JP2003152071A - 素子形成領域の形成方法、半導体装置の製造方法、及び半導体装置 - Google Patents

素子形成領域の形成方法、半導体装置の製造方法、及び半導体装置

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JP2003152071A
JP2003152071A JP2001347315A JP2001347315A JP2003152071A JP 2003152071 A JP2003152071 A JP 2003152071A JP 2001347315 A JP2001347315 A JP 2001347315A JP 2001347315 A JP2001347315 A JP 2001347315A JP 2003152071 A JP2003152071 A JP 2003152071A
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layer
conductivity type
semiconductor
semiconductor device
semiconductor substrate
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Hiroko Nakamura
寛子 中村
Toshiyuki Izome
敏之 井染
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Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 p型の素子領域周辺及びn型の素子領域周辺
の素子分離膜における段差のばらつきを低減することが
できる半導体装置の製造方法及び半導体装置を提供する
ことを目的とする。 【解決手段】 素子形成領域を形成した後に素子分離膜
を形成することにより、等方性エッチングによりパッド
層を除去する際にn型の素子領域及びp型の素子領域に
注入するイオンの種類が異なるために生じるn型の素子
領域及びp型の素子領域を囲む素子分離膜の段差のばら
つきを押さえることができ、素子分離膜形成の際の平坦
化工程をより精密に行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、素子形成領域の形
成方法、半導体装置の製造方法、及び半導体装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体製造技術の微細化が進むに
つれ、露光工程の焦点深度が浅くなる等のために平坦化
工程においてより高い平坦度が求められている。特に、
複数の素子分離膜の平坦化工程において、ゲート配線の
エッチングマージンが極めて小さくウェーハ面内、チッ
プ内における活性層界面の段差のばらつきを数10nm
以下に押さえる必要があり、求められるスペックも非常
に厳しくなる。
【0003】素子分離溝の形成からゲート配線までの手
順は、図23乃至図28に示すようになる。まず、シリ
コン基板101上に熱酸化膜などのシリコン酸化膜を形
成し、シリコン酸化膜上にシリコン窒化膜を積層する。
シリコン基板101上に積層したシリコン酸化膜及びシ
リコン窒化膜を、ウェットエッチングによりフォトリソ
グラフィーにより形成するレジストパターンを用いて所
要の位置を除去してシリコン基板101を露出する。
【0004】レジストパターンを用いて露出するシリコ
ン基板101に反応性イオンエッチングを施して、素子
分離溝を形成してシリコン基板101の全面にシリコン
酸化膜104を化学的気相成長法により積層する(図2
3)。図24に示すように、シリコン基板101の全面
に積層したシリコン酸化膜104を、シリコン窒化膜1
03をストッパとして化学的機械研磨法によりシリコン
窒化膜の高さまで平坦化する。シリコン窒化膜にウェッ
トエッチングを施して除去し(図25)、シリコン酸化
膜102に酸などを用いたウェットエッチングを施して
除去して素子分離膜105を形成する。
【0005】その後、図26及び図27に示すように、
フォトリソグラフィーを用いて所望の開口部を有するフ
ォトレジスト108a及びレジストパターン108bを
形成し、p型及びn型の不純物をイオン注入法によりシ
リコン基板101のpチャンネル用ウェル及びnチャン
ネル用ウェルのそれぞれに注入して、pチャンネル用ウ
ェル106及びnチャンネル用ウェル107を形成する
(図28)。
【0006】
【発明の解決しようとする課題】しかし、イオン注入さ
れた領域の酸化膜はウェットエッチング時にそのエッチ
ングレートが速くなるが、その速度は注入されたイオン
の種類、エネルギー、イオンの注入量によって変化す
る。そのため、複数の異なるイオンを注入する工程、特
に複数の異なるウェルを形成する工程において、そのエ
ネルギー及び注入量が酸化膜のエッチングレートに大き
な影響を及ぼす。
【0007】ウェルを形成する工程において、pチャン
ネル用ウェル及びnチャンネル用ウェルをそれぞれ打ち
分けるのであるが、図28に示すように、イオンが酸化
膜にも打ち込まれるために各領域において通常10nm
相当の酸化膜を除去する間に、それぞれnチャンネル用
ウェルの周辺の酸化膜が5nm程度余分にエッチングが
進行し、pチャンネル用ウェルの周辺の酸化膜が30n
m程度余分にエッチングが進行する。そのため、段差精
度の非常に厳しい素子分離膜(STI:Shallow
