JP2003031568A - Method of manufacturing semiconductor device, and the semiconductor device - Google Patents

Method of manufacturing semiconductor device, and the semiconductor device

Info

Publication number
JP2003031568A
JP2003031568A JP2001212116A JP2001212116A JP2003031568A JP 2003031568 A JP2003031568 A JP 2003031568A JP 2001212116 A JP2001212116 A JP 2001212116A JP 2001212116 A JP2001212116 A JP 2001212116A JP 2003031568 A JP2003031568 A JP 2003031568A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor substrate
oxide film
silicon oxide
trench
film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001212116A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Atsuko Kawasaki
敦子 川崎
Hisami Okuwada
久美 奥和田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2001212116A priority Critical patent/JP2003031568A/en
Publication of JP2003031568A publication Critical patent/JP2003031568A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device, using a coating which has small stress as an insulation film, with proper embedding ability in a trench and so on, and low density in the trench. SOLUTION: Since heat treatment is applied on higher-order silane, which is expressed by any of the chemical formulas Sin H2n , Sin H2n+2 , and Si6+4n H12+6n (n is an integer of 1 or more), in an atmosphere containing oxygen, decomposition and oxidation of the higher order silane is developed, to form a silicon oxide thin film 3. The silicon oxide film is used as an embedded material and an interlayer insulating film of a trench 5 which is formed on the principle surface of a semiconductor substrate 1. A silicon oxide film (SiO2 ), made of the higher order silane, is far smaller in stress than a conventional oxide film, hardly causes warpage, has proper embedding ability, and is smaller in density of the trench than an interlayer insulation film which is formed on the flat principle surface of the semiconductor substrate, thereby achieving low relative permittivity.

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、半導体装置の製造
方法及びこの方法により形成された半導体装置に係り、
とくに素子分離溝の埋め込みあるいは層間絶縁膜を構成
する新規な材料に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device formed by this method,
In particular, the present invention relates to a novel material for burying an element isolation groove or forming an interlayer insulating film.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在半導体装置は、素子分離技術とし
て、STI(Shallow Trench Isolation)により素子分離
領域を形成する方法が多く用いられている。そして、こ
のトレンチに埋め込まれる絶縁材料として、TEOS/
3 あるいはHDPが使用されている。図11は、従来
のSTI型素子分離領域を形成する工程断面図である。
シリコンなどの半導体基板101の主面上には、CMP
(Chemical Mechanical Polishing) 時のストッパー膜と
なるシリコン窒化膜(SiN膜)102が形成されてい
る。この主面にRIE(Reactive Ion Etching)などによ
りトレンチ(溝)103を形成する。トレンチ103の
口径は、0.08〜0.1μmであり、アスペクト比
は、5以上である(図11(a))。次に、TEOS膜
104をトレンチ103内部に埋め込みシリコン窒化膜
102を被覆するように半導体基板101上に形成する
(図11(b))。次に、シリコン窒化膜102をスト
ッパーとして半導体基板101表面上のTEOS膜10
4をCMP処理して半導体基板101表面を平坦化す
る。シリコン窒化膜102上のTEOS膜104は除去
され、TEOS膜104は、トレンチ103内に埋め込
まれる(図11(c))。HDPの場合も同様である。
2. Description of the Related Art At present, in semiconductor devices, a method of forming an element isolation region by STI (Shallow Trench Isolation) is often used as an element isolation technique. Then, as an insulating material embedded in the trench, TEOS /
O 3 or HDP is used. FIG. 11 is a process cross-sectional view of forming a conventional STI type element isolation region.
CMP is performed on the main surface of the semiconductor substrate 101 such as silicon.
A silicon nitride film (SiN film) 102, which serves as a stopper film during (Chemical Mechanical Polishing), is formed. A trench (groove) 103 is formed on this main surface by RIE (Reactive Ion Etching) or the like. The diameter of the trench 103 is 0.08 to 0.1 μm, and the aspect ratio is 5 or more (FIG. 11A). Next, a TEOS film 104 is formed on the semiconductor substrate 101 so as to cover the buried silicon nitride film 102 inside the trench 103 (FIG. 11B). Next, using the silicon nitride film 102 as a stopper, the TEOS film 10 on the surface of the semiconductor substrate 101.
4 is subjected to CMP treatment to flatten the surface of the semiconductor substrate 101. The TEOS film 104 on the silicon nitride film 102 is removed, and the TEOS film 104 is embedded in the trench 103 (FIG. 11C). The same is true for HDP.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、TEOS/O
3 は埋め込み性は良好であるが酸化膜質が悪いため11
00℃以上の高温デンシファイが必要になる、HDPは
膜質は熱酸化膜に近いが埋め込み性が悪いという問題が
あり、今後微細化が進み高アスペクト比化するSTIの
埋め込み材としては適さない。また、TEOSは、層間
絶縁膜としても多用されるが、とくに強誘電体キャパシ
タはTEOS成膜の際に発生するH2 やプラズマダメー
ジあるいは活性化アニール時に発生する膜ストレスなど
によりプロセスダメージを受けるという問題があった。
また、微細化が進んだ場合埋め込み材の誘電率が高い
と、分離したいセルとセルの間が埋め込み分離溝を介し
てつながってしまうセル間容量結合が問題となる可能性
があるため、埋め込み材としては可能の限り誘電率の低
いものつまり密度が低いものが望まれる。本発明は、こ
のような事情によりなされたものであり、絶縁膜として
ストレスが小さく、トレンチなどへの埋め込み性が良
く、且つトレンチ内での密度の小さい塗布膜を用いた半
導体装置の製造方法及び半導体装置を提供する。
However, TEOS / O
No. 3 has good embeddability but poor oxide film quality 11
HDP, which requires high-temperature densification of 00 ° C. or higher, has a problem that the film quality is close to that of a thermal oxide film, but the filling property is poor. Further, although TEOS is often used as an interlayer insulating film, a ferroelectric capacitor is particularly subject to process damage due to H 2 generated during TEOS film formation, plasma damage, or film stress generated during activation annealing. There was a problem.
Further, when miniaturization progresses, if the dielectric constant of the filling material is high, there is a possibility of inter-cell capacitive coupling in which cells to be separated are connected via the embedded separation groove. As a material, a material having a dielectric constant as low as possible, that is, a material having a low density is desired. The present invention has been made under such circumstances, and a method of manufacturing a semiconductor device using a coating film having a small stress as an insulating film, a good filling property in a trench or the like, and a low density in the trench, and A semiconductor device is provided.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明は、Si
2n、Si2n+2もしくはSi6+4n
12+6 (nは1以上の正数)なる化学式のいずれか
で表される高次シランを酸素を含有する雰囲気で熱処理
することにより、この高次シランの分解反応及び酸化反
応を起こしてシリコン酸化膜を形成させ、これを半導体
基板主面に形成したトレンチの埋め込み材や層間絶縁膜
として用いることを特徴とする。この高次シランから形
成されるシリコン酸化膜(SiO2 )は、シリコン酸化
膜の新規な材料による形成方法であり、ストレスが従来
の酸化膜より格段に小さく殆ど反りのない性質をもち、
また、トレンチへの埋め込み性が良く、且つトレンチ内
での密度が半導体基板の平坦な主面上に形成された同じ
材料の層間絶縁膜より小さく従って比誘電率が小さいと
いう特性を有する。すなわち、本発明の半導体装置の製
造方法は、Si2n、Si2n+ 及びSi
6+4n12+6n(nは1以上の正数)なる化学式
のいずれかで表される高次シランを含有する溶液を半導
体基板上に塗布する工程と、前記半導体基板を酸素を含
有する雰囲気で熱処理することにより前記高次シランの
分解反応及び酸化反応を起こしてシリコン酸化膜を前記
半導体基板上に形成する工程とを備えたことを特徴とし
ている。前記溶液には前記高次シランを溶かしている溶
剤が含有されているようにしても良い。
The present invention is based on Si
n H 2n, Si n H 2n + 2 or Si 6 + 4n H
12 + 6 n (n is a positive number of 1 or more) is subjected to heat treatment in an atmosphere containing oxygen to cause a decomposition reaction and an oxidation reaction of the higher order silane to cause silicon oxidation. It is characterized in that a film is formed and is used as a filling material for a trench formed in the main surface of a semiconductor substrate or an interlayer insulating film. The silicon oxide film (SiO 2 ) formed from this high-order silane is a method of forming a silicon oxide film using a novel material, and has a stress that is significantly smaller than that of a conventional oxide film and has almost no warp.
Further, it has the characteristics that it has a good burying property in the trench and the density in the trench is smaller than that of the interlayer insulating film of the same material formed on the flat main surface of the semiconductor substrate, and thus the relative dielectric constant is small. That is, the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is applied to Si n H 2n , Si n H 2n + 2 and Si n H 2n.
6 + 4n H 12 + 6n (n is a positive number of 1 or more), a step of applying a solution containing a high-order silane represented by any one of the chemical formulas onto a semiconductor substrate, and heat-treating the semiconductor substrate in an atmosphere containing oxygen. Accordingly, a step of causing a decomposition reaction and an oxidation reaction of the higher order silane to form a silicon oxide film on the semiconductor substrate is provided. The solution may contain a solvent in which the higher order silane is dissolved.

