JP2004103691A - Process for fabricating semiconductor device, and semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置製造に係り、特に素子分離領域用の溝の疎密が著しい半導体基板において化学的機械的研磨によって平坦化前処理を経る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】
半導体基板上に形成した素子を互いに分離する方法としてトレンチ・アイソレーションが知られている。トレンチ・アイソレーションは、素子形成領域以外の半導体基板に溝(トレンチ)を形成し、溝内部を絶縁物、特に酸化シリコン膜などで充填し、素子間分離を実現する。トレンチ・アイソレーションは、LOCOS分離法(選択酸化分離)に比べて基板中に深く分離距離を稼げる。このため、分離幅を著しく縮小することが可能である。トレンチ・アイソレーションはSTI(Shallow Trench Isolation)と呼称され、半導体集積回路の高集積化に有利な構造である。
【0003】
図5(a)〜(d)は、それぞれ従来の半導体装置のSTI製造法を工程順に示す断面図である。
まず、図5(a)に示すように、半導体基板51上においてフォトリソグラフィ工程を経て窒化膜(シリコン窒化膜)52によるマスクパターンを形成する。このマスクパターンに従って基板51に所定深さの溝パターン、いわゆるトレンチ53をエッチング形成する。
【0004】
次に、図5(b)に示すように、トレンチ53を酸化した後(図示せず)、CVD(Chemical Vapor Deposition )法により酸化膜(シリコン酸化膜)54を形成する。酸化膜54はトレンチ53の凹凸に従って堆積レベルが異なってくる。すなわち、酸化膜54に関し、トレンチ53の密度が高い領域は堆積レベルが低く、それに比べてトレンチ53があまり存在しない広い素子領域上は堆積レベルが高く、厚く形成された状態となる。
【0005】
次に、図5(c)に示すように、フォトリソグラフィ技術を利用することにより、素子領域上など比較的厚く形成された状態の酸化膜54を選択的にエッチングし、ある程度薄くした領域541を作る。これにより、後に行われる平坦化工程における均一化を図る。
【0006】
次に、図5(d)に示すように、平坦化処理として化学的機械的研磨、いわゆるCMP(Chemical Mechanical Polishing )技術を利用する。すなわち、被平坦化層の凹凸部に加わる研磨パッドの圧力差で研磨レートの選択性が生じ、所定時間経過後には凹凸部をなだらかにする。窒化膜52をCMPのストッパ膜として検出し、その後に窒化膜52を除去する。これにより、トレンチ53に酸化膜54が埋め込まれたトレンチ素子分離絶縁膜が形成される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成のようにトレンチ・アイソレーションにCMPを実施すれば、誤差の少ない平坦化レベルを実現することができる。しかしながら、やはりトレンチ53の疎密によってCMP時に面内ばらつきが生じることが少なくない。ディシング等研磨ムラが起これば、窒化膜52が早く露出してしまう領域が現れる。これによってCMP処理終了の検出がなされれば、酸化膜54の残留領域が少なからず存在する。従って、その後の窒化膜52の除去工程に支障をきたす。
【0008】
このような事態の対策として、CMP処理は、窒化膜52の検出からさらに研磨時間を多く取り、窒化膜52上に残留した酸化膜54を完全に除去するといった過剰研磨を実行していた。この結果、CMP効率の低下、研磨パッドの劣化の進行、トレンチ素子分離膜としての酸化膜54の膜厚ばらつきに影響を及ぼすといった問題がある。
【0009】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたもので、トレンチ素子分離領域を伴い、特に素子分離領域用の溝の疎密が著しい半導体基板において容易にCMPの研磨ムラを抑制することができ、少ない研磨量で膜厚ばらつきの少ない平坦化レベルを実現する半導体装置の製造方法及び半導体装置を提供しようとするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の[請求項1]に係る半導体装置の製造方法は、
半導体基板上において第1の研磨レートを有する第1の層を形成する工程と、前記第1の層上に前記第1の研磨レートより大きい第2の研磨レートを有する第2の層を形成する工程と、
少なくとも前記第2の層が複数の凹凸を有するように所定深さのダミーパターンを形成する工程と、
リソグラフィ技術を経て前記基板への素子分離用の溝パターンを形成する工程と、
前記第2の層上を含んで前記溝パターンを埋め込む素子分離用の離絶縁膜を堆積する工程と、
少なくとも前記第1の層が露出するまで化学的機械的研磨により平坦化する工程と、
前記第1の層を除去する工程と、
を具備したことを特徴とする。
【0011】
上記本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、研磨レートの異なる第1、第2の層を有し、第1の層上にそれより研磨レートの大きい第2の層が主に凹凸のダミーパターンを形成する。これにより、化学的機械的研磨の際、素子分離用の絶縁膜と第2の層、第2の層と第1の層において研磨速度に差をつけ、かつ研磨圧力の偏りを防止する。これにより、平坦化不均一性をなくす。また、研磨パッドにおける研磨レートの選択性が活かされ、過剰研磨など無駄のない均一的な化学的機械的研磨を実現する。