Trench Isolation)平坦化工程にお
いて、約30nmという大きな段差のばらつきが生じ
る。
【0008】そこで、本発明の半導体装置の製造方法及
び半導体装置は、p型の素子領域周辺及びn型の素子領
域周辺の素子分離膜における段差のばらつきを低減する
ことができる半導体装置の製造方法及び半導体装置を提
供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明における素子形成
領域の形成方法は、半導体基板主面に、不純物を導入し
た不純物導入層を形成する工程と、前記不純物導入層の
一部を残すように前記不純物導入層の周囲に素子分離溝
を形成する工程と、前記半導体基板上に絶縁膜を積層し
て前記素子分離溝を埋め込む工程と、前記絶縁膜を平坦
化して素子分離膜を形成する工程とを有することを特徴
とする。
【0010】本発明の素子形成領域の形成方法では、半
導体素子が形成される素子形成領域に不純物を導入した
後に素子分離溝を形成し、素子分離溝に絶縁膜を埋め込
む。そのため、素子分離溝を埋め込む絶縁膜には不純物
は導入されず、平坦化工程において行われる等方性エッ
チングにより、各素子形成領域の周囲の絶縁膜は略同程
度に除去される。各素子形成領域の周囲の絶縁膜が略同
程度に除去されるため、素子分離膜の段差を低減するこ
とができ、精度良く平坦化して素子分離膜を形成するこ
とができる。
【0011】本発明における半導体装置の製造方法は、
半導体基板主面に、不純物を導入した不純物導入層を形
成する工程と、前記不純物導入層の一部を残すように前
記不純物導入層の周囲に素子分離溝を形成する工程と、
前記半導体基板上に絶縁膜を積層して前記素子分離溝を
埋め込む工程と、前記絶縁膜を平坦化して素子分離膜を
形成する工程とを有することを特徴とする。
【0012】本発明の半導体装置の製造方法では、半導
体素子が形成される素子形成領域に不純物を導入した後
に素子分離溝を形成し、素子分離溝に絶縁膜を埋め込
む。そのため、素子分離溝を埋め込む絶縁膜には不純物
は導入されず、平坦化工程において行われる等方性エッ
チングにより、各素子形成領域の周囲の絶縁膜は略同程
度に除去される。各素子形成領域の周囲の絶縁膜が略同
程度に除去されるため、素子分離膜の段差を低減するこ
とができ、精度良く平坦化して素子分離膜を形成するこ
とができる。
【0013】本発明における半導体装置は、半導体基板
主面に不純物を導入されて不純物導入層が形成された後
に、前記不純物導入層の一部を残すように前記不純物導
入層の周囲に素子分離溝が形成され、前記半導体基板上
に絶縁膜が積層されて前記素子分離溝が埋め込まれ、前
記絶縁膜が平坦化されて素子分離膜が形成されることを
特徴とする。
【0014】本発明の半導体装置では、半導体素子が形
成される素子形成領域に不純物が導入された後に素子分
離溝を形成し、素子分離溝に絶縁膜が埋め込まれる。そ
のため、素子分離溝に埋め込まれる絶縁膜には不純物は
導入されず、平坦化工程において行われる等方性エッチ
ングにより、各素子形成領域の周囲の絶縁膜が略同程度
に除去される半導体装置を得ることができる。各素子形
成領域の周囲の絶縁膜が略同程度に除去されるため、素
子分離膜の段差が低減され、精度良く平坦化して形成さ
れる素子分離膜を有する半導体装置を実現することがで
きる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図を参照にして説明する。
【0016】まず本発明における半導体装置の素子形成
領域の製造方法について説明し、次にこれを応用した半
導体装置の製造方法について説明する。
【0017】図1及び図2はn型及びp型の素子形成領
域を形成する工程を示す。図1に示すように、半導体基
板11上にレジスト層を積層し、フォトリソグラフィー
技術によりレジスト層を選択的に除去して所望の形状を
有するレジスト12aを形成する。このとき、レジスト
12aはn型の素子形成領域が形成される領域に開口部
を有し、この開口部より半導体基板11が露出する。レ
ジスト層の選択的除去により露出する半導体基板11に
ヒッ素などのn型の不純物をイオン注入して、n型の素
子形成領域となるn型領域13aを形成する。
【0018】n型領域13aが形成された後、レジスト
12aを除去し、半導体基板11上の全面にレジスト層
を積層する。前述と同様に、図2に示すように、このレ
ジスト層をフォトリソグラフィー技術により選択的に除
去してレジスト12bを形成する。このとき、レジスト
12bはp型の素子形成領域が形成される領域に開口部
を有し、この開口部より半導体基板11が露出する。レ
ジスト層の選択的除去により露出する半導体基板11に
ホウ素などのp型の不純物をイオン注入して、p型の素
子形成領域となるp型領域13bを形成する。
【0019】n型領域及びp型領域が形成された後、半
導体基板11上にパッド層14及びマスク層15とを順
に積層して形成する。パッド層14は熱酸化膜などによ
り形成される熱酸化膜や化学的気相成長法(CVD:C
hemical VaporDeposition)な
どにより形成される酸化膜であり、マスク層15は化学
的気相成長法(CVD)などにより形成されるシリコン
窒化膜などである。マスク層15は後述する素子分離溝
を形成する際の平坦化(CMP:Chemical M
echanical Polishing)工程におけ
る停止膜(ストッパ)となる。
【0020】半導体基板11上にパッド層14、マスク
