JP2005353892A - Semiconductor substrate, semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、駆動電圧が異なるデバイスが混在した半導体装置の製造に係り、特にSTI(Shallow Trench Isolation)を製造する工程を備えた半導体基板、半導体装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to the manufacture of a semiconductor device in which devices having different drive voltages are mixed, and more particularly to a semiconductor substrate, a semiconductor device, and a method of manufacturing the same, which include a step of manufacturing STI (Shallow Trench Isolation).
半導体装置は、高集積化、高性能化あるいは多機能化を達成するため、駆動電圧が異なるデバイスを複数用いて構成されるものがある。特に半導体記憶装置等は、半導体チップ内に高耐圧用MOSトランジスタ、それに比べて低耐圧用のMOSトランジスタが混在している。デバイスの高集積化、微細化に伴い、素子分離領域は、トレンチ(溝)に絶縁物(酸化膜)が埋め込まれる構造、STI(Shallow Trench Isolation)が用いられるようになってきている。 Some semiconductor devices are configured by using a plurality of devices having different drive voltages in order to achieve high integration, high performance, or multiple functions. Particularly in a semiconductor memory device or the like, high breakdown voltage MOS transistors and low breakdown voltage MOS transistors are mixed in a semiconductor chip. Along with the high integration and miniaturization of devices, STI (Shallow Trench Isolation), a structure in which an insulator (oxide film) is buried in a trench (groove), has been used.
上記STI構造に関し、トレンチに埋め込まれ平坦化された酸化膜は、半導体基板内全域において、トレンチ底部から半導体基板上のアクティブ領域まで略均等な高さで統一されている。すなわち、アクティブ領域に対する酸化膜の埋め込み深さ(高さ)は、デバイスの駆動電圧によらず略一定である。 With respect to the STI structure, the planarized oxide film embedded in the trench is unified at a substantially uniform height from the bottom of the trench to the active region on the semiconductor substrate throughout the semiconductor substrate. That is, the buried depth (height) of the oxide film with respect to the active region is substantially constant regardless of the drive voltage of the device.
STIは、その構造上、半導体基板のシリコンとトレンチに埋め込まれる酸化膜の熱膨張係数の違いから、製造工程中の熱履歴で基板内応力が大きくなる(STIストレス)。これにより、トレンチの上部縁部付近や底部縁部付近で転位が生じ、結晶欠陥を発生させることが知られている。結晶欠陥は金属不純物等を捕獲し易く、接合リークの増大を招く。 Due to the structure of STI, the stress in the substrate increases due to the thermal history during the manufacturing process due to the difference in thermal expansion coefficient between silicon of the semiconductor substrate and the oxide film embedded in the trench (STI stress). As a result, it is known that dislocations are generated near the upper edge and the bottom edge of the trench, and crystal defects are generated. Crystal defects easily capture metal impurities and the like, and increase junction leakage.
従来、STI等、埋め込み素子分離における基板内結晶欠陥を低減する技術として、埋め込み酸化膜の膜質を工夫する。例えば、所定範囲のアスペクト比を有するトレンチに有機シリコン系CVD法により酸化膜を埋め込む。平坦化の前または後において1100℃〜1350℃の熱処理を施す。これにより、環状構造分離がなされ、5員環以上の環構造、4員環以下の環構造を所定の割合で含む膜構造とする(例えば、特許文献1参照)。
STI構造において、トレンチ深さ、及び、トレンチへ埋め込み平坦化された酸化膜のアクティブ領域に対する高さは、主に駆動電圧の高いデバイスのフィールド反転耐圧によって決定されていた。そのため、駆動電圧の低いデバイスにとっては必要以上にSTIストレスの高い構造となる。従来技術のように埋め込み酸化膜の膜質を工夫するにしても、トレンチへの酸化膜埋め込み状態は、主に駆動電圧の高いデバイスのフィールド反転耐圧に合わせて形成される。駆動電圧の低いデバイスにおいては、極僅かな欠陥でも性能に影響しかねない。よって、駆動電圧の低いデバイスにおいて必要以上の酸化膜埋め込み状態で素子分離を構成することは有益ではない。改善の余地がある。 In the STI structure, the depth of the trench and the height of the oxide film buried and planarized in the trench with respect to the active region are mainly determined by the field inversion breakdown voltage of the device having a high drive voltage. Therefore, it becomes a structure with higher STI stress than necessary for a device with a low driving voltage. Even if the film quality of the buried oxide film is devised as in the prior art, the oxide film buried state in the trench is mainly formed in accordance with the field inversion breakdown voltage of the device having a high drive voltage. In devices with a low drive voltage, even minor defects can affect performance. Therefore, it is not useful to configure element isolation in an oxide film buried state more than necessary in a device having a low driving voltage. There is room for improvement.
