JP2003115592A - Semiconductor device and manufacturing method - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method

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JP2003115592A
JP2003115592A JP2001308189A JP2001308189A JP2003115592A JP 2003115592 A JP2003115592 A JP 2003115592A JP 2001308189 A JP2001308189 A JP 2001308189A JP 2001308189 A JP2001308189 A JP 2001308189A JP 2003115592 A JP2003115592 A JP 2003115592A
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film
gate
oxide film
material layer
semiconductor device
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JP2001308189A
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Japanese (ja)
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Jonuu Ri
ジョンウー 李
Risho Ko
俐昭 黄
Yukishige Saito
幸重 斎藤
Hisashi Takemura
久 武村
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a semiconductor device having an element separation structure for reducing a leak current in an MOSFET formed on an SOI substrate. SOLUTION: After an oxide film 14 is formed on an SOI semiconductor substrate, the oxide film 14 and a silicon film 13 are etched to form an element separation groove 21 [(c)]. After the element separation groove 21 is filled with an STI-embedded nitride film 15, the upper edge of the oxide film 14 and the STI buried nitride film 15 is planarized [(e)]. The oxide film 14 is removed by wet-etching [(f)]. After a gate oxide film is formed by heat treatment, a first gate material is deposited, and the upper edge part of the STI- embedded nitride film 15 and the first gate material is flattened. Then, a second gate material is deposited, and a patterning step is carried out to form a gate electrode, and after that, a source/drain region is formed.

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、半導体基板上に絶
縁層を介して形成された半導体層を有するSOI(Sili
con On Insulator)基板を用いた半導体装置の構造およ
びその製造方法に関し、特に素子分離膜によって絶縁分
離されたMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Fi
eld Effect Transistor)を有する半導体装置とその製
造方法に関するものである。
The present invention relates to an SOI (Silicon) having a semiconductor layer formed on a semiconductor substrate via an insulating layer.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure of a semiconductor device using a con On Insulator (substrate) substrate and a method for manufacturing the same, and particularly to a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Fi
The present invention relates to a semiconductor device having an eld effect transistor and its manufacturing method.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体支持基板上に絶縁層を介してシリ
コン薄膜を有するSOI基板をMOSFET (以下、S
OI−MOSFETと略記する) に適用すると、ソース
領域やドレイン領域下に絶縁膜が形成されているために
ソース・ドレイン領域に係る寄生容量を通常のバルク基
板の場合よりも小さくすることが可能となる。したがっ
て、素子の高速化に有利となることから現在活発に研究
開発が進められている。このSOI基板を用いた場合、
素子の下層が絶縁膜で形成されているために、素子間を
STI(Shallow Trench Isolation)等のトレンチ分離
技術によって分離する場合には、素子間を完全に電気的
に絶縁することが可能となる。従来より、この種のST
I法は微細な半導体素子間分離構造を形成するために用
いられている。
2. Description of the Related Art An SOI substrate having a silicon thin film on a semiconductor supporting substrate via an insulating layer is used as a MOSFET (hereinafter referred to as S
(Abbreviated as OI-MOSFET), an insulating film is formed under the source region and the drain region, so that the parasitic capacitance related to the source / drain region can be made smaller than that of a normal bulk substrate. Become. Therefore, it is advantageous in increasing the speed of the device, and therefore, research and development are currently being actively pursued. When using this SOI substrate,
Since the lower layers of the elements are formed of an insulating film, when the elements are separated by a trench isolation technique such as STI (Shallow Trench Isolation), the elements can be completely electrically insulated. . Conventionally, this kind of ST
Method I is used to form a fine semiconductor element isolation structure.

【0003】以下に、SOI−MOSFETの二、三の
従来例について説明する。図13(a)から図14
(h)は、STI法を適用した第1の従来例の工程順断
面図である。半導体支持基板51、埋め込み酸化膜5
2、および膜厚が100nm以上のシリコン薄膜53により
構成されているSOI半導体基板[図13(a)]上
に、まず、シリコン酸化膜54およびシリコン窒化膜5
5を化学気相堆積(Chemical Vapor Deposition;以
下、CVD)法を用いて形成する[図13(b)]。次
に、素子領域に該当する部分を除くシリコン窒化膜5
5、シリコン酸化膜54およびシリコン薄膜53をエッ
チング除去して、素子分離溝59を形成する[図13
(c)]。その後、素子分離溝59を埋め込むSTI埋
め込み酸化膜56を堆積した[図13(d)]後、化学
機械研磨(Chemical Mechanical Polishing;以下、C
MP)法を用いて、STI埋め込み酸化膜56を研磨し
て、シリコン窒化膜55を表面に露出させる。このと
き、STI埋め込み酸化膜56よりも研磨速度の遅いシ
リコン窒化膜55がストッパーとして作用して、平坦化
された表面が形成される[図14(e)]。次に、熱リ
ン酸によりシリコン窒化膜55を、続いて、フッ酸によ
りシリコン酸化膜54を除去する[図14(f)]。次
に、ゲート酸化膜57を形成し、ゲート電極となるゲー
ト材料58を堆積する[図14(g)]。その後は、ゲ
ート材料58のパターニングを行なってゲート電極58
aを形成し[図14(h)]、ソース・ドレイン領域の
形成等の工程を経て、SOI−MOSFETの作製工程
が完了する。
A few conventional SOI-MOSFETs will be described below. 13 (a) to 14
(H) is a process order sectional view of a first conventional example to which the STI method is applied. Semiconductor support substrate 51, buried oxide film 5
2 and a silicon oxide film 54 and a silicon nitride film 5 on an SOI semiconductor substrate [FIG. 13A] composed of a silicon thin film 53 having a thickness of 100 nm or more.
5 is formed using a chemical vapor deposition (hereinafter, CVD) method [FIG. 13 (b)]. Next, the silicon nitride film 5 excluding the portion corresponding to the element region
5, the silicon oxide film 54 and the silicon thin film 53 are removed by etching to form an element isolation groove 59 [FIG.
(C)]. After that, an STI-buried oxide film 56 filling the element isolation trench 59 is deposited [FIG. 13 (d)], and then chemical mechanical polishing (hereinafter, referred to as C).
MP) method is used to polish the STI buried oxide film 56 to expose the silicon nitride film 55 on the surface. At this time, the silicon nitride film 55 having a lower polishing rate than the STI buried oxide film 56 acts as a stopper to form a flattened surface [FIG. 14 (e)]. Next, the silicon nitride film 55 is removed by hot phosphoric acid, and then the silicon oxide film 54 is removed by hydrofluoric acid [FIG. 14 (f)]. Next, a gate oxide film 57 is formed, and a gate material 58 to be a gate electrode is deposited [FIG. 14 (g)]. After that, the gate material 58 is patterned to form the gate electrode 58.
After a is formed [FIG. 14 (h)], and the steps of forming the source / drain regions and the like, the manufacturing process of the SOI-MOSFET is completed.

【0004】図15は、特開平8−213494号公報
に開示されたSOI−MOSFET(以下、第2の従来
例)の断面図である。この従来例は、MOSFETを形
成するSOI半導体基板上のシリコン薄膜53の側壁部
分にシリコン薄膜の上面よりも高く形成された絶縁膜を
持つ、いわゆるMESA型の分離形状を有する素子分離
構造に関する。半導体支持基板51上に、埋め込み酸化
膜52が形成され、さらに、100nm程度の膜厚のシリコ
ン薄膜53が形成される。また、シリコン薄膜53の側
壁には、20nmの膜厚のシリコン窒化膜60が形成され
る。さらに、シリコン窒化膜60の側壁部分には、シリ
コン薄膜53よりも上部に突出したシリコン酸化膜61
が形成されている。一方、シリコン薄膜53上には、ゲ
ート酸化膜57、およびゲート材料58が形成される構
成をとっている。このように、シリコン薄膜53の側壁
部分がシリコン窒化膜60により覆われた構造となって
いるために、シリコン薄膜53上端部分におけるリーク
電流の発生や絶縁破壊の発生を防止できるという長所を
有している。
FIG. 15 is a sectional view of an SOI-MOSFET (hereinafter, referred to as a second conventional example) disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 8-213494. This conventional example relates to an element isolation structure having a so-called MESA type isolation shape in which an insulating film formed higher than an upper surface of a silicon thin film is formed on a sidewall portion of a silicon thin film 53 on an SOI semiconductor substrate forming a MOSFET. A buried oxide film 52 is formed on a semiconductor supporting substrate 51, and a silicon thin film 53 having a film thickness of about 100 nm is further formed. Further, a silicon nitride film 60 having a film thickness of 20 nm is formed on the side wall of the silicon thin film 53. Further, on the side wall portion of the silicon nitride film 60, the silicon oxide film 61 protruding above the silicon thin film 53 is formed.
Are formed. On the other hand, a gate oxide film 57 and a gate material 58 are formed on the silicon thin film 53. As described above, since the side wall of the silicon thin film 53 is covered with the silicon nitride film 60, there is an advantage that it is possible to prevent the generation of leak current and the occurrence of dielectric breakdown at the upper end of the silicon thin film 53. ing.

【0005】次に、第3の従来例の製造方法について、
図16(a)から図17(j)の工程順断面図を参照し
て説明する。この従来例は、ゲート形成に開口を設けた
後にゲート材料をゲート形成領域に埋め込んで形成する
ダマシン(damascene)ゲートプロセスを用いた場合の半
導体装置の製造方法である。半導体支持基板51、埋め
込み酸化膜52、膜厚が100nm以上のシリコン薄膜53
により構成されているSOI半導体基板[図16
(a)]上に、シリコン酸化膜54、およびシリコン窒
化膜55を順次堆積する[図16(b)]。次に、素子
領域に該当する部分を除き、シリコン窒化膜55、シリ
コン酸化膜54およびシリコン薄膜53を選択的にエッ
チングして、素子分離溝59を形成する[図16
(c)]。その後、全体にSTI埋め込み酸化膜56を
堆積して、素子分離溝59を埋め込んだ後[図16
(d)]に、CMP法により、STI埋め込み酸化膜5
6をシリコン窒化膜55が表面に露出するまで研磨する
[図16(e)]。このとき、STI埋め込み酸化膜5
6よりも研磨速度の遅いシリコン窒化膜55が研磨工程
においてストッパーとして作用し、上端部分が平坦化さ
れた構造が形成される。
Next, regarding the manufacturing method of the third conventional example,
This will be described with reference to the process sequence cross-sectional views of FIGS. 16A to 17J. This conventional example is a method of manufacturing a semiconductor device using a damascene gate process in which a gate material is embedded in a gate formation region after an opening is formed in the gate formation. Semiconductor support substrate 51, buried oxide film 52, silicon thin film 53 having a thickness of 100 nm or more
An SOI semiconductor substrate composed of
(A)], a silicon oxide film 54 and a silicon nitride film 55 are sequentially deposited [FIG. 16 (b)]. Next, except the portion corresponding to the element region, the silicon nitride film 55, the silicon oxide film 54, and the silicon thin film 53 are selectively etched to form an element isolation groove 59 [FIG.
(C)]. After that, an STI buried oxide film 56 is deposited on the entire surface to fill the element isolation trench 59 [FIG.
(D)], the STI buried oxide film 5 is formed by the CMP method.
6 is polished until the silicon nitride film 55 is exposed on the surface [FIG. 16 (e)]. At this time, the STI buried oxide film 5
The silicon nitride film 55 having a polishing rate lower than that of 6 acts as a stopper in the polishing process, and a structure in which the upper end portion is flattened is formed.