層15を順に形成した後、マスク層15上にレジスト層
を形成し、このレジスト層をフォトリソグラフィー技術
により選択的に除去して所望の形状のレジストパターン
を有するレジストを形成する。フォトリソグラフィー技
術によりレジストを形成した後、反応性イオンエッチン
グ(RIE:Reactive Ion Etchin
g)などのエッチング処理によりパッド層14、及びマ
スク層15を選択的に除去して半導体基板11上の所望
の位置を露出する。この半導体基板の露出部分より、反
応性イオンエッチング(RIE)などのエッチング処理
を施して、半導体基板11に素子分離溝を形成する。
【0021】半導体基板11上に素子分離溝が形成され
た後、図3に示すように半導体基板11全面に厚くシリ
コン酸化膜などの絶縁膜16を化学的気相成長法(CV
D)などにより形成させ、素子分離溝内を埋め込む。半
導体基板11全面に形成された絶縁膜16を、マスク層
15を停止膜(ストッパ)として化学的機械研磨法(C
MP)により研磨して表面を平坦化する(図4)。
【0022】図4に示すように半導体基板11上の絶縁
膜16を平坦化した後、半導体素子が形成される領域を
覆うマスク層15を熱リン酸などのウェットエッチング
処理により除去し(図5)、さらにフッ酸系のエッチン
グ溶液などを用いてウェットエッチング処理によりパッ
ド層14を除去して半導体基板11の表面を露出させる
(図6)。このとき、パッド層14を除去すると同時に
絶縁膜16は除去され、素子分離溝を埋め込む絶縁膜1
6は半導体基板11の表面と略同じ高さにまで除去され
て、素子分離膜17が形成される。
【0023】例えば、シリコン基板である半導体基板1
1上に形成されたシリコン酸化膜などのパッド層14
を、フッ酸を用いて等方性エッチングにより10nm相
当除去する場合、従来のように素子分離膜を形成した後
にn型領域13a及びp型領域13bをイオン注入法に
より形成すると、イオンのエネルギーが高くまたイオン
の注入量が高いためにn型領域13aの素子分離膜では
5nm程度余計に減り、p型領域13bの素子分離膜で
は30nm程度余計に減る。また、n型領域13a及び
p型領域13bの各領域に注入するイオンの種類が異な
るため、n型領域13a及びp型領域13bの各領域で
の余計に減る量が異なり、n型領域13a及びp型領域
13bを囲む素子分離膜に段差が生じる。
【0024】しかし、前述のように、n型領域13a及
びp型領域13bをイオン注入法により形成した後、半
導体基板11上のパッド層14を、フッ酸を用いて等方
性エッチングにより10nm相当除去する場合、n型領
域13a及びp型領域13bの各領域の周囲に形成され
る絶縁膜にはイオンが注入されない。そのため、n型領
域13a及びp型領域13bの各領域を囲む絶縁膜の減
る量を低減することができ、またイオンの種類が異なる
ために生じるn型領域13a及びp型領域13bを囲む
素子分離膜17の段差の半導体装置全体でのばらつきを
押さえることができる。
【0025】以上のように、半導体素子が形成されるn
型領域13a及びp型領域13bを形成した後に素子分
離膜17を形成することにより、等方性エッチングによ
りパッド層14を除去する際、n型領域13a及びp型
領域13bの各領域を囲む絶縁膜の減る量を低減するこ
とができる。また、イオンの種類、エネルギー、イオン
量が異なるために生じるn型領域13a及びp型領域1
3bを囲む素子分離膜17の段差の半導体装置全体での
ばらつきを押さえることができ、素子分離膜形成の際の
平坦化工程をより精密に行うことができる。
【0026】また、n型領域13a及びp型領域13b
を形成した後に素子分離膜17を形成することにより、
イオンの種類が異なるために生じるn型領域13a及び
p型領域13bを囲む素子分離膜17の段差の半導体装
置全体でのばらつきを押さえることができるため、イオ
ンの種類、エネルギー、イオン量により変わる酸化膜な
どのパッド層14のエッチングレートを考慮することな
く、等方性エッチングによりパッド層14を除去してn
型領域13a及びp型領域13bを形成することができ
る。
【0027】次に、前述の半導体装置における素子形成
領域の製造方法を応用して、第一領域及び第二領域に半
導体記憶素子及び半導体論理素子が形成されるDRAM
混載ロジックなどの半導体装置について説明する。ここ
で、半導体記憶素子はDRAMやSRAM(SRAM:
Static Random Memory)のような
半導体素子であり、半導体論理素子は半導体ロジックの
ような素子である。
【0028】また、半導体基板上の第一領域には半導体
記憶素子が形成され、第二領域には半導体論理素子が形
成されるとし、第二領域のn型及びp型の素子形成領域
に半導体論理素子を形成する際に前述の素子形成領域の
形成方法を応用する。
【0029】図7及び図8は半導体論理素子が形成され
る第二領域にn型の素子領域及びp型の素子領域を形成
する工程を示す。図7に示すように、半導体基板21上
にレジスト層を積層し、フォトリソグラフィー技術によ
りレジスト層を選択的に除去して所望の形状を有するレ
ジスト22aを形成する。このとき、レジスト22aは
n型の素子形成領域が形成される領域に開口部を有し、
この開口部より半導体基板21が露出する。レジスト層
の選択的除去により露出する半導体基板21にヒッ素な
どのn型の不純物をイオン注入して、n型の素子形成領
域となるn型領域23aを形成する。
【0030】n型領域23aが形成された後、レジスト