本発明は上記のような事情を考慮してなされたもので、駆動電圧の低いデバイスでの結晶欠陥によるリーク電流を抑え、かつ、駆動電圧の高いデバイスのフィールド反転耐圧を確保することのできるトレンチ埋め込み素子分離領域を有する半導体基板、半導体装置及びその製造方法を提供しようとするものである。 The present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and is a trench capable of suppressing a leakage current due to crystal defects in a device having a low driving voltage and ensuring a field inversion breakdown voltage of a device having a high driving voltage. An object of the present invention is to provide a semiconductor substrate having a buried element isolation region, a semiconductor device, and a manufacturing method thereof.
本発明に係る半導体基板は、基板上に絶縁物が埋め込まれる素子分離領域を備え、第1の駆動電圧が与えられるデバイス領域に設けられた、第1の素子分離領域と、前記第1の駆動電圧より低い第2の駆動電圧が与えられるデバイス領域に設けられた、前記第1の素子分離領域よりも埋め込まれる前記絶縁物の高さが低い第2の素子分離領域と、を含む。 The semiconductor substrate according to the present invention includes an element isolation region in which an insulator is embedded on the substrate, the first element isolation region provided in a device region to which a first drive voltage is applied, and the first drive And a second element isolation region provided in a device region to which a second drive voltage lower than the voltage is applied and having a lower height of the insulator embedded than the first element isolation region.
上記本発明に係る半導体基板によれば、第1の素子分離領域よりも、基板に埋め込まれる絶縁物の高さが低い第2の素子分離領域を形成する。これにより、第1の駆動電圧より低い第2の駆動電圧が与えられるデバイス領域において、埋め込まれる絶縁物の基板への応力が緩和される。 According to the semiconductor substrate of the present invention, the second element isolation region is formed in which the height of the insulator embedded in the substrate is lower than that of the first element isolation region. Thereby, in the device region to which the second drive voltage lower than the first drive voltage is applied, the stress on the substrate of the embedded insulator is relaxed.
本発明に係る半導体基板は、基板に形成された所定深さのトレンチに絶縁物が埋め込まれる素子分離領域を備え、第1の駆動電圧が与えられるデバイス領域に設けられた、第1の素子分離領域と、前記第1の駆動電圧より低い第2の駆動電圧が与えられるデバイス領域に設けられた、同じ容積のトレンチで比較して前記第1の素子分離領域よりも埋め込まれる前記絶縁物の体積が小さい第2の素子分離領域と、を含む。 The semiconductor substrate according to the present invention includes an element isolation region in which an insulator is embedded in a trench having a predetermined depth formed in the substrate, and is provided in a device region to which a first drive voltage is applied. The volume of the insulator embedded in the first element isolation region compared with the trench of the same volume provided in the region and the device region to which the second drive voltage lower than the first drive voltage is applied And a second element isolation region having a small size.
上記本発明に係る半導体基板によれば、基板に形成される同じ容積のトレンチで比較して、第1の素子分離領域よりも埋め込まれる絶縁物の体積が小さい第2の素子分離領域を形成する。これにより、第1の駆動電圧より低い第2の駆動電圧が与えられるデバイス領域において、埋め込まれる絶縁物の基板への応力が緩和される。 According to the semiconductor substrate of the present invention, the second element isolation region in which the volume of the insulator embedded is smaller than that of the first element isolation region is formed as compared with the trench having the same volume formed in the substrate. . Thereby, in the device region to which the second drive voltage lower than the first drive voltage is applied, the stress on the substrate of the embedded insulator is relaxed.
なお、上記それぞれ本発明に係る半導体基板において、前記第1の素子分離領域により囲まれた基板上の一素子領域より前記第2の素子分離領域により囲まれた基板上の一素子領域の方が小面積であることを特徴とする。すなわち、サイズの小さい素子に関し、素子分離領域に関する結晶欠陥の防止が重要である。 In each of the semiconductor substrates according to the present invention, one element region on the substrate surrounded by the second element isolation region is more than one element region on the substrate surrounded by the first element isolation region. It is characterized by a small area. That is, it is important to prevent a crystal defect related to the element isolation region for a small-sized element.
また、前記トレンチに埋め込まれる絶縁物は、前記第1、第2の駆動電圧に限らず、前記第1の駆動電圧またはそれより低いその他の所定の駆動電圧が与えられるデバイス領域にそれぞれ必要な埋め込み高さに調整することも考えられる。 Further, the insulator embedded in the trench is not limited to the first and second driving voltages, but is embedded in a device region to which the first driving voltage or other predetermined driving voltage lower than the first driving voltage is applied. It is also possible to adjust the height.
本発明に係る半導体装置は、半導体基板上に絶縁物が埋め込まれる素子分離領域を備え、第1の駆動電圧が与えられるデバイス領域に設けられた、第1の素子分離領域と、前記第1の駆動電圧より低い第2の駆動電圧が与えられるデバイス領域に設けられた、前記第1の素子分離領域よりも埋め込まれる前記絶縁物の高さが低い第2の素子分離領域と、前記第1の素子分離領域に囲まれた半導体基板上に第1のゲート長及び幅を有して設けられた第1のMOS型素子と、前記第2の素子分離領域に囲まれた半導体基板上に前記第1のMOS型素子より小さい第2のゲート長及び幅を有して設けられた第2のMOS型素子と、を含む。 A semiconductor device according to the present invention includes an element isolation region in which an insulator is embedded on a semiconductor substrate, the first element isolation region provided in a device region to which a first drive voltage is applied, and the first element isolation region A second element isolation region provided in a device region to which a second drive voltage lower than the drive voltage is applied, and having a lower height of the insulator embedded than the first element isolation region; A first MOS type element provided with a first gate length and a width on a semiconductor substrate surrounded by the element isolation region, and the first MOS type element provided on the semiconductor substrate surrounded by the second element isolation region. And a second MOS type element provided with a second gate length and width smaller than one MOS type element.