【0006】続いて、熱リン酸、フッ酸等を用いてシリ
コン薄膜53上の、シリコン窒化膜55およびシリコン
酸化膜54を除去する[図17(f)]。次に、シリコ
ン薄膜53の表面の熱酸化を行なってダミーゲート酸化
膜67を形成した後に、例えば、シリコン窒化膜または
多結晶シリコン膜を堆積した後に、パターニングしてダ
ミーゲート68を形成する[図17(g)]。そして、
ソース・ドレイン領域を形成する。次に、平坦化用酸化
膜70を堆積した後、CMP法によりダミーゲート68
が露出するまで研磨して、上端部分を平坦化する[図1
7(h)]。次に、図17(i)に示すように、ダミー
ゲート68およびダミーゲート酸化膜67を除去する。
この工程において、フッ酸によりダミーゲート酸化膜6
7のウェットエッチングを行なう際には、STI埋め込
み酸化膜56も同時にサイドエッチングされる。続い
て、熱酸化などによりシリコン薄膜53の表面にゲート
酸化膜57を形成し、ダミーゲート68を除去した領域
にゲート電極58aを埋設し[図17(j)]、SOI
−MOSFETを形成する。
Then, the silicon nitride film 55 and the silicon oxide film 54 on the silicon thin film 53 are removed by using hot phosphoric acid, hydrofluoric acid or the like [FIG. 17 (f)]. Next, after thermally oxidizing the surface of the silicon thin film 53 to form a dummy gate oxide film 67, for example, a silicon nitride film or a polycrystalline silicon film is deposited and then patterned to form a dummy gate 68 [FIG. 17 (g)]. And
Source / drain regions are formed. Next, after depositing a planarizing oxide film 70, a dummy gate 68 is formed by a CMP method.
Until it is exposed and the upper end is flattened [Fig. 1
7 (h)]. Next, as shown in FIG. 17I, the dummy gate 68 and the dummy gate oxide film 67 are removed.
In this process, the dummy gate oxide film 6 is formed by hydrofluoric acid.
When performing wet etching of No. 7, the STI buried oxide film 56 is also side-etched at the same time. Subsequently, a gate oxide film 57 is formed on the surface of the silicon thin film 53 by thermal oxidation or the like, and a gate electrode 58a is embedded in a region where the dummy gate 68 is removed [FIG. 17 (j)], and SOI.
Forming a MOSFET.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】従来技術の問題点の一
つは、シリコン薄膜の膜厚が薄くなると、STI法やダ
マシンゲートプロセス法により形成された薄膜SOIト
ランジスタの電気特性で、サブスレッショールド領域で
のリーク電流が大きくなることである。その結果、低電
圧化および高速化動作を目的とした薄膜SOIトランジ
スタ装置の製造が困難になっていた。その理由を以下に
説明する。
One of the problems of the prior art is that when the thickness of the silicon thin film becomes thin, the electrical characteristics of the thin film SOI transistor formed by the STI method or the damascene gate process method cause the sub-threshold. That is, the leak current in the drain region becomes large. As a result, it has been difficult to manufacture a thin film SOI transistor device aiming at lower voltage and higher speed operation. The reason will be described below.

【0008】第1、第3の従来例では、シリコン窒化膜
55を熱リン酸により、引き続き、シリコン酸化膜54
をフッ酸によりエッチング除去するが、このときシリコ
ン薄膜53の側面を覆うSTI埋め込み酸化膜56の一
部も除去されてしまう[図14(f)、図17
(f)]。第3の従来例ではその後ダミーゲート酸化膜
67をフッ酸によりエッチング除去する際にも、STI
埋め込み酸化膜56の一部が除去される[図17
(i)]。このようにSTI埋め込み酸化膜56が1な
いし複数回のフッ酸処理をうけることにより、ゲート酸
化膜57が形成される直前には、素子分離溝を埋め込む
STI埋め込み酸化膜56の上端部分が素子領域表面高
さよりも低くなる。
In the first and third conventional examples, the silicon nitride film 55 is continuously heated with hot phosphoric acid and then the silicon oxide film 54 is removed.
Is removed by etching with hydrofluoric acid, but at this time, a part of the STI buried oxide film 56 covering the side surface of the silicon thin film 53 is also removed [FIG. 14 (f), FIG. 17].
(F)]. In the third conventional example, when the dummy gate oxide film 67 is subsequently removed by etching with hydrofluoric acid, the STI
Part of the buried oxide film 56 is removed [FIG.
(I)]. As described above, the STI buried oxide film 56 is subjected to the hydrofluoric acid treatment one or more times, so that immediately before the gate oxide film 57 is formed, the upper end portion of the STI buried oxide film 56 filling the isolation trench is the element region. Lower than the surface height.

【0009】このとき、特に、シリコン薄膜53の膜厚
を100nmよりも薄くした場合には、シリコン薄膜53の
下部にある埋め込み酸化膜52が露出してしまい、シリ
コン薄膜53の下端部が露出する可能性もあった。たと
え、埋め込み酸化膜52が露出しないにしても、後の工
程において、ゲート酸化膜57およびゲート材料58の
形成を行うと、素子領域表面よりも素子間分離領域の高
さが部分的に低下してしまい、ゲート電極58aを形成
すると、ゲート電極が素子端領域部に回り込む異常形状
62が発生する[図14(h)、図17(j)]。
At this time, particularly when the thickness of the silicon thin film 53 is made thinner than 100 nm, the buried oxide film 52 under the silicon thin film 53 is exposed and the lower end of the silicon thin film 53 is exposed. There was a possibility. Even if the buried oxide film 52 is not exposed, if the gate oxide film 57 and the gate material 58 are formed in a later step, the height of the element isolation region is partially lowered from the element region surface. When the gate electrode 58a is formed, an abnormal shape 62 in which the gate electrode wraps around the element end region occurs [FIG. 14 (h), FIG. 17 (j)].

【0010】このような異常形状62が発生すると、ト
ランジスタの動作時に異常形状62にゲート電界が集中
することにより、異常形状近辺のシリコン薄膜53に寄
生のトランジスタが形成される。したがって、ゲート電
圧が低いサブスレッショールド領域でドレイン電流特性
が隆起するハンプ(hump)特性が観測されるなどの電流・
電圧特性の異常が発生したり、トランジスタのゲート幅
が短くなると、素子のしきい値が低下する逆狭チャネル
効果が現れるなどの問題が生じる。特に、ドレイン電流
のハンプ特性は素子のリーク電流の増加を意味する。さ
らに、回路特性の向上を目的として素子のゲート長さを
縮小する時、SOIトランジスタの場合にはシリコン膜
厚も同じ比率だけ縮小する必要があるため、上記の異常
形状がさらに顕著となり、その結果、リーク電流がさら
に増加することになる。
When such an abnormal shape 62 occurs, a gate electric field is concentrated on the abnormal shape 62 during operation of the transistor, so that a parasitic transistor is formed in the silicon thin film 53 near the abnormal shape. Therefore, in the sub-threshold region where the gate voltage is low, the drain current characteristic rises and the hump characteristic is observed.
When an abnormal voltage characteristic occurs or the gate width of a transistor is shortened, there arises a problem that an inverse narrow channel effect in which a threshold value of an element is lowered appears. In particular, the hump characteristic of the drain current means an increase in the leak current of the device. Further, when the gate length of the device is reduced for the purpose of improving the circuit characteristics, in the case of the SOI transistor, it is necessary to reduce the silicon film thickness by the same ratio. , The leak current will increase further.

【0011】シリコン薄膜の側面にMESA型の絶縁膜
を有する第2の従来例においては、シリコン薄膜53と
ゲート酸化膜57の側壁部分は窒化膜で覆われている構
造となっており(図15)、先に述べた異常形状の問題
は発生しない。しかしながら、第2の従来例ではシリコ
ン薄膜53の周囲に大きな段差が発生している。したが
って、ゲート配線の形成工程において段差分のオーバー
エッチングが必要であったり、または、段差部分にゲー
ト配線材料の残りが生じやすくなるなどの工程上の不具
合が生じる可能性がある。特に、ゲート配線材料の残り
は、ゲート電極間同士、または、ゲート電極とソース・
ドレイン領域間における電気的短絡の原因にもなる。ま
た、シリコン酸化膜61の突起部においてゲート材料の
膜厚が薄くなりやすく断線の可能性が高くなる。本発明
の課題は、上述した従来技術の問題点を解決することで
あって、その目的は、第1に、シリコン膜が100nm以下
の薄いSOIトランジスタからなる半導体装置において
も、寄生トランジスタの形成されない、また、リーク電
流を抑制することのできる、素子間分離構造およびその
製造方法を提供することであり、第2に、ゲート材料の
パターニング時にオーバーエッチングの必要をなくすと
共に、ゲート電極・配線の短絡/断線を防止できるよう
にすることである。
In the second conventional example having the MESA type insulating film on the side surface of the silicon thin film, the side wall portions of the silicon thin film 53 and the gate oxide film 57 are covered with the nitride film (FIG. 15). ), The problem of abnormal shape described above does not occur. However, in the second conventional example, a large step is formed around the silicon thin film 53. Therefore, in the step of forming the gate wiring, overetching for the step may be required, or a process defect such that the gate wiring material is likely to remain in the step portion may occur. In particular, the rest of the gate wiring material is between the gate electrodes or between the gate electrode and the source.
It also causes an electrical short circuit between the drain regions. In addition, the film thickness of the gate material is likely to be thin at the protrusion of the silicon oxide film 61, and the possibility of disconnection increases. An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and firstly, the parasitic transistor is not formed even in a semiconductor device including a thin SOI transistor having a silicon film of 100 nm or less. Moreover, it is to provide an element isolation structure and a manufacturing method thereof capable of suppressing a leak current. Secondly, it is possible to eliminate the need for over-etching at the time of patterning a gate material and to short-circuit the gate electrode / wiring. / To prevent disconnection.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明によれば、絶縁膜上に埋設絶縁膜によって充
填された素子分離溝により分離された島状のシリコン薄
膜が形成され、該シリコン薄膜上にゲート絶縁膜を介し
てゲート電極が形成されている半導体装置において、前
記埋設絶縁膜の表面が平坦でその高さが前記ゲート電極
の表面高さにほぼ等しく、かつ、前記埋設絶縁膜が酸化
膜用エッチング材に対して耐性の高い材料により形成さ
れていることを特徴とする半導体装置、が提供される。
前記酸化膜用エッチング材に対して耐性の高い材料の膜
は、前記埋設絶縁膜の側面部分のみに形成されていても
よい。そして、好ましくは、前記シリコン薄膜と前記埋
設絶縁膜との接触部にシリコン酸化膜が形成されてい
る。さらに、好ましくは、前記酸化膜用エッチング材に
対して耐性の高い材料が窒化シリコンである。
In order to achieve the above object, according to the present invention, an island-shaped silicon thin film separated by an element isolation groove filled with a buried insulating film is formed on an insulating film, In a semiconductor device in which a gate electrode is formed on the silicon thin film via a gate insulating film, the surface of the embedded insulating film is flat and its height is substantially equal to the surface height of the gate electrode, and the embedded Provided is a semiconductor device, wherein the insulating film is formed of a material having a high resistance to an oxide film etching material.
The film made of a material having a high resistance to the oxide film etching material may be formed only on a side surface portion of the buried insulating film. And, preferably, a silicon oxide film is formed at a contact portion between the silicon thin film and the buried insulating film. Further, preferably, the material having high resistance to the etching agent for oxide film is silicon nitride.