22aを除去し、半導体基板11上の全面にレジスト層
を積層する。前述と同様に、図8に示すように、このレ
ジスト層をフォトリソグラフィー技術により選択的に除
去してレジスト22bを形成する。このとき、レジスト
22bはp型の素子形成領域が形成される領域に開口部
を有し、この開口部より半導体基板21が露出する。レ
ジスト層の選択的除去により露出する半導体基板21に
ホウ素などのp型の不純物をイオン注入して、p型の素
子形成領域となるp型領域23bを形成する。
【0031】n型領域23a及びp型領域23bが形成
された後、図9に示すように、半導体基板21上にパッ
ド層24及びマスク層25とを順に積層して形成する。
パッド層24は熱酸化膜などにより形成される熱酸化膜
や化学的気相成長法(CVD法)などにより形成される
酸化膜であり、マスク層25は化学的気相成長法(CV
D法)などにより形成されるシリコン窒化膜などであ
る。マスク層25は後述する素子分離溝を形成する際の
平坦化(CMP)工程における停止膜(ストッパ)とな
る。
【0032】半導体基板21上にパッド層24、マスク
層25を順に形成した後、マスク層25上にレジスト層
を形成し、このレジスト層をフォトリソグラフィー技術
により選択的に除去して所望の形状のレジストパターン
を有するレジストを形成する(図10)。フォトリソグ
ラフィー技術によりレジスト26を形成した後、反応性
イオンエッチング(RIE)などのエッチング処理によ
りパッド層24、及びマスク層25を除去して半導体基
板21上の所望の位置を露出する(図11)。図12に
示すように、半導体基板21上の所望の位置を露出した
後にレジスト26を除去して、半導体基板21の露出部
分より反応性イオンエッチング(RIE)などのエッチ
ング処理を施して、半導体基板21の第一領域に素子分
離溝27b及び第二領域に素子分離溝27aを形成する
(図13)。
【0033】半導体基板21上に素子分離溝が形成され
た後、図14に示すように半導体基板11全面に厚くシ
リコン酸化膜などの絶縁膜28を化学的気相成長法(C
VD)などにより形成させ、素子分離溝内を埋め込む。
半導体基板11全面に形成された絶縁膜28を、マスク
層15を停止膜(ストッパ)として化学的機械研磨法
(CMP)により研磨して表面を平坦化する(図1
5)。
【0034】図15に示すように半導体基板21上の絶
縁膜28を平坦化した後、半導体素子が形成される領域
を覆うマスク層25を熱リン酸などのウェットエッチン
グ処理により除去し、さらにフッ酸系のエッチング溶液
などを用いてウェットエッチング処理によりパッド層2
4を除去して半導体基板21の表面を露出させる(図1
6)。このとき、パッド層24を除去すると同時に絶縁
膜28は除去され、第一領域の素子分離溝27b及び第
二領域の素子分離溝27aを埋め込む絶縁膜28は半導
体基板21の表面と略同じ高さにまで除去されて、第一
領域の素子分離溝27b第二領域の素子分離溝27aが
形成される。
【0035】例えば、シリコン基板である半導体基板2
1上に形成されたシリコン酸化膜などのパッド層24
を、フッ酸を用いて等方性エッチングにより10nm相
当除去する場合、従来のように素子分離膜を形成した後
にn型領域23a及びp型領域23bをイオン注入法に
より形成すると、イオンのエネルギーが高くまたイオン
の注入量が高いためにn型領域23aの素子分離膜では
5nm程度余計に減り、p型領域23bの素子分離膜で
は30nm程度余計に減る。また、n型領域23a及び
p型領域23bの各領域に注入するイオンの種類が異な
るため、n型領域23a及びp型領域23bの各領域で
の余計に減る量が異なり、n型領域23a及びp型領域
23bを囲む素子分離膜に段差が生じる。
【0036】しかし、前述のように、n型領域23a及
びp型領域23bをイオン注入法により形成した後、半
導体基板21上のパッド層14を、フッ酸を用いて等方
性エッチングにより10nm相当除去する場合、n型領
域23a及びp型領域23bの各領域の周囲に形成され
る絶縁膜にはイオンが注入されない。そのため、n型領
域23a及びp型領域23bの各領域を囲む絶縁膜の減
る量を低減することができ、またイオンの種類が異なる
ために生じるn型領域23a及びp型領域23bを囲む
素子分離膜28aの段差の半導体装置全体でのばらつき
を押さえることができる。
【0037】このように、第二領域の半導体論理素子が
形成されるn型領域23a及びp型領域23bを形成し
た後に素子分離膜28aを形成することにより、等方性
エッチングによりパッド層24を除去する際、n型領域
23a及びp型領域23bの各領域を囲む絶縁膜の減る
量を低減することができる。また、イオンの種類、エネ
ルギー、イオン量が異なるために生じるn型領域23a
及びp型領域23bを囲む素子分離膜28aの段差の半
導体装置全体でのばらつきを押さえることができ、素子
分離膜形成の際の平坦化工程をより精密に行うことがで
きる。
【0038】また、n型領域23a及びp型領域23b
を形成した後に素子分離膜28aを形成することによ
り、イオンの種類が異なるために生じるn型領域23a
及びp型領域23bを囲む素子分離膜28aの段差の第
二領域でのばらつきを押さえることができるため、イオ
ンの種類、エネルギー、イオン量により変わる酸化膜な
どのパッド層24のエッチングレートを考慮することな
く、等方性エッチングによりパッド層24を除去してn
型領域23a及びp型領域23bを形成することができ
る。