【0012】
本発明の[請求項2]に係る半導体装置の製造方法は、[請求項1]に従属され、
前記第2の層は前記第1の層よりも厚く形成することを特徴とする。第2の層は、第1の層よりも研磨レートが大きく、また凹凸を形成する関係上、より望ましい構成である。
【0013】
本発明の[請求項3]に係る半導体装置の製造方法は、[請求項1]または[請求項2]に従属され、
前記ダミーパターンにおける凹部の底部は第1の層が露出することを特徴とする。凹凸を形成するリソグラフィ工程の関係による。
【0014】
本発明の[請求項4]に係る半導体装置の製造方法は、[請求項1]〜[請求項3]いずれか一つに従属され、
前記溝パターン形成周辺における前記第2の層はダミーパターンの凹部のみ、または凸部のみで構成されることを特徴とする。リソグラフィ工程の精度向上に寄与する。
【0015】
本発明の[請求項5]に係る半導体装置の製造方法は、[請求項1]〜[請求項4]いずれか一つに従属され、
前記ダミーパターンは、格子溝パターンを有することを特徴とする。
本発明の[請求項6]に係る半導体装置の製造方法は、[請求項1]〜[請求項4]いずれか一つに従属され、
前記ダミーパターンは、複数の開口パターンを有することを特徴とする。
これらのダミーパターンは、均一的な化学的機械的研磨を実現するために好ましい構成である。
【0016】
本発明の[請求項7]に係る半導体装置は、前記[請求項1]〜[請求項6]いずれかの方法を用いて素子分離領域及びこれに囲まれた素子領域が形成された半導体基板を構成することを特徴とする。
【0017】
本発明の[請求項8]に係る半導体装置は、前記[請求項1]〜[請求項6]いずれかの方法を用いて素子分離領域及びこれに囲まれた素子領域が形成された評価用半導体ウェハを構成することを特徴とする。
【0018】
【発明の実施の形態】
図1(a)〜(f)は、それぞれ本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造方法及び半導体装置を工程順に示す断面図である。
図1(a)に示すように、半導体基板10において、CMP(化学的機械的研磨)のストッパ膜として第1の研磨レートを有する第1層、例えばシリコン窒化膜11を形成する。このシリコン窒化膜11上に、機能的にはストッパ膜ではあるが実質的には研磨速度調整用として働く第1の研磨レートより大きい第2の研磨レートを有する第2層、例えばシリコン酸化窒化膜12を形成する。
【0019】
次に図1(b)に示すように、フォトリソグラフィ技術により形成されるレジストマスク(図示せず)及び反応性イオンエッチング技術を利用して、シリコン酸化窒化膜12に対し複数の凹凸を有するように所定深さのダミーパターンDMP1を形成する。ここでは、第1層であるシリコン窒化膜11が露出しないようにエッチング時間を制御してダミーパターンDMP1の凹凸が形成されている。また、素子分離用の溝パターン形成予定領域周辺は、ダミーパターンの凹凸を配列しない。図ではエッチングをしない凸部のみの状態としているが、エッチングして凹部のみの状態としてもよい。
【0020】
次に図1(c)に示すように、新たにフォトリソグラフィ技術を利用してレジストマスクRMを形成し、反応性イオンエッチング技術を利用して、素子分離用の溝パターン、いわゆるトレンチ13をエッチング形成する。すなわち、シリコン酸化窒化膜12及びシリコン窒化膜11、さらには基板10を反応ガスの切替えを伴い連続的にエッチングする。例えばシリコン酸化窒化膜12及びシリコン窒化膜11はCF4やCHF3等で、また、基板10はCl2をエッチングガス種として利用する。ここでは、素子領域の関係上、トレンチ13の疎密の差が現れている領域を示す。すなわち、素子領域A1に比べて大面積の素子領域A2が設けられる部分を含んでいる。
【0021】
次に、図1(d)に示すように、レジスト除去後、トレンチ13を熱酸化し酸化膜(図示せず)を形成した後、CVD(Chemical Vapor Deposition )法により酸化膜(シリコン酸化膜)14を形成する。酸化膜14はトレンチ13が形成する凹凸やダミーパターンDMP1の凹凸に従った堆積レベルとなる。大面積の素子領域A2上にもダミーパターンDMP1があるため、堆積レベルの著しい変化は抑制される。
【0022】
次に、図1(e)に示すように、酸化膜14を主としたCMPを施す。CMP途中、シリコン酸化窒化膜12のダミーパターンDMP1により研磨圧力の偏りが防止されつつ、全体的に研磨速度が落ちる。やがてシリコン酸化窒化膜12とシリコン窒化膜11が混在する研磨に至り、シリコン酸化窒化膜12の割合が極小になるとさらに研磨速度が落ちて研磨終了となる。
【0023】
その後、図1(f)に示すように、熱リン酸浸漬等によるシリコン窒化膜11の除去工程を経る。これにより、トレンチ13に酸化膜14が埋め込まれたトレンチ素子分離絶縁膜が形成される。
【0024】
上記第1実施形態及び方法によれば、研磨レートの異なる2層(シリコン窒化膜11とシリコン酸化窒化膜12)のCMPストッパ膜が用いられる。これにより、研磨レートの大きい上層のシリコン酸化窒化膜12がダミーパターンDMP1を形成し、研磨圧力の偏り防止に寄与する。また、素子分離用の酸化膜14、シリコン酸化窒化膜12、シリコン窒化膜11の占める割合に応じて研磨速度に差がつく。これにより、研磨パッドにおける研磨レートの選択性が活かされ、過剰研磨など無駄のない均一的な化学的機械的研磨が達成される。