【0005】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
Si2n、Si2n+2及びSi6+4n
12+6n(nは1以上の正数)なる化学式のいずれか
で表され、溶剤に溶かされた高次シランを含有する溶液
を半導体基板上に塗布する工程と、前記半導体基板を酸
素を極力排した雰囲気で第1の熱処理をすることにより
前記溶液に含有されている前記溶剤を蒸発させる工程
と、前記半導体基板を酸素を含有する雰囲気で、且つ前
記第1の熱処理より高温で第2の熱処理をすることによ
り前記高次シランの分解反応及び酸化反応を起こしてシ
リコン酸化膜を前記半導体基板上に形成する工程とを備
えたことを特徴としている。また、本発明の半導体装置
の製造方法は、Si2n、Si2n+2及びS
6+4n12+6n(nは1以上の正数)なる化学
式のいずれかで表され、且つ溶剤に溶かされている高次
シランを含有する溶液を半導体基板上に塗布する工程
と、前記半導体基板を酸素を極力排した雰囲気で第1の
熱処理をすることにより前記溶液に含有されている前記
溶剤を蒸発させる工程と、前記半導体基板を酸素を含有
する雰囲気で、且つ前記第1の熱処理より高温で第2の
熱処理をすることにより前記高次シランの分解反応及び
酸化反応を起こしてシリコン酸化膜を前記半導体基板上
に形成する工程と、前記半導体基板を前記第2の熱処理
より高温で第3の熱処理をすることにより前記シリコン
酸化膜を焼き固める工程とを備えたことを特徴としてい
る。前記酸素を極力排した雰囲気は、酸素濃度が10p
pm以下であるようにしても良い。
The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is
Si n H 2n , Si n H 2n + 2 and Si 6 + 4n H
12 + 6n (n is a positive number of 1 or more) represented by any one of the chemical formulas, a step of applying a solution containing a high-order silane dissolved in a solvent onto a semiconductor substrate, and oxygen of the semiconductor substrate is eliminated as much as possible. A step of evaporating the solvent contained in the solution by performing a first heat treatment in an atmosphere; and a second heat treatment in an atmosphere containing oxygen in the semiconductor substrate at a temperature higher than that of the first heat treatment. By doing so, a step of causing a decomposition reaction and an oxidation reaction of the higher order silane to form a silicon oxide film on the semiconductor substrate is provided. A method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, Si n H 2n, Si n H 2n + 2 , and S
i 6 + 4n H 12 + 6n (n is a positive number of 1 or more), and a step of applying a solution containing a high-order silane dissolved in a solvent onto the semiconductor substrate; A step of evaporating the solvent contained in the solution by performing a first heat treatment in an atmosphere in which oxygen is eliminated as much as possible; and an atmosphere containing oxygen in the semiconductor substrate at a temperature higher than that of the first heat treatment. Performing a second heat treatment to cause a decomposition reaction and an oxidation reaction of the higher order silane to form a silicon oxide film on the semiconductor substrate; and a step of forming the semiconductor substrate at a temperature higher than that of the second heat treatment by a third heat treatment. And a step of hardening the silicon oxide film by heat treatment. The atmosphere in which the oxygen is exhausted as much as possible has an oxygen concentration of 10 p.
It may be pm or less.

【0006】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
半導体基板主面にトレンチを形成する工程と、前記トレ
ンチに請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の方法に
よりシリコン酸化膜を埋め込んで素子分離領域を形成す
る工程と、前記素子分離領域に区画された素子領域に半
導体素子を形成する工程とを備えたことを特徴としてい
る。また、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体素
子が形成された半導体基板主面に絶縁膜を介してキャパ
シタを形成する工程と、前記キャパシタが形成された半
導体基板主面上に請求項1乃至請求項5のいずれかに記
載の方法によりシリコン酸化膜を形成する工程とを備え
たことを特徴としている。本発明の半導体装置は、半導
体基板主面に形成されたトレンチ内の埋め込み絶縁膜か
らなる素子分離領域と、前記素子分離領域に区画された
素子領域に形成されたトランジスタと、前記半導体基板
主面上にキャパシタもしくは配線を絶縁するために形成
された層間絶縁膜とを備え、前記素子分離領域を構成す
る埋め込み絶縁膜は、Si2n、Si2n+2
及びSi6+4n12+6n(nは1以上の正数)な
る化学式のいずれかで表される高次シランの熱処理によ
り得られたシリコン酸化膜からなることを特徴としてい
る。
A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is
A step of forming a trench in the main surface of the semiconductor substrate; a step of filling the trench with a silicon oxide film by the method according to claim 1 to form an element isolation region; And a step of forming a semiconductor element in the divided element region. The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises: a step of forming a capacitor on a main surface of a semiconductor substrate on which a semiconductor element is formed via an insulating film; and a step of forming a capacitor on the main surface of the semiconductor substrate. To a step of forming a silicon oxide film by the method according to claim 5. A semiconductor device according to the present invention includes an element isolation region formed of a buried insulating film in a trench formed on the semiconductor substrate main surface, a transistor formed in the element region divided into the element isolation region, and the semiconductor substrate main surface. and an interlayer insulating film formed to insulate the capacitor or wiring above the buried insulating film constituting the isolation region, Si n H 2n, Si n H 2n + 2
And Si 6 + 4n H 12 + 6n (n is a positive number of 1 or more), which is a silicon oxide film obtained by heat treatment of high-order silane.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して発明の実施
の形態を説明する。まず、図1及び図2を参照して第1
の実施例を説明する。図1及び図2は、半導体装置の製
造を説明するSTI型素子分離領域のトレンチ(溝)が
表面に形成されたシリコン半導体基板の工程断面図であ
る。例えば、p型シリコンなどの半導体基板1の主面上
には、CMP時のストッパー膜となるシリコン窒化膜
(SiN膜)4が形成されている。この主面にRIEな
どによりトレンチ5を形成する。トレンチ5の口径は、
0.07〜0.1μm程度であり、アスペクト比は、5
以上である(図1(a))。この半導体基板1上にSi
2n、Si2n+2及びSi6+4n
12+6n(nは1以上の正数)なる化学式のいずれか
で表される高次シランを含有する溶液を塗布する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, referring to FIG. 1 and FIG.
An example will be described. 1 and 2 are process cross-sectional views of a silicon semiconductor substrate in which a trench of an STI type element isolation region is formed on the surface for explaining the manufacture of a semiconductor device. For example, a silicon nitride film (SiN film) 4 serving as a stopper film at the time of CMP is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1 such as p-type silicon. The trench 5 is formed on this main surface by RIE or the like. The diameter of the trench 5 is
0.07 to 0.1 μm, with an aspect ratio of 5
That is all (FIG. 1A). Si on this semiconductor substrate 1
n H 2n, Si n H 2n + 2 , and Si 6 + 4n H
A solution containing a high-order silane represented by any one of chemical formulas 12 + 6n (n is a positive number of 1 or more) is applied.

【0008】高次シランを溶かす溶剤としてトルエン
(Toluen)、キシレン(Xylene)、テラリン(Teralin
)、デカリン(Decalin )、シクロヘキサン(Cyclohe
xane )、シクロヘプタン(Cycloheptane)、シクロオ
クタン(Cyclooctane )、n−オクタン(n-Octane)、
n−デカン(n-Decane)、メチルシクロヘキサン(Meth
ylcyclohexane )、エチルシクロヘキサン(Ethylcyclo
hexane)、プロピレングリコールモノメチルエーテル
(Propylene glycol monomethyl ether )、プロピレン
グリコールモノプロピルエーテル(Propylene glycol m
onopropyl ether )などを用いる。高次シランは、O2
下では発火性があるので塗布する雰囲気は、酸素を極力
排した雰囲気(≦10ppm)が必要である。この実施
例の場合、高次シランとしてSi5 10で表されるシク
ロペンタシランあるいはSi1018を用い、溶剤として
はトルエンを用いる。窒素雰囲気中、酸素濃度は1pp
m以下、室温で塗布膜2を半導体基板1の主面上及びト
レンチ5の内部に形成する(図1(b))。
Toluene, xylene and teralin are used as solvents for dissolving higher order silanes.
), Decalin, Cyclohexane
xane), cycloheptane, cyclooctane, n-Octane,
n-Decane, methylcyclohexane (Meth
ylcyclohexane), ethylcyclohexane (Ethylcyclohexane)
hexane), propylene glycol monomethyl ether (Propylene glycol monomethyl ether), propylene glycol monopropyl ether (Propylene glycol m)
onopropyl ether) is used. Higher order silane is O 2
Since it is ignitable below, the atmosphere to be applied needs to be an atmosphere in which oxygen is eliminated as much as possible (≦ 10 ppm). In this embodiment, cyclopentasilane represented by Si 5 H 10 or Si 10 H 18 is used as the higher order silane, and toluene is used as the solvent. Oxygen concentration is 1pp in nitrogen atmosphere
The coating film 2 is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1 and inside the trench 5 at a room temperature of not more than m (FIG. 1B).