【0039】第一領域および第二領域に素子分離膜28
a及び素子分離膜28bが形成された後、半導体基板2
1の全面にシリコン酸化膜などの絶縁膜30を形成す
る。絶縁膜30はシリコン酸化膜やシリコン窒化膜であ
り、例えば、酸素雰囲気中でアニールしたり、高速昇高
温炉を用いて酸素雰囲気中でアニールしたりすることに
よって形成することができる。この絶縁膜30は、ゲー
ト電極のゲート絶縁膜となる。
【0040】絶縁膜30上に、多結晶層31、導電層3
2、および絶縁膜33が、化学的気相成長法(CVD)
やスパッタ法により順に積層される。多結晶層31はポ
リシリコンやアモルファスシリコンなど、導電層32は
タングステンなど、絶縁膜33は高温酸化膜や窒化膜で
ある。また導電層32はタングステンシリコンなどのシ
リサイド層としても良い。このように順に積層した後、
絶縁膜33上にレジスト層を全面に形成し、フォトリソ
グラフィー技術などにより所望のレジストパターンを形
成する。レジストパターンを用いて絶縁膜30、多結晶
層31、導電層32、及び絶縁膜33を除去して、第一
領域の半導体記憶素子のゲート電極パターンが形成され
る。
【0041】第一領域のゲート電極パターンおよびレジ
スト34をマスクとして、半導体基板21の表面部に不
純物をイオン注入法により注入し、不純物を活性化させ
て、半導体記憶素子の低濃度拡散層36が形成される
(図17)。このとき、第二領域は絶縁膜、多結晶層、
導電層、および絶縁膜により覆われ、第二領域の半導体
基板には不純物が注入されない。
【0042】第一領域の半導体記憶素子のゲート電極パ
ターンが形成された後、さらにシリコン窒化膜などのレ
ジスト層を化学的気相成長法(CVD)などを用いて積
層して、フォトリソグラフィー技術などにより選択的に
絶縁膜40、多結晶層41、導電層42、および絶縁膜
43を除去して、第二領域において、n型領域23a及
びp型領域23bに半導体論理素子のゲート電極パター
ンが形成される(図18)。
【0043】図19及び図20はn型及びp型の半導体
論理素子に低濃度拡散層を形成する工程を示す図であ
る。図19に示すように、半導体基板21の全面にレジ
スト層を形成し、このレジスト層をフォトリソグラフィ
ー技術によりn型の素子形成領域であるn型領域23a
の位置を選択的に除去して、レジスト45aが形成され
る。レジスト45aを用いて、n型領域23aにイオン
注入法によりp型の不純物を注入し不純物を活性化させ
て、n型領域23aに形成される半導体論理素子のp型
低濃度拡散層46aを形成する。
【0044】n型領域23aに形成される半導体論理素
子と同様に、図20に示すように、半導体基板21の全
面にレジスト層を形成した後、レジスト層をフォトリソ
グラフィー技術によりp型の素子形成領域であるp型領
域23bの位置を選択的に除去して、レジスト45bを
形成する。レジスト45bを用いて、p型領域23bに
イオン注入法によりn型の不純物を注入し不純物を活性
化させて、p型領域23bに形成される半導体論理素子
のn型低濃度拡散層46bを形成する。
【0045】第一領域に半導体記憶素子、第二領域に半
導体論理素子のゲート電極パターンを形成した後、第二
領域のp型領域23bに半導体論理素子のn型低濃度拡
散層46bを形成する際に用いたレジスト45bを除去
し、半導体基板21の全面に化学的気相成長法(CV
D)などによってシリコン酸化膜やシリコン窒化膜など
の絶縁膜を積層する。この絶縁膜を反応性イオンエッチ
ングなどのエッチング処理を施して、第一領域の半導体
記憶素子のゲート電極上に絶縁膜48が形成され、また
第二領域のn型及びp型の素子形成領域に形成される半
導体論理素子のゲート電極には側壁部分に側面絶縁壁4
9が形成される。
【0046】第二領域のn型領域23a及びp型領域2
3bにおいて半導体論理素子のゲート電極の側壁部分に
側面絶縁壁49を形成した後、前述のp型低濃度拡散層
46a及びn型低濃度拡散層46bを形成する場合と同
様に、レジスト層を形成した後にフォトグラフィー技術
により選択的に除去してレジストを形成し、イオン注入
法により不純物を注入して、n型領域23a及びp型領
域23bの半導体論理素子のそれぞれにp型高濃度拡散
層47a及びn型高濃度拡散層47bを形成する。この
とき、不純物の活性化のために、例えば、高速昇高温法
(RTA:Rapid Thermal Anneal
ing)により熱処理を施し、n型領域23a及びp型
領域23bの半導体論理素子のそれぞれにp型高濃度拡
散層47a及びn型高濃度拡散層47bを形成すると同
時に、空乏化が抑制されたゲート電極を形成することが
できる(図21)。
【0047】第二領域のn型領域23a及びp型領域2
3bに半導体論理素子のp型高濃度拡散層47a及びn
型高濃度拡散層47bがそれぞれ形成された後、図22
に示すように、スパッタ法によりコバルト、チタンなど
からなる金属層をp型高濃度拡散層47a及びn型高濃
度拡散層47bの表面に選択的に積層した後、窒素雰囲
気中での熱処理やアニールを行うことにより、半導体基
板21表面においてp型高濃度拡散層47a及びn型高
濃度拡散層47bと金属との反応を促進させる。アンモ
ニアと過酸化水素水との混合液などにより未反応の金属
を除去し、さらに熱処理やアニールを行うことにより安
定な金属シリサイド50を形成することができる。
【0048】以上のように、第二領域の半導体論理素子
が形成されるn型領域23a及びp型領域23bを形成