【0025】
すなわち、従来の残留酸化膜の懸念は解消される。しかも、CMP効率の低下、研磨パッドの劣化を最小限に抑えつつ、より適切な状態でシリコン窒化膜11の除去工程に移行できる。よって、トレンチ素子分離膜としての酸化膜14の膜厚ばらつきの影響は非常に小さいものとなり、以降の素子製造工程に高信頼性を保つことができる。
【0026】
図2(a)〜(f)は、それぞれ本発明の第2実施形態に係る半導体装置の製造方法及び半導体装置を工程順に示す断面図である。上記第1実施形態と同様の箇所には同一の符号を付して説明する。
図2(a)に示すように、半導体基板10上に第1の研磨レートを有する第1層、例えばシリコン窒化膜11、その上に第1の研磨レートより大きい第2の研磨レートを有する第2層、例えばシリコン酸化窒化膜12を形成する。この構成は第1実施形態の図1(a)と同様である。
【0027】
次に図2(b)に示すように、フォトリソグラフィ技術により形成されるレジストマスク(図示せず)及び反応性イオンエッチング技術を利用して、シリコン酸化窒化膜12に対し複数の凹凸を有するように所定深さのダミーパターンDMP2を形成する。ここでは、底部に第1層であるシリコン窒化膜11を露出させる形態となっている。また、素子分離用の溝パターン形成予定領域周辺は、ダミーパターンの凹凸を配列しない。図ではエッチングしてシリコン窒化膜11を露出させた凹部のみの状態としているが、エッチングせずに凸部のみの状態としてもよい。
【0028】
次に図2(c)に示すように、新たにフォトリソグラフィ技術を利用してレジストマスクRMを形成し、反応性イオンエッチング技術を利用して、素子分離用の溝パターン、いわゆるトレンチ13をエッチング形成する。すなわち、シリコン窒化膜11、基板10を反応ガスの切替えを伴い連続的にエッチングする。例えばシリコン窒化膜11はCF4やCHF3等で、また、基板10はCl2をエッチングガス種として利用する。ここでは、素子領域の関係上、トレンチ13の疎密の差が現れている領域を示す。すなわち、素子領域A1に比べて大面積の素子領域A2が設けられる部分を含んでいる。
【0029】
次に、図2(d)に示すように、レジスト除去後、トレンチ13を熱酸化し酸化膜(図示せず)を形成した後、CVD(Chemical Vapor Deposition )法により酸化膜(シリコン酸化膜)14を形成する。酸化膜14はトレンチ13が形成する凹凸やダミーパターンDMP2の凹凸に従った堆積レベルとなる。大面積の素子領域A2上にもダミーパターンDMP2があるため、堆積レベルの著しい変化は抑制される。
【0030】
次に、図2(e)に示すように、酸化膜14を主としたCMPを施す。CMP途中、シリコン酸化窒化膜12のダミーパターンDMP2により研磨圧力の偏りが防止されつつ、全体的に研磨速度が落ちる。やがてシリコン酸化窒化膜12とシリコン窒化膜11が混在する研磨に至り、シリコン酸化窒化膜12の割合が極小になるとさらに研磨速度が落ちて研磨終了となる。
【0031】
その後、図2(f)に示すように、熱リン酸浸漬等によるシリコン窒化膜11の除去工程を経る。これにより、トレンチ13に酸化膜14が埋め込まれたトレンチ素子分離絶縁膜が形成される。
【0032】
上記第2実施形態及び方法によっても前記第1実施形態と同様の効果が得られる。すなわち、2層CMPストッパ膜として、下層よりも研磨レートの大きい上層のシリコン酸化窒化膜12がダミーパターンDMP2を形成することにより、研磨圧力の偏り防止に寄与する。また、素子分離用の酸化膜14、シリコン酸化窒化膜12、シリコン窒化膜11の占める割合に応じて研磨速度に差がつく。これにより、研磨パッドにおける研磨レートの選択性が活かされ、過剰研磨など無駄のない均一的な化学的機械的研磨が達成される。
【0033】
そして、従来の残留酸化膜の懸念は解消され、CMP効率の低下、研磨パッドの劣化が最小限に抑えられる。従って、より適切な状態でシリコン窒化膜11の除去工程に移行できる。よって、トレンチ素子分離膜としての酸化膜14の膜厚ばらつきの影響は非常に小さいものとなり、以降の素子製造工程に高信頼性を保つことができる。
【0034】
図3(a),(b)は、それぞれ図1や図2に示すようなダミーパターンDMP1,2いずれにも使用可能な具体例を示す平面図である。図3(a)では、格子溝パターン31をフォトリソグラフィ技術により形成する。また、図3(b)では、複数の開口パターン32をフォトリソグラフィ技術により形成する。つまり斜線で示すパターン31、32はいずれも凹部溝パターンとなり、研磨パッドの圧力の偏り防止に寄与し、より均一なCMPを実現する。
【0035】
図4は、前記第1、第2実施形態及び方法が採用される評価用ウェハの部分平面図である。微細化素子を含む半導体集積回路の設計、開発化に伴い、ゲート電極や配線形成に必要なリソグラフィ技術の評価、素子としての製造に関する膜質などの諸条件の評価は重要であり、予め評価用ウェハで評価される。すなわち、評価用ウェハにおいて、実際の設計に則した寸法、ピッチ等、所条件を盛り込んだ様々な素子のパターンが形成され、製造工程の評価がなされるのである。このような評価用ウェハ41のチップ領域部分42には容量形成領域等、大面積の素子領域が設けられることがある。すなわち、素子領域A1に比べて大面積の素子領域A2が設けられる部分を含んでいる。素子分離領域STIは斜線で示してあり、図のようにトレンチの疎密の差が著しい。このような構成に前記第1、第2実施形態及び方法が採用されることによって、高信頼性の素子分離領域が得られ、適正な評価用ウェハが構成できるのである。