【0009】半導体基板1上のトレンチ5にシクロペン
タシラン含有溶液あるいはSi10 18含有溶液を塗布し
たところ、非常に埋め込み性が良く、図に示すように、
3を超えるアスペクト比(この実施例では5)にもよく
埋め込まれる。次に、シクロペンタシラン含有溶液ある
いはSi1018含有溶液が埋め込まれたトレンチを有す
るシリコン半導体基板1を酸素を含有する雰囲気の中で
熱処理を行う事により、溶剤を飛ばすとともに、高次シ
ランの分解反応と雰囲気に含まれる酸素との酸化反応を
起こさせることによりシリコン酸化膜3が形成される。
熱処理における雰囲気の酸素含有量は20%、処理温度
は400℃〜500℃とする(図1(c))。
A cyclopen is formed in the trench 5 on the semiconductor substrate 1.
Tasilane-containing solution or SiTenH 18Apply the containing solution
However, the embedding property is very good, and as shown in the figure,
Good for aspect ratios above 3 (5 in this example)
Embedded. Next is the cyclopentasilane-containing solution
I SiTenH18Has a trench filled with a solution containing
The silicon semiconductor substrate 1 in an atmosphere containing oxygen
The heat treatment removes the solvent and increases the
The decomposition reaction of orchid and the oxidation reaction with oxygen contained in the atmosphere
The silicon oxide film 3 is formed by raising it.
Oxygen content of atmosphere in heat treatment is 20%, treatment temperature
Is 400 ° C. to 500 ° C. (FIG. 1 (c)).

【0010】次に、シリコン窒化膜4をストッパーとし
て半導体基板1表面上のシリコン酸化膜3をCMP処理
して半導体基板1表面を平坦化する。この処理によりシ
リコン窒化膜4上のシリコン酸化膜3は除去され、シリ
コン酸化膜3は、トレンチ5内に埋め込まれる。このト
レンチ5に埋め込まれたシリコン酸化膜3は、STI素
子分離領域を構成し、この素子分離領域(シリコン酸化
膜)3に区画された素子領域に半導体素子が形成される
(図2(a))。半導体素子は、例えば、MOSトラン
ジスタであり、素子領域にn型ソース/ドレイン領域
6、半導体基板表面にゲート酸化膜7、ゲート酸化膜上
にポリシリコンなどのゲート電極8、ゲート電極を被覆
保護する絶縁保護膜9が形成される。ゲート電極8を被
覆するように半導体基板1上には、シリコン酸化膜など
の層間絶縁膜10が形成される。さらに、この層間絶縁
膜上にキャパシタ、配線(図示はしない)などが形成さ
れ半導体装置が構成される(図2(b))。この実施例
のように、高次シランから形成されるシリコン酸化膜
は、ストレスが従来の酸化膜より格段に小さく殆ど反り
のない性質をもち、また、トレンチへの埋め込み性が良
い絶縁膜が形成される。
Next, using the silicon nitride film 4 as a stopper, the silicon oxide film 3 on the surface of the semiconductor substrate 1 is subjected to CMP treatment to flatten the surface of the semiconductor substrate 1. By this process, the silicon oxide film 3 on the silicon nitride film 4 is removed, and the silicon oxide film 3 is embedded in the trench 5. The silicon oxide film 3 embedded in the trench 5 constitutes an STI element isolation region, and a semiconductor element is formed in the element region partitioned by the element isolation region (silicon oxide film) 3 (FIG. 2A). ). The semiconductor element is, for example, a MOS transistor, and an n-type source / drain region 6 is formed in the element region, a gate oxide film 7 is formed on the surface of the semiconductor substrate, a gate electrode 8 such as polysilicon is formed on the gate oxide film, and the gate electrode is covered and protected. The insulating protective film 9 is formed. An interlayer insulating film 10 such as a silicon oxide film is formed on the semiconductor substrate 1 so as to cover the gate electrode 8. Further, capacitors, wirings (not shown), etc. are formed on the interlayer insulating film to form a semiconductor device (FIG. 2B). As in this embodiment, the silicon oxide film formed of high-order silane has a stress that is much smaller than that of a conventional oxide film and has almost no warp, and an insulating film that has a good filling property in a trench is formed. To be done.

【0011】次に、図3を参照して第2の実施例を説明
する。図3は、半導体装置の製造を説明するSTI型素
子分離領域のトレンチが表面に形成されたシリコン半導
体基板の工程断面図である。例えば、p型シリコンなど
の半導体基板21の主面上には、CMP時のストッパー
膜となるシリコン窒化膜(SiN膜)24が形成されて
いる。この主面にRIEなどによりトレンチ25を形成
する。トレンチ25の口径は、0.07〜0.1μm程
度であり、アスペクト比は、5以上である(図3
(a))。この半導体基板21上にSi 、Si
2n+2及びSi6+4n12+6n(nは1以
上の正数)なる化学式のいずれかで表される高次シラン
を含有する溶液を塗布する。高次シランを溶かす溶剤と
してトルエンなど第1の実施例で提示した材料を用い
る。高次シランは、O2 下では発火性があるので塗布す
る雰囲気は、酸素を極力排した雰囲気(≦10ppm)
が必要である。この実施例の場合、高次シランとしてS
1018を用い溶剤としてはトルエンを用いる。窒素雰
囲気中、酸素濃度は1ppm以下、室温で塗布膜22を
半導体基板21の主面上及びトレンチ25の内部に形成
する(図3(b))。
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. 3A to 3D are process cross-sectional views of a silicon semiconductor substrate in which trenches of STI type element isolation regions are formed on the surface for explaining the manufacture of a semiconductor device. For example, a silicon nitride film (SiN film) 24 serving as a stopper film at the time of CMP is formed on the main surface of the semiconductor substrate 21 such as p-type silicon. A trench 25 is formed on this main surface by RIE or the like. The trench 25 has a diameter of about 0.07 to 0.1 μm and an aspect ratio of 5 or more (FIG. 3).
(A)). On this semiconductor substrate 21, Si n H 2 n , Si
A solution containing a high-order silane represented by any of the chemical formulas n H 2n + 2 and Si 6 + 4n H 12 + 6n (n is a positive number of 1 or more) is applied. The material presented in the first embodiment such as toluene is used as the solvent for dissolving the higher order silane. Higher-order silanes are ignitable under O 2 , so the atmosphere to be applied should be an atmosphere in which oxygen is eliminated as much as possible (≦ 10 ppm).
is necessary. In this example, S is used as the higher silane.
i 10 H 18 is used and toluene is used as a solvent. In a nitrogen atmosphere, the oxygen concentration is 1 ppm or less, and the coating film 22 is formed at room temperature on the main surface of the semiconductor substrate 21 and inside the trench 25 (FIG. 3B).

【0012】次に、半導体基板22を窒素中で熱処理
し、この熱処理により高次シランを溶かしている溶剤
(トルエン)を蒸発させて溶剤が蒸発した塗布膜22′
が形成される。蒸発を行う温度は、次に行う酸素含有雰
囲気での熱処理温度より低温であることが必要であり、
110℃である(図3(c))。次に、半導体基板22
を酸素含有雰囲気で熱処理を行い高次シランの分解反応
と雰囲気に含まれる酸素との酸化反応を起こさせること
によりシリコン酸化膜23を形成する。酸化温度は50
0℃である(図3(d))。
Next, the semiconductor substrate 22 is heat-treated in nitrogen, and the solvent (toluene) in which the higher order silane is dissolved is evaporated by this heat treatment to evaporate the solvent to form a coating film 22 '.
Is formed. The temperature at which evaporation is performed needs to be lower than the heat treatment temperature in the oxygen-containing atmosphere to be performed next,
It is 110 degreeC (FIG.3 (c)). Next, the semiconductor substrate 22
Is heat-treated in an oxygen-containing atmosphere to cause a decomposition reaction of high-order silane and an oxidation reaction with oxygen contained in the atmosphere to form a silicon oxide film 23. Oxidation temperature is 50
It is 0 degreeC (FIG.3 (d)).