した後に素子分離膜28aを形成することにより、等方
性エッチングによりパッド層24を除去する際、n型領
域23a及びp型領域23bの各領域を囲む絶縁膜の減
る量を低減することができる。また、イオンの種類、エ
ネルギー、イオン量が異なるために生じるn型領域23
a及びp型領域23bを囲む素子分離膜28aの段差の
半導体装置全体でのばらつきを押さえることができ、素
子分離膜形成の際の平坦化工程をより精密に行うことが
できる。
【0049】さらに、n型領域23a及びp型領域23
bを形成した後に素子分離膜28aを形成することによ
り、イオンの種類が異なるために生じるn型領域23a
及びp型領域23bを囲む素子分離膜28aの段差の第
二領域でのばらつきを押さえることができるため、イオ
ンの種類、エネルギー、イオン量により変わる酸化膜な
どのパッド層24のエッチングレートを考慮することな
く、等方性エッチングによりパッド層24を除去してn
型領域23a及びp型領域23bを形成することができ
る。
【0050】DRAM混載ロジックにおける半導体論理
素子において、n型領域23a及びp型領域23bの各
領域を囲む絶縁膜の減る量を低減することができ、また
イオンの種類が異なるために生じるn型領域23a及び
p型領域23bを囲む素子分離膜28aの段差の半導体
装置全体でのばらつきを押さえることができるため、素
子分離膜28a及び素子分離膜28bとn型領域23a
及びp型領域23bとの界面や、p型高濃度拡散層47
a及びn型高濃度拡散層47bとの界面におけるリーク
電流を低減することができ、より高速で高性能なDRA
M混載ロジックを実現することができる。
【0051】
【発明の効果】本発明において、半導体素子が形成され
る素子形成領域に不純物を導入した後に素子分離溝を形
成し、素子分離溝に絶縁膜を埋め込む。そのため、素子
分離溝を埋め込む絶縁膜には不純物は導入されず、平坦
化工程において行われる等方性エッチングにより、各素
子形成領域の周囲の絶縁膜は略同程度に除去され、素子
分離膜の段差を低減することができ、素子分離膜の段差
を低減することができる。
【0052】さらに、各素子形成領域の周囲の絶縁膜は
略同程度に除去され、素子分離膜の段差を低減すること
ができ、素子分離膜の段差を低減することができるた
め、イオンの種類、エネルギー、イオン量により変わる
酸化膜などのパッド層24のエッチングレートを考慮す
ることなく、等方性エッチングによりパッド層を除去し
て素子形成領域を形成することができ、より精度良く平
坦化して素子分離膜を形成することができる。
【0053】DRAM混載ロジックにおける半導体論理
素子において、素子形成領域を囲む絶縁膜の減る量を低
減することができ、またイオンの種類が異なるために生
じる素子形成領域を囲む素子分離膜の段差の半導体装置
全体でのばらつきを押さえることができるため、素子分
離膜と素子形成領域との界面や、拡散層との界面におけ
るリーク電流を低減することができ、より高速で高性能
なDRAM混載ロジックを実現することができる。
【0054】従来は素子形成領域を形成した前に素子分
離膜を形成するのであるが、素子形成領域を形成した後
に素子分離膜を形成するため、素子形成領域を形成する
工程と素子分離溝を形成する工程との順序を変えて半導
体装置を製造するため、半導体装置の製造工程を大きく
変更することなく、また生産コストを変えることなく、
半導体装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明における実施の形態の半導体装置の製造
方法におけるn型領域の形成を示す工程断面図である。
【図2】本発明における実施の形態の半導体装置の製造
方法におけるp型領域の形成を示す工程断面図である。
【図3】本発明における実施の形態の半導体装置の製造
方法における酸化膜の形成を示す工程断面図である。
【図4】本発明における実施の形態の半導体装置の製造
方法における酸化膜の平坦化を示す工程断面図である。
【図5】本発明における実施の形態の半導体装置の製造
方法におけるマスク層の除去を示す工程断面図である。
【図6】本発明における実施の形態の半導体装置の製造
方法におけるパッド層の除去を示す工程断面図である。
【図7】本発明における実施の形態の半導体装置の製造
方法におけるn型領域の形成を示す工程断面図である。
【図8】本発明における実施の形態の半導体装置の製造
方法におけるp型領域の形成を示す工程断面図である。
【図9】本発明における実施の形態の半導体装置の製造
方法におけるパッド層及びマスク層の形成を示す工程断
面図である。
【図10】本発明における実施の形態の半導体装置の製
造方法におけるレジストの形成を示す工程断面図であ
る。
【図11】本発明における実施の形態の半導体装置の製
造方法における開口部の形成を示す工程断面図である。
【図12】本発明における実施の形態の半導体装置の製
造方法におけるレジストの除去を示す工程断面図であ
る。
【図13】本発明における実施の形態の半導体装置の製
造方法における素子分離溝の形成を示す工程断面図であ
る。
【図14】本発明における実施の形態の半導体装置の製
造方法における酸化膜の形成を示す工程断面図である。
【図15】本発明における実施の形態の半導体装置の製
造方法における酸化膜の平坦化を示す工程断面図であ
る。
【図16】本発明における実施の形態の半導体装置の製
造方法におけるパッド層及びマスク層の除去を示す工程
断面図である。
【図17】本発明における実施の形態の半導体装置の製
