treatment step (f2) of the conventional method, and a similar step except for a difference in film quality due to these treatments. Similar steps and elements are denoted by the same reference numerals, and a detailed description thereof will be omitted.

【0021】本発明の素子分離構造の形成方法では、図
1(a)〜(c1)に示すように、図6(a)〜(c
1)に示す従来法と同様に、半導体基板10上に、熱酸
化膜12およびシリコン窒化膜14を形成した後(図1
(a))に、フォトリソグラフィー工程により、この窒
化膜14の上の分離領域に開口を有するレジストパター
ン16を形成し(図1(b))、続いて、このレジスト
パターン16をマスクとして、ドライエッチングによ
り、分離溝18を形成し、レジストパターン16を除去
した後に、分離溝18の側壁や底面に薄い熱酸化膜12
を形成する(図1(c1))。
In the method of forming an element isolation structure according to the present invention, as shown in FIGS. 1 (a) to 1 (c1), FIGS.
After forming a thermal oxide film 12 and a silicon nitride film 14 on a semiconductor substrate 10 as in the conventional method shown in FIG.
1A, a resist pattern 16 having an opening in an isolation region on the nitride film 14 is formed by a photolithography process (FIG. 1B). After the separation groove 18 is formed by etching and the resist pattern 16 is removed, the thin thermal oxide film 12 is formed on the side wall and the bottom surface of the separation groove 18.
Is formed (FIG. 1 (c1)).

【0022】次に、Si基板10の分離溝18をシリコ
ン酸化膜(以下では、O3 −TEOS膜で代表させる)
20で埋め込む前に、前処理として、その側壁や底面に
薄い熱酸化膜12が形成された分離溝18および分離溝
18の外部の基板表面の窒化膜14を、窒素を含むガス
を用いてプラズマ処理する。この前処理工程は、本発明
の素子分離構造の形成方法の特徴とする工程の一つであ
って、図1(d1)に示すO3 −TEOS膜の堆積工程
を行う前に、Nを含むガスを用いて、半導体基板の表面
をプラズマ前処理することより、半導体基板の表面を改
質する。すなわち、分離溝18の側壁や底面の熱酸化膜
12を表面改質熱酸化膜13に、分離溝18外の窒化膜
14を表面改質窒化膜15に改質するものである(図1
(c2))。こうして、図1(d1)に示す堆積工程で
堆積するO3 −TEOS膜20の下地となる半導体基板
表面を改質し、その結果、半導体基板10の表面の表面
改質熱酸化膜13および表面改質窒化膜15上に堆積す
るO3 −TEOS膜20の膜質を改善する。
Next, the isolation groove 18 of the Si substrate 10 is formed by a silicon oxide film (hereinafter, represented by an O 3 -TEOS film).
Prior to the embedding with 20, as a pretreatment, the isolation groove 18 having the thin thermal oxide film 12 formed on its side wall and bottom surface and the nitride film 14 on the substrate surface outside the isolation groove 18 are plasma-treated using a gas containing nitrogen. To process. This pretreatment step is one of the characteristic steps of the method for forming an element isolation structure of the present invention, and includes N before performing the O 3 -TEOS film deposition step shown in FIG. The surface of the semiconductor substrate is modified by performing a plasma pretreatment on the surface of the semiconductor substrate using a gas. That is, the thermal oxide film 12 on the side wall and bottom surface of the isolation groove 18 is modified into a surface-modified thermal oxide film 13, and the nitride film 14 outside the isolation groove 18 is modified into a surface-modified nitride film 15 (FIG. 1).
(C2)). Thus, the surface of the semiconductor substrate serving as the base of the O 3 -TEOS film 20 deposited in the deposition step shown in FIG. 1D1 is modified, and as a result, the surface-modified thermal oxide film 13 and the surface of the surface of the semiconductor substrate 10 are modified. The quality of the O 3 -TEOS film 20 deposited on the modified nitride film 15 is improved.

【0023】より具体的に述べると、窒素を含むガスで
半導体基板表面をプラズマ前処理することにより、後述
する本発明法のもう一つの特徴とする工程である熱処理
工程(図2(d2)参照)におけるO3 −TEOS膜2
0の熱収縮率が減少する。これにより、O3 −TEOS
膜20を膜厚が厚いまま、すなわち、後述する反転パタ
ーンを利用したエッチング(図2(f1)参照)を行わ
ない状態で熱処理した場合であっても、O3 −TEOS
膜中でのクラックの発生が防止される。
More specifically, by subjecting the surface of the semiconductor substrate to plasma pretreatment with a gas containing nitrogen, a heat treatment step (see FIG. 2 (d2)) which is another characteristic step of the method of the present invention described later. ) O 3 -TEOS film 2
A heat shrinkage of 0 decreases. Thereby, O 3 -TEOS
Even when the film 20 is heat-treated while the film thickness is still large, that is, in a state where etching using an inversion pattern described later (see FIG. 2 (f1)) is not performed, O 3 -TEOS
The generation of cracks in the film is prevented.

【0024】本発明の素子分離構造の形成方法におい
て、プラズマ前処理に用いる窒素を含むガスは代表的に
はN2 またはNH3 である。このプラズマ前処理工程
は、プラズマCVDまたはプラズマエッチングに用いら
れる通常の平行平板型のプラズマ発生装置を用いて実施
することができる。但し、高周波電力を印加する方法に
より、使用可能なNを含むガスは制限される。
In the method for forming an element isolation structure according to the present invention, the gas containing nitrogen used for the plasma pretreatment is typically N 2 or NH 3 . This plasma pretreatment step can be performed using a general parallel plate type plasma generator used for plasma CVD or plasma etching. However, the gas containing N that can be used is limited by the method of applying high-frequency power.

【0025】上部電極印加型のプラズマ発生装置の場
合、下部電極はアースされており、この下部電極側に配
置された基板にはセルフバイアスがかからない。そのた
め、比較的解離しにくいN2 を使用した場合、基板に到
達することができる活性種が不足し、十分な改質効果を
得ることができない場合がある。そのため、窒素を含む
ガスは、比較的解離しやすいNH3 であるのが好まし
い。一方、基板が配置された下部電極に高電圧が印加さ
れる下部電極印加型の場合には、基板側にセルフバイア
スがかかるため、窒素を含むガスに比較的解離しにくい
2 を用いた場合でも、効率良く活性種が基板に到達
し、十分な改質効果を得ることができる。そのため、下
部電極印加型の装置を用いる場合、窒素を含むガスには
NH3 およびN2 のいずれを用いてもよい。
In the case of an upper electrode applied type plasma generator, the lower electrode is grounded, and no self-bias is applied to the substrate disposed on the lower electrode side. Therefore, when using relatively dissociated difficult N 2, insufficient active species that can reach the substrate, it may be impossible to obtain a sufficient modification effect. Therefore, the gas containing nitrogen is preferably NH 3 which is relatively easily dissociated. On the other hand, in the case of a lower electrode application type in which a high voltage is applied to the lower electrode on which the substrate is disposed, a self-bias is applied to the substrate side, so that N 2 which is relatively hard to dissociate in a gas containing nitrogen is used. However, the active species efficiently reach the substrate, and a sufficient modifying effect can be obtained. Therefore, when a lower electrode application type device is used, any of NH 3 and N 2 may be used as the gas containing nitrogen.