【0013】また、上記の目的を達成するため、本発明
によれば、半導体支持基板、埋め込み酸化膜およびシリ
コン薄膜を有するSOI基板上に埋設絶縁膜によって充
填された素子分離溝により分離されたMOSFETを有
する半導体装置の製造方法において、(1)前記シリコ
ン薄膜上に厚膜材料層を形成する工程と、(2)前記厚
膜材料層および前記シリコン薄膜を選択的にエッチング
して素子分離溝を形成する工程と、(3)酸化膜用エッ
チング材に対して耐性の高い絶縁性材料により前記素子
分離溝を埋設する工程と、(4)前記素子分離溝を埋設
する絶縁性材料の膜を平坦化する工程と、を有すること
を特徴とする半導体装置の製造方法、が提供される。
Further, in order to achieve the above object, according to the present invention, MOSFETs isolated by an element isolation groove filled with a buried insulating film on an SOI substrate having a semiconductor supporting substrate, a buried oxide film and a silicon thin film. In the method for manufacturing a semiconductor device having: (1) a step of forming a thick film material layer on the silicon thin film; and (2) selectively etching the thick film material layer and the silicon thin film to form an element isolation groove. Forming step, (3) burying the element isolation trench with an insulating material having high resistance to the oxide film etching material, and (4) flattening a film of an insulating material burying the element isolation trench. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising:

【0014】また、上記の目的を達成するため、本発明
によれば、半導体支持基板、埋め込み酸化膜およびシリ
コン薄膜を有するSOI基板上に埋設絶縁膜によって充
填された素子分離溝により分離されたMOSFETを有
する半導体装置の製造方法において、(1)前記シリコ
ン薄膜上にゲート絶縁膜とゲート電極形成材料層とを形
成する工程と、(2)前記ゲート電極形成材料層厚膜材
料層、前記ゲート絶縁膜および前記シリコン薄膜を選択
的にエッチングして素子分離溝を形成する工程と、
(3)酸化膜用エッチング材に対して耐性の高い絶縁性
材料により前記素子分離溝の側面に側面スペーサを形成
する工程と、(4)埋設用絶縁性材料により前記素子分
離溝を埋設する工程と、(5)前記素子分離溝を埋設す
る埋設用絶縁性材料の膜を平坦化する工程と、を有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法、が提供され
る。さらに、上記の目的を達成するため、本発明によれ
ば、半導体支持基板、埋め込み酸化膜およびシリコン薄
膜を有するSOI基板上に埋設絶縁膜によって充填され
た素子分離溝により分離されたMOSFETを有する半
導体装置の製造方法において、(1)前記シリコン薄膜
上にゲート絶縁膜とゲート電極形成材料層とを形成する
工程と、(2)前記ゲート電極形成材料層厚膜材料層、
前記ゲート絶縁膜および前記シリコン薄膜を選択的にエ
ッチングして素子分離溝を形成する工程と、(3)酸化
膜用エッチング材に対して耐性の高い絶縁性材料を前記
素子分離溝の深さより小さい膜厚に堆積して耐エッチン
グ性膜を形成する工程と、(4)埋設用絶縁性材料によ
り前記素子分離溝を埋設する工程と、(5)前記素子分
離溝を埋設する埋設用絶縁性材料の膜および前記耐エッ
チング性膜に平坦化処理を施して前記ゲート電極形成材
料層の表面を露出させる工程と、を有することを特徴と
する半導体装置の製造方法、が提供される。
In order to achieve the above object, according to the present invention, MOSFETs isolated by an element isolation groove filled with a buried insulating film on an SOI substrate having a semiconductor supporting substrate, a buried oxide film and a silicon thin film. In the method for manufacturing a semiconductor device having: (1) a step of forming a gate insulating film and a gate electrode forming material layer on the silicon thin film; and (2) the gate electrode forming material layer thick film material layer, the gate insulating film. Forming a device isolation groove by selectively etching the film and the silicon thin film;
(3) A step of forming a side surface spacer on a side surface of the element isolation groove with an insulating material having high resistance to an oxide film etching material, and (4) a step of burying the element isolation groove with a burying insulating material. And (5) a step of flattening the film of the insulating insulating material for burying the element isolation trench, the method for manufacturing a semiconductor device is provided. Further, to achieve the above object, according to the present invention, a semiconductor having a MOSFET separated by an element isolation groove filled with a buried insulating film on an SOI substrate having a semiconductor supporting substrate, a buried oxide film and a silicon thin film. In the method of manufacturing a device, (1) a step of forming a gate insulating film and a gate electrode forming material layer on the silicon thin film; (2) the gate electrode forming material layer thick film material layer;
A step of selectively etching the gate insulating film and the silicon thin film to form an element isolation groove, and (3) an insulating material having a high resistance to an oxide film etching material is smaller than the depth of the element isolation groove. A step of depositing a film having a thickness to form an etching resistant film; (4) a step of burying the element isolation groove with a burying insulating material; and (5) a burying insulating material burying the element isolation groove. And a step of exposing the surface of the gate electrode forming material layer by subjecting the film and the etching resistant film to a planarization process, and a method of manufacturing a semiconductor device.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて図面を参照して詳細に説明する。 (実施の形態1)図1(a)から図2(k)は本発明の
実施の形態1における製造方法を示す工程順断面図であ
る。図1(a)に示すように、SOI半導体基板は、半
導体支持基板11、埋め込み酸化膜12およびシリコン
薄膜13により構成されている。このときシリコン薄膜
13の膜厚は、望ましくは、100nmから200nmであるが、
100nm以下であっても充分使用することができる。ま
ず、シリコン薄膜13の上に、シリコン酸化膜14を50
nmから200nmの膜厚になるように堆積する[図1
(b)]。次に、このシリコン酸化膜14の表面上の素
子形成領域となるべき部分にレジストなどのマスクを用
いて保護して、シリコン酸化膜14およびシリコン薄膜
13のエッチングを行ない、素子分離溝21を形成する
[(図1(c)]。次に、STI埋め込み窒化膜15
を、シリコン酸化膜14とシリコン薄膜13の段差より
も厚くなるように堆積して、素子分離溝21を埋設する
[図1(d)]。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. (Embodiment 1) FIGS. 1A to 2K are cross-sectional views in order of the steps, showing a manufacturing method in Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 1A, the SOI semiconductor substrate is composed of a semiconductor support substrate 11, a buried oxide film 12 and a silicon thin film 13. At this time, the thickness of the silicon thin film 13 is preferably 100 nm to 200 nm,
Even if it is 100 nm or less, it can be sufficiently used. First, the silicon oxide film 14 is formed on the silicon thin film 13 by 50
Deposit to a thickness of 200 nm to 200 nm [Fig. 1
(B)]. Next, a portion of the surface of the silicon oxide film 14 that is to be an element forming region is protected by using a mask such as a resist, and the silicon oxide film 14 and the silicon thin film 13 are etched to form an element isolation groove 21. [(FIG. 1 (c)]] Next, the STI embedded nitride film 15 is formed.
Is deposited so as to be thicker than the step between the silicon oxide film 14 and the silicon thin film 13, and the element isolation trench 21 is buried [FIG. 1 (d)].

【0016】次に、CMP法により所定の量のSTI埋
め込み窒化膜15を研磨した後に、プラズマエッチング
法によりシリコン酸化膜14が表面に露出するまでST
I埋め込み窒化膜15をエッチングして、上端部分が平
坦化された構造を形成する[図1(e)]。なお、ここ
ではCMP法およびプラズマエッチング法を用いる工程
を説明したが、これに限るものではなく、平坦化できる
方法であれば、例えば、CMP法だけによっても構わな
い。続いて、フッ酸によりシリコン薄膜13の上のシリ
コン酸化膜14を除去する[図1(f)]。次に、シリ
コン薄膜13の上にゲート酸化膜17を形成し、ゲート
電極となる第1のゲート材料18を堆積する[図2
(g)]。ここで、このゲート酸化膜17の材料は酸化
膜に限ったものではなく、窒化した酸窒化膜など他の材
料であっても構わない(他の実施の形態についても同様
である)。また、第1のゲート材料18としては、多結
晶シリコン膜等を使用することができる。その後、CM
P法により、STI埋め込み窒化膜15上の第1のゲー
ト材料18を研磨して、上端部分の平坦化を行う[図2
(h)]。この後に、CVD法を用いて第2のゲート材
料19を、例えば、50nmから200nmの膜厚になるように
形成する[図2(i)]。続いて、第1および第2のゲ
ート材料18、19のパターニングを行ってゲート電極
18a、ゲート配線19aを形成し、ソース・ドレイン
領域20を形成する[図2(j)、(k)]。なお、図
2(j)はゲート長方向の断面図であり、また、図2
(k)はゲート幅方向の断面図である。
Next, after polishing a predetermined amount of the STI buried nitride film 15 by the CMP method, ST is formed by the plasma etching method until the silicon oxide film 14 is exposed on the surface.
The I-buried nitride film 15 is etched to form a structure in which the upper end portion is flattened [FIG. 1 (e)]. Although the steps using the CMP method and the plasma etching method have been described here, the present invention is not limited to this, and any method that can flatten the surface may be used, for example, only the CMP method. Then, the silicon oxide film 14 on the silicon thin film 13 is removed by hydrofluoric acid [FIG. 1 (f)]. Next, a gate oxide film 17 is formed on the silicon thin film 13, and a first gate material 18 to be a gate electrode is deposited [FIG.
(G)]. Here, the material of the gate oxide film 17 is not limited to the oxide film, and may be another material such as a nitrided oxynitride film (the same applies to other embodiments). A polycrystalline silicon film or the like can be used as the first gate material 18. After that, CM
By the P method, the first gate material 18 on the STI buried nitride film 15 is polished to planarize the upper end portion [FIG.
(H)]. After that, the second gate material 19 is formed by the CVD method so as to have a film thickness of, for example, 50 nm to 200 nm [FIG. 2 (i)]. Subsequently, the first and second gate materials 18 and 19 are patterned to form a gate electrode 18a and a gate wiring 19a, and a source / drain region 20 is formed [FIGS. 2 (j) and (k)]. 2 (j) is a sectional view taken along the gate length direction.
(K) is a cross-sectional view in the gate width direction.