造方法における半導体記憶素子のゲート電極の形成を示
す工程断面図である。
【図18】本発明における実施の形態の半導体装置の製
造方法におけるn型領域及びp型領域の半導体論理素子
のゲート電極パターンの形成を示す工程断面図である。
【図19】本発明における実施の形態の半導体装置の製
造方法におけるp型領域の半導体論理素子の低濃度拡散
層の形成を示す工程断面図である。
【図20】本発明における実施の形態の半導体装置の製
造方法におけるn型領域の半導体論理素子の低濃度拡散
層の形成を示す工程断面図である。
【図21】本発明における実施の形態の半導体装置の製
造方法におけるn型領域及びp型領域の半導体論理素子
の高濃度拡散層の形成を示す工程断面図である。
【図22】本発明における実施の形態の半導体装置の製
造方法におけるn型領域及びp型領域の半導体論理素子
の金属シリサイドの形成を示す工程断面図である。
【図23】従来の半導体装置の製造方法におけるシリコ
ン酸化膜の形成を示す工程断面図である。
【図24】従来の半導体装置の製造方法におけるシリコ
ン酸化膜の平坦化を示す工程断面図である。
【図25】従来の半導体装置の製造方法におけるシリコ
ン窒化膜の除去を示す工程断面図である。
【図26】従来の半導体装置の製造方法におけるpチャ
ンネル用ウェルの形成を示す工程断面図である。
【図27】従来の半導体装置の製造方法におけるnチャ
ンネル用ウェルの形成を示す工程断面図である。
【図28】従来の半導体装置の製造方法におけるシリコ
ン酸化膜の除去を示す工程断面図である。
【符号の説明】
11,21 半導体基板 12a,12b,22a,22b,34,45a,45
b,26 レジスト 13a,23a n型領域 13b,23b p型領域 14,24 パッド層 15,25 マスク層 16,28,30,33,40,43,48 絶縁膜 27b,27a 素子分離溝 17,28a,28b 素子分離膜 31,41 多結晶層 32,42 導電層 36 低濃度拡散層 46a n型低濃度拡散層 46b p型低濃度拡散層 47a n型高濃度拡散層 47b p型高濃度拡散層 49 側面絶縁壁 50 金属シリサイド 101 シリコン基板 102,104 シリコン酸化膜 103 シリコン窒化膜 105 素子分離膜 106 pチャンネル用ウェル 107 nチャンネル用ウェル 108a,108b フォトレジスト
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 27/092 H01L 27/10 681F 27/10 481 681D 27/108 27/11 Fターム(参考) 5F032 AA35 AA44 AA77 AA84 BA01 BB06 CA03 CA17 DA24 DA26 DA28 DA29 DA33 DA60 DA78 5F048 AA01 AA04 AA07 AB01 AB03 AC03 BA01 BB05 BB08 BB13 BC06 BC18 BE03 BF06 BF16 BG01 BG14 DA25 5F083 AD00 BS00 GA03 GA06 JA19 JA33 JA35 JA39 JA53 MA04 MA19 NA01 PR06 PR40 PR43 PR44 PR53 PR54 ZA06

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板主面に、不純物を導入した不
    純物導入層を形成する工程と、前記不純物導入層の一部
    を残すように前記不純物導入層の周囲に素子分離溝を形
    成する工程と、前記半導体基板上に絶縁膜を積層して前
    記素子分離溝を埋め込む工程と、前記絶縁膜を平坦化し
    て素子分離膜を形成する工程とを有することを特徴とす
    る素子形成領域の形成方法。
  2. 【請求項2】 前記不純物はイオン注入法により前記半
    導体基板に導入されることを特徴とする請求項1記載の
    素子形成領域の形成方法。
  3. 【請求項3】 前記不純物導入層は第一導電型層及び第
    二導電型層からなり、前記第一導電型層及び前記第二導
    電型層は互いに異なる導電型層であることを特徴とする
    請求項1記載の素子形成領域の形成方法。
  4. 【請求項4】 前記第一導電型層及び第二導電型層はp
    型導電型層若しくはn型導電型層であることを特徴とす
    る請求項3記載の素子形成領域の形成方法。
  5. 【請求項5】 前記素子分離溝は、前記半導体基板主面
    上にパッド層及びマスク層を順に積層して、該マスク層
    上にレジストを形成し、該レジストを用いて前記パッド
    層及び前記マスク層を選択的に除去して前記半導体基板
    を露出し、前記半導体基板の露出部分より異方性エッチ
    ングにより形成されることを特徴とする請求項1記載の
    素子形成領域の形成方法。
  6. 【請求項6】 前記絶縁膜の平坦化は化学的機械研磨法
    により前記マスク層に至るように行われることを特徴と
    する請求項1記載の素子形成領域の形成方法。
  7. 【請求項7】 前記素子分離膜は前記絶縁膜を平坦化し
    た後に前記マスク層及び前記パッド層を等方性エッチン
    グにより除去して形成されることを特徴とする請求項1
    記載の素子形成領域の形成方法。
  8. 【請求項8】 半導体基板主面に、不純物を導入した不
    純物導入層を形成する工程と、前記不純物導入層の一部