【0026】本発明の素子分離構造の形成方法におい
て、このプラズマ処理に必要とされるRF電力は、上述
した装置の電極印加の方式によって異なる。電極側にセ
ルフバイアスのかからない上部電極印加型の装置の場
合、窒素を含むガスにNH3 を用いてRF500W以上
でプラズマ処理を行う必要がある。一方、基板側にセル
フバイアスがかかる下部電極印加型の装置の場合、窒素
を含むガスとしては、NH 3 またはN2 のいずれかを用
いて、RF100W以上でプラズマ処理を行えばよい。
但し、セルフバイアスが強すぎると下地膜がイオンの打
ち込みによる衝撃で損傷を受けるおそれがあるため、セ
ルフバイアスが−100V〜−300Vの範囲で実施す
るのが好ましい。セルフバイアスが、−100V未満で
は、O3 −TEOS膜20の下地依存性を解消すること
ができず、セルフバイアスが−300V超ではイオンの
打ち込みによる衝撃で下地膜が損傷を受ける。
In the method for forming an element isolation structure according to the present invention,
The RF power required for this plasma processing is as described above.
It depends on the method of electrode application of the device. Set the electrode side
In the case of an upper electrode applied type device that does not have a
If the gas containing nitrogen is NHThreeRF500W or more using
It is necessary to perform a plasma treatment. On the other hand, the cell
In the case of a lower electrode application type device to which bias is applied, nitrogen
As a gas containing ThreeOr NTwoUse one of
Therefore, the plasma processing may be performed at an RF of 100 W or more.
However, if the self-bias is too strong, the underlying film may be hit by ions.
Since there is a danger of being damaged by the impact of
Implement with a bias of -100V to -300V.
Preferably. When self bias is less than -100V
Is OThree -Eliminating the underlayer dependence of the TEOS film 20
And self-bias exceeding -300 V
The underlayer is damaged by the impact of the implantation.

【0027】次に、こうして前処理工程によって表面が
改質された半導体基板を複数枚用意し、その上にそれぞ
れ異なる反応室を用いてO3 −TEOS膜20を堆積し
て、分離溝18を埋め込む(図1(d1)参照)。すな
わち、このO3 −TEOS膜堆積工程は、分離溝18の
内部が埋め込まれるように、半導体基板10上の分離溝
18内部の表面改質熱酸化膜13上および表面改質窒化
膜14の表面上の全面にシリコン酸化膜20を堆積する
工程である。ここで、複数の反応室は、同一のCVD装
置が備える同一の構造の反応室であり、また堆積条件の
設定値も同一である。しかし現実には、反応室間の個体
差により、堆積速度が相互に異なるし、また後から述べ
るように、堆積された膜の膜質も相互に異なる。この
内、堆積速度の差については、モニター基板(溝18の
形成や熱酸化膜12や窒化膜14等の形成を行っていな
いシリコン基板)上の堆積速度をあらかじめ測定し、堆
積時間を調整することによって解消することが可能であ
る。すなわち、複数の基板上に堆積されるO3 −TEO
S膜の膜厚の相互差を抑制することができる。しかし膜
質の差を解消するためには、後から述べるように、特定
の条件での熱処理を行うことが必要である。
Next, a plurality of semiconductor substrates whose surfaces have been modified by the pretreatment process are prepared, and an O 3 -TEOS film 20 is deposited thereon using different reaction chambers, thereby forming the separation grooves 18. Embedding (see FIG. 1 (d1)). That is, this O 3 -TEOS film deposition step is performed so that the inside of the isolation trench 18 is buried so that the surface of the surface-modified thermal oxide film 13 and the surface-modified nitride film 14 inside the isolation trench 18 on the semiconductor substrate 10 are buried. This is a step of depositing a silicon oxide film 20 on the entire upper surface. Here, the plurality of reaction chambers are reaction chambers having the same structure provided in the same CVD apparatus, and the set values of the deposition conditions are also the same. However, in reality, the deposition rates differ from one another due to individual differences between the reaction chambers, and the film quality of the deposited films also differs from one another, as described later. Regarding the difference in the deposition rate, the deposition rate on the monitor substrate (a silicon substrate on which the grooves 18 and the thermal oxide film 12 and the nitride film 14 are not formed) is measured in advance, and the deposition time is adjusted. This can be solved by doing so. That is, O 3 -TEO deposited on a plurality of substrates
The mutual difference in the thickness of the S film can be suppressed. However, in order to eliminate the difference in film quality, it is necessary to perform heat treatment under specific conditions, as described later.

【0028】続いて、後述する反転パターンを利用した
3 −TEOS膜のエッチング処理工程(図2(e)お
よび(f1)参照)の前に、O3 −TEOS膜20を特
定の条件で熱処理して、熱処理O3 −TEOS膜21に
する(図2(d2)参照)。この熱処理工程は、本発明
法のもう一つの特徴とする工程であって、後述する反転
パターンによるエッチング処理(図(f1)参照)にお
ける異なる半導体基板上のO3 −TEOS膜21のエッ
チング速度を実質的に同一にするための工程である。
Subsequently, before the O 3 -TEOS film etching process using an inversion pattern described later (see FIGS. 2E and 2F), the O 3 -TEOS film 20 is heat-treated under specific conditions. Thus, a heat-treated O 3 -TEOS film 21 is formed (see FIG. 2D2). This heat treatment step is another characteristic step of the method of the present invention. In the heat treatment step, the etching rate of the O 3 -TEOS film 21 on a different semiconductor substrate in an etching process using an inverted pattern (see FIG. This is a step for making them substantially the same.

【0029】特定の条件とは、熱処理時にO3 −TEO
S膜20にクラックを生じることがなく、かつ反転パタ
ーンを利用したエッチング時の異なる半導体基板上のO
3 −TEOS膜21のエッチング速度が実質的に同一に
なる条件である。ここで、一般的にフッ素系ガスを用い
て行われる反転パターンを利用したエッチング時のエッ
チング速度は、O3 −TEOS膜21の応力に影響され
ることが確認されている。そのため、O3 −TEOS膜
21の応力が実質的に同一になる熱処理条件を選択すれ
ば、実質的に同一のエッチング速度が得られることとな
る。
[0029] The specific conditions are as follows: O 3 -TEO
Cr is not generated in the S film 20 and O on the different semiconductor substrate at the time of etching using the reverse pattern.
This is a condition under which the etching rate of the 3- TEOS film 21 becomes substantially the same. Here, it has been confirmed that the etching rate at the time of etching using an inverted pattern generally performed using a fluorine-based gas is affected by the stress of the O 3 -TEOS film 21. Therefore, if the heat treatment conditions under which the stress of the O 3 -TEOS film 21 becomes substantially the same are selected, substantially the same etching rate can be obtained.