【0017】ここで、図2(g)においては、第1のゲ
ート材料18をCMP法により研磨する方法により説明
したが、この限りではない。たとえば、第1のゲート材
料18を平坦化することなく加工した後に、ゲート電極
を形成することも可能である。この場合には、第2のゲ
ート材料19は用いる必要はない。この方法において
は、シリコン薄膜13の側壁部分がエッチング耐性の高
いSTI埋め込み窒化膜15により覆われた構造をとっ
ている。したがって、シリコン酸化膜14をフッ酸など
によりエッチングして除去する工程において[図2
(f)]、シリコン薄膜13の側壁が露出することはな
い。そのため、従来例において生じたような異常形状が
発生することがなく、その結果、リーク電流の増加のな
い安定したトランジスタ動作が可能となる。また、第2
のゲート材料19は、平坦面に形成されるため、エッチ
ング残りの発生により短絡が生じたり、膜厚が薄くなる
ことにより断線が発生したりすることがなくなる。
Here, in FIG. 2G, the method of polishing the first gate material 18 by the CMP method has been described, but the present invention is not limited to this. For example, it is possible to form the gate electrode after processing the first gate material 18 without flattening it. In this case, the second gate material 19 need not be used. In this method, the side wall of the silicon thin film 13 is covered with the STI buried nitride film 15 having high etching resistance. Therefore, in the step of removing the silicon oxide film 14 by etching with hydrofluoric acid or the like [FIG.
(F)], the side wall of the silicon thin film 13 is not exposed. Therefore, the abnormal shape that occurs in the conventional example does not occur, and as a result, stable transistor operation without increase in leak current becomes possible. Also, the second
Since the gate material 19 is formed on a flat surface, short-circuiting does not occur due to generation of etching residue, and disconnection does not occur due to thin film thickness.

【0018】(実施の形態2)次に、本発明の実施の形
態2における製造方法を、図3(a)から図4(j)の
工程順断面図を参照して説明する。半導体支持基板11
上に、埋め込み酸化膜12とシリコン薄膜13が形成さ
れた、実施の形態1と同じSOI半導体基板を用意する
[図3(a)]。この基板上に、まずゲート酸化膜1
7、第1のゲート材料18、続いてシリコン酸化膜14
を順次堆積する[図3(b)]。なお、このときの膜厚
としては、ゲート酸化膜17が2nm程度、第1のゲート
材料18が20nmから100nm、シリコン酸化膜14が50nm
から200nmになるように堆積することが望ましい。ま
た、第1のゲート材料18には多結晶シリコンを使用す
ることができる。次に、シリコン酸化膜14、第1のゲ
ート材料18、ゲート酸化膜17、およびシリコン薄膜
13を素子領域に該当する部分のみを残存させ、その領
域以外のエッチング加工を行い、素子分離溝21を形成
する[図3(c)]。次に、シリコン酸化膜14、第1
のゲート材料18、ゲート酸化膜17、およびシリコン
薄膜13の段差よりも厚くなるように、STI埋め込み
窒化膜15を堆積することにより、素子分離溝21を埋
設させる[図3(d)]。その後、CMP法により所定
の量のSTI埋め込み窒化膜15を研磨した後に、プラ
ズマエッチング法によりシリコン酸化膜14が表面に露
出するまでSTI埋め込み窒化膜15をエッチングし
て、上端部分を平坦化する[図3(e)]。なお、ここ
では、平坦化をCMP法とプラズマエッチング法により
行なう工程を示したが、これに限るものではなく、平坦
化できるものであればどのような方法であっても、例え
ば、CMP法だけにより加工しても問題ない。続いて、
フッ酸を用いて第1のゲート材料18上のシリコン酸化
膜14を除去する[図4(f)]。
(Embodiment 2) Next, a manufacturing method according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to sectional views in order of steps of FIGS. 3 (a) to 4 (j). Semiconductor support substrate 11
An SOI semiconductor substrate having the buried oxide film 12 and the silicon thin film 13 formed thereon is prepared as in the first embodiment [FIG. 3 (a)]. First, a gate oxide film 1 is formed on this substrate.
7, first gate material 18, followed by silicon oxide film 14
Are sequentially deposited [FIG. 3 (b)]. The film thickness at this time is about 2 nm for the gate oxide film 17, 20 to 100 nm for the first gate material 18, and 50 nm for the silicon oxide film 14.
To 200 nm is desirable. Moreover, polycrystalline silicon can be used for the first gate material 18. Next, the silicon oxide film 14, the first gate material 18, the gate oxide film 17, and the silicon thin film 13 are left only in the portion corresponding to the element region, and etching processing is performed on the portion other than that portion to form the element isolation groove 21. It is formed [Fig. 3 (c)]. Next, the silicon oxide film 14, the first
The element isolation trench 21 is buried by depositing the STI buried nitride film 15 so as to be thicker than the steps of the gate material 18, the gate oxide film 17, and the silicon thin film 13 of FIG. After that, a predetermined amount of the STI embedded nitride film 15 is polished by the CMP method, and then the STI embedded nitride film 15 is etched by the plasma etching method until the silicon oxide film 14 is exposed on the surface to planarize the upper end portion [ FIG. 3 (e)]. Although the steps of performing the planarization by the CMP method and the plasma etching method are shown here, the present invention is not limited to this, and any method can be used as long as it can be planarized, for example, only the CMP method. There is no problem even if processed. continue,
The silicon oxide film 14 on the first gate material 18 is removed using hydrofluoric acid [FIG. 4 (f)].

【0019】次に、ゲート電極となる第2のゲート材料
19を、望ましくは50nmから200nmの厚さになるように
堆積し、図4(g)に示した構造を形成する(ここで第
1のゲート材料18は図示していない。)。なお、第2
のゲート材料19には、例えば、多結晶シリコンを使用
することができる。その後、CMP法によりSTI埋め
込み窒化膜15上の第2のゲート材料19を研磨して、
上端部分の平坦化を行う[図4(h)]。次に、CVD
法により第3のゲート材料30を、例えば、50nmから20
0nmの膜厚になるように形成し[図4(i)]、第3、
第2および第1のゲート材料30、19および18(1
8は図示なし)のパターニングを行ってゲート電極19
b、ゲート配線30aを形成し、ソース・ドレイン領域
20を形成する[図4(j)]。本発明の実施の形態2
では、実施の形態1と同様に、シリコン薄膜13の側壁
部分が、STI埋め込み窒化膜15で保護される構成を
とっているためにフッ酸処理によって異常形状が発生す
ることはない。また、シリコン薄膜13の上部端面は、
素子間分離工程前に形成されたゲート酸化膜17、およ
び第1ゲート材料18により覆われている[図3
(b)]。その結果、後の工程においてシリコン酸化膜
14をフッ酸によりウェットエッチングする時[図4
(f)]、シリコン薄膜13の表面が損傷されることは
防止される。このことは、高移動度の表面チャンネル素
子の製造が可能になるという利点がある。なお、シリコ
ン酸化膜14の除去がドライエッチングにより行われて
も、同様の効果が得られる。
Next, a second gate material 19 to be a gate electrode is deposited so as to have a thickness of preferably 50 nm to 200 nm to form the structure shown in FIG. Gate material 18 is not shown). The second
For the gate material 19 of, for example, polycrystalline silicon can be used. Then, the second gate material 19 on the STI buried nitride film 15 is polished by CMP,
The upper end is flattened [FIG. 4 (h)]. Next, CVD
The third gate material 30 is, for example, 50 nm to 20 nm
It is formed so as to have a film thickness of 0 nm [FIG.
Second and first gate materials 30, 19 and 18 (1
8 is not shown in the drawing) to perform gate electrode 19
b, the gate wiring 30a is formed, and the source / drain regions 20 are formed [FIG. 4 (j)]. Embodiment 2 of the present invention
Then, as in the first embodiment, since the sidewall portion of the silicon thin film 13 is configured to be protected by the STI buried nitride film 15, the hydrofluoric acid treatment does not cause an abnormal shape. In addition, the upper end surface of the silicon thin film 13 is
The gate oxide film 17 formed before the element isolation step and the first gate material 18 are covered [FIG.
(B)]. As a result, when the silicon oxide film 14 is wet-etched with hydrofluoric acid in a later step [FIG.
(F)], the surface of the silicon thin film 13 is prevented from being damaged. This has the advantage of enabling the production of high mobility surface channel devices. Even if the silicon oxide film 14 is removed by dry etching, the same effect can be obtained.