【0036】
なお、各実施形態において、CMPのストッパ膜として第1の研磨レートを有する第1層はシリコン窒化膜(11)、第2層はシリコン酸化窒化膜(12)を示したが、これに限らない。第1層上により大きい研磨レートの第2層が研磨速度調整用として凹凸が構成されれば、他の材料を用いても構わない。
【0037】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、CMPストッパとして、研磨レートの異なる第1、第2の層を有し、第1の層上にそれより研磨レートの大きい第2の層が主に凹凸のダミーパターンを形成する。これにより、化学的機械的研磨の際、素子分離用の絶縁膜と第2の層、第2の層と第1の層において研磨速度に差をつけ、かつ研磨圧力の偏りを防止する。これにより、平坦化不均一性をなくす。また、研磨パッドにおける研磨レートの選択性が活かされ、過剰研磨など無駄のない均一的な化学的機械的研磨を実現する。この結果、トレンチ素子分離領域を伴い、特に素子分離領域用の溝の疎密が著しい半導体基板において容易にCMPの研磨ムラを抑制することができ、少ない研磨量で膜厚ばらつきの少ない平坦化レベルを実現す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ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)〜(f)は、それぞれ本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造方法及び半導体装置を工程順に示す断面図である。
【図2】(a)〜(f)は、それぞれ本発明の第2実施形態に係る半導体装置の製造方法及び半導体装置を工程順に示す断面図である。
【図3】(a),(b)は、それぞれ図1や図2に示すようなダミーパターンDMP1,2いずれにも使用可能な具体例を示す平面図である。
【図4】前記第1、第2実施形態及び方法が採用される評価用ウェハの部分平面図である。
【図5】(a)〜(d)は、それぞれ従来の半導体装置のSTI製造法を工程順に示す断面図である。
【符号の説明】
10,51…半導体基板、11,52…シリコン窒化膜、
12…シリコン酸化窒化膜、13,53…トレンチ、14,54…酸化膜、
31,32…凹部溝パターン、41…評価用ウェハ、42…チップ領域部分、
DMP…ダミーパターン、A1,A2…素子領域[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method of manufacturing a semiconductor device and a method of manufacturing a semiconductor device in which a groove for an element isolation region is subjected to pre-planarization processing by chemical mechanical polishing on a semiconductor substrate having a remarkably dense / dense groove.
[0002]
[Prior art]
As a method for separating elements formed on a semiconductor substrate from each other, trench isolation is known. In the trench isolation, a groove (trench) is formed in a semiconductor substrate other than the element formation region, and the inside of the groove is filled with an insulator, particularly, a silicon oxide film or the like, thereby realizing element isolation. Trench isolation provides a deeper isolation distance in the substrate than LOCOS isolation (selective oxidation isolation). For this reason, the separation width can be significantly reduced. Trench isolation is referred to as STI (Shallow Trench Isolation) and is a structure advantageous for high integration of a semiconductor integrated circuit.
[0003]
5A to 5D are cross-sectional views showing a conventional STI manufacturing method of a semiconductor device in the order of steps.