【0013】次に、シリコン窒化膜24をストッパーと
して半導体基板21表面上のシリコン酸化膜23をCM
P処理して半導体基板21表面を平坦化する。この処理
によりシリコン窒化膜24上のシリコン酸化膜23は除
去され、シリコン酸化膜23は、トレンチ25内に埋め
込まれる。このトレンチ25に埋め込まれたシリコン酸
化膜23は、STI素子分離領域を構成し、この素子分
離領域(シリコン酸化膜)23に区画された素子領域に
半導体素子が形成される(図示しない)。半導体素子
は、例えば、MOSトランジスタであり、素子領域にn
型ソース/ドレイン領域、半導体基板表面にゲート酸化
膜、ゲート酸化膜上にポリシリコンなどのゲート電極、
ゲート電極を被覆保護する絶縁保護膜が形成される。ゲ
ート電極を被覆するように、半導体基板21上にはシリ
コン酸化膜などの層間絶縁膜が形成される。さらに、図
示はしないが、この層間絶縁膜上にキャパシタ、配線な
どが形成され半導体装置が構成される。この実施例のよ
うに、高次シランから形成されるシリコン酸化膜は、ス
トレスが従来の酸化膜より格段に小さく殆ど反りのない
性質をもち、また、トレンチへの埋め込み性が良い絶縁
膜が形成される。また、溶剤を一旦揮発させているので
より緻密なシリコン酸化膜が形成される。
Next, the silicon oxide film 23 on the surface of the semiconductor substrate 21 is commercialized by using the silicon nitride film 24 as a stopper.
The surface of the semiconductor substrate 21 is planarized by P treatment. By this process, the silicon oxide film 23 on the silicon nitride film 24 is removed, and the silicon oxide film 23 is embedded in the trench 25. The silicon oxide film 23 buried in the trench 25 constitutes an STI element isolation region, and a semiconductor element is formed in the element region partitioned by the element isolation region (silicon oxide film) 23 (not shown). The semiconductor element is, for example, a MOS transistor, and has n
Type source / drain regions, a gate oxide film on the semiconductor substrate surface, a gate electrode such as polysilicon on the gate oxide film,
An insulating protective film is formed to cover and protect the gate electrode. An interlayer insulating film such as a silicon oxide film is formed on the semiconductor substrate 21 so as to cover the gate electrode. Further, although not shown, capacitors, wirings, etc. are formed on the interlayer insulating film to form a semiconductor device. As in this embodiment, the silicon oxide film formed of high-order silane has a stress that is much smaller than that of a conventional oxide film and has almost no warp, and an insulating film that has a good filling property in a trench is formed. To be done. Further, since the solvent is once volatilized, a denser silicon oxide film is formed.

【0014】次に、図4及び図5を参照して第3の実施
例を説明する。図4及び図5は、半導体装置の製造を説
明するSTI型素子分離領域のトレンチが表面に形成さ
れたシリコン半導体基板の工程断面図である。例えば、
p型シリコンなどの半導体基板31の主面上には、CM
P時のストッパー膜となるシリコン窒化膜(SiN膜)
34が形成されている。この主面にRIEなどによりト
レンチ35を形成する。トレンチ35の口径は、0.0
7〜0.1μm程度であり、アスペクト比は、5以上で
ある(図4(a))。この半導体基板31上にSi
2n、Si2n+2及びSi6+4n12+6n
(nは1以上の正数)なる化学式のいずれかで表される
高次シランを含有する溶液を塗布する。高次シランを溶
かす溶剤としてトルエンなど第1の実施例で提示した材
料を用いる。高次シランは、O2 下では発火性があるの
で塗布する雰囲気は、酸素を極力排した雰囲気(≦10
ppm)が必要である。この実施例の場合、高次シラン
としてSi1018を用い溶剤としてはトルエンを用い
る。窒素雰囲気中、酸素濃度は1ppm以下、室温で塗
布膜32を半導体基板31の主面上及びトレンチ35の
内部に形成する(図4(b))。
Next, a third embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 4 and FIG. 5 are process cross-sectional views of a silicon semiconductor substrate having trenches of STI type element isolation regions formed on the surface for explaining the manufacture of a semiconductor device. For example,
CM is formed on the main surface of the semiconductor substrate 31 such as p-type silicon.
Silicon nitride film (SiN film) that becomes a stopper film at P
34 is formed. A trench 35 is formed on this main surface by RIE or the like. The diameter of the trench 35 is 0.0
It is about 7 to 0.1 μm, and the aspect ratio is 5 or more (FIG. 4A). Si n H on the semiconductor substrate 31
2n , Si n H 2n + 2 and Si 6 + 4n H 12 + 6n
A solution containing a high-order silane represented by any of the chemical formulas (n is a positive number of 1 or more) is applied. The material presented in the first embodiment such as toluene is used as the solvent for dissolving the higher order silane. Higher order silanes are ignitable under O 2 , so the atmosphere for application is an atmosphere in which oxygen is eliminated as much as possible (≦ 10
ppm) is required. In this example, Si 10 H 18 is used as the higher order silane and toluene is used as the solvent. In a nitrogen atmosphere, the oxygen concentration is 1 ppm or less, and the coating film 32 is formed at room temperature on the main surface of the semiconductor substrate 31 and inside the trench 35 (FIG. 4B).

【0015】次に、半導体基板32を窒素中で熱処理
し、この熱処理により高次シランを溶かしている溶剤
(トルエン)を蒸発させて溶剤が蒸発した塗布膜32′
が形成される。蒸発を行う温度は、次に行う酸素含有雰
囲気での熱処理温度より低温であることが必要であり、
110℃である(図4(c))。次に、半導体基板32
を酸素含有雰囲気で熱処理を行い高次シランの分解反応
と雰囲気に含まれる酸素との酸化反応を起こさせること
によりシリコン酸化膜33を形成する。酸化温度は50
0℃である(図5(a))。次に、半導体基板32を酸
化温度(500℃)より高い温度で熱処理を行いシリコ
ン酸化膜33のデンシファイを行い焼き固められたシリ
コン酸化膜33′を形成する。この実施例におけるデン
シファイは、窒素雰囲気で、1000℃で行う(図5
(b))。
Next, the semiconductor substrate 32 is heat-treated in nitrogen, and the solvent (toluene) in which the higher order silane is dissolved is evaporated by this heat treatment to evaporate the solvent to form a coating film 32 '.
Is formed. The temperature at which evaporation is performed needs to be lower than the heat treatment temperature in the oxygen-containing atmosphere to be performed next,
It is 110 degreeC (FIG.4 (c)). Next, the semiconductor substrate 32
Is subjected to a heat treatment in an oxygen-containing atmosphere to cause a decomposition reaction of high-order silane and an oxidation reaction with oxygen contained in the atmosphere to form a silicon oxide film 33. Oxidation temperature is 50
It is 0 degreeC (FIG.5 (a)). Next, the semiconductor substrate 32 is heat-treated at a temperature higher than the oxidation temperature (500 ° C.) to densify the silicon oxide film 33 to form a hardened silicon oxide film 33 ′. Densification in this example is performed at 1000 ° C. in a nitrogen atmosphere (FIG. 5).
(B)).

【0016】次に、シリコン窒化膜34をストッパーと
して半導体基板31表面上のシリコン酸化膜33′をC
MP処理して半導体基板31表面を平坦化する。この処
理によりシリコン窒化膜34上のシリコン酸化膜33′
は除去され、シリコン酸化膜33′は、トレンチ35内
に埋め込まれる。このトレンチ35に埋め込まれたシリ
コン酸化膜33′は、STI素子分離領域を構成し、こ
の素子分離領域(シリコン酸化膜)33′に区画された
素子領域に半導体素子が形成される(図示しない)。半
導体素子は、例えば、MOSトランジスタであり、素子
領域にn型ソース/ドレイン領域、半導体基板表面にゲ
ート酸化膜、ゲート酸化膜上にポリシリコンなどのゲー
ト電極、ゲート電極を被覆保護する絶縁保護膜が形成さ
れる。ゲート電極を被覆するように、半導体基板上には
シリコン酸化膜などの層間絶縁膜が形成される。さら
に、図示はしないが、この層間絶縁膜上にキャパシタ、
配線などが形成され半導体装置が構成される。この実施
例のように、高次シランから形成されるシリコン酸化膜
は、ストレスが従来の酸化膜より格段に小さく殆ど反り
のない性質をもち、また、トレンチへの埋め込み性が良
い絶縁膜が形成される。また、溶剤を一旦揮発させ、さ
らに焼き締めているのでより緻密なシリコン酸化膜が形
成される。
Next, using the silicon nitride film 34 as a stopper, the silicon oxide film 33 'on the surface of the semiconductor substrate 31 is removed as C.
The surface of the semiconductor substrate 31 is flattened by MP processing. By this process, the silicon oxide film 33 'on the silicon nitride film 34 is formed.
Is removed and the silicon oxide film 33 ′ is buried in the trench 35. The silicon oxide film 33 'embedded in the trench 35 constitutes an STI element isolation region, and a semiconductor element is formed in the element region partitioned by the element isolation region (silicon oxide film) 33' (not shown). . The semiconductor element is, for example, a MOS transistor, and has an n-type source / drain region in the element region, a gate oxide film on the semiconductor substrate surface, a gate electrode such as polysilicon on the gate oxide film, and an insulating protective film for covering and protecting the gate electrode. Is formed. An interlayer insulating film such as a silicon oxide film is formed on the semiconductor substrate so as to cover the gate electrode. Further, although not shown, a capacitor,
Wiring and the like are formed to configure a semiconductor device. As in this embodiment, a silicon oxide film formed of high-order silane has a stress that is much smaller than that of a conventional oxide film and has almost no warp, and an insulating film that has a good filling property in a trench is formed. To be done. Further, since the solvent is once volatilized and further baked, a denser silicon oxide film is formed.