【0020】(実施の形態3)次に、本発明の実施の形
態3における製造方法について、図5(a)から図6
(j)の工程順断面図を参照して説明する。まず、半導
体支持基板11、埋め込み酸化膜12およびシリコン薄
膜13からなるSOI半導体基板[図5(a)]上に、
ゲート酸化膜17、および、例えば、多結晶シリコン膜
よりなる第1のゲート材料18を形成した後に、シリコ
ン酸化膜14を堆積する[図5(b)]。このときの膜
厚としては、ゲート酸化膜17は約2nm、第1のゲート
材料18は50nmから200nm、シリコン酸化膜14は50nm
から200nmにすることが望ましい。次に、素子領域に該
当する部分を除くシリコン酸化膜14、第1のゲート材
料18、ゲート酸化膜17およびシリコン薄膜13をエ
ッチング除去して、素子分離溝21を形成する[図5
(c)]。次に、シリコン薄膜13の側面に熱酸化法に
より望ましくは5nmから50nmの膜厚のバッファ酸化膜2
3を形成した後、STI埋め込み窒化膜15を堆積する
[図5(d)]。なお、この工程においては、第1のゲ
ート材料18として多結晶シリコン膜を使用した場合に
は、第1のゲート材料18の側壁部分もシリコン薄膜1
3の側壁部分と同様に酸化されて酸化膜が形成される
(図示は省略)。続いて、CMP法により一定の量のS
TI埋め込み窒化膜15を研磨した後、プラズマエッチ
ング法を用いてシリコン酸化膜14が表面に露出するま
でSTI埋め込み窒化膜15をエッチングして上端部分
が平坦化された構造を形成する[図5(e)]。なお、
ここでは、CMP法とプラズマエッチング法により加工
する工程について説明したが、これに限定されるもので
はなく、平坦化できる限り、例えば、CMP法だけでも
加工することも可能である。続いて、フッ酸により第1
のゲート材料18上のシリコン酸化膜14を除去する
[図6(f)]。このフッ酸処理において、第1のゲー
ト材料18として多結晶シリコンを使用するとき、第1
のゲート材料18の側壁部分に形成された酸化膜(図示
されず)が除去されて、第1のゲート材料18の下部に
あるゲート酸化膜17、さらにはバッファ酸化膜23ま
で損傷される可能性がある。したがって、オーバーエッ
チングが生じないようにエッチング条件を充分に制御す
る必要がある。また、第1のゲート材料18の膜厚をあ
らかじめ充分な厚さに設定しておくことも一つの方法で
ある。たとえ、多結晶シリコン側壁部分に形成された酸
化膜がエッチングされたとしても、シリコン薄膜13の
側壁部分のバッファ酸化膜23まで損傷されないように
制御することもできるからである。
(Third Embodiment) Next, a manufacturing method according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
This will be described with reference to the step-by-step sectional view of (j). First, on the SOI semiconductor substrate [FIG. 5 (a)] including the semiconductor support substrate 11, the buried oxide film 12, and the silicon thin film 13,
After forming the gate oxide film 17 and the first gate material 18 made of, for example, a polycrystalline silicon film, the silicon oxide film 14 is deposited [FIG. 5 (b)]. The gate oxide film 17 has a thickness of about 2 nm, the first gate material 18 has a thickness of 50 nm to 200 nm, and the silicon oxide film 14 has a thickness of 50 nm.
To 200 nm is desirable. Next, the silicon oxide film 14, the first gate material 18, the gate oxide film 17, and the silicon thin film 13 except the portion corresponding to the element region are removed by etching to form an element isolation groove 21 [FIG.
(C)]. Next, a buffer oxide film 2 having a thickness of preferably 5 nm to 50 nm is formed on the side surface of the silicon thin film 13 by a thermal oxidation method.
After forming 3, the STI buried nitride film 15 is deposited [FIG. 5 (d)]. In this step, when a polycrystalline silicon film is used as the first gate material 18, the side wall portion of the first gate material 18 is also the silicon thin film 1.
Oxidation is performed in the same manner as the side wall portion 3 to form an oxide film (not shown). Then, a certain amount of S is obtained by the CMP method.
After polishing the TI buried nitride film 15, the STI buried nitride film 15 is etched by plasma etching until the silicon oxide film 14 is exposed on the surface to form a structure in which the upper end portion is flattened [FIG. e)]. In addition,
Here, the steps of processing by the CMP method and the plasma etching method have been described, but the present invention is not limited to this, and the CMP method alone may be used as long as planarization is possible. Then, using hydrofluoric acid,
The silicon oxide film 14 on the gate material 18 is removed [FIG. 6 (f)]. In this hydrofluoric acid treatment, when polycrystalline silicon is used as the first gate material 18,
Of the oxide film (not shown) formed on the side wall of the gate material 18 of the first gate material 18 may be removed, and the gate oxide film 17 under the first gate material 18 and even the buffer oxide film 23 may be damaged. There is. Therefore, it is necessary to sufficiently control the etching conditions so that overetching does not occur. Further, setting the film thickness of the first gate material 18 to a sufficient thickness in advance is also one method. This is because even if the oxide film formed on the side wall portion of polycrystalline silicon is etched, it is possible to control so that the buffer oxide film 23 on the side wall portion of the silicon thin film 13 is not damaged.

【0021】次に、ゲート電極となる第2のゲート材料
19、例えば、多結晶シリコン膜を望ましくは50nmから
200nmの厚さに堆積する[図6(g)](なお、ここで
第1のゲート材料18は図示していない。)。その後、
CMP法により、STI埋め込み窒化膜15上の第2の
ゲート材料19を研磨して、図6(h)に示すように上
端部分の平坦化を行う。この後、CVD法により、第3
のゲート材料30を、例えば、50nmから200nmの膜厚に
なるように形成する[図6(i)]。次に、ゲート材料
30、19および18(18は図示せず)のパターニン
グを行ってゲート電極19b、ゲート配線30aを形成
し、ソース・ドレイン領域20を形成する[図6
(j)]。この方法においても、第1の実施の形態と同
様に、図6(g)および図6(h)において説明した、
第2のゲート材料19のCMPによる平坦化工程を省略
することは可能である。(このときは、第3のゲート材
料が不要になる。)本発明の実施の形態3は実施の形態
2とほぼ同等の形態であるため、実施の形態2と同様の
効果を示す。異なる点は、STI埋め込み窒化膜15を
堆積する前にバッファ酸化膜23が形成されている点で
ある。したがって、実施の形態2における効果のほかに
も、つぎの効果を持つ。すなわち、このバッファ酸化膜
23が、STI埋め込み窒化膜15とシリコン薄膜13
との境界面に存在することにより、STI埋め込み窒化
膜15により発生するシリコン薄膜13のストレスを緩
和することができる。この結果、素子領域端において発
生するストレスによるリーク電流を抑制できる。
Next, a second gate material 19 to be a gate electrode, for example, a polycrystalline silicon film is formed preferably from 50 nm.
It is deposited to a thickness of 200 nm [FIG. 6 (g)] (note that the first gate material 18 is not shown here). afterwards,
The second gate material 19 on the STI buried nitride film 15 is polished by the CMP method to flatten the upper end portion as shown in FIG. After this, by the CVD method, the third
The gate material 30 is formed to have a film thickness of, for example, 50 nm to 200 nm [FIG. 6 (i)]. Next, the gate materials 30, 19 and 18 (18 is not shown) are patterned to form a gate electrode 19b and a gate wiring 30a, and a source / drain region 20 is formed [FIG. 6].
(J)]. Also in this method, similar to the first embodiment, the method described with reference to FIGS.
It is possible to omit the planarization step of CMP of the second gate material 19. (At this time, the third gate material is not necessary.) Since the third embodiment of the present invention is substantially the same as the second embodiment, it exhibits the same effect as the second embodiment. The difference is that the buffer oxide film 23 is formed before depositing the STI buried nitride film 15. Therefore, in addition to the effects of the second embodiment, the following effects are obtained. That is, the buffer oxide film 23 is the STI buried nitride film 15 and the silicon thin film 13.
Since it exists on the boundary surface of the STI buried nitride film 15, the stress of the silicon thin film 13 generated by the STI embedded nitride film 15 can be relieved. As a result, it is possible to suppress the leakage current due to the stress generated at the end of the element region.

【0022】(実施の形態4)次に、本発明の実施の形
態4について、図7(a)から図8(i)の工程順断面
図を参照して説明する。まず、半導体支持基板11、埋
め込み酸化膜12およびシリコン薄膜13を有するSO
I半導体基板[図7(a)]の上に、ゲート酸化膜17
を、続いて、望ましくは50nmから200nmの膜厚の、例え
ば、多結晶シリコン膜よりなる第1のゲート材料18を
堆積する[図7(b)]。次に、第1のゲート材料1
8、ゲート酸化膜17およびシリコン薄膜13を、素子
領域に該当する部分を除き、エッチング除去して、素子
分離溝21を形成する[図7(c)]。続いて、シリコ
ン窒化膜16をCVD法により、望ましくは100nmから2
00nmの膜厚になるように堆積した[図7(d)]後、異
方性のプラズマエッチングによりエッチングしてスペー
サー窒化膜16aを形成する[図7(e)]。この後、
素子分離溝21にSTI埋め込み酸化膜22を埋設し
[図8(f)]、続いて、CMP法により第1のゲート
材料18が表面に現れるまで研磨を行ない上端部分を平
坦化する[図8(g)]。なお、この研磨工程にはスペ
ーサー窒化膜16aを研磨ストッパーとして作用させ
て、STI埋め込み酸化膜22を研磨する。
(Fourth Embodiment) Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to sectional views in order of steps of FIGS. 7A to 8I. First, SO having a semiconductor support substrate 11, a buried oxide film 12 and a silicon thin film 13
The gate oxide film 17 is formed on the I semiconductor substrate [FIG. 7 (a)].
Then, a first gate material 18 of, for example, a polycrystalline silicon film having a film thickness of preferably 50 nm to 200 nm is deposited [FIG. 7 (b)]. Next, the first gate material 1
8, the gate oxide film 17 and the silicon thin film 13 are removed by etching except the portion corresponding to the element region to form the element isolation groove 21 [FIG. 7 (c)]. Then, the silicon nitride film 16 is deposited by a CVD method, preferably from 100 nm to 2 nm.
After being deposited to a film thickness of 00 nm [FIG. 7 (d)], the spacer nitride film 16a is formed by etching by anisotropic plasma etching [FIG. 7 (e)]. After this,
An STI buried oxide film 22 is buried in the element isolation trench 21 [FIG. 8 (f)], and then polishing is performed by CMP until the first gate material 18 appears on the surface to planarize the upper end portion [FIG. 8]. (G)]. In this polishing step, the spacer nitride film 16a acts as a polishing stopper to polish the STI buried oxide film 22.