上記本発明に係る半導体装置によれば、第1の素子分離領域よりも、基板に埋め込まれる絶縁物の高さが低い第2の素子分離領域を形成する。第1の駆動電圧より低い第2の駆動電圧が与えられるデバイス領域において、埋め込まれる絶縁物の基板への応力が緩和される。第2の素子分離領域に囲まれた半導体基板上に、第1のMOS型素子より小さい第2のゲート長及び幅を有した第2のMOS型素子を設ける。つまり、より結晶欠陥の影響を受け易い小さいサイズの第2のMOS型素子に対する信頼性が向上する。 According to the semiconductor device of the present invention, the second element isolation region in which the height of the insulator embedded in the substrate is lower than that of the first element isolation region is formed. In the device region to which the second driving voltage lower than the first driving voltage is applied, the stress on the substrate of the embedded insulator is relaxed. A second MOS type element having a second gate length and width smaller than the first MOS type element is provided on the semiconductor substrate surrounded by the second element isolation region. That is, the reliability of the second MOS type element having a small size that is more susceptible to crystal defects is improved.
なお、前記第2のMOS型素子は、素子分離領域において埋め込まれる前記絶縁物上面と同等のレベルもしくは、より下のレベルの前記半導体基板中に拡散層の濃度ピークを有する。すなわち、第2のMOS型素子の信頼性を得るための構成である。
また、前記第2のMOS型素子は、素子分離領域において埋め込まれる前記絶縁物上面と同等のレベルもしくは、より下のレベルの前記半導体基板中に拡散層の濃度ピークを有し、前記第1、第2のMOS型素子共にゲート電極及び拡散層がシリサイド化されている。第2のMOS型素子におけるシリサイド構造の信頼性を得るための構成である。
The second MOS type element has a diffusion layer concentration peak in the semiconductor substrate at a level equivalent to or lower than the upper surface of the insulator buried in the element isolation region. That is, this is a configuration for obtaining the reliability of the second MOS type element.
The second MOS type element has a diffusion layer concentration peak in the semiconductor substrate at a level equivalent to or lower than the upper surface of the insulator buried in the element isolation region. In both the second MOS type elements, the gate electrode and the diffusion layer are silicided. This is a configuration for obtaining the reliability of the silicide structure in the second MOS type element.
本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板上に素子分離用のトレンチを形成する工程と、前記トレンチに絶縁物を埋め込む工程と、を含み、前記トレンチの深さは第1の駆動電圧が与えられるデバイス領域に合わせて設定され、前記トレンチに埋め込まれる絶縁物は、前記第1の駆動電圧または前記第1の駆動電圧より低いその他の所定の駆動電圧が与えられるデバイス領域にそれぞれ必要な埋め込み高さに調整する。 A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a trench for element isolation on a semiconductor substrate and a step of embedding an insulator in the trench, and the depth of the trench is a first driving voltage. The insulator embedded in the trench is necessary for the device region to which the first driving voltage or another predetermined driving voltage lower than the first driving voltage is applied. Adjust to the embedding height.
上記本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、第1の駆動電圧より低い所定の駆動電圧が与えられるデバイス領域のトレンチに埋め込まれる絶縁膜の量を最適化し、フィールド反転耐圧を確保しつつ、基板に埋め込まれる絶縁物の、基板への応力緩和を図る。 According to the semiconductor device manufacturing method of the present invention, the amount of the insulating film embedded in the trench of the device region to which a predetermined drive voltage lower than the first drive voltage is applied is optimized, and the field inversion breakdown voltage is secured. The stress embedded in the substrate is reduced by the insulator embedded in the substrate.
本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板上に素子分離用のトレンチを形成する工程と、前記トレンチに絶縁膜を埋め込む工程と、前記トレンチに埋め込まれた絶縁膜のうち、第1の駆動電圧が与えられるデバイス領域に設けられる部分は耐エッチング部材で保護し、前記第1の駆動電圧より低い第2の駆動電圧が与えられるデバイス領域に設けられる部分は前記絶縁膜の上部を所定厚さ除去するエッチング工程と、前記第1の駆動電圧が与えられるデバイス領域の前記半導体基板と前記第2の駆動電圧が与えられるデバイス領域の前記半導体基板にそれぞれサイズの異なるMOS型素子を形成する工程と、を含む。 The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a trench for element isolation on a semiconductor substrate, a step of embedding an insulating film in the trench, and a first among the insulating films embedded in the trench. The portion provided in the device region to which the driving voltage is applied is protected by an etching-resistant member, and the portion provided in the device region to which the second driving voltage lower than the first driving voltage is provided has a predetermined thickness on the upper portion of the insulating film. An etching process to remove, and a process of forming MOS type elements having different sizes on the semiconductor substrate in the device region to which the first drive voltage is applied and the semiconductor substrate in the device region to which the second drive voltage is applied And including.