First, as shown in FIG. 5A, a mask pattern of a nitride film (silicon nitride film) 52 is formed on a
[0004]
Next, as shown in FIG. 5B, after oxidizing the trench 53 (not shown), an oxide film (silicon oxide film) 54 is formed by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. The deposition level of the
[0005]
Next, as shown in FIG. 5C, the
[0006]
Next, as shown in FIG. 5D, chemical mechanical polishing, a so-called CMP (Chemical Mechanical Polishing) technique, is used as the planarization treatment. That is, the polishing rate is selected by the pressure difference of the polishing pad applied to the uneven portion of the layer to be planarized, and the uneven portion is made smooth after a predetermined time. The
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By performing CMP on the trench isolation as in the above configuration, a flattening level with less error can be realized. However, in-plane variation often occurs during CMP due to the density of the
[0008]
As a countermeasure against such a situation, in the CMP processing, a longer polishing time is required after the detection of the
[0009]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is possible to easily suppress CMP polishing unevenness in a semiconductor substrate having a trench element isolation region, particularly in a semiconductor substrate in which the density of a groove for an element isolation region is remarkable. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device which realize a flattening level with a small amount of polishing and a small thickness variation.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The method for manufacturing a semiconductor device according to
Forming a first layer having a first polishing rate on a semiconductor substrate; and forming a second layer having a second polishing rate higher than the first polishing rate on the first layer. Process and
Forming a dummy pattern of a predetermined depth so that at least the second layer has a plurality of irregularities;
Forming a groove pattern for element isolation on the substrate via lithography technology,
Depositing a separation insulating film for element isolation that embeds the groove pattern including on the second layer;
Planarizing by chemical mechanical polishing until at least the first layer is exposed;
Removing the first layer;
It is characterized by having.