【0023】次に、CVD法を用いて第2のゲート材料
19を、例えば、50nmから200nmの膜厚に形成する[図
8(h)]。続いて、第2のゲート材料19および第1
のゲート材料18のパターニングを行ってゲート電極1
8aとゲート配線19aとを形成し、ソース・ドレイン
領域20を形成する[図8(i)]。この方法は、ST
Iの埋め込み材料として酸化シリコンを使用している点
でこれまでの実施の形態と異なる。酸化シリコンは、C
MP法において加工性にすぐれるという利点を有してい
る。また、この方法は、スペーサー窒化膜16aにより
シリコン薄膜13の側壁部分が保護される構成をとって
いる。したがって、第1の従来例および第3の従来例に
見られたようなフッ酸等による異常形状は発生しない。
さらに、本実施の形態は、シリコン薄膜の横にスペーサ
ー窒化膜16aと、さらにその横に酸化膜を有する点
で、第2の従来例に示したMESA型分離形状と類似の
構造をとっている。しかし、工程の途中において第1の
ゲート材料18とSTI埋め込み酸化膜22とが平坦化
されているため[図8(g)]、従来例のようにゲート
材料のオーバーエッチングを行う必要がない。また、ゲ
ート電極を作製する時にエッチングの残りが生じること
もないため、電気的な短絡も生じない。本実施の形態に
おいても、実施の形態3のように素子領域を島状に形成
した後[図7(c)]、熱処理を行ってシリコン薄膜1
3などの側面にバッファ酸化膜を形成してもよい。
Next, the second gate material 19 is formed by CVD, for example, to a film thickness of 50 nm to 200 nm [FIG. 8 (h)]. Subsequently, the second gate material 19 and the first
Patterning of the gate material 18 of the gate electrode 1
8a and the gate wiring 19a are formed, and the source / drain regions 20 are formed [FIG. 8 (i)]. This method is
This embodiment differs from the previous embodiments in that silicon oxide is used as the filling material for I. Silicon oxide is C
The MP method has an advantage of excellent workability. Further, this method has a configuration in which the sidewall portion of the silicon thin film 13 is protected by the spacer nitride film 16a. Therefore, the abnormal shape due to hydrofluoric acid or the like as seen in the first conventional example and the third conventional example does not occur.
Further, the present embodiment has a structure similar to the MESA type isolation shape shown in the second conventional example in that it has a spacer nitride film 16a beside the silicon thin film and an oxide film beside it. . However, since the first gate material 18 and the STI buried oxide film 22 are planarized during the process [FIG. 8 (g)], it is not necessary to overetch the gate material as in the conventional example. In addition, since no etching residue remains when the gate electrode is formed, no electrical short circuit occurs. Also in the present embodiment, after the element region is formed in an island shape as in the third embodiment [FIG. 7C], heat treatment is performed to perform the silicon thin film 1
A buffer oxide film may be formed on the side surface such as 3.

【0024】(実施の形態5)図9(a)から図10
(j)は、本発明の実施の形態5における製造方法の工
程順断面図である。まず、半導体支持基板11、埋め込
み酸化膜12およびシリコン薄膜13を有するSOI半
導体基板[図9(a)]上に、約10nmの膜厚のダミーゲ
ート酸化膜31、続いて、例えば、多結晶シリコン膜よ
りなる約100nmの膜厚のダミーゲート材料32を形成す
る[図9(b)]。その後、素子領域に該当する部分を
残し、それ以外の領域のダミーゲート材料32、ダミー
ゲート酸化膜31およびシリコン薄膜13を選択的にエ
ッチング除去して、素子分離溝21を形成する[図9
(c)]。次に、STI埋め込み窒化膜15を望ましく
は200nmから500nmの厚さに堆積する[図9(d)]。次
に、この埋め込み窒化膜15をCMP法により平坦化
し、さらにダミーゲート多結晶シリコン膜33を望まし
くは50nmから200nmの膜厚になるように形成する[図9
(e)]。続いて、ダミーゲート多結晶シリコン膜33
およびダミーゲート材料32をゲート配線・ゲート電極
形状に選択的にエッチングする[図10(f)]。その
後、ソース・ドレイン領域(図示せず)をイオン注入法
により形成した後、平坦化用酸化膜34をCVD法によ
り望ましくは200nmから500nmの膜厚になるように堆積し
た後に、CMP法により上端部分を平坦化する[図10
(g)]。
(Embodiment 5) FIGS. 9A to 10
(J) is a process order cross-sectional view of the manufacturing method in the fifth embodiment of the present invention. First, a dummy gate oxide film 31 having a thickness of about 10 nm is formed on an SOI semiconductor substrate [FIG. 9A] having a semiconductor supporting substrate 11, a buried oxide film 12 and a silicon thin film 13, and then, for example, polycrystalline silicon. A dummy gate material 32 having a film thickness of about 100 nm is formed [FIG. 9 (b)]. After that, leaving a portion corresponding to the element region, the dummy gate material 32, the dummy gate oxide film 31, and the silicon thin film 13 in the other regions are selectively removed by etching to form the element isolation trench 21 [FIG.
(C)]. Next, the STI buried nitride film 15 is deposited to a thickness of preferably 200 nm to 500 nm [FIG. 9 (d)]. Next, the buried nitride film 15 is flattened by the CMP method, and a dummy gate polycrystalline silicon film 33 is formed to have a film thickness of preferably 50 nm to 200 nm [FIG.
(E)]. Subsequently, the dummy gate polycrystalline silicon film 33
Then, the dummy gate material 32 is selectively etched into the shape of the gate wiring / gate electrode [FIG. 10 (f)]. After that, a source / drain region (not shown) is formed by an ion implantation method, and then a planarizing oxide film 34 is deposited by a CVD method so as to have a film thickness of preferably 200 nm to 500 nm, and then an upper end by a CMP method. The part is flattened [Fig. 10
(G)].

【0025】次に、ゲート形状に加工していた、ダミー
ゲート多結晶シリコン膜33およびダミーゲート材料3
2をプラズマエッチング法により除去し、露出したダミ
ーゲート酸化膜31をフッ酸により選択的にエッチング
して除去する[図10(h)]。次に、シリコン薄膜1
3の表面に、例えば、熱酸化法により、約2nmの膜厚の
ゲート酸化膜17を形成した後に、ゲート材料18を堆
積する[図10(i)]。次に、CMP法を用いて、ゲ
ート材料18の上端部分の平坦化を行なってゲート電極
18aとゲート配線18bとを形成する[図10
(j)]。この製造方法では、ダミーゲート酸化膜31
の側壁部分は、STI埋め込み窒化膜15で覆われてい
るため[図9(d)ほか]、ダミーゲート酸化膜31を
フッ酸により除去するときにも[図10(h)]、この
STI埋め込み窒化膜15はフッ酸によりエッチングさ
れることはない。すなわち、実施の形態1などと同様の
効果を持つ。ここで、ゲート材料18としては多結晶シ
リコンだけでなく、金属系の材料を用いることもでき
る。このとき、TiNなどの金属系の材料を用いると、
ゲート材料の仕事関数を可変させることができるため、
しきい値電圧を制御できるという利点が生じる。このよ
うに、本発明はゲート電極を埋め込んで形成する、いわ
ゆる、ダマシンゲートプロセスにも適用することが可能
となる。
Next, the dummy gate polycrystalline silicon film 33 and the dummy gate material 3 which have been processed into the gate shape.
2 is removed by a plasma etching method, and the exposed dummy gate oxide film 31 is removed by selectively etching it with hydrofluoric acid [FIG. 10 (h)]. Next, the silicon thin film 1
A gate oxide film 17 having a thickness of about 2 nm is formed on the surface of No. 3 by, for example, a thermal oxidation method, and then a gate material 18 is deposited [FIG. 10 (i)]. Next, the CMP method is used to planarize the upper end portion of the gate material 18 to form the gate electrode 18a and the gate wiring 18b [FIG. 10].
(J)]. In this manufacturing method, the dummy gate oxide film 31
Since the sidewall portion of the STI buried nitride film 15 is covered [FIG. 9 (d) and others], the dummy gate oxide film 31 is also removed by hydrofluoric acid [FIG. 10 (h)]. The nitride film 15 is not etched by hydrofluoric acid. That is, it has the same effect as that of the first embodiment. Here, as the gate material 18, not only polycrystalline silicon but also a metal-based material can be used. At this time, if a metal-based material such as TiN is used,
Since the work function of the gate material can be changed,
The advantage is that the threshold voltage can be controlled. As described above, the present invention can be applied to a so-called damascene gate process in which a gate electrode is embedded and formed.

【0026】(実施の形態6)次に、本発明の実施の形
態6について、図11(a)から図12(i)の工程順
断面図を参照して説明する。まず、半導体支持基板1
1、埋め込み酸化膜12およびシリコン薄膜13を有す
るSOI半導体基板[図11(a)]の上に、ゲート酸
化膜17と、望ましくは50nmから200nmの膜厚の、例え
ば、多結晶シリコン膜よりなる第1ゲート材料18を形
成する[図11(b)]。次に、素子領域に該当する部
分を除く第1のゲート材料18、ゲート酸化膜17およ
びシリコン薄膜13をエッチング除去して、素子分離溝
21を形成する[図11(c)]。続いて、CVD法に
より、シリコン窒化膜16を望ましくは100nmから200nm
の膜厚になるように堆積した[図11(d)]後、CV
D法を用いて、STI埋め込み酸化膜22を成長させて
素子分離溝21を埋設する[図11(e)]。次に、シ
リコン窒化膜16をストッパーとして、CMP法により
上端部分の平坦化を行う[図12(f)]。続いて、異
方性のプラズマエッチング法を用いてシリコン窒化膜1
6をエッチングして第1のゲート材料18を露出させる
[図12(g)]。このとき、シリコン窒化膜16はそ
の上端部分が除去されてシリコン薄膜13の側壁部分を
覆うスペーサー窒化膜16bに加工される。
(Sixth Embodiment) Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to sectional views in order of steps of FIGS. 11A to 12I. First, the semiconductor support substrate 1
1. On a SOI semiconductor substrate [FIG. 11 (a)] having a buried oxide film 12 and a silicon thin film 13, a gate oxide film 17 and, for example, a polycrystalline silicon film having a film thickness of preferably 50 nm to 200 nm are formed. The first gate material 18 is formed [FIG. 11 (b)]. Next, the first gate material 18, the gate oxide film 17 and the silicon thin film 13 except for the portion corresponding to the element region are removed by etching to form an element isolation groove 21 [FIG. 11 (c)]. Then, the silicon nitride film 16 is preferably deposited to 100 nm to 200 nm by the CVD method.
CV after being deposited to have a film thickness of [Fig. 11 (d)].
Using the D method, the STI buried oxide film 22 is grown to fill the element isolation trench 21 [FIG. 11 (e)]. Next, using the silicon nitride film 16 as a stopper, the upper end portion is flattened by the CMP method [FIG. 12 (f)]. Then, the silicon nitride film 1 is formed using an anisotropic plasma etching method.
6 is etched to expose the first gate material 18 [FIG. 12 (g)]. At this time, the silicon nitride film 16 is processed into a spacer nitride film 16b whose upper end portion is removed and which covers the side wall portion of the silicon thin film 13.