上記本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、第1の駆動電圧より低い第2の駆動電圧が与えられるデバイス領域のトレンチに埋め込まれた絶縁膜に対して選択的なエッチングを施す。これにより、基板に埋め込まれる絶縁物の、基板への応力緩和を図る。MOS型素子のサイズによっては、より結晶欠陥の影響を受け易いMOS型素子に対する信頼性を向上させる。 According to the semiconductor device manufacturing method of the present invention, selective etching is performed on the insulating film embedded in the trench in the device region to which the second drive voltage lower than the first drive voltage is applied. Thus, stress relaxation of the insulator embedded in the substrate to the substrate is achieved. Depending on the size of the MOS type element, the reliability of the MOS type element that is more susceptible to crystal defects is improved.
なお、上記本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記素子分離用のトレンチを形成する工程は、前記半導体基板上に酸化膜及び窒化膜の積層のマスクパターンを形成する工程と、前記マスクパターンに従って異方性エッチングし、前記トレンチを形成する工程と、前記トレンチ上部縁部の前記酸化膜を奥行き方向に所定量エッチング除去する工程と、熱処理を伴って前記トレンチ内壁を酸化し前記トレンチの上部縁部及び底部縁部に丸みを付ける工程と、を含む。結晶欠陥の原因となり易いトレンチの上部縁部及び底部縁部のストレスを緩和するため、適当な丸みを付ける。
また、前記絶縁膜の上部を所定厚さ除去するエッチング工程の後に、前記トレンチ上部の露出した半導体基板部分を酸化する工程をさらに含むようにしてもよい。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the step of forming the element isolation trench includes a step of forming a mask pattern of a stack of an oxide film and a nitride film on the semiconductor substrate, and the mask pattern. Performing the anisotropic etching to form the trench, the step of etching and removing the oxide film at the upper edge of the trench by a predetermined amount, and oxidizing the inner wall of the trench with heat treatment to form the upper portion of the trench Rounding the edge and bottom edge. Appropriate rounding is applied to relieve stress at the top and bottom edges of the trench that are likely to cause crystal defects.
In addition, after the etching process for removing the upper portion of the insulating film to a predetermined thickness, a process for oxidizing the exposed semiconductor substrate portion above the trench may be further included.
図1は、本発明の一実施形態に係る半導体基板の要部構成を示す断面図である。シリコン基板11上に所定深さのトレンチ12が形成されている。このトレンチ12に絶縁物である酸化膜13が埋め込まれ、素子分離領域141,142が形成されている。ここで、素子分離領域141は、基板11中、第1の駆動電圧が与えられるデバイス領域A1に形成されるものである。素子分離領域142は、基板11中、第1の駆動電圧よりも低い第2の駆動電圧が与えられるデバイス領域A2に形成されるものである。素子分離領域142は、素子分離領域141よりも埋め込まれる酸化膜13の高さが低い。これにより、トレンチ12の同じ容積部分で比較すると、素子分離領域142の方が素子分離領域141よりも埋め込まれる酸化膜13の体積が小さい。また、デバイス領域A1とA2で一素子領域B1,B2の面積を比べると、デバイス領域A2における一素子領域B2の面積の方が小さくなる。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the main configuration of a semiconductor substrate according to an embodiment of the present invention. A
トレンチ12の深さは、高い方の第1の駆動電圧が与えられるデバイス領域A1のフィールド反転耐圧に合わせて設定されるものである。このトレンチ12を最上部まですべて酸化膜13で充填すると、相当のストレス(基板11への応力)が加わる。これは、半導体装置製造の過程での熱工程によってもストレスの加わり方は変わる。デバイス領域A1では、高い駆動電圧が与えられ、極僅かな結晶欠陥によるリークにそれほど影響しない。しかし、デバイス領域A2は、極僅かな結晶欠陥によるリークに影響し易い低い駆動電圧が与えられ、サイズも小さい素子で構成されるとすれば、STIストレスがあまりかからない構成が望ましい。また、デバイス領域A2は、フィールド反転耐圧についてもデバイス領域A1よりも小さくてよい。そこで、デバイス領域A2における素子分離領域142は、トレンチ12の最上部まで酸化膜13を充填しない構成をとる。素子分離領域142は、素子分離領域141に比べて埋め込まれる酸化膜13の高さが低く、体積が小さくなり、基板11に対する応力も低減される。これにより、素子分離領域142は、素子分離領域141よりも結晶欠陥の起こり難い構造となる。
The depth of the
図2〜図4は、それぞれ上記図1の構成の製造方法を工程順に示す断面図である。
図2に示すように、シリコン基板11上にCVD法を用いるなどして酸化膜21及び窒化膜22を所定厚さ形成する。酸化膜21は10nm程度、窒化膜22は20nm程度の厚さとする。次に、酸化膜21及び窒化膜22に対しフォトリソグラフィ技術を用いて図示しないレジストパターンを形成し、そのパターンに従って異方性エッチングする。これにより、基板11のトレンチ形成予定部が露出した酸化膜21及び窒化膜22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異方性エッチングし、例えば300〜700nmから選択される所定深さのトレンチ12を形成する。上記異方性エッチングはプラズマを伴うドライエッチングでフッ素系のエッチングガスを用いる。次に、フッ酸を用いたウエットエッチングによって、酸化膜21を例えば30nm程度、奥行き方向に除去して、アンダーカット23を形成する。
2 to 4 are cross-sectional views showing the manufacturing method of the configuration shown in FIG. 1 in the order of steps.