【0017】次に、図6乃至図9を参照しながら前述し
た実施例の作用効果を具体的に説明する。図6乃至図9
は、半導体基板の断面を撮影した写真である。本発明を
素子分離領域を構成するトレンチ(STI溝)の埋め込
みに適用したところ、アスペクト比5までのあらゆるト
レンチを埋め込むことができた(第1乃至第3の実施例
参照)。図6は、本発明の第1の実施例によりトレンチ
にシリコン酸化膜(SiO2 膜)を埋め込んだ後のトレ
ンチを含む面でヘキ開し、Au蒸着後にSEM撮影を行
った写真を示している。図6は、図1と同じ構成であ
り、半導体基板1に形成されたSTI用トレンチ5の内
部及び半導体基板1上に形成されたシリコン窒化膜(S
iN膜)4の上にシリコン酸化膜3が形成されている。
図6(a)、(b)は、原料としてシクロペンタシラン
(Si5 10)を用いたものであり、図6(c)、
(d)は、Si1018を用いたものである。シリコン酸
化膜3は、図6に示されるように、どのトレンチにも緊
密に充填されていることがわかる。しかし、トレンチ中
の物質のコントラストは、シリコン窒化膜4上のシリコ
ン酸化膜3のコントラストよりも強い(暗い)という特
徴がある。これは、同じ材料から形成されながら、形成
される場所によって、その層の密度が異なって形成され
ることを表している。
Next, the function and effect of the above-described embodiment will be specifically described with reference to FIGS. 6 to 9. 6 to 9
[Fig. 3] is a photograph of a cross section of a semiconductor substrate. When the present invention was applied to the filling of trenches (STI trenches) forming the element isolation region, it was possible to fill all trenches with aspect ratios up to 5 (see the first to third embodiments). FIG. 6 shows a photograph obtained by SEM photographing after cleaving the surface including the trench after the silicon oxide film (SiO 2 film) was buried in the trench according to the first embodiment of the present invention and after Au deposition. . FIG. 6 has the same structure as that of FIG. 1, and the inside of the STI trench 5 formed in the semiconductor substrate 1 and the silicon nitride film (S
A silicon oxide film 3 is formed on the iN film) 4.
6 (a) and 6 (b) use cyclopentasilane (Si 5 H 10 ) as a raw material, and FIG.
(D) uses Si 10 H 18 . As shown in FIG. 6, it can be seen that the silicon oxide film 3 is densely filled in every trench. However, the contrast of the material in the trench is characterized by being stronger (darker) than the contrast of the silicon oxide film 3 on the silicon nitride film 4. This means that the layers are formed of the same material but have different densities of the layers depending on the place where they are formed.

【0018】そこで、図6(a)に示したサンプルをN
4 F液で5秒間エッチングしたところ、図7の写真に
示すような形状になった。図7は、本発明により形成さ
れたシリコン酸化膜を埋め込んだトレンチを含む半導体
基板をヘキ開してNH4 Fエッチング後に撮影したSE
M像の断面図である。図7(a)は、狭いトレンチの
例、図7(b)は、広いトレンチの例である。図7に示
されるように、シリコン窒化膜4上のベタ膜部分のシリ
コン酸化膜3に比べてトレンチ5の内部に埋め込まれた
シリコン酸化膜のエッチングレートは速い。つまりベタ
膜部分とトレンチ内部の膜質が異なっている。このエッ
チングレートが速い原因は、トレンチ内部のシリコン酸
化膜の密度が低いためだと予想される(密度は未測
定)。密度が低ければ当然比誘電率も小さくなってい
る。
Therefore, the sample shown in FIG.
After etching for 5 seconds with the H 4 F solution, the shape shown in the photograph of FIG. 7 was obtained. FIG. 7 is an SE photographed after cleaving a semiconductor substrate including a trench filled with a silicon oxide film formed by the present invention and performing NH 4 F etching.
It is sectional drawing of M image. FIG. 7A shows an example of a narrow trench, and FIG. 7B shows an example of a wide trench. As shown in FIG. 7, the etching rate of the silicon oxide film embedded in the trench 5 is faster than that of the silicon oxide film 3 in the solid film portion on the silicon nitride film 4. That is, the quality of the solid film portion and the film quality inside the trench are different. The reason for this high etching rate is presumably due to the low density of the silicon oxide film inside the trench (density not measured). If the density is low, the relative dielectric constant is naturally low.

【0019】次に、トレンチ内の密度が低いことを実測
で知るためにTEM観察を行なった。その結果は図8に
示される。図8は、トレンチ5が形成され、シリコン窒
化膜4に被覆された半導体基板1のTEM観察像の断面
図である。図8に示されるトレンチ内のシリコン酸化膜
3は、上部からトレンチ底部にまで充填されている。ま
た、図8には、半導体基板の分析点が示されている。分
析点P1は、半導体基板のシリコン、分析点P2〜P8
は、トレンチ内部のシリコン酸化膜、分析点P9は、シ
リコン窒化膜である。これら9つの分析点に渡ってED
X分析を行なった。その結果は、表1に示すように、ど
の分析点(P2〜P8)においても実質的にSi:O=
1:2であり、シリコン酸化膜(SiO2 )の組成には
大きな差がなかった。このことからトレンチ内のエッチ
ングレートが速い原因は酸素が足りなく密度が異なる
(トレンチ内の方が密度が低い)ためと結論づけられ
る。なお、表1において、Nは、窒素原子を表してい
る。
Next, TEM observation was performed in order to know by actual measurement that the density in the trench was low. The result is shown in FIG. FIG. 8 is a cross-sectional view of a TEM observation image of the semiconductor substrate 1 in which the trench 5 is formed and covered with the silicon nitride film 4. The silicon oxide film 3 in the trench shown in FIG. 8 is filled up from the top to the bottom of the trench. Further, FIG. 8 shows analysis points of the semiconductor substrate. Analysis point P1 is silicon of the semiconductor substrate, analysis points P2 to P8
Is a silicon oxide film inside the trench, and the analysis point P9 is a silicon nitride film. ED across these 9 points
X analysis was performed. As shown in Table 1, the results show that Si: O = substantially at any analysis point (P2 to P8).
It was 1: 2, and there was no great difference in the composition of the silicon oxide film (SiO 2 ). From this, it can be concluded that the reason for the high etching rate in the trench is that oxygen is insufficient and the density is different (the density is lower in the trench). In addition, in Table 1, N represents a nitrogen atom.

【0020】[0020]

【表1】 [Table 1]

【0021】第1の実施例では、図6に示すように、シ
リコン酸化膜は、アスペクト比1以下のトレンチからア
スペクト比5を越えるトレンチまで均一に埋め込こまれ
た。また、第3の実施例に示すように1000℃、1時
間の高温熱処理を加えてもトレンチ内部の埋め込み膜
は、膜ハガレを起こすことなくきれいに埋め込まれたま
まであった(図9)。図9は、図7と同様に写真図であ
り、本発明により形成されたシリコン酸化膜が埋め込ま
れたトレンチを含む半導体基板をデンシファイ後にヘキ
開して撮影したSEM像の断面図である。図9(a)が
狭いトレンチを有する半導体基板を表し、図9(b)が
広いトレンチを有する半導体基板を表している。
In the first embodiment, as shown in FIG. 6, the silicon oxide film was uniformly buried from the trench having an aspect ratio of 1 or less to the trench having an aspect ratio of 5 or more. Further, as shown in the third embodiment, even if the high temperature heat treatment was performed at 1000 ° C. for 1 hour, the buried film inside the trench was still buried cleanly without film peeling (FIG. 9). FIG. 9 is a photograph similar to FIG. 7, and is a cross-sectional view of an SEM image taken by densifying and cleaving a semiconductor substrate including a trench having a silicon oxide film formed therein according to the present invention. 9A shows a semiconductor substrate having a narrow trench, and FIG. 9B shows a semiconductor substrate having a wide trench.