【0030】図3に、N2 雰囲気下、1000℃で熱処
理時間を変化させた場合の、3個の異なる反応室(チャ
ンバー1,2,3)を用いて堆積したO3 −TEOS膜
の応力の変化を示す。図から明らかなように、N2 雰囲
気下で熱処理した場合、熱処理の初期においては、O3
−TEOS膜の応力は急激に変化するが、5分程度の熱
処理の後はその変化が緩やかになり、一定の値に近づ
く。また、異なる反応室を用いて堆積したO3 −TEO
S膜相互間の応力の差異も、熱処理を行うことによって
縮小する。すなわち、1000℃で5分程度以上、好ま
しくは20分程度以上の熱処理を行うことにより、異な
る反応室を用いて堆積したO3 −TEOS膜のプラズマ
エッチングの速度を実質的に同一にできる。
FIG. 3 shows the stress of the O 3 -TEOS film deposited using three different reaction chambers (chambers 1, 2, 3) when the heat treatment time was changed at 1000 ° C. in an N 2 atmosphere. Shows the change in As is clear from the figure, when heat treatment is performed in an N 2 atmosphere, O 3
-The stress of the TEOS film changes abruptly, but after a heat treatment of about 5 minutes, the change becomes gentle and approaches a constant value. Also, O 3 -TEO deposited using different reaction chambers
The difference in stress between the S films is also reduced by performing the heat treatment. That is, by performing the heat treatment at 1000 ° C. for about 5 minutes or more, preferably about 20 minutes or more, the plasma etching rates of the O 3 -TEOS films deposited using different reaction chambers can be made substantially the same.

【0031】図4に、参考のために同一の熱処理温度で
のCMP処理での研磨レート(研磨速度)の変化を示
す。図4より、CMP処理でのエッチング速度も図3に
示したO3 −TEOS膜の応力と同様の傾向を示すこと
が確認できる。すなわち、最初は急激にエッチング速度
が減少し、5分程度以降では変化が緩やかになり、一定
値に近づくとともに、異なる反応室間での差異が小さく
なる。
FIG. 4 shows a change in polishing rate (polishing rate) in the CMP process at the same heat treatment temperature for reference. From FIG. 4, it can be confirmed that the etching rate in the CMP treatment also shows the same tendency as the stress of the O 3 -TEOS film shown in FIG. That is, the etching rate sharply decreases at first, gradually changes after about 5 minutes, approaches a constant value, and the difference between different reaction chambers decreases.

【0032】一方、熱処理は、O3 −TEOS膜にクラ
ックが発生しない条件で行う必要がある。O3 −TEO
S膜でのクラックの発生は、膜の応力および収縮率と関
係することが確認されており、応力および収縮率が増加
するにつれて、クラックの発生の可能性が増加する。図
3から、熱処理時間を増加するにつれて、O3 −TEO
S膜の応力が増加することが確認できる。図5は、N2
雰囲気下、1000℃で熱処理時間を変化させた場合
の、O3 −TEOS膜の収縮率の変化を示すものであ
り、やはり応力の変化と同様の傾向を示す。すなわち、
最初は急激に収縮率が増大するが、5分程度以降では変
化が緩やかになり、一定値に近づく。ただし、堆積時の
膜質に反応室間での差異があるため、反応室間で収縮率
の相互差は、熱処理時間が長くなっても縮小されない。
On the other hand, the heat treatment needs to be performed under the condition that no crack occurs in the O 3 -TEOS film. O 3 -TEO
The occurrence of cracks in the S film has been found to be related to the stress and shrinkage of the film, and as the stress and shrinkage increase, the likelihood of cracking increases. FIG. 3 shows that as the heat treatment time increases, the O 3 -TEO
It can be confirmed that the stress of the S film increases. 5, N 2
It shows the change in the shrinkage of the O 3 -TEOS film when the heat treatment time is changed at 1000 ° C. in an atmosphere, and also shows the same tendency as the change in the stress. That is,
At first, the contraction rate sharply increases, but after about 5 minutes, the change becomes gentle and approaches a constant value. However, since the film quality at the time of deposition differs between the reaction chambers, the difference in the shrinkage between the reaction chambers is not reduced even if the heat treatment time is lengthened.

【0033】これらの測定結果を参考にして、O3 −T
EOS膜にクラックを生じることがなく、反転パターン
を利用したエッチング時のエッチング速度が異なる半導
体基板上において、実質的に同一になる熱処理条件を選
択して実施すればよい。本発明の素子分離構造の形成方
法において、熱処理は、好ましくは950℃以上の温度
で、より具体的には、950〜1100℃で20〜40
分間の範囲の条件で実施する。
With reference to these measurement results, O 3 -T
It is sufficient to select heat treatment conditions that are substantially the same on semiconductor substrates having different etching rates when etching using an inverted pattern without causing cracks in the EOS film. In the method for forming an element isolation structure of the present invention, the heat treatment is preferably performed at a temperature of 950 ° C. or higher, more specifically, at 950 to 1100 ° C. for 20 to 40 ° C.
The procedure is carried out in the range of minutes.

【0034】ここで、半導体基板表面に対する窒素を含
むプラズマによる改質処理を行わなかった場合には、行
った場合に比較して低温、短時間の熱処理条件において
もクラックが生じた。このため実験を行った範囲では、
クラックを生じることなく、異なる反応室で堆積したO
3 −TEOS膜の反転パターンを利用したエッチング処
理でのエッチングの速度を実質的に同一にする条件は見
いだせなかった。一方、窒素を含むプラズマによる改質
処理の条件を変更し、熱処理なしで異なる反応室で堆積
したO3 −TEOS膜の膜質の差を抑制することも検討
した。しかし、下地膜に対して損傷を与えない範囲にお
いては、熱処理なしで異なる反応室で堆積した。O3
TEOS膜のエッチング速度を実質的に同一とすること
はできなかった。
Here, when the surface of the semiconductor substrate was not subjected to the reforming treatment by the plasma containing nitrogen, cracks occurred even under the heat treatment condition of lower temperature and shorter time than the case where the modification treatment was performed. For this reason, within the scope of the experiment,
O deposited in different reaction chambers without cracking
No condition was found in which the etching rate in the etching process using the reverse pattern of the 3- TEOS film was made substantially the same. On the other hand, it was also studied to change the conditions of the reforming treatment using the plasma containing nitrogen to suppress the difference in the film quality of the O 3 -TEOS films deposited in different reaction chambers without heat treatment. However, as long as the base film was not damaged, deposition was performed in a different reaction chamber without heat treatment. O 3
The etching rate of the TEOS film could not be made substantially the same.