As shown in FIG. 2, an
次に、図3に示すように、窒化膜22をマスクとした1000〜1100℃のドライ酸化雰囲気にて、トレンチ内壁に厚さ20nm〜30nmの酸化膜24を形成する。これにより、トレンチ12の上部縁部TE及び底部縁部BEに丸みを持たせる。次に、高密度プラズマを伴うCVD技術を利用して緻密なプラズマ酸化膜を堆積する。成膜条件は、圧力が1Pa程度のSiH4ガスプラズマ雰囲気において、約1分間で、厚さ700〜800nm程度堆積する。これにより、トレンチ12を基板11上方のレベルまで酸化膜13で埋める。
Next, as shown in FIG. 3, an
次に、図4に示すように、窒化膜22をマスクとしたCMP(化学的機械的研磨)技術によって、酸化膜13を除去及び平坦化する。これにより、素子分離領域141が形成される。その後、高い方の第1の駆動電圧が与えられるデバイス領域A1を覆うレジストパターン25を形成する。次に、エッチバック工程を経る。例えば、フッ素系のガスプラズマによるドライエッチングである。エッチング速度の小さい条件で数百nm、例えば200nm程度エッチングすることにより、デバイス領域A2の素子分離領域142が形成される。
Next, as shown in FIG. 4, the
次に、熱リン酸を用いたウエットエッチングによって、窒化膜22を除去する。さらにフッ酸を用いたウエットエッチングによって、酸化膜21をエッチング除去し、基板11を露出させる。これにより、基板11に埋め込まれる酸化膜13の高さが異なる素子分離領域141,142を有する、前記図1のような構成を得る。
Next, the
上記実施形態及び方法によれば、駆動電圧の高いデバイスのフィールド反転耐圧を確保する素子分離領域141が形成される。さらに、この素子分離領域141に比べて、基板11に埋め込まれる酸化膜13の高さが低い素子分離領域142が形成される。この素子分離領域142は、デバイス領域A1に与えられる第1の駆動電圧より低い第2の駆動電圧が与えられるデバイス領域A2において用いられる。すなわち、半導体装置製造の過程での熱工程による素子分離領域に起因する結晶欠陥の防止がより重要な箇所において利用され、効果を発揮する。素子分離領域142により、駆動電圧の低いデバイスでの結晶欠陥によるリーク電流を抑え、かつ、素子分離領域141では駆動電圧の高いデバイスのフィールド反転耐圧を確保することができる。
According to the embodiment and the method, the
図5は、本発明の第2実施形態に係る半導体装置の要部構成を示す断面図である。前記第1実施形態で示した図1の半導体基板において、それぞれの素子領域にMOSトランジスタが構成されている。MOSトランジスタ51,52は、基板(またはウェル)11と逆導電型の拡散層(ソース/ドレイン)を有して構成される。第1の駆動電圧より低い第2の駆動電圧が与えられるデバイス領域A2に形成されるMOSトランジスタ52は、第1の駆動電圧が与えられるデバイス領域A1に形成されるMOSトランジスタ51に比べてサイズが小さい。すなわち、MOSトランジスタ52のゲート長及びゲート幅は、MOSトランジスタ51のそれに比べて小さくなっている。それに応じてゲート酸化膜の厚さを異ならせるようにしてもよい。MOSトランジスタ52に関し、ソース/ドレイン拡散層662の濃度ピークは、素子分離領域142において埋め込まれる酸化膜13上面と同等のレベルもしくは、より下のレベルの基板11中に存在することが望ましい。これにより、シリサイド化への信頼性が得られる。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the main configuration of a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. In the semiconductor substrate of FIG. 1 shown in the first embodiment, a MOS transistor is formed in each element region. The
図6〜図8は、それぞれ本発明の第3実施形態に係る半導体装置及びその製造方法の要部を工程順に示す断面図である。前記図1及び図5の構成と同様の箇所には同一の符号を付す。
図6に示すように、前記図1の半導体基板11において、だいたい700℃〜850℃の範囲の水蒸気雰囲気でのウェット酸化工程を行い、およそ10nm程度の薄いプレ酸化膜を形成する。これにより、トレンチ12の上部縁部TEの形状をさらに丸め整える。次に、1000℃〜1100℃の範囲のドライ酸化雰囲気中で再度プレ酸化膜を形成する。これにより、30nm前後の総合的な犠牲用の酸化膜61を形成する。高温のドライ酸化でトレンチ12の上部縁部TEの丸みは増し、また、トレンチ12底部縁部BE並びにトレンチ12を形作る基板11の壁にかかる応力緩和に寄与する。
6 to 8 are cross-sectional views showing the main part of the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the third embodiment of the present invention in the order of steps. The same reference numerals are given to the same portions as those in the configuration of FIGS.