【0022】このように、本発明によりトレンチにシリ
コン酸化膜を埋め込むと、シリコン窒化膜上などの平面
に形成されたシリコン酸化膜(いわゆるベタ膜部分)よ
り密度が低いものが得られる。これは、トレンチを素子
分離領域として用いる場合に有利である。例えば、シリ
コン窒化膜上などの平面に形成されたシリコン酸化膜の
比誘電率は、4.7程度と高い値を示すが、トレンチに
埋め込まれるように形成されたシリコン酸化膜は、密度
が低く、比誘電率が、酸化膜の形成条件によっても異な
るが、3以下程度に形成することができる。このよう
に、比誘電率が低いと、分離したいセルとセルの間のセ
ル間容量結合が小さくなるので、微細化の進む半導体装
置には最適である。このように、ベタ膜部分とトレンチ
内部で膜質が異なることは埋め込み性の点から有利であ
ると考えられる。
Thus, by filling the trench with the silicon oxide film according to the present invention, it is possible to obtain a silicon oxide film having a lower density than the silicon oxide film (so-called solid film portion) formed on a plane such as on the silicon nitride film. This is advantageous when the trench is used as an element isolation region. For example, a silicon oxide film formed on a plane such as a silicon nitride film has a high relative dielectric constant of about 4.7, but a silicon oxide film formed to be embedded in a trench has a low density. The relative dielectric constant varies depending on the formation conditions of the oxide film, but can be formed to about 3 or less. As described above, when the relative permittivity is low, the inter-cell capacitive coupling between the cells to be separated becomes small, and therefore, it is optimal for a semiconductor device in which miniaturization is advanced. Thus, it is considered that the difference in film quality between the solid film portion and the inside of the trench is advantageous from the viewpoint of embedding property.

【0023】次に、図10を参照して第4の実施例を説
明する。図10は、本発明によるシリコン酸化膜を層間
絶縁膜として用いた場合の半導体基板の断面図である。
この実施例では、DRAMメモリなどに用いられるキャ
パシタを有する半導体装置の作成方法を説明する。DR
AMでは微細化が進んでもDRAMを構成するキャパシ
タの容量を減らすことはできない。したがって、高誘電
率の誘電体薄膜をキャパシタの誘電体として導入するこ
とが不可欠である。また、DRAM並みの高速書き込み
と低電圧動作が可能である不揮発性メモリとして強誘電
体の自発分極特性を利用したFerroelectri
cRAMが注目されている。これらのキャパシタは、下
部電極46と上部電極45の間にTa2 5 あるいはB
ST(Bax Sr1-x TiO 3 )などの高誘電体膜ある
いはPZT(Pb(Zr,Ti)O3 )やSBT(Sr
Bi2 Ta2 9 )などの強誘電体膜47を挟み込んだ
形状をしている。MOSトランジスタ(図示しない)な
どの半導体素子が作り込まれたシリコンなどの半導体基
板41には通常の技術で形成されたシリコン酸化膜など
の絶縁膜42が形成されている。この絶縁膜42上には
前述したキャパシタが形成されている。キャパシタは、
下部電極46、強誘電体膜47、上部電極45が順次形
成された積層体から構成されている。キャパシタを被覆
するように層間絶縁膜43が形成されている。
Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIG.
Reveal FIG. 10 shows a silicon oxide film according to the present invention,
It is sectional drawing of a semiconductor substrate when it is used as an insulating film.
In this embodiment, a cache memory used for a DRAM memory or the like is used.
A method for manufacturing a semiconductor device having a capacitor will be described. DR
In AM, even if the miniaturization progresses, the capacity that configures DRAM
The data capacity cannot be reduced. Therefore, high dielectric
Index dielectric thin film can be introduced as a capacitor dielectric.
And are essential. Also, high-speed writing similar to DRAM
And ferroelectric as a non-volatile memory that can operate at low voltage
Ferroelectric using the spontaneous polarization of the body
cRAM is receiving attention. These capacitors are
Ta between the partial electrode 46 and the upper electrode 452OFiveOr B
ST (BaxSr1-xTiO 3) And other high dielectric films
Or PZT (Pb (Zr, Ti) O3) And SBT (Sr
Bi2Ta2O9) Etc. sandwiched the ferroelectric film 47
It has a shape. MOS transistor (not shown)
Which semiconductor element is built into a semiconductor substrate such as silicon
The plate 41 has a silicon oxide film or the like formed by a normal technique.
Insulating film 42 is formed. On this insulating film 42
The above-mentioned capacitor is formed. The capacitor is
The lower electrode 46, the ferroelectric film 47, and the upper electrode 45 are sequentially formed.
It is composed of a laminated body formed. Capacitor coating
The interlayer insulating film 43 is formed so as to do so.

【0024】キャパシタ作成後、Si2nあるいは
Si2n+2もしくはSi6+ 4n
12+6n(nは1以上の正数)などの化学式で表され
る高次シランを含有する溶液を塗布する。塗布する雰囲
気は酸素を極力排した雰囲気(≦10ppm)が必要で
ある。この実施例では高次シランとしてSi5 10で表
されるシクロペンタシランを用い、雰囲気として窒素を
用いた。次に、次工程の酸素含有雰囲気での熱処理温度
より低温で窒素中で熱処理を行い、高次シランを溶かし
ているトルエンなど溶剤を蒸発させる。蒸発温度として
110℃を用いた。次に、酸素含有雰囲気で熱処理を行
い高次シランの分解反応と雰囲気に含まれる酸素との酸
化反応を起こさせることによりシリコン酸化膜からなる
層間絶縁膜43を形成する。酸化温度は500℃とし
た。層間絶縁膜43を形成後半導体基板41に形成され
る金属配線(図示しない)と上部電極45とを電気的に
接続するタングステンなどから構成された接続配線48
を形成する。この金属配線は、半導体基板41に形成さ
れているMOSトランジスタなどに電気的に接続されて
DRAMなどのメモリを構成する。この層間絶縁膜は、
ストレスが従来の酸化膜より格段に小さく殆ど反りのな
い性質を有している。
After forming the capacitor, Si n H 2n or Si n H 2n + 2 or Si 6 + 4n H
A solution containing a high-order silane represented by a chemical formula such as 12 + 6n (n is a positive number of 1 or more) is applied. The atmosphere to be applied needs to be an atmosphere in which oxygen is eliminated as much as possible (≦ 10 ppm). In this example, cyclopentasilane represented by Si 5 H 10 was used as the higher order silane, and nitrogen was used as the atmosphere. Next, heat treatment is performed in nitrogen at a temperature lower than the heat treatment temperature in the oxygen-containing atmosphere in the next step to evaporate the solvent such as toluene in which the higher silane is dissolved. 110 ° C. was used as the evaporation temperature. Next, heat treatment is performed in an oxygen-containing atmosphere to cause a decomposition reaction of higher-order silane and an oxidation reaction with oxygen contained in the atmosphere to form an interlayer insulating film 43 made of a silicon oxide film. The oxidation temperature was 500 ° C. A connection wiring 48 made of tungsten or the like for electrically connecting a metal wiring (not shown) formed on the semiconductor substrate 41 after forming the interlayer insulating film 43 and the upper electrode 45.
To form. The metal wiring is electrically connected to a MOS transistor or the like formed on the semiconductor substrate 41 to form a memory such as a DRAM. This interlayer insulating film is
The stress is much smaller than that of the conventional oxide film, and it has almost no warpage.