【0035】すなわち、実験を行った範囲内において
は、クラックを生じることなく、異なる反応室で堆積し
たO3 −TEOS膜のエッチング速度を実質的に同一に
するためには、O3 −TEOS膜の堆積前に適切な条件
での基板表面の改質処理を行い、さらに、堆積後に適切
な条件で熱処理を行うことが必要であった。熱処理の雰
囲気としては、代表的には窒素を用いることができる。
しかし、アルゴン、酸素等、窒素以外の雰囲気を利用す
ることも可能である。
That is, in order to make the etching rates of O 3 -TEOS films deposited in different reaction chambers substantially the same without causing cracks in the range where the experiment was performed, it is necessary to use the O 3 -TEOS film. Before the deposition, it was necessary to perform a modification treatment of the substrate surface under appropriate conditions, and further to perform a heat treatment under appropriate conditions after the deposition. As a heat treatment atmosphere, nitrogen can be typically used.
However, it is also possible to use an atmosphere other than nitrogen, such as argon and oxygen.

【0036】こうして特定の条件で熱処理されて所望の
特性を持つに至った熱処理O3 −TEOS膜21の上
に、図2(e)に示すように、従来法の図7(e)と同
様に、フォトリソグラフィー工程によりレジストからな
る反転パターン22を形成する。次に、この反転パター
ン22をマスクとして、アクティブ領域上の熱処理O3
−TEOS膜21をフッ素系ガスを用いたプラズマエッ
チングにより少なくとも部分的に除去した後、反転パタ
ーン22を除去する。この時、分離領域には突起部24
が形成される(図2(f1)参照)。
As shown in FIG. 2E, a heat treatment is performed on the heat-treated O 3 -TEOS film 21 which has been heat-treated under specific conditions to have desired characteristics, as shown in FIG. Next, a reverse pattern 22 made of a resist is formed by a photolithography process. Next, using the inverted pattern 22 as a mask, a heat treatment O 3 on the active region is performed.
After the TEOS film 21 is at least partially removed by plasma etching using a fluorine-based gas, the inversion pattern 22 is removed. At this time, the projections 24
Is formed (see FIG. 2 (f1)).

【0037】エッチング膜厚の設定により、アクティブ
領域上の熱処理O3 −TEOS膜をすべて除去して、表
面改質窒化膜15の表面を露出させることも可能であ
る。また、アクティブ領域上の熱処理O3 −TEOS膜
を薄く残すことも可能である。前述した反転パターンエ
ッチングの目的を考慮すれば、エッチング膜厚をなるべ
く大きくした方が、O3 −TEOS膜の膜厚を薄くし
て、CMP処理のプロセスマージンを拡大し、クラック
発生を防止するためには好ましいと予想できる。しかし
現実には、アクティブ領域上に堆積されるO3 −TEO
S膜の膜厚は一定ではなく、溝の寸法および密度に依存
し、半導体基板内でばらつきを生じる。従って、平均的
な堆積膜厚の部分でO3 −TEOS膜が完全に除去され
るようにエッチング膜厚を設定すると、O3 −TEOS
膜の堆積膜厚の薄い部分では、表面改質窒化膜15の表
面がO3 −TEOS膜エッチングのためのプラズマに長
時間さらされ、膜厚の減少を起こすとともに、プラズマ
損傷を受ける。このように損傷を受けた窒化膜では、C
MP処理におけるストッパとしての能力が低下し、逆に
プロセスマージンが狭まる。従って、一般的には、O3
−TEOS膜堆積膜厚のばらつきの範囲内で、最も薄い
部分でもO3 −TEOS膜がわずかに残るか、もしくは
ちょうど除去されるように、エッチング膜厚を設定する
ことが好ましい。
By setting the etching film thickness, it is possible to remove all the heat-treated O 3 -TEOS film on the active region and expose the surface of the surface-modified nitride film 15. It is also possible to leave the heat-treated O 3 -TEOS film on the active region thin. In consideration of the purpose of the above-described inversion pattern etching, it is preferable to increase the thickness of the etched film as much as possible in order to reduce the thickness of the O 3 -TEOS film, increase the process margin of the CMP process, and prevent cracks. Can be expected to be preferable. However, in reality, the O 3 -TEO deposited on the active area
The thickness of the S film is not constant, depends on the size and density of the groove, and varies within the semiconductor substrate. Accordingly, the average deposition thickness portion of the O 3 -TEOS film to set the etching thickness to be removed completely, O 3 -TEOS
In the portion where the film thickness is small, the surface of the surface-modified nitride film 15 is exposed to plasma for etching the O 3 -TEOS film for a long time, causing the film thickness to decrease and suffering plasma damage. In the nitride film thus damaged, C
The ability as a stopper in the MP processing is reduced, and conversely, the process margin is narrowed. Therefore, in general, O 3
It is preferable to set the etching film thickness such that the O 3 -TEOS film slightly remains or is removed even at the thinnest portion within the range of the variation in the deposited film thickness of the −TEOS film.

【0038】この時、熱処理O3 −TEOS膜21は、
異なる反応室で堆積された場合であっても、エッチング
速度が実質的に同一である。従って、堆積膜厚をそろえ
ておけば同じ膜厚のO3 −TEOS膜21を残すことが
でき、この後のCMP処理を容易に行うことができる。
続いて、CMP法により、表面改質窒化膜15をストッ
パとして、表面改質窒化膜15上のO3 −TEOS膜2
1が完全に除去されるまでCMPしてO3 −TEOS膜
21を平坦化する(図2(g))。その後、表面改質窒
化膜15および酸化膜12を剥離除去し、アクティブ領
域を形成する。本発明の半導体装置の素子分離構造の形
成方法は、基本的に以上のように構成される。
At this time, the heat-treated O 3 -TEOS film 21
The etch rates are substantially the same even when deposited in different reaction chambers. Therefore, if the deposited film thickness is made uniform, the O 3 -TEOS film 21 having the same film thickness can be left, and the subsequent CMP process can be easily performed.
Subsequently, the O 3 -TEOS film 2 on the surface-modified nitride film 15 is formed by CMP using the surface-modified nitride film 15 as a stopper.
The O 3 -TEOS film 21 is planarized by CMP until 1 is completely removed (FIG. 2G). Thereafter, the surface-modified nitride film 15 and the oxide film 12 are peeled off to form an active region. The method for forming an element isolation structure of a semiconductor device according to the present invention is basically configured as described above.