As shown in FIG. 6, in the
酸化膜61越しに、複数回のフォトリソグラフィ工程及びイオン注入工程を経て図示しないウェルやチャネル領域を形成する。犠牲用の酸化膜61は、上記のような工程を経ることによって、複数回のフォトリソグラフィ工程/イオン注入に伴うレジストの剥離に耐え得る酸化膜質となる。また、素子領域上の基板の平坦度が良好となる。また、特に素子分離領域142近傍の素子領域における酸化膜抜け防止、丸み付けに寄与する。
A well and a channel region (not shown) are formed through the
次に、図7に示すように、犠牲用の酸化膜61を剥離し、ゲート酸化膜621,622を形成する。ゲート酸化膜621,622の膜厚がそれぞれ違う場合、一方のゲート酸化膜を全域に形成し、次に、マスク部材を利用して他のゲート酸化膜が必要な領域のみ剥離して新たに他方のゲート酸化膜を作り直す。次に、所定パターンのゲート電極631,632を形成する。LDD(Lightly Doped Drain )構造とするためソース/ドレインのエクステンション領域641,642形成後、サイドウォール(スペーサ)651,652を形成し、ソース/ドレイン拡散層661,662を形成する。これにより、前記図5のような構成を得る。
Next, as shown in FIG. 7, the
次に、図8に示すように、サリサイドプロセスを用いて、ゲート電極631,632上部、ソース/ドレイン拡散層661,662上部にシリサイド層67を形成する。これにより、低抵抗化を図る構成とする。
Next, as shown in FIG. 8, silicide layers 67 are formed on the
上記実施形態及び方法によれば、駆動電圧の高いMOSトランジスタ51のフィールド反転耐圧を確保する素子分離領域141、それよりも駆動電圧の低いMOSトランジスタ52のフィールド反転耐圧を確保する素子分離領域142が形成される。また、MOSトランジスタ51より駆動電圧の低いMOSトランジスタ52は、フィールド反転耐圧も低くなり、MOSトランジスタ51よりも結晶欠陥によるリーク電流に影響される。よって、MOSトランジスタ52の形成される領域では、素子分離領域141に比べて、トレンチ12の深さは同じでも基板11に埋め込まれる酸化膜13の高さが低く、体積の小さくなる素子分離領域142が形成される。これにより、熱工程を伴う半導体装置製造の過程で結晶欠陥、転移欠陥派生防止の効果が大きくなり、素子分離領域に起因する結晶欠陥の防止がより重要なMOSトランジスタ52において信頼性が向上する。
According to the embodiment and the method described above, the
なお、上記トレンチ12に埋め込まれる酸化膜13は、第1、第2の駆動電圧に限らず、第1の駆動電圧またはそれより低いその他の所定の駆動電圧が与えられるデバイス領域にそれぞれ必要な埋め込み高さに調整することも考えられる。つまり、酸化膜13の埋め込み高さの種類が3以上の半導体基板、半導体装置も考えられる。
The
以上説明したように本発明によれば、駆動電圧が高い方の素子分離領域に関するトレンチ及び絶縁物の埋め込み形態と、駆動電圧が低い方の素子分離領域を同様に合わせることをしない。トレンチの深さは同じでもトレンチの最上部まで絶縁物を充填しない構成をとる。これにより、素子分離のための絶縁物の埋め込み体積が小さくなり、基板に対する応力も低減される。このような素子分離領域を、より結晶欠陥の影響を受け易い小さいサイズの素子を構成する素子分離に利用する。この結果、駆動電圧の低いデバイスでの結晶欠陥によるリーク電流を抑え、かつ、駆動電圧の高いデバイスのフィールド反転耐圧を確保することのできるトレンチ埋め込み素子分離領域を有する半導体基板、半導体装置及びその製造方法を提供することができる。 As described above, according to the present invention, the trench and insulator embedding form related to the element isolation region having the higher drive voltage and the element isolation region having the lower drive voltage are not matched in the same manner. Even if the depth of the trench is the same, an insulator is not filled up to the top of the trench. Thereby, the embedded volume of the insulator for element isolation is reduced, and the stress on the substrate is also reduced. Such an element isolation region is used for element isolation that constitutes a small-sized element that is more susceptible to crystal defects. As a result, a semiconductor substrate having a trench embedded element isolation region that can suppress a leakage current due to crystal defects in a device with a low driving voltage and can secure a field inversion withstand voltage of a device with a high driving voltage, and a semiconductor device and its manufacture A method can be provided.