【0025】この実施例のシリコン酸化膜(SiO
2 膜)のストレスを測定する。ストレスの測定方法は、
シリコン酸化膜が形成されたシリコンウェハの反りから
曲率半径を算出し、次の式(1)より求める方法であ
る。 σ=Eh2 /(1−ν)×6Rt ・・・(1) 但し、E/(1−ν):半導体基板の二軸弾性係数、 h:半導体基板の厚さ(m)、 t:シリコン酸化膜の厚さ(m)、 R:半導体基板の曲率半径(m)、 σ:シリコン酸化膜の平均ストレス(Pa) この実施例で示した方法により作成されたシリコン酸化
膜は、ほとんど反りがなくストレスフリーの膜となって
いた。また、第1及び第2の実施例で示した方法により
作成したシリコン酸化膜のストレスは、299.6MP
aであり、テンシル(Tensile) な膜であった。
In this embodiment, the silicon oxide film (SiO 2
2 ) Measure the stress of the film. How to measure stress is
In this method, the radius of curvature is calculated from the warp of the silicon wafer on which the silicon oxide film is formed, and is calculated from the following equation (1). σ = Eh 2 / (1−ν) × 6Rt (1) where E / (1−ν): biaxial elastic modulus of semiconductor substrate, h: thickness (m) of semiconductor substrate, t: silicon Thickness of oxide film (m), R: radius of curvature of semiconductor substrate (m), σ: average stress of silicon oxide film (Pa) The silicon oxide film produced by the method shown in this example has almost no warp. It was a stress-free film. Further, the stress of the silicon oxide film formed by the method shown in the first and second embodiments is 299.6MP.
a, and it was a Tensile film.

【0026】[0026]

【発明の効果】本発明によると、ストレスが従来の方法
で形成されるシリコン酸化膜より格段に小さく殆ど反り
のない性質をもち、また、トレンチへの埋め込み性が良
く、且つトレンチ内での密度が半導体基板の平坦な主面
上に形成された同じ材料の層間絶縁膜より小さく、した
がってその比誘電率が小さいという特性を有するシリコ
ン酸化膜(SiO2 )が得られる。
According to the present invention, the stress is much smaller than that of the silicon oxide film formed by the conventional method, and there is almost no warp. Moreover, the filling property in the trench is good and the density in the trench is high. Is smaller than that of the interlayer insulating film of the same material formed on the flat main surface of the semiconductor substrate, and thus the relative dielectric constant thereof is small, so that a silicon oxide film (SiO 2 ) can be obtained.

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

【図1】本発明に係る第1の実施例の半導体装置の製造
を説明するSTI型素子分離領域のトレンチが表面に形
成された半導体基板の工程断面図。
FIG. 1 is a process cross-sectional view of a semiconductor substrate having a trench of an STI type element isolation region formed on its surface for explaining the manufacture of a semiconductor device of a first embodiment according to the present invention.

【図2】本発明に係る第1の実施例の半導体装置の製造
を説明するSTI型素子分離領域のトレンチが表面に形
成された半導体基板の工程断面図。
FIG. 2 is a process cross-sectional view of a semiconductor substrate having a trench of an STI type element isolation region formed on its surface for explaining the manufacture of a semiconductor device of a first embodiment according to the present invention.

【図3】本発明に係る第2の実施例の半導体装置の製造
を説明するSTI型素子分離領域のトレンチが表面に形
成された半導体基板の工程断面図。
FIG. 3 is a process cross-sectional view of a semiconductor substrate having a trench of an STI type element isolation region formed on its surface for explaining the manufacture of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明に係る第3の実施例の半導体装置の製造
を説明するSTI型素子分離領域のトレンチが表面に形
成され半導体基板の工程断面図。
FIG. 4 is a process cross-sectional view of a semiconductor substrate in which a trench of an STI type element isolation region is formed on the surface for explaining the manufacture of the semiconductor device of the third embodiment according to the present invention.

【図5】本発明に係る第3の実施例の半導体装置の製造
を説明するSTI型素子分離領域のトレンチが表面に形
成された半導体基板の工程断面図。
FIG. 5 is a process cross-sectional view of a semiconductor substrate having a trench of an STI type element isolation region formed on its surface for explaining the manufacture of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.

【図6】本発明によりトレンチにシリコン酸化膜(Si
2 膜)を埋め込んだ後トレンチを含む面でヘキ開しA
u蒸着後にSEM撮影を行った半導体基板の断面図。
FIG. 6 is a view showing a silicon oxide film (Si
(O 2 film) and then open at the surface including the trench A
Sectional drawing of the semiconductor substrate which carried out SEM photography after u vapor deposition.

【図7】本発明により形成されたシリコン酸化膜を埋め
込んだ後トレンチを含む面でヘキ開しNH4 Fエッチン
グ後にSEM撮影を行った半導体基板の断面図。
FIG. 7 is a cross-sectional view of a semiconductor substrate obtained by SEM photographing after burying a silicon oxide film formed according to the present invention, then cleaving the surface including a trench and performing NH 4 F etching.

【図8】本発明により形成されたシリコン酸化膜を埋め
込んだ後トレンチを含む面でヘキ開したシリコン窒化膜
に被覆された半導体基板の分析点を示したTEM観察像
の断面図。
FIG. 8 is a cross-sectional view of a TEM observation image showing analysis points of a semiconductor substrate covered with a silicon nitride film which is cleaved at a surface including a trench after being embedded with a silicon oxide film formed according to the present invention.

【図9】本発明により形成されたシリコン酸化膜が埋め
込まれたトレンチを含む半導体基板をデンシファイ後に
ヘキ開して撮影したSEM像の断面図。
FIG. 9 is a cross-sectional view of an SEM image taken by cleaving a semiconductor substrate including a trench in which a silicon oxide film is formed according to the present invention and performing densification.

【図10】本発明に係る第4の実施例の本発明によるシ
リコン酸化膜を層間絶縁膜として用いた場合の半導体基
板の断面図。
FIG. 10 is a cross-sectional view of a semiconductor substrate when a silicon oxide film according to the present invention as a fourth embodiment of the present invention is used as an interlayer insulating film.

【図11】従来の半導体装置の製造を説明する工程断面
図。
FIG. 11 is a process cross-sectional view illustrating the manufacture of a conventional semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、21、31、41、101・・・半導体基板、2、
21、31・・・高次シランを含有する塗布膜、3、2
3、33、43・・・シリコン酸化膜(SiO2 )、
4、24、34、102・・・シリコン窒化膜(Si
N)、5、25、35、103・・・トレンチ(STI
溝)、22′、32′・・・溶剤を蒸発させた高次シラ
ンを含有する塗布膜、33′・・・焼き固めたシリコン
酸化膜(SiO2 )、42・・・絶縁膜、 45・・
・上部電極、 46・・・下部電極、47・・・強誘
電体膜、 104・・・TEOS膜。
1, 21, 31, 41, 101 ... Semiconductor substrate, 2,
21, 31 ... Coating film containing high-order silane, 3, 2
3, 33, 43 ... Silicon oxide film (SiO 2 ),
4, 24, 34, 102 ... Silicon nitride film (Si
N), 5, 25, 35, 103 ... Trench (STI
Grooves), 22 ', 32' ... Coating film containing higher order silane obtained by evaporating solvent, 33 '... Silicon oxide film (SiO 2 ) cured, 42 ... Insulating film, 45.・
-Upper electrode, 46 ... Lower electrode, 47 ... Ferroelectric film, 104 ... TEOS film.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 29/78 Fターム(参考) 5F032 AA35 AA44 AA66 AA69 AA74 CA14 CA17 DA09 DA23 DA33 DA74 DA78 5F058 BA04 BA20 BC02 BD04 BF46 BH03 BH04 BJ01 5F083 AD21 FR01 GA27 GA30 JA06 JA14 JA15 JA17 JA56 5F140 AA08 AA39 AC32 BA01 BF01 BF04 BG50 CB04 CE07 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (51) Int.Cl. 7 Identification Code FI Theme Coat (Reference) H01L 29/78 F Term (Reference) 5F032 AA35 AA44 AA66 AA69 AA74 CA14 CA17 DA09 DA23 DA33 DA74 DA78 5F058 BA04 BA20 BC02 BD04 BF46 BH03 BH04 BJ01 5F083 AD21 FR01 GA27 GA30 JA06 JA14 JA15 JA17 JA56 5F140 AA08 AA39 AC32 BA01 BF01 BF04 BG50 CB04 CE07