[0011]
According to the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the first and second layers having different polishing rates are provided, and the second layer having a higher polishing rate is mainly provided on the first layer. A dummy pattern is formed. Thereby, in the chemical mechanical polishing, the polishing rate is made different between the insulating film for element isolation and the second layer, and between the second layer and the first layer, and bias of the polishing pressure is prevented. This eliminates unevenness in planarization. In addition, the selectivity of the polishing rate in the polishing pad is utilized to realize uniform chemical mechanical polishing without waste such as excessive polishing.
[0012]
A method of manufacturing a semiconductor device according to [claim 2] of the present invention is dependent on [claim 1],
The second layer is formed to be thicker than the first layer. The second layer has a higher polishing rate than that of the first layer, and is more preferable in terms of forming irregularities.
[0013]
A method of manufacturing a semiconductor device according to [Claim 3] of the present invention is dependent on [Claim 1] or [Claim 2],
The first layer is exposed at the bottom of the concave portion in the dummy pattern. It depends on the relationship of the lithography process for forming the unevenness.
[0014]
A method of manufacturing a semiconductor device according to [Claim 4] of the present invention is dependent on any one of [Claim 1] to [Claim 3],
The second layer around the formation of the groove pattern is constituted by only the concave portions or only the convex portions of the dummy pattern. It contributes to the improvement of the accuracy of the lithography process.
[0015]
A method for manufacturing a semiconductor device according to [Claim 5] of the present invention is dependent on any one of [Claim 1] to [Claim 4],
The dummy pattern has a lattice groove pattern.
A method of manufacturing a semiconductor device according to [Claim 6] of the present invention is dependent on any one of [Claim 1] to [Claim 4],
The dummy pattern has a plurality of opening patterns.
These dummy patterns are preferable configurations for realizing uniform chemical mechanical polishing.
[0016]
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device in which an element isolation region and an element region surrounded by the element isolation region are formed by using the method according to any one of the first to sixth aspects. It is characterized by comprising.
[0017]
The semiconductor device according to claim 8 of the present invention is an evaluation device in which an element isolation region and an element region surrounded by the element isolation region are formed by using any one of the methods described in [claim 1] to [claim 6]. It is characterized by constituting a semiconductor wafer.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
1A to 1F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention in the order of steps.
As shown in FIG. 1A, a first layer having a first polishing rate, for example, a
[0019]
Next, as shown in FIG. 1B, a plurality of irregularities are formed on the
[0020]
Next, as shown in FIG. 1C, a resist mask RM is newly formed by using a photolithography technique, and a groove pattern for element isolation, that is, a
[0021]
Next, as shown in FIG. 1D, after removing the resist, the
[0022]
Next, as shown in FIG. 1E, CMP mainly using the
[0023]
Thereafter, as shown in FIG. 1F, a step of removing the
[0024]
According to the first embodiment and the method, a CMP stopper film of two layers (
[0025]
That is, the concern about the conventional residual oxide film is solved. In addition, it is possible to shift to the step of removing the
[0026]
2A to 2F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention in the order of steps. The same parts as those in the first embodiment will be described with the same reference numerals.