11…シリコン基板、12…トレンチ、13,21,24、61…酸化膜、141,142…素子分離領域、22…窒化膜、23…アンダーカット、25…レジストパターン、51,52…MOSトランジスタ、621,622…ゲート酸化膜、631,632…ゲート電極、641,642…エクステンション領域、651,652…サイドウォール(スペーサ)、661,662…ソース/ドレイン拡散層、67…シリサイド層、TE…トレンチ上部縁部,TB…トレンチ底部縁部。A1,A2…デバイス領域、B1,B2…一素子領域。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
第1の駆動電圧が与えられるデバイス領域に設けられた、第1の素子分離領域と、
前記第1の駆動電圧より低い第2の駆動電圧が与えられるデバイス領域に設けられた、前記第1の素子分離領域よりも埋め込まれる前記絶縁物の高さが低い第2の素子分離領域と、
を含む半導体基板。 Comprising an element isolation region in which an insulator is embedded on the substrate;
A first element isolation region provided in a device region to which a first drive voltage is applied;
A second element isolation region provided in a device region to which a second drive voltage lower than the first drive voltage is applied, and having a lower height of the insulator embedded than the first element isolation region;
Including a semiconductor substrate.
第1の駆動電圧が与えられるデバイス領域に設けられた、第1の素子分離領域と、
前記第1の駆動電圧より低い第2の駆動電圧が与えられるデバイス領域に設けられた、同じ容積のトレンチで比較して前記第1の素子分離領域よりも埋め込まれる前記絶縁物の体積が小さい第2の素子分離領域と、
を含む半導体基板。 An element isolation region in which an insulator is embedded in a trench having a predetermined depth formed in the substrate,
A first element isolation region provided in a device region to which a first drive voltage is applied;
Compared with a trench having the same volume provided in a device region to which a second drive voltage lower than the first drive voltage is applied, the volume of the insulator embedded in the device isolation region is smaller than that in the first element isolation region. Two element isolation regions;
Including a semiconductor substrate.
第1の駆動電圧が与えられるデバイス領域に設けられた、第1の素子分離領域と、
前記第1の駆動電圧より低い第2の駆動電圧が与えられるデバイス領域に設けられた、前記第1の素子分離領域よりも埋め込まれる前記絶縁物の高さが低い第2の素子分離領域と、
前記第1の素子分離領域に囲まれた半導体基板上に第1のゲート長及び幅を有して設けられた第1のMOS型素子と、
前記第2の素子分離領域に囲まれた半導体基板上に前記第1のMOS型素子より小さい第2のゲート長及び幅を有して設けられた第2のMOS型素子と、
を含む半導体装置。 Comprising an element isolation region in which an insulator is embedded on a semiconductor substrate;
A first element isolation region provided in a device region to which a first drive voltage is applied;
A second element isolation region provided in a device region to which a second drive voltage lower than the first drive voltage is applied, and having a lower height of the insulator embedded than the first element isolation region;
A first MOS type element provided with a first gate length and width on a semiconductor substrate surrounded by the first element isolation region;
A second MOS type element provided on the semiconductor substrate surrounded by the second element isolation region and having a second gate length and width smaller than the first MOS type element;
A semiconductor device including:
前記トレンチに絶縁物を埋め込む工程と、を含み、
前記トレンチの深さは第1の駆動電圧が与えられるデバイス領域に合わせて設定され、前記トレンチに埋め込まれる絶縁物は、前記第1の駆動電圧または前記第1の駆動電圧より低いその他の所定の駆動電圧が与えられるデバイス領域にそれぞれ必要な埋め込み高さに調整する半導体装置の製造方法。 Forming a trench for element isolation on a semiconductor substrate;
Embedding an insulator in the trench,
The depth of the trench is set in accordance with a device region to which a first driving voltage is applied, and the insulator embedded in the trench is the first driving voltage or another predetermined voltage lower than the first driving voltage. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein a device region to which a drive voltage is applied is adjusted to a required embedded height.