【0039】[0039]

【実施例】本発明の半導体装置の素子分離構造の形成方
法を実施例に基づいて以下に具体的に説明する。本実施
例では、分離溝18の深さが400nmで、パッド酸化
膜12と窒化膜14の膜厚が各々13nm、150nm
の図1(a)に示す構造の半導体基板を3枚作製し、以
下の手順で処理を行った。 (1)窒素を含むガスを用いた半導体基板表面の改質 (2)異なる反応室を用いたO3 −TEOS膜の堆積 (3)熱処理 (4)反転マスクを利用したO3 −TEOS膜のエッチ
ング (5)CMP
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A method for forming an element isolation structure of a semiconductor device according to the present invention will be specifically described below based on embodiments. In this embodiment, the depth of the isolation groove 18 is 400 nm, and the thicknesses of the pad oxide film 12 and the nitride film 14 are 13 nm and 150 nm, respectively.
Three semiconductor substrates having the structure shown in FIG. 1A were manufactured, and processed according to the following procedure. (1) Modification of semiconductor substrate surface using gas containing nitrogen (2) Deposition of O 3 -TEOS film using different reaction chamber (3) Heat treatment (4) O 3 -TEOS film using inversion mask Etching (5) CMP

【0040】まず、図1(c2)の工程として、Nを含
むガスとしてNH3 を使用し、上部電極電力印加型の装
置を用いて、以下の条件でプラズマ処理を行った。 N2 :1494sccm NH3 :71sccm RF電力:700W 圧力:5Torr 電極間隔:400mils 処理時間:30sec
First, in the step of FIG. 1 (c2), plasma treatment was performed under the following conditions using an upper electrode power application type device using NH 3 as a N-containing gas. N 2 : 1494 sccm NH 3 : 71 sccm RF power: 700 W Pressure: 5 Torr Electrode interval: 400 mils Processing time: 30 sec

【0041】続いて、図1(d1)の工程として、プラ
ズマ処理された半導体基板上に常圧O3 −TEOS C
VD装置の異なる反応室(チャンバー1,2,3)を用
いて、モニター基板上で膜厚700nmになるようにO
3 −TEOS膜20を堆積させた。次に、図2(d2)
の工程として、O3 −TEOS膜20を堆積させた半導
体基板をN2 雰囲気、1000℃で30分間熱処理し
た。熱処理後の顕微鏡検査では、O3 −TEOS膜21
には、クラックの発生は確認されなかった。次に図2
(e)および図2(f1)に示す工程の手順で反転マス
クを利用したエッチング処理を、CF4 /CHF3 系の
エッチングガスを使用し、平行平板型の反応性イオンエ
ッチング(RIE)装置を用いて実施した。O3 −TE
OS膜のエッチング膜厚が500nmになるようにエッ
チング時間を設定した。この時、広いアクティブ領域上
では、概略、上記の堆積膜厚とエッチング膜厚との差で
ある200nmのO3 −TEOS膜が残る。他の部分で
の残留膜厚はこれと異なる場合がある。例えば分離溝に
隣接した狭いアクティブ領域上では、堆積膜厚がモニタ
ー基板上の堆積膜厚に比較して薄いので、残留膜厚も薄
くなる。この時、異なる反応室で堆積したO3 −TEO
S膜間でエッチング速度に有意な差は見られなかった
(チャンバー1:437.0nm/min,チャンバー
2:436.8nm/min,チャンバー3:436.
5nm/min)。
Subsequently, as a step of FIG. 1 (d 1), a normal pressure O 3 -TEOS C
By using different reaction chambers (chambers 1, 2, 3) of the VD apparatus, O was formed on the monitor substrate so as to have a film thickness of 700 nm.
A 3- TEOS film 20 was deposited. Next, FIG. 2 (d2)
As a step, the semiconductor substrate on which the O 3 -TEOS film 20 was deposited was heat-treated at 1000 ° C. for 30 minutes in an N 2 atmosphere. In the microscopic inspection after the heat treatment, the O 3 -TEOS film 21
Did not show any cracks. Next, FIG.
(E) and an etching process using a reversal mask in the procedure of the process shown in FIG. 2 (f1) using a parallel plate type reactive ion etching (RIE) device using a CF 4 / CHF 3 type etching gas. Was carried out. O 3 -TE
The etching time was set so that the etching thickness of the OS film became 500 nm. At this time, an O 3 -TEOS film of approximately 200 nm, which is the difference between the above-described deposited film thickness and the etched film thickness, remains on the wide active region. The remaining film thickness in other parts may be different from this. For example, on the narrow active region adjacent to the separation groove, the residual film thickness is small because the deposited film thickness is smaller than the deposited film thickness on the monitor substrate. At this time, O 3 -TEO deposited in different reaction chambers
No significant difference was found in the etching rate between the S films (chamber 1: 437.0 nm / min, chamber 2: 436.8 nm / min, chamber 3: 436.
5 nm / min).

【0042】その後、図1(g)の工程として、CMP
法を用いて溝外のO3 −TEOS膜を除去した。CMP
処理後の半導体基板上の窒化膜の残膜量において、反応
室間で有意な差は見られなかった(チャンバー1:7
5.3nm,チャンバー2:75.9nm,チャンバー
3:75.7nm)。これらの結果より、本発明の素子
分離構造の形成方法を用いれば、異なる反応室を用いて
半導体基板表面へのO3 −TEOS膜の堆積を行った場
合でも、反転パターンを利用したエッチングの速度が実
質的に同一となる。従って、成膜時のO3 −TEOS膜
の堆積膜厚が同一になるように制御しておけばCMP処
理後の窒化膜の残膜量が同程度であることが保証され
る。これにより、半導体装置の製造において、O3 −T
EOS膜の堆積を異なる複数の反応室で行うことが可能
になり、半導体装置の生産能力の向上に寄与する。
Thereafter, as a step of FIG.
The O 3 -TEOS film outside the groove was removed by the method. CMP
No significant difference was observed between the reaction chambers in the amount of the remaining nitride film on the semiconductor substrate after the treatment (chamber 1: 7).
5.3 nm, chamber 2: 75.9 nm, chamber 3: 75.7 nm). From these results, according to the method for forming an element isolation structure of the present invention, even when an O 3 -TEOS film is deposited on a semiconductor substrate surface using a different reaction chamber, the etching rate using an inversion pattern is improved. Are substantially the same. Therefore, if the deposited film thickness of the O 3 -TEOS film during film formation is controlled to be the same, it is guaranteed that the remaining film amount of the nitride film after the CMP process is substantially the same. Thereby, in the manufacture of a semiconductor device, O 3 -T
The deposition of the EOS film can be performed in a plurality of different reaction chambers, which contributes to an improvement in the production capacity of the semiconductor device.