    を残すように前記不純物導入層の周囲に素子分離溝を形
    成する工程と、前記半導体基板上に絶縁膜を積層して前
    記素子分離溝を埋め込む工程と、前記絶縁膜を平坦化し
    て素子分離膜を形成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。
  9. 【請求項9】 前記不純物はイオン注入法により前記半
    導体基板に導入されることを特徴とする請求項8記載の
    半導体装置の製造方法。
  10. 【請求項10】 前記不純物導入層は第一導電型層及び
    第二導電型層からなり、前記第一導電型層及び前記第二
    導電型層は互いに異なる導電型層であることを特徴とす
    る請求項8記載の半導体装置の製造方法。
  11. 【請求項11】 前記第一導電型層及び第二導電型層は
    p型導電型層若しくはn型導電型層であることを特徴と
    する請求項10記載の半導体装置の製造方法。
  12. 【請求項12】 前記素子分離溝は、前記半導体基板主
    面上にパッド層及びマスク層を順に積層して、該マスク
    層上にレジストを形成し、該レジストを用いて前記パッ
    ド層及び前記マスク層を選択的に除去して前記半導体基
    板を露出し、前記半導体基板の露出部分より異方性エッ
    チングにより形成されることを特徴とする請求項8記載
    の半導体装置の製造方法。
  13. 【請求項13】 前記絶縁膜の平坦化は化学的機械研磨
    法により前記マスク層に至るように行われることを特徴
    とする請求項8記載の半導体装置の製造方法。
  14. 【請求項14】 前記素子分離膜は前記絶縁膜を平坦化
    した後に前記マスク層及び前記パッド層を等方性エッチ
    ングにより除去して形成されることを特徴とする請求項
    8記載の半導体装置の製造方法。
  15. 【請求項15】 前記半導体基板上に半導体記憶素子部
    及び半導体周辺回路部が形成され、該半導体周辺回路が
    前記不純物導入層上に形成されてなることを特徴とする
    請求項8記載の半導体装置の製造方法。
  16. 【請求項16】 前記半導体周辺回路部は半導体論理素
    子からなることを特徴とする請求項15記載の半導体装
    置の製造方法。
  17. 【請求項17】 半導体基板主面に不純物を導入されて
    不純物導入層が形成された後に、前記不純物導入層の一
    部を残すように前記不純物導入層の周囲に素子分離溝が
    形成され、前記半導体基板上に絶縁膜が積層されて前記
    素子分離溝が埋め込まれ、前記絶縁膜が平坦化されて素
    子分離膜が形成されることを特徴とする半導体装置。
  18. 【請求項18】 前記不純物はイオン注入法により前記
    半導体基板に導入されることを特徴とする請求項17記
    載の半導体装置。
  19. 【請求項19】 前記不純物導入層は第一導電型層及び
    第二導電型層からなり、前記第一導電型層及び前記第二
    導電型層は互いに異なる導電型層であることを特徴とす
    る請求項17記載の半導体装置。
  20. 【請求項20】 前記第一導電型層及び第二導電型層は
    p型導電型層若しくはn型導電型層であることを特徴と
    する請求項19記載の半導体装置。
  21. 【請求項21】 前記素子分離溝は、前記半導体基板主
    面上にパッド層及びマスク層を順に積層して、該マスク
    層上にレジストを形成し、該レジストを用いて前記パッ
    ド層及び前記マスク層を選択的に除去して前記半導体基
    板を露出し、前記半導体基板の露出部分より異方性エッ
    チングにより形成されることを特徴とする請求項17記
    載の半導体装置。
  22. 【請求項22】 前記絶縁膜の平坦化は化学的機械研磨
    法により前記マスク層に至るように行われることを特徴
    とする請求項17記載の半導体装置。
  23. 【請求項23】 前記素子分離膜は前記絶縁膜を平坦化
    した後に前記マスク層及び前記パッド層を等方性エッチ
    ングにより除去して形成されることを特徴とする請求項
    17記載の半導体装置。
  24. 【請求項24】 前記半導体基板上に半導体記憶素子部
    及び半導体周辺回路部が形成され、該半導体周辺回路が
    前記不純物導入層上に形成されてなることを特徴とする
    請求項17記載の半導体装置。
  25. 【請求項25】 前記半導体周辺回路部は半導体論理素
    子からなることを特徴とする請求項24記載の半導体装
    置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7879702B2 (en) 2006-07-07 2011-02-01 Elpida Memory, Inc. Method for manufacturing a semiconductor device including a memory cell array area and peripheral circuit area
JP2015122543A (ja) * 2015-03-30 2015-07-02 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置およびその製造方法

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