前記トレンチに絶縁膜を埋め込む工程と、
前記トレンチに埋め込まれた絶縁膜のうち、第1の駆動電圧が与えられるデバイス領域に設けられる部分は耐エッチング部材で保護し、前記第1の駆動電圧より低い第2の駆動電圧が与えられるデバイス領域に設けられる部分は前記絶縁膜の上部を所定厚さ除去するエッチング工程と、
前記第1の駆動電圧が与えられるデバイス領域の前記半導体基板と前記第2の駆動電圧が与えられるデバイス領域の前記半導体基板にそれぞれサイズの異なるMOS型素子を形成する工程と、
を含む半導体装置の製造方法。 Forming a trench for element isolation on a semiconductor substrate;
Embedding an insulating film in the trench;
Of the insulating film embedded in the trench, a portion provided in a device region to which a first driving voltage is applied is protected by an etching resistant member, and a device to which a second driving voltage lower than the first driving voltage is applied The portion provided in the region is an etching process for removing a predetermined thickness of the upper part of the insulating film;
Forming MOS-type elements having different sizes on the semiconductor substrate in the device region to which the first drive voltage is applied and the semiconductor substrate in the device region to which the second drive voltage is applied;
A method of manufacturing a semiconductor device including:
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Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007027502A (en) * | 2005-07-19 | 2007-02-01 | Renesas Technology Corp | Semiconductor device |
JP2008010444A (en) * | 2006-06-27 | 2008-01-17 | Nec Corp | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
JP2008053518A (en) * | 2006-08-25 | 2008-03-06 | Sony Corp | Semiconductor device |
JP2008124172A (en) * | 2006-11-10 | 2008-05-29 | Fujitsu Ltd | Semiconductor device and its manufacturing method |
JP2009027131A (en) * | 2007-06-20 | 2009-02-05 | Toshiba Corp | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
JP2009071168A (en) * | 2007-09-14 | 2009-04-02 | Toshiba Corp | Nonvolatile semiconductor storage device and manufacturing method thereof |
US8232608B2 (en) | 2008-07-15 | 2012-07-31 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device |
US8937368B2 (en) | 2010-11-19 | 2015-01-20 | Panasonic Corporation | Semiconductor device |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0251266A (en) * | 1988-08-12 | 1990-02-21 | Fuji Electric Co Ltd | Mis type semiconductor device |
JPH113974A (en) * | 1997-06-11 | 1999-01-06 | Hitachi Ltd | Semiconductor integrated circuit device and manufacture thereof |
JP2000068387A (en) * | 1998-08-06 | 2000-03-03 | Siemens Ag | Method for forming pair of mosfets in different electrically insulating region of silicon substrate |
JP2000150662A (en) * | 1998-09-08 | 2000-05-30 | Denso Corp | Semiconductor device and manufacture thereof |
JP2000243856A (en) * | 1999-02-22 | 2000-09-08 | Motorola Inc | Forming method of semiconductor device |
JP2000349164A (en) * | 1999-06-08 | 2000-12-15 | Nec Corp | Manufacture of semiconductor device with element isolation insulating film |
JP2001015612A (en) * | 1999-04-26 | 2001-01-19 | Hitachi Ltd | Manufacture of semiconductor integrated circuit device |
JP2001168184A (en) * | 1999-12-09 | 2001-06-22 | Nec Corp | Semiconductor integrated circuit device, method for separating element thereof and manufacturing method thereof |
JP2004039734A (en) * | 2002-07-01 | 2004-02-05 | Fujitsu Ltd | Method of forming element separating film |
-
2004
- 2004-06-11 JP JP2004173949A patent/JP2005353892A/en not_active Withdrawn
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0251266A (en) * | 1988-08-12 | 1990-02-21 | Fuji Electric Co Ltd | Mis type semiconductor device |
JPH113974A (en) * | 1997-06-11 | 1999-01-06 | Hitachi Ltd | Semiconductor integrated circuit device and manufacture thereof |
JP2000068387A (en) * | 1998-08-06 | 2000-03-03 | Siemens Ag | Method for forming pair of mosfets in different electrically insulating region of silicon substrate |
JP2000150662A (en) * | 1998-09-08 | 2000-05-30 | Denso Corp | Semiconductor device and manufacture thereof |
JP2000243856A (en) * | 1999-02-22 | 2000-09-08 | Motorola Inc | Forming method of semiconductor device |
JP2001015612A (en) * | 1999-04-26 | 2001-01-19 | Hitachi Ltd | Manufacture of semiconductor integrated circuit device |
JP2000349164A (en) * | 1999-06-08 | 2000-12-15 | Nec Corp | Manufacture of semiconductor device with element isolation insulating film |
JP2001168184A (en) * | 1999-12-09 | 2001-06-22 | Nec Corp | Semiconductor integrated circuit device, method for separating element thereof and manufacturing method thereof |
JP2004039734A (en) * | 2002-07-01 | 2004-02-05 | Fujitsu Ltd | Method of forming element separating film |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007027502A (en) * | 2005-07-19 | 2007-02-01 | Renesas Technology Corp | Semiconductor device |
JP2008010444A (en) * | 2006-06-27 | 2008-01-17 | Nec Corp | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
JP2008053518A (en) * | 2006-08-25 | 2008-03-06 | Sony Corp | Semiconductor device |
JP2008124172A (en) * | 2006-11-10 | 2008-05-29 | Fujitsu Ltd | Semiconductor device and its manufacturing method |
JP2009027131A (en) * | 2007-06-20 | 2009-02-05 | Toshiba Corp | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
JP2009071168A (en) * | 2007-09-14 | 2009-04-02 | Toshiba Corp | Nonvolatile semiconductor storage device and manufacturing method thereof |
US7855116B2 (en) | 2007-09-14 | 2010-12-21 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Nonvolatile semiconductor memory device and manufacturing method thereof |
US8232608B2 (en) | 2008-07-15 | 2012-07-31 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device |
US8937368B2 (en) | 2010-11-19 | 2015-01-20 | Panasonic Corporation | Semiconductor device |
JP5799235B2 (en) * | 2010-11-19 | 2015-10-21 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Semiconductor device |
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