【0043】(参考例)参考例として、実施例の手順の
(3)と(4)とを入れ換えた手順で、素子分離構造の
形成を行った。参考例での素子分離構造の形成手順は、
以下の通りである。なお、この他、分離溝の形成および
分離溝側壁および底面の熱酸化までの手順は、実施例1
と同じとした。 (1)窒素を含むガスを用いた半導体基板表面の改質 (2)異なる反応室を用いたO3 −TEOS膜の堆積 (3)反転マスクを利用したO3 −TEOS膜のエッチ
ング (4)熱処理 (5)CMP
(Reference Example) As a reference example, an element isolation structure was formed by a procedure in which steps (3) and (4) of the example were interchanged. The procedure for forming the element isolation structure in the reference example is as follows.
It is as follows. In addition, the procedure up to the formation of the separation groove and the thermal oxidation of the separation groove side wall and the bottom surface is described in Example 1.
And the same. (1) Surface modification of semiconductor substrate using nitrogen-containing gas (2) Deposition of O 3 -TEOS film using different reaction chamber (3) Etching of O 3 -TEOS film using inversion mask (4) Heat treatment (5) CMP

【0044】ここで、上記の実施例および参考例につい
て、以下の条件におけるプロセスマージンの評価を行っ
た。まず、CMP後の窒化膜の残り膜厚のスペックを8
5±25nmとした。また、O3 −TEOS膜の堆積を
複数の反応室で行うことによる成膜のバラツキとして以
下の値を実績値に基づいて仮定した。 ・各反応室での平均膜厚の調整範囲:700±8nm ・連続成膜によるロット(25枚)内の平均膜厚の変
動:±10nm ・面内膜厚の均一性スペック:5%以下(面内変動幅7
0nm)
Here, the process margins of the above Examples and Reference Examples were evaluated under the following conditions. First, the specification of the remaining film thickness of the nitride film after CMP is set to 8
5 ± 25 nm. In addition, the following values were assumed based on the actual values as variations in film formation due to deposition of the O 3 -TEOS film in a plurality of reaction chambers. -Adjustable range of average film thickness in each reaction chamber: 700 ± 8 nm-Fluctuation of average film thickness in lot (25 sheets) due to continuous film formation: ± 10 nm-Uniform specification of in-plane film thickness: 5% or less ( In-plane fluctuation range 7
0 nm)

【0045】さらに、やはり実績値に基づいて以下の値
をMP工程について仮定した。 ・O3 −TEOS膜堆積時のバラツキは、CMP実施直
前まで維持される。 ・CMP処理は、ロット内平均膜厚が中心値になるよう
に処理され、CMP処理によるロット内平均膜厚の変動
は1.5nmである。 ・CMP処理での窒化膜とO3 −TEOS膜の研磨速度
比は0.35である。 ・CMP処理後に、O3 −TEOS膜堆積時の面内膜厚
変動幅の1/2の窒化膜厚変動幅が発生する。
Further, the following values were also assumed for the MP process based on the actual values. The variation at the time of depositing the O 3 -TEOS film is maintained until just before the CMP. The CMP process is performed so that the average film thickness in the lot becomes the center value, and the variation of the average film thickness in the lot due to the CMP process is 1.5 nm. The polishing rate ratio between the nitride film and the O 3 -TEOS film in the CMP process is 0.35. After the CMP process, a nitride film thickness variation width of の of the in-plane film thickness variation width at the time of depositing the O 3 -TEOS film occurs.

【0046】上記前提条件に基づく見積もり結果は以下
の通りである。 ・CMP処理での許容幅(窒化膜で50nm)より面内
の膜厚のバラツキ分(O 3 −TEOS膜成膜時の面内均
一性を上限値5%とした場合の面内変動幅70nmの1
/2 35nm)を差し引いた15nmがロット内ウェ
ハの膜厚平均に許される許容幅である。 ・ロット内ウェハの膜厚平均に許される許容幅15nm
(窒化膜)をO3 −TEOS膜で換算した値は42.9
nm(15nm/0.35)となる。 ・ロット内ウェハの膜厚平均に許される許容幅42.9
nmからO3 −TEOSCVD装置のチャンバ間での調
整誤差と連続成膜による変動分を差し引くと6.9nm
(42.9−36.0nm)となる。この6.9nmよ
りCMP処理でのロット内膜厚平均の変動幅のO3 −T
EOS膜換算値(1.5nm(窒化膜)÷0.35=
4.3nm(O3 −TEOS膜))を差し引いた2.6
nmが、反転マスクを利用したO3 −TEOS膜のエッ
チング工程で許されるロット内膜厚の変動幅となる。
The estimation results based on the above preconditions are as follows:
It is as follows.・ In-plane from allowable width (50nm for nitride film) in CMP processing
(O) Three-In-plane uniformity during TEOS film deposition
1 with 70 nm in-plane fluctuation width when the uniformity is set to the upper limit of 5%
/ 35 nm) was subtracted from the in-lot wafers.
This is the allowable width allowed for the film thickness average of C.・ Allowable width of 15 nm for average film thickness of wafers in lot
(Nitride film)ThreeThe value converted with the TEOS film is 42.9.
nm (15 nm / 0.35). -Allowable width 42.9 allowed for average film thickness of wafers in lot
nm to OThree-Control between chambers of TEOSCVD equipment
Subtracting the adjustment error and the fluctuation due to continuous film formation, 6.9 nm
(42.9-36.0 nm). This 6.9nm
Of the fluctuation width of the average thickness in the lot in the CMP processThree-T
EOS film equivalent value (1.5 nm (nitride film) ÷ 0.35 =
4.3 nm (OThree2.6 minus (TEOS film))
nm is O using an inversion mask.Three-Edge of TEOS film
This is the variation width of the film thickness in the lot allowed in the chucking process.

【0047】実施例の工程を一部入れ換えて実施した参
考例では、O3 −TEOS CVD装置を用いたO3
TEOS膜の堆積を複数の反応室で実施した場合、反転
マスクを利用しO3 −TEOS膜のエッチング工程での
ロット内膜厚平均の変動幅のい実測値は約7.0nmで
あった。従って、上記の許容値を満足することができな
い。これに対し、本発明の方法を用いた実施例では、反
転パターンを利用したO3−TEOS膜のエッチング工
程でのロット内膜厚の変動幅の実測値は1.0nm以下
であった。すなわち、上記の許容値を満足できるという
意味で、反転パターンを利用したエッチングの速度を実
質的に同一にできていることがわかる。これにより、O
3 −TEOS膜の堆積を複数の反応室で実施することが
可能であることが確認された。
[0047] In the reference example was carried by interchanging some steps of Example, O 3 O 3 with -TEOS CVD apparatus -
When the deposition of the TEOS film was performed in a plurality of reaction chambers, the actual variation in the average thickness in the lot in the etching process of the O 3 -TEOS film using the inversion mask was about 7.0 nm. Therefore, the above tolerance cannot be satisfied. On the other hand, in the example using the method of the present invention, the actually measured value of the fluctuation width of the in-lot film thickness in the etching step of the O 3 -TEOS film using the reverse pattern was 1.0 nm or less. In other words, it can be seen that the etching rate using the reverse pattern can be made substantially the same in the sense that the above-mentioned allowable value can be satisfied. This allows O
It has been confirmed that the deposition of the 3- TEOS film can be performed in a plurality of reaction chambers.