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】Si2n、Si2n+2及びSi
6+4n12+6 (nは1以上の正数)なる化学式
のいずれかで表される高次シランを含有する溶液を半導
体基板上に塗布する工程と、 前記半導体基板を酸素を含有する雰囲気で熱処理するこ
とにより前記高次シランの分解反応及び酸化反応を起こ
してシリコン酸化膜を前記半導体基板上に形成する工程
とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
1. Si n H 2n , Si n H 2n + 2 and Si
6 + 4n H 12 + 6 n (n is a positive number of 1 or more), a step of applying a solution containing a high-order silane represented by any one of the chemical formulas onto a semiconductor substrate, and heat-treating the semiconductor substrate in an atmosphere containing oxygen. And a step of causing a decomposition reaction and an oxidation reaction of the higher order silane to form a silicon oxide film on the semiconductor substrate.
【請求項2】 前記溶液には前記高次シランを溶かして
いる溶剤が含有されていることを特徴とする請求項1に
記載の半導体装置の製造方法。
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the solution contains a solvent in which the higher order silane is dissolved.
【請求項3】 Si2n、Si2n+2及びS
6+4n12+ 6n(nは1以上の正数)なる化学
式のいずれかで表され、溶剤に溶かされた高次シランを
含有する溶液を半導体基板上に塗布する工程と、 前記半導体基板を酸素を極力排した雰囲気で第1の熱処
理をすることにより前記溶液に含有されている前記溶剤
を蒸発させる工程と、 前記半導体基板を酸素を含有する雰囲気で、且つ前記第
1の熱処理より高温で第2の熱処理をすることにより前
記高次シランの分解反応及び酸化反応を起こしてシリコ
ン酸化膜を前記半導体基板上に形成する工程とを備えた
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. Si n H 2n , Si n H 2n + 2 and S
i 6 + 4n H 12+ 6n (n is a positive number of 1 or more) represented by any one of the chemical formulas, and a step of applying a solution containing a high-order silane dissolved in a solvent onto the semiconductor substrate; A step of evaporating the solvent contained in the solution by performing a first heat treatment in an atmosphere in which oxygen is eliminated as much as possible; a first heat treatment at a temperature higher than that of the first heat treatment in an atmosphere containing the semiconductor substrate; And the step of forming a silicon oxide film on the semiconductor substrate by causing a decomposition reaction and an oxidation reaction of the higher order silane by performing the heat treatment of 2.
【請求項4】 Si2n、Si2n+2及びS
6+4n12+ 6n(nは1以上の正数)なる化学
式のいずれかで表され、且つ溶剤に溶かされている高次
シランを含有する溶液を半導体基板上に塗布する工程
と、 前記半導体基板を酸素を極力排した雰囲気で第1の熱処
理をすることにより前記溶液に含有されている前記溶剤
を蒸発させる工程と、 前記半導体基板を酸素を含有する雰囲気で、且つ前記第
1の熱処理より高温で第2の熱処理をすることにより前
記高次シランの分解反応及び酸化反応を起こしてシリコ
ン酸化膜を前記半導体基板上に形成する工程と、 前記半導体基板を前記第2の熱処理より高温で第3の熱
処理をすることにより前記シリコン酸化膜を焼き固める
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。
4. Si n H 2n , Si n H 2n + 2 and S
i 6 + 4n H 12+ 6n (n is a positive number of 1 or more), and a step of applying a solution containing a high-order silane dissolved in a solvent onto the semiconductor substrate, and the semiconductor substrate Evaporating the solvent contained in the solution by performing a first heat treatment in an atmosphere in which oxygen is eliminated as much as possible, and the semiconductor substrate in an atmosphere containing oxygen and at a temperature higher than that of the first heat treatment. Second heat treatment to cause a decomposition reaction and an oxidation reaction of the higher order silane to form a silicon oxide film on the semiconductor substrate, and the semiconductor substrate is heated at a temperature higher than that of the second heat treatment. And a step of hardening the silicon oxide film by heating the silicon oxide film.
【請求項5】 前記酸素を極力排した雰囲気は酸素濃度
が10ppm以下であることを特徴とする請求項3又は
請求項4に記載の半導体装置の製造方法。
5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the atmosphere in which oxygen is exhausted as much as possible has an oxygen concentration of 10 ppm or less.
【請求項6】 半導体基板主面にトレンチを形成する工
程と、 前記トレンチに請求項1乃至請求項5のいずれかに記載
の方法によりシリコン酸化膜を埋め込んで素子分離領域
を形成する工程と、 前記素子分離領域に区画された素子領域に半導体素子を
形成す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。
6. A step of forming a trench in a main surface of a semiconductor substrate; a step of burying a silicon oxide film in the trench by the method according to claim 1 to form an element isolation region, And a step of forming a semiconductor element in an element region divided into the element isolation regions.
【請求項7】 半導体素子が形成された半導体基板主面
に絶縁膜を介してキャパシタを形成する工程と、 前記キャパシタが形成された半導体基板主面上に請求項
1乃至請求項5のいずれかに記載の方法によりシリコン
酸化膜を形成す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。
7. The step of forming a capacitor on the main surface of a semiconductor substrate on which a semiconductor element is formed via an insulating film, and the main surface of the semiconductor substrate on which the capacitor is formed, according to claim 1. And a step of forming a silicon oxide film by the method described in 1 ..
【請求項8】 半導体基板主面に形成されたトレンチ内
の埋め込み絶縁膜からなる素子分離領域と、 前記素子分離領域に区画された素子領域に形成されたト
ランジスタと、 前記半導体基板主面上にキャパシタもしくは配線を絶縁
するために形成された層間絶縁膜とを備え、 前記素子分離領域を構成する埋め込み絶縁膜は、Si
2n、Si n+2及びSi6+4n
12+6n(nは1以上の正数)なる化学式のいずれか
で表される高次シランの熱処理により得られたシリコン
酸化膜からなることを特徴とする半導体装置。
8. An element isolation region formed of a buried insulating film in a trench formed on the main surface of the semiconductor substrate, a transistor formed in the element region divided into the element isolation region, and on the main surface of the semiconductor substrate. and an interlayer insulating film formed to insulate the capacitor or wiring buried insulating film constituting the isolation region, Si n
H 2n, Si n H 2 n + 2 and Si 6 + 4n H
A semiconductor device comprising a silicon oxide film obtained by heat treatment of a high-order silane represented by any one of chemical formulas 12 + 6n (n is a positive number of 1 or more).
JP2001212116A 2001-07-12 2001-07-12 Method of manufacturing semiconductor device, and the semiconductor device Pending JP2003031568A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001212116A JP2003031568A (en) 2001-07-12 2001-07-12 Method of manufacturing semiconductor device, and the semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001212116A JP2003031568A (en) 2001-07-12 2001-07-12 Method of manufacturing semiconductor device, and the semiconductor device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2003031568A true JP2003031568A (en) 2003-01-31

Family

ID=19047324

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001212116A Pending JP2003031568A (en) 2001-07-12 2001-07-12 Method of manufacturing semiconductor device, and the semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2003031568A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7279769B2 (en) 2004-05-25 2007-10-09 Renesas Technology Corp. Semiconductor device and manufacturing method thereof
JPWO2009022719A1 (en) * 2007-08-16 2010-11-18 国立大学法人東北大学 Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2012134302A (en) * 2010-12-21 2012-07-12 Jsr Corp Method of filling trench, and composition for filling trench
KR101294452B1 (en) * 2009-06-24 2013-08-07 아사히 가세이 이-매터리얼즈 가부시키가이샤 Product of polysiloxane condensation

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7279769B2 (en) 2004-05-25 2007-10-09 Renesas Technology Corp. Semiconductor device and manufacturing method thereof
JPWO2009022719A1 (en) * 2007-08-16 2010-11-18 国立大学法人東北大学 Semiconductor device and manufacturing method thereof
KR101294452B1 (en) * 2009-06-24 2013-08-07 아사히 가세이 이-매터리얼즈 가부시키가이샤 Product of polysiloxane condensation
US8906153B2 (en) 2009-06-24 2014-12-09 Asahi Kasei E-Materials Corporation Product of polysiloxane condensation
JP2012134302A (en) * 2010-12-21 2012-07-12 Jsr Corp Method of filling trench, and composition for filling trench

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7416955B2 (en) Method of manufacturing a semiconductor device
TW492111B (en) Semiconductor integrated circuit device and manufacture thereof
JP3098474B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP4433321B2 (en) Method for manufacturing one-transistor memory
TWI248658B (en) Trench isolation method
KR101100142B1 (en) Semiconductor device and process for producing the same
JP3519721B2 (en) Alignment mark of semiconductor device
JP2001217397A (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2003031568A (en) Method of manufacturing semiconductor device, and the semiconductor device
JP7319794B2 (en) Method for forming oxide layer and method for manufacturing semiconductor device
US8044447B2 (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
KR101131968B1 (en) Nonvolatile memory device and method for manufacturing the same
JP2007287804A (en) Method of manufacturing semiconductor device
JP2005116546A (en) Semiconductor device and its manufacturing method
TWI284942B (en) A system and method of forming a split-gate flash memory structure
WO2006011196A1 (en) Semiconductor device and process for fabricating same
JP5327139B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2012074479A (en) Method of manufacturing semiconductor device
JP5504993B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
WO2005074032A1 (en) Semiconductor device and its manufacturing method
JP4286492B2 (en) Method for manufacturing ferroelectric capacitor
JP2005142453A (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
JP2005093816A (en) Semiconductor device manufacturing method and the semiconductor device
JP2004235287A (en) Semiconductor device and its manufacturing method
JP4523115B2 (en) Ferroelectric memory device and manufacturing method thereof