As shown in FIG. 2A, a first layer having a first polishing rate, for example, a
[0027]
Next, as shown in FIG. 2B, a plurality of irregularities are formed on the
[0028]
Next, as shown in FIG. 2C, a resist mask RM is newly formed by using a photolithography technique, and a groove pattern for element isolation, that is, a
[0029]
Next, as shown in FIG. 2D, after removing the resist, the
[0030]
Next, as shown in FIG. 2E, CMP mainly using the
[0031]
Thereafter, as shown in FIG. 2F, a step of removing the
[0032]
The same effects as those of the first embodiment can be obtained by the second embodiment and the method. That is, the upper
[0033]
Then, the concern about the conventional residual oxide film is solved, and the reduction of the CMP efficiency and the deterioration of the polishing pad are minimized. Therefore, the process can be shifted to the step of removing the
[0034]
FIGS. 3A and 3B are plan views showing specific examples that can be used for any of the dummy patterns DMP1 and DMP2 shown in FIGS. In FIG. 3A, a
[0035]
FIG. 4 is a partial plan view of an evaluation wafer to which the first and second embodiments and the method are adopted. With the design and development of semiconductor integrated circuits including miniaturized elements, it is important to evaluate the lithography technology required for forming gate electrodes and wiring, and to evaluate various conditions such as film quality related to the manufacture of the elements. Is evaluated in. That is, in the evaluation wafer, various element patterns including dimensions, pitches, and the like in accordance with the actual design are formed, and the manufacturing process is evaluated. The
[0036]
In each embodiment, as the CMP stopper film, the first layer having the first polishing rate is the silicon nitride film (11), and the second layer is the silicon oxynitride film (12). However, the present invention is not limited to this. . Other materials may be used as long as the second layer having a higher polishing rate has irregularities on the first layer for adjusting the polishing rate.
[0037]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, as the CMP stopper, the first and second layers having different polishing rates are provided, and the second layer having a higher polishing rate is mainly provided on the first layer. Is formed. Thereby, in the chemical mechanical polishing, the polishing rate is made different between the insulating film for element isolation and the second layer, and between the second layer and the first layer, and bias of the polishing pressure is prevented. This eliminates unevenness in planarization. In addition, the selectivity of the polishing rate in the polishing pad is utilized to realize uniform chemical mechanical polishing without waste such as excessive polishing. As a result, the polishing unevenness of CMP can be easily suppressed in a semiconductor substrate having a trench element isolation region, particularly in a semiconductor substrate in which the trenches for the element isolation region are extremely dense and dense. A method for manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device to be realized can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A to 1F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention in the order of steps.
FIGS. 2A to 2F are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention in the order of steps; FIGS.
FIGS. 3A and 3B are plan views showing specific examples that can be used for both dummy patterns DMP1 and DMP2 shown in FIGS. 1 and 2, respectively.
FIG. 4 is a partial plan view of an evaluation wafer to which the first and second embodiments and the method are adopted.
FIGS. 5A to 5D are cross-sectional views showing a conventional STI manufacturing method for a semiconductor device in the order of steps.
[Explanation of symbols]
10, 51: semiconductor substrate, 11, 52: silicon nitride film,
12 ... silicon oxynitride film, 13, 53 ... trench, 14, 54 ... oxide film,
31, 32 ... concave groove pattern, 41 ... evaluation wafer, 42 ... chip area portion,
DMP: dummy pattern, A1, A2: element region
Claims (8)
前記第1の層上に前記第1の研磨レートより大きい第2の研磨レートを有する第2の層を形成する工程と、
少なくとも前記第2の層が複数の凹凸を有するように所定深さのダミーパターンを形成する工程と、
リソグラフィ技術を経て前記基板への素子分離用の溝パターンを形成する工程と、
前記第2の層上を含んで前記溝パターンを埋め込む素子分離用の絶縁膜を堆積する工程と、
少なくとも前記第1の層が露出するまで化学的機械的研磨により平坦化する工程と、
前記第1の層を除去する工程と、
を具備したことを特徴とする半導体装置の製造方法。Forming a first layer having a first polishing rate on the semiconductor substrate;
Forming a second layer having a second polishing rate greater than the first polishing rate on the first layer;
Forming a dummy pattern of a predetermined depth so that at least the second layer has a plurality of irregularities;
Forming a groove pattern for element isolation on the substrate via lithography technology,
Depositing an insulating film for element isolation that embeds the groove pattern including on the second layer;
Planarizing by chemical mechanical polishing until at least the first layer is exposed;
Removing the first layer;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
半導体装置。The method according to claim 1, wherein the dummy pattern has a lattice groove pattern.
Semiconductor device.
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