【0048】上記の実施例において、複数の半導体基板
のそれぞれに、複数の異なる反応室を用いてO3 −TE
OS膜を堆積した。そして、特定の条件の熱処理を行う
ことによって、異なる半導体基板上のO3 −TEOS膜
の、反転パターンを利用したエッチング処理におけるエ
ッチング速度を実質的に同一にした。前述のように、常
圧(もしくはSA)O3 −TEOS CVD装置を用い
て堆積した酸化膜においては反応室間の膜質の差異が大
きい。実際、上記の参考例においてはロット内の膜厚変
動幅の許容値を満足することができず、本発明の方法を
利用することが必須であった。しかし、同一の反応室を
用いて堆積したO3 −TEOS膜であっても、様々な条
件によって異なる半導体基板上では膜質に差が発生する
場合がある。このような膜質の差を解消し、プロセスマ
ージンを拡大するために、同一の反応室を用いてO3
TEOS膜を堆積する場合においても、反転パターンを
利用したエッチングを行う前に特定の条件での熱処理を
行って、エッチング速度を実質的に同一にする本発明の
方法は有効である。
In the above embodiment, the O 3 -TE is formed on each of a plurality of semiconductor substrates by using a plurality of different reaction chambers.
An OS film was deposited. Then, by performing heat treatment under specific conditions, the etching rates of the O 3 -TEOS films on different semiconductor substrates in the etching process using the inverted pattern were made substantially the same. As described above, in an oxide film deposited using a normal pressure (or SA) O 3 -TEOS CVD apparatus, there is a large difference in film quality between reaction chambers. In fact, in the above reference example, the allowable value of the thickness variation width within the lot could not be satisfied, and it was essential to use the method of the present invention. However, even if the O 3 -TEOS film is deposited using the same reaction chamber, there may be a difference in film quality on different semiconductor substrates depending on various conditions. In order to eliminate such a difference in film quality and to increase the process margin, O 3
Even in the case of depositing a TEOS film, the method of the present invention in which heat treatment is performed under specific conditions before etching using an inverted pattern to make the etching rates substantially the same is effective.

【0049】また、上述のように、実験を行った範囲に
おいては、O3 −TEOS膜堆積の前に窒素を含むプラ
ズマによる前処理を行って半導体基板の表面の改質を行
うことが熱処理によって、クラックを発生することなし
に、異なる半導体基板上に堆積したO3 −TEOS膜の
反転パターンを利用したエッチングの速度を実質的に同
一にするために必要であった。しかし、半導体基板表面
の改質は、窒素を含むプラズマ処理以外の方法でも実施
することが可能である。例えば、プラズマCVD法で窒
素を含んだシリコン酸化膜を堆積することにより、 半導
体基板表面の状態を調整、すなわち改質することが可能
である。当然ながら、O3 −TEOS CVD技術の改
善によって、半導体基板表面の改質を行わなくてもクラ
ック発生を抑制することが可能であれば、基板表面の改
質のための前処理を行うことが必須ではなくなる。この
場合でも、反転パターンを利用したエッチングを行う前
に特定の条件での熱処理を行って、エッチング速度を実
質的同一にする本発明の方法は、プロセスマージン拡大
のために有効である。
As described above, in the range where the experiment was performed, the surface of the semiconductor substrate was modified by performing a pretreatment with a plasma containing nitrogen before depositing the O 3 -TEOS film by a heat treatment. It is necessary to make the etching rates using the inverted pattern of the O 3 -TEOS films deposited on different semiconductor substrates substantially the same without causing cracks. However, the modification of the surface of the semiconductor substrate can be performed by a method other than the plasma treatment containing nitrogen. For example, by depositing a silicon oxide film containing nitrogen by a plasma CVD method, the state of the surface of the semiconductor substrate can be adjusted, that is, reformed. Naturally, if the improvement of the O 3 -TEOS CVD technique can suppress the occurrence of cracks without modifying the surface of the semiconductor substrate, it is possible to perform a pretreatment for modifying the substrate surface. No longer required. Even in this case, the method of the present invention in which heat treatment is performed under specific conditions before etching using the inverted pattern to make the etching rates substantially the same is effective for increasing the process margin.

【0050】[0050]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
3 −TEOS膜等のシリコン酸化膜の堆積に使用する
反応室の差に影響されることなく、反転マスクを利用し
たシリコン酸化膜のエッチング工程におけるエッチング
速度を実質的に同一とすることができる。従って、本発
明によれば、複数の半導体基板上へシリコン酸化膜の堆
積を各々異なる反応室で実施した場合でも、堆積時のシ
リコン酸化膜の膜厚が同一になるように制御することに
より、反転パターンを利用したエッチング後の残り膜
厚、および続いて実施するCMP処理後の残り膜厚に半
導体基板間での差を生じさせず、窒化膜の残膜量を実質
的に同一とすることができる。これにより、本発明によ
れば、半導体装置の製造において、O3 −TEOS膜等
のシリコン酸化膜の堆積を複数の異なる反応室で行うこ
とが可能となり、半導体装置の生産能力を向上させるこ
とができる。
As described in detail above, according to the present invention,
The etching rate in the etching step of the silicon oxide film using the inversion mask can be made substantially the same without being affected by the difference in the reaction chamber used for depositing the silicon oxide film such as the O 3 -TEOS film. . Therefore, according to the present invention, even when a silicon oxide film is deposited on a plurality of semiconductor substrates in different reaction chambers, by controlling the thickness of the silicon oxide film during deposition to be the same, The remaining film thickness after etching using an inverted pattern and the remaining film thickness after the subsequent CMP process do not cause a difference between semiconductor substrates, and the remaining film thickness of the nitride film is substantially the same. Can be. Thus, according to the present invention, in the manufacture of a semiconductor device, a silicon oxide film such as an O 3 -TEOS film can be deposited in a plurality of different reaction chambers, and the production capacity of the semiconductor device can be improved. it can.

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

【図1】 (a)〜(d1)は、本発明の半導体装置の
素子分離構造の形成方法の一例を説明する工程断面図で
ある。
FIGS. 1A to 1D are process cross-sectional views illustrating an example of a method for forming an element isolation structure of a semiconductor device according to the present invention.