【0027】次に、CVD法により第2のゲート材料1
9を、例えば、50nmから200nmの膜厚になるように形成
する[図12(h)]。続いて、第2のゲート材料19
および第1のゲート材料18のパターニングを行なって
ゲート電極18a、ゲート配線19aを形成し、ソース
・ドレイン領域20を形成する[図12(i)]。この
方法ではSTIの埋め込み材料として、CMP法におい
て加工性の優れる酸化膜を使用することができるという
利点を有している。また、このほかにも、このCMP工
程においてシリコン窒化膜22をストッパーとして使用
することができるので、第1のゲート材料18の表面が
CMPにさらされることがない。さらに、実施の形態4
と同様に、第1のゲート材料18と埋め込み酸化膜22
とが平坦化されているため、オーバーエッチングをする
必要がなく、また、エッチングの残りが生じることもな
い。なお、本実施の形態においても、実施の形態3のよ
うに素子領域を島状に形成した後[図11(c)]、熱
処理を行ってシリコン薄膜13などの側面にバッファ酸
化膜を形成してもよい。
Next, the second gate material 1 is formed by the CVD method.
9 is formed to have a film thickness of, for example, 50 nm to 200 nm [FIG. 12 (h)]. Then, the second gate material 19
Then, the first gate material 18 is patterned to form the gate electrode 18a and the gate wiring 19a, and the source / drain regions 20 are formed [FIG. 12 (i)]. This method has an advantage that an oxide film having excellent workability in the CMP method can be used as an STI filling material. In addition to this, since the silicon nitride film 22 can be used as a stopper in this CMP process, the surface of the first gate material 18 is not exposed to CMP. Furthermore, the fourth embodiment
Similarly to the first gate material 18 and the buried oxide film 22.
Since and are flattened, it is not necessary to perform overetching, and no etching residue remains. Note that, also in this embodiment, after the element region is formed in an island shape as in the third embodiment [FIG. 11 (c)], heat treatment is performed to form a buffer oxide film on the side surface of the silicon thin film 13 or the like. May be.

【0028】[0028]

【発明の効果】本発明の半導体装置の製造方法によれ
ば、素子領域端となるシリコン薄膜の側壁部分を窒化膜
で覆うSTI構造をとっている。したがって、SOI−
MOSFETの形成工程において、フッ酸などによって
酸化膜をエッチングするとき、シリコン薄膜の側壁部分
を覆う絶縁膜がエッチングされることがなくシリコン薄
膜の側壁部が露出されることがないため、寄生MOSト
ランジスタの形成を防止してリーク電流の発生を抑制す
ることができる。そして、このことにより、シリコン薄
膜の膜厚を100nm以下にしても特性に優れたMOSFE
Tを形成することが可能となる。また、素子分離溝を埋
め込む絶縁膜の表面高さがゲート電極の表面高さとほぼ
等しくかつその表面が平坦であるため、素子分離絶縁膜
上のゲート材料のエッチング時にオーバーエッチングを
行う必要がなく、また、電気的な短絡や断線を抑えて安
定したゲート形成が可能となる。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, the STI structure is adopted in which the side wall portion of the silicon thin film which becomes the end of the element region is covered with the nitride film. Therefore, SOI-
In the process of forming the MOSFET, when the oxide film is etched with hydrofluoric acid or the like, the insulating film covering the sidewall portion of the silicon thin film is not etched and the sidewall portion of the silicon thin film is not exposed. It is possible to prevent the formation of leak current and suppress the generation of leak current. As a result, even if the thickness of the silicon thin film is 100 nm or less, it has excellent characteristics.
It becomes possible to form T. Further, since the surface height of the insulating film filling the element isolation trench is almost equal to the surface height of the gate electrode and the surface is flat, there is no need to perform overetching when etching the gate material on the element isolation insulating film. Further, stable gate formation can be achieved by suppressing electrical short circuits and disconnections.

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

【図1】本発明の実施の形態1の製造方法を示す工程順
断面図(その1)。
1A to 1C are cross-sectional views in order of the steps, showing a manufacturing method in a first embodiment of the present invention (No. 1).

【図2】本発明の実施の形態1の製造方法を示す工程順
断面図(その2)。
FIG. 2 is a sectional view in order of the steps (No. 2) showing the manufacturing method according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施の形態2の製造方法を示す工程順
断面図(その1)。
FIG. 3 is a sectional view in order of steps (No. 1) showing the manufacturing method according to the second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施の形態2の製造方法を示す工程順
断面図(その2)。
FIG. 4 is a sectional view in order of the steps (No. 2) showing the manufacturing method according to the second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施の形態3の製造方法を示す工程順
断面図(その1)。
5A to 5C are cross-sectional views in order of the steps, showing a manufacturing method in a third embodiment of the present invention (No. 1).

【図6】本発明の実施の形態3の製造方法を示す工程順
断面図(その2)。
6A to 6C are sectional views (2) in order of the steps, showing the manufacturing method according to the third embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施の形態4の製造方法を示す工程順
断面図(その1)。
FIG. 7 is a process order cross-sectional view (No. 1) showing the manufacturing method according to the fourth embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施の形態4の製造方法を示す工程順
断面図である(その2)。
FIG. 8 is a step-by-step cross-sectional view showing the manufacturing method according to the fourth embodiment of the present invention (No. 2).

【図9】本発明の実施の形態5のいて製造方法を示す工
程順断面図(その1)。
FIG. 9 is a sectional view in order of steps (No. 1) showing the manufacturing method according to the fifth embodiment of the present invention.

【図10】本発明の実施の形態5の製造方法を示す工程
順断面図(その2)。
FIG. 10 is a sectional view in order of the steps (No. 2) showing the manufacturing method according to the fifth embodiment of the present invention.

【図11】本発明の実施の形態6の製造方法を示す工程
順断面図(その1)。
FIG. 11 is a sectional view in order of the steps (1) showing the manufacturing method according to the sixth embodiment of the present invention.

【図12】本発明の実施の形態6の製造方法を示す工程
順断面図(その2)。
FIG. 12 is a step-by-step cross-sectional view (No. 2) showing the manufacturing method according to the sixth embodiment of the present invention.

【図13】第1の従来例の素子間分離方法を示す工程順
断面図(その1)。
FIG. 13 is a process sequential cross-sectional view (No. 1) showing the element isolation method of the first conventional example.

【図14】第1の従来例の素子間分離方法を示す工程順
断面図(その2)。
FIG. 14 is a sectional view in order of the steps (No. 2) showing the element isolation method of the first conventional example.

【図15】第2の従来例の断面図。FIG. 15 is a sectional view of a second conventional example.

【図16】第3の従来例の素子間分離方法を示す工程順
断面図(その1)。
16A to 16C are cross-sectional views in order of the processes (No. 1) showing the element isolation method of the third conventional example.

【図17】第3の従来例の素子間分離方法を示す工程順
断面図(その2)。
FIG. 17 is a process sectional view (2) showing the element isolation method of the third conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11、51 半導体支持基板 12、52 埋め込み酸化膜 13、53 シリコン薄膜 14、54 シリコン酸化膜 15 STI埋め込み窒化膜 16、55、60 シリコン窒化膜 16a、16b スペーサー窒化膜 17、57 ゲート酸化膜 18 第1のゲート材料 18a、19b、58a ゲート電極 18b、19a、30a ゲート配線 19 第2のゲート材料 20 ソース・ドレイン領域 21、59 素子分離溝 22、56 STI埋め込み酸化膜 23 バッファ酸化膜 30 第3のゲート材料 31、67 ダミーゲート酸化膜 32、68 ダミーゲート 33 ダミーゲート多結晶シリコン膜 34、70 平坦化用酸化膜 58 ゲート材料 61 シリコン酸化膜 62 異常形状 11,51 Semiconductor support substrate 12,52 Buried oxide film 13,53 Silicon thin film 14, 54 Silicon oxide film 15 STI embedded nitride film 16, 55, 60 Silicon nitride film 16a, 16b spacer nitride film 17,57 Gate oxide film 18 First gate material 18a, 19b, 58a Gate electrode 18b, 19a, 30a Gate wiring 19 Second gate material 20 Source / drain region 21, 59 Element isolation groove 22,56 STI buried oxide film 23 Buffer oxide film 30 Third gate material 31, 67 Dummy gate oxide film 32, 68 dummy gate 33 Dummy gate polycrystalline silicon film 34, 70 Flattening oxide film 58 gate material 61 Silicon oxide film 62 abnormal shape

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 27/08 H01L 29/78 617J 627C 21/76 L (72)発明者 斎藤 幸重 東京都港区芝五丁目7番1号 日本電気株 式会社内 (72)発明者 武村 久 東京都港区芝五丁目7番1号 日本電気株 式会社内 Fターム(参考) 5F032 AA09 AA34 AA46 AA77 AA84 BA01 BA05 CA17 DA28 DA30 DA33 DA78 5F048 AA04 AA07 AC01 BA16 BB05 BB12 BG05 BG14 DA25 DA27 5F110 AA06 AA18 AA26 CC02 DD05 DD13 EE01 EE09 EE14 EE15 EE45 EE50 FF02 FF04 FF23 GG02 GG25 HJ13 NN62 NN65 QQ01 QQ19 Front page continuation (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H01L 27/08 H01L 29/78 617J 627C 21/76 L (72) Inventor Yukishige Saito 5-7 Shiba, Minato-ku, Tokyo No. 1 Inside NEC Corporation (72) Inventor Hisamu Takemura 5-7-1 Shiba, Minato-ku, Tokyo F-Term Inside NEC Corporation (reference) 5F032 AA09 AA34 AA46 AA77 AA84 BA01 BA05 CA17 DA28 DA30 DA33 DA78 5F048 AA04 AA07 AC01 BA16 BB05 BB12 BG05 BG14 DA25 DA27 5F110 AA06 AA18 AA26 CC02 DD05 DD13 EE01 EE09 EE14 EE15 EE45 EE50 FF02 FF04 FF23 GG02 GG25 HJ13 NN62 NN65 QQ01 QQ19