【図2】 (d2)〜(g)は、図1の続きを示す工程
断面図である。
2 (d2) to 2 (g) are process cross-sectional views showing a continuation of FIG.

【図3】 O3 −TEOS膜の応力とN2 雰囲気下、1
000℃での熱処理の時間との関係を示したグラフであ
る。
FIG. 3 shows the relationship between the stress of an O 3 -TEOS film and N 2 atmosphere;
It is the graph which showed the relationship with the time of heat processing at 000 degreeC.

【図4】 O3 −TEOS膜のCMP研磨レートと、N
2 雰囲気下、1000℃での熱処理の時間との関係を示
したグラフである。
FIG. 4 shows a CMP rate of an O 3 -TEOS film and N
4 is a graph showing the relationship between the time of heat treatment at 1000 ° C. under two atmospheres.

【図5】 O3 −TEOS膜の収縮率とN2 雰囲気下、
1000℃での熱処理の時間との関係を示したグラフで
ある。
FIG. 5 shows the contraction rate of the O 3 -TEOS film and the N 2 atmosphere.
It is the graph which showed the relationship with the time of 1000 degreeC heat processing.

【図6】 (a)〜(d1)は、従来の半導体装置の素
子分離構造の形成方法を説明する工程断面図である。
FIGS. 6A to 6D are process cross-sectional views illustrating a conventional method for forming an element isolation structure of a semiconductor device.

【図7】 (e)〜(g)は、図6の続きを示す工程断
面図である。
7 (e) to 7 (g) are process cross-sectional views showing a continuation of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 シリコン基板 12 酸化膜 13 表面改質熱酸化膜 14 シリコン窒化膜 15 表面改質シリコン窒化膜 18 分離溝 20 O3 −TEOS膜 21 熱処理O3 −TEOS膜 22 反転パターン 24 突起部10 a silicon substrate 12 oxide film 13 surface modified thermally oxidized film 14 a silicon nitride film 15 surface-modified silicon nitride film 18 separation groove 20 O 3 -TEOS film 21 heat treatment O 3 -TEOS film 22 reverse pattern 24 protrusion

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹中 靖博 東京都千代田区内幸町2丁目2番3号 川 崎製鉄株式会社東京本社内 Fターム(参考) 5F032 AA34 AA44 AA45 AA77 DA04 DA22 DA23 DA26 DA58 DA74 DA78 5F058 BE10 BF02 BF25 BF29 BH04 BH12 BJ06  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Yasuhiro Takenaka 2-3-2 Uchisaiwai-cho, Chiyoda-ku, Tokyo F-term (reference) 5F032 AA34 AA44 AA45 AA77 DA04 DA22 DA23 DA26 DA58 DA74 DA78 5F058 BE10 BF02 BF25 BF29 BH04 BH12 BJ06

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体基板の表面に形成された溝内にシリ
コン酸化膜が埋め込まれた素子分離構造を形成する方法
であって、 前記溝が形成された半導体基板の表面の前記溝の内外
に、TEOSおよびオゾンを原料とするCVDを行って
前記シリコン酸化膜を堆積して、前記溝を埋め込む堆積
工程と、 前記半導体基板の表面の前記溝の内外に堆積した前記シ
リコン酸化膜を特定の条件下で熱処理する熱処理工程
と、 前記熱処理されたシリコン酸化膜の一部分を、前記溝の
反転パターンをマスクとしてエッチングするエッチング
工程とを含み、 それぞれ、前記堆積工程および前記熱処理工程が行われ
た異なる前記半導体基板上の前記シリコン酸化膜の前記
エッチング工程でのエッチング速度を実質的に同一にし
たことを特徴とする素子分離構造の形成方法。
1. A method for forming an element isolation structure in which a silicon oxide film is buried in a groove formed on a surface of a semiconductor substrate, wherein the device isolation structure is formed inside and outside the groove on a surface of the semiconductor substrate having the groove formed. A step of depositing the silicon oxide film by performing CVD using TEOS and ozone as raw materials and filling the groove, and the silicon oxide film deposited inside and outside the groove on the surface of the semiconductor substrate under specific conditions. A heat treatment step of performing a heat treatment underneath, and an etching step of etching a portion of the heat-treated silicon oxide film using a reverse pattern of the groove as a mask. An etching speed of the silicon oxide film on the semiconductor substrate in the etching step is substantially the same. Forming method.
【請求項2】前記異なる前記半導体基板には、それぞ
れ、異なる反応室の各々で、前記堆積工程が行われたこ
とを特徴とする請求項1に記載の素子分離構造の形成方
法。
2. The method according to claim 1, wherein the deposition step is performed on the different semiconductor substrates in different reaction chambers.
【請求項3】半導体基板の表面に形成された溝内にシリ
コン酸化膜が埋め込まれた素子分離構造を形成する方法
であって、 前記溝が形成された半導体基板の表面の前記溝の内外
に、TEOSおよびオゾンを原料とするCVDを行って
前記シリコン酸化膜を堆積して、前記溝を埋め込む堆積
工程と、 前記半導体基板の表面の前記溝の内外に堆積した前記シ
リコン酸化膜を950℃以上の温度で熱処理する熱処理
工程と、 前記熱処理されたシリコン酸化膜の一部分を、前記溝の
反転パターンをマスクとしてエッチングするエッチング
工程とを含むことを特徴とする素子分離構造の形成方
法。
3. A method for forming an element isolation structure in which a silicon oxide film is buried in a groove formed on a surface of a semiconductor substrate, wherein the element isolation structure is formed on a surface of the semiconductor substrate having the groove formed inside and outside the groove. Depositing the silicon oxide film by performing CVD using TEOS and ozone as raw materials, and filling the trench with the silicon oxide film; and depositing the silicon oxide film deposited inside and outside the trench on the surface of the semiconductor substrate at 950 ° C. or higher. A method of forming an element isolation structure, comprising: a heat treatment step of performing a heat treatment at a temperature of; and an etching step of etching a part of the heat-treated silicon oxide film using the inverted pattern of the groove as a mask.
【請求項4】請求項1ないし3のいずれかに記載の素子
分離構造の形成方法であって、 さらに、前記シリコン酸化膜堆積の前に、前記溝が形成
された半導体基板の表面を改質する前処理工程を含むこ
とを特徴とする素子分離構造の形成方法。
4. The method for forming an element isolation structure according to claim 1, further comprising modifying a surface of the semiconductor substrate in which the groove is formed before depositing the silicon oxide film. A method of forming an element isolation structure, comprising:
【請求項5】前記半導体基板の表面の改質を、前記半導
体基板の表面を窒素を含むプラズマで処理することによ
って行うことを特徴とする請求項4に記載の素子分離構
造の形成方法。
5. The method according to claim 4, wherein the surface of the semiconductor substrate is modified by treating the surface of the semiconductor substrate with a plasma containing nitrogen.
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