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 絶縁膜上に埋設絶縁膜によって充填され
た素子分離溝により分離された島状のシリコン薄膜が形
成され、該シリコン薄膜上にゲート絶縁膜を介してゲー
ト電極が形成されている半導体装置において、前記埋設
絶縁膜の表面が平坦でその高さが前記ゲート電極の表面
高さにほぼ等しく、かつ、前記埋設絶縁膜が酸化膜用エ
ッチング材に対して耐性の高い材料により形成されてい
ることを特徴とする半導体装置。
1. An island-shaped silicon thin film separated by an element isolation groove filled with a buried insulating film is formed on an insulating film, and a gate electrode is formed on the silicon thin film via a gate insulating film. In the semiconductor device, the surface of the buried insulating film is flat and its height is substantially equal to the surface height of the gate electrode, and the buried insulating film is formed of a material having high resistance to an etching agent for oxide film. A semiconductor device characterized in that.
【請求項2】 絶縁膜上に埋設絶縁膜によって充填され
た素子分離溝により分離された島状のシリコン薄膜が形
成され、該シリコン薄膜上にゲート絶縁膜を介してゲー
ト電極が形成されている半導体装置において、前記埋設
絶縁膜の表面が平坦でその高さが前記ゲート電極の表面
高さにほぼ等しく、かつ、前記埋設絶縁膜の前記シリコ
ン薄膜寄りの部分が、その頂上高さが前記ゲート電極の
表面高さにほぼ等しい酸化膜用エッチング材に対して耐
性の高い材料により形成されたスペーサ膜により構成さ
れていることを特徴とする半導体装置。
2. An island-shaped silicon thin film separated by an element isolation groove filled with a buried insulating film is formed on the insulating film, and a gate electrode is formed on the silicon thin film via a gate insulating film. In the semiconductor device, the surface of the buried insulating film is flat and its height is substantially equal to the surface height of the gate electrode, and a portion of the buried insulating film near the silicon thin film has a top height of the gate. A semiconductor device comprising a spacer film formed of a material having a high resistance to an oxide film etching material that is substantially equal to the surface height of an electrode.
【請求項3】 絶縁膜上に埋設絶縁膜によって充填され
た素子分離溝により分離された島状のシリコン薄膜が形
成され、該シリコン薄膜上にゲート絶縁膜を介してゲー
ト電極が形成されている半導体装置において、前記埋設
絶縁膜の表面が平坦でその高さが前記ゲート電極の表面
高さにほぼ等しく、かつ、前記埋設絶縁膜の底面および
側面部分が酸化膜用エッチング材に対して耐性の高い材
料により形成されていることを特徴とする半導体装置。
3. An island-shaped silicon thin film isolated by an element isolation groove filled with a buried insulating film is formed on the insulating film, and a gate electrode is formed on the silicon thin film via a gate insulating film. In the semiconductor device, the surface of the buried insulating film is flat and its height is substantially equal to the surface height of the gate electrode, and the bottom surface and the side surface of the buried insulating film are resistant to the oxide film etching material. A semiconductor device characterized by being formed of a high material.
【請求項4】 前記シリコン薄膜と前記埋設絶縁膜との
接触部にシリコン酸化膜が形成されていることを特徴と
する請求項1〜3のいずれかに記載の半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein a silicon oxide film is formed at a contact portion between the silicon thin film and the buried insulating film.
【請求項5】 前記ゲート電極に接続されたゲート配線
が前記埋設絶縁膜上に延在しており、前記ゲート電極お
よび前記ゲート配線が平坦化用酸化膜内に埋め込まれて
いることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
5. A gate wiring connected to the gate electrode extends on the buried insulating film, and the gate electrode and the gate wiring are buried in a planarizing oxide film. The semiconductor device according to claim 1.
【請求項6】 前記酸化膜用エッチング材に対して耐性
の高い材料が窒化シリコンであることを特徴とする請求
項1〜5のいずれかに記載の半導体装置。
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein the material having high resistance to the oxide film etching material is silicon nitride.
【請求項7】 半導体支持基板、埋め込み酸化膜および
シリコン薄膜を有するSOI基板上に埋設絶縁膜によっ
て充填された素子分離溝により分離されたMOSFET
を有する半導体装置の製造方法において、(1)前記シ
リコン薄膜上に厚膜材料層を形成する工程と、(2)前
記厚膜材料層および前記シリコン薄膜を選択的にエッチ
ングして素子分離溝を形成する工程と、(3)酸化膜用
エッチング材に対して耐性の強い絶縁性材料により前記
素子分離溝を埋設する工程と、(4)前記素子分離溝を
埋設する絶縁性材料の膜を平坦化する工程と、を有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
7. A MOSFET isolated on a SOI substrate having a semiconductor supporting substrate, a buried oxide film and a silicon thin film, by element isolation trenches filled with a buried insulating film.
In the method for manufacturing a semiconductor device having: (1) a step of forming a thick film material layer on the silicon thin film; and (2) selectively etching the thick film material layer and the silicon thin film to form an element isolation groove. A step of forming, (3) a step of burying the element isolation trench with an insulating material having a high resistance to an oxide film etching material, and (4) a flattening of a film of an insulating material burying the element isolation trench. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項8】 前記厚膜材料層がシリコン酸化膜であっ
て、前記第(4)の工程の後、前記厚膜材料層が除去さ
れ、ゲート絶縁膜形成後にゲート電極形成材料層が堆積
されることを特徴とする請求項7記載の半導体装置の製
造方法。
8. The thick film material layer is a silicon oxide film, the thick film material layer is removed after the step (4), and a gate electrode forming material layer is deposited after forming a gate insulating film. 8. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein
【請求項9】 前記厚膜材料層が、ゲート絶縁膜、薄い
薄膜ゲート電極形成材料層およびシリコン酸化膜によっ
て形成され、前記第(4)の工程の後、前記シリコン酸
化膜が除去され、ゲート電極形成材料層が堆積されるこ
とを特徴とする請求項7記載の半導体装置の製造方法。
9. The thick film material layer is formed of a gate insulating film, a thin thin film gate electrode forming material layer and a silicon oxide film, and after the step (4), the silicon oxide film is removed to form a gate. 8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein an electrode forming material layer is deposited.
【請求項10】 前記第(2)の工程の後前記第(3)
の工程に先立って前記シリコン薄膜の側面にシリコン酸
化膜を形成する工程が付加されることを特徴とする請求
項9記載の半導体装置の製造方法。
10. The step (3) after the step (2)
10. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein a step of forming a silicon oxide film on the side surface of the silicon thin film is added prior to the step of.
【請求項11】 前記厚膜材料層が、ダミーゲート絶縁
膜、ダミーゲート電極形成材料層によって形成され、前
記第(4)の工程の後、ダミーゲート配線形成材料層が
形成され、前記ダミーゲート電極形成材料層および前記
ダミーゲート配線形成材料層のパターニングが行われ、
前記ダミーゲート電極形成材料層および前記ダミーゲー
ト配線形成材料層を埋め込む平坦化膜の形成後に、前記
ダミーゲート電極形成材料層および前記ダミーゲート配
線形成材料層の除去が行われ、その後、前記平坦化膜に
埋め込まれたゲート電極およびゲート配線が形成される
ことを特徴とする請求項7記載の半導体装置の製造方
法。
11. The thick film material layer is formed of a dummy gate insulating film and a dummy gate electrode forming material layer, and after the step (4), a dummy gate wiring forming material layer is formed and the dummy gate is formed. The electrode forming material layer and the dummy gate wiring forming material layer are patterned,
The dummy gate electrode forming material layer and the dummy gate wiring forming material layer are removed after the formation of the planarization film that fills the dummy gate electrode forming material layer and the dummy gate wiring forming material layer, and then the planarization is performed. 8. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein a gate electrode and a gate wiring embedded in the film are formed.
【請求項12】 半導体支持基板、埋め込み酸化膜およ
びシリコン薄膜を有するSOI基板上に埋設絶縁膜によ
って充填された素子分離溝により分離されたMOSFE
Tを有する半導体装置の製造方法において、(1)前記
シリコン薄膜上にゲート絶縁膜とゲート電極形成材料層
とを形成する工程と、(2)前記ゲート電極形成材料
層、前記ゲート絶縁膜および前記シリコン薄膜を選択的
にエッチングして素子分離溝を形成する工程と、(3)
酸化膜用エッチング材に対して耐性の高い絶縁性材料に
より前記素子分離溝の側面に側面スペーサを形成する工
程と、(4)埋設用絶縁性材料により前記素子分離溝を
埋設する工程と、(5)前記素子分離溝を埋設する埋設
用絶縁性材料の膜を平坦化する工程と、を有することを
特徴とする半導体装置の製造方法。
12. A MOSFE separated by a device isolation groove filled with a buried insulating film on an SOI substrate having a semiconductor supporting substrate, a buried oxide film and a silicon thin film.
In the method of manufacturing a semiconductor device having T, (1) a step of forming a gate insulating film and a gate electrode forming material layer on the silicon thin film, and (2) the gate electrode forming material layer, the gate insulating film, and the above A step of selectively etching a silicon thin film to form an element isolation groove, and (3)
A step of forming a side surface spacer on a side surface of the element isolation groove with an insulating material having high resistance to an oxide film etching material; and (4) a step of burying the element isolation groove with a burying insulating material. 5) A step of flattening a film of an insulating insulating material for burying the element isolation trench, the method for manufacturing a semiconductor device.
【請求項13】 半導体支持基板、埋め込み酸化膜およ
びシリコン薄膜を有するSOI基板上に埋設絶縁膜によ
って充填された素子分離溝により分離されたMOSFE
Tを有する半導体装置の製造方法において、(1)前記
シリコン薄膜上にゲート絶縁膜とゲート電極形成材料層
とを形成する工程と、(2)前記ゲート電極形成材料層
厚膜材料層、前記ゲート絶縁膜および前記シリコン薄膜
を選択的にエッチングして素子分離溝を形成する工程
と、(3)酸化膜用エッチング材に対して耐性の高い絶
縁性材料を前記素子分離溝の深さより小さい膜厚に堆積
して耐エッチング性膜を形成する工程と、(4)埋設用
絶縁性材料により前記素子分離溝を埋設する工程と、
(5)前記素子分離溝を埋設する埋設用絶縁性材料の膜
および前記耐エッチング性膜に平坦化処理を施して前記
ゲート電極形成材料層の表面を露出させる工程と、を有
することを特徴とする半導体装置の製造方法。
13. A MOSFET separated on an SOI substrate having a semiconductor supporting substrate, a buried oxide film and a silicon thin film, by an element isolation groove filled with a buried insulating film.
In the method of manufacturing a semiconductor device having T, (1) a step of forming a gate insulating film and a gate electrode forming material layer on the silicon thin film, and (2) the gate electrode forming material layer thick film material layer, the gate. A step of selectively etching the insulating film and the silicon thin film to form an element isolation groove, and (3) an insulating material having a high resistance to an oxide film etching material having a film thickness smaller than the depth of the element isolation groove. A step of depositing an etching resistant film on the substrate, and (4) burying the element isolation trench with a burying insulating material.
(5) a step of exposing the surface of the gate electrode forming material layer by performing a flattening process on the film of the insulating insulating material for burying the element isolation trench and the etching resistant film. Of manufacturing a semiconductor device.
【請求項14】 前記平坦化の工程の後、直ちに若しく
はゲート配線形成材料層の形成後に、前記ゲート電極形
成材料層、または、前記ゲート電極形成材料層および前
記ゲート配線形成材料層のパターニングが行われること
を特徴とする請求項8、9、10、12または13記載
の半導体装置の製造方法。
14. The patterning of the gate electrode forming material layer, or the gate electrode forming material layer and the gate wiring forming material layer is performed immediately after the planarizing step or after forming the gate wiring forming material layer. 14. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, 9, 10, 12 or 13.
【請求項15】 前記酸化膜用エッチング材に対して耐
性の高い絶縁性材料が窒化シリコンでることを特徴とす
る請求項7〜14のいずれかに記載の半導体装置の製造
方法。
15. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the insulating material having high resistance to the etching agent for oxide film is silicon nitride.
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