JP2006202875A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造方法及び半導体装置に関する。特に本発明は、絶縁膜が形成された半導体基板において、結晶欠陥の発生を抑制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に関する。 The present invention relates to a semiconductor device manufacturing method and a semiconductor device. In particular, the present invention relates to a semiconductor device manufacturing method and a semiconductor device that can suppress the occurrence of crystal defects in a semiconductor substrate on which an insulating film is formed.
図8は、第1の従来例に係る半導体装置の構造を説明する為の断面図である。本従来例に係る半導体装置において、素子領域は、素子分離膜102によって他の領域から分離されている。素子分離膜102は、トレンチアイソレーション法により形成されており、シリコン基板101に形成された溝101aに埋め込まれている。溝101aの内面には、溝101aの角部を丸くするために、熱酸化膜101bが形成されている(例えば特許文献1参照)。
FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining the structure of the semiconductor device according to the first conventional example. In the semiconductor device according to this conventional example, the element region is separated from other regions by the
なお、素子領域には、ゲート酸化膜103、ゲート電極104、サイドウォール105、低濃度不純物領域106a,106b、ならびにソース及びドレインとして機能する不純物領域107a,107bが形成されている。ゲート酸化膜103は、ウェット酸化法により形成された熱酸化膜である。
In the element region, a
図9は、第2の従来例に係る半導体装置の構造を説明する為の断面図である。本従来例に係る半導体装置は、素子分離膜102が、LOCOS法により形成されている。
上記した第1及び第2の従来例それぞれにおいて、ゲート酸化膜を形成するときに、酸化種である水が素子分離膜内を透過する。このため、ゲート酸化膜形成時に、溝の側面及び底面に形成された熱酸化膜が厚くなり、溝の角部に加わる応力が増大していた。この応力増大により、溝の角部に位置する半導体基板に結晶欠陥が発生することがあった。この現象は、ゲート酸化膜を厚くしたい場合(例えば高耐圧トランジスタを形成する場合)に、特に顕著になっていた。 In each of the first and second conventional examples described above, when the gate oxide film is formed, water as an oxidizing species permeates through the element isolation film. For this reason, when the gate oxide film is formed, the thermal oxide film formed on the side surface and the bottom surface of the groove becomes thick, and the stress applied to the corner of the groove increases. Due to this increase in stress, crystal defects may occur in the semiconductor substrate located at the corner of the groove. This phenomenon is particularly remarkable when it is desired to increase the thickness of the gate oxide film (for example, when a high voltage transistor is formed).
また、第1の従来例では、素子分離膜が埋め込まれる溝の内面に、熱酸化膜が形成されている。この熱酸化膜を形成することにより、溝の角部は丸くなり、溝の角部に加わる応力が小さくなる。しかし、半導体装置の微細化が進むと、熱酸化膜の形成による応力の低減では不十分になってくる。 In the first conventional example, a thermal oxide film is formed on the inner surface of the groove in which the element isolation film is embedded. By forming this thermal oxide film, the corner of the groove is rounded and the stress applied to the corner of the groove is reduced. However, as the semiconductor device becomes finer, the stress reduction due to the formation of the thermal oxide film becomes insufficient.
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、絶縁膜が形成された半導体基板において、絶縁膜の角部と接する半導体基板に加わる応力を小さくして、結晶欠陥の発生を抑制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にある。 The present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to reduce the stress applied to the semiconductor substrate in contact with the corner of the insulating film in the semiconductor substrate on which the insulating film is formed, An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device capable of suppressing the occurrence of defects.
上記課題を解決するため、本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板に溝を形成する工程と、
前記溝の内面に位置する前記半導体基板に、フッ素を導入する工程と、
前記溝の内面に、熱酸化膜を形成する工程と、
前記溝に絶縁膜を埋め込む工程とを具備する。
In order to solve the above problems, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a groove in a semiconductor substrate,
Introducing fluorine into the semiconductor substrate located on the inner surface of the groove;
Forming a thermal oxide film on the inner surface of the groove;
Embedding an insulating film in the trench.
本発明に係る他の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に、開口部を有するマスク膜を形成する工程と、
前記マスク膜をマスクとして前記半導体基板をエッチングすることにより、前記半導体基板に溝を形成する工程と、
前記マスク膜をマスクとして、前記溝の内面に位置する前記半導体基板にフッ素を導入する工程と、
前記マスク膜をマスクとして前記半導体基板を熱酸化することにより、前記溝の内面に、熱酸化膜を形成する工程と、
前記溝の中及び前記マスク膜上に絶縁膜を形成する工程と、
前記マスク膜上に位置する絶縁膜を除去する工程と、
前記マスク膜を除去する工程とを具備する。
Another method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a mask film having an opening on a semiconductor substrate,
Etching the semiconductor substrate using the mask film as a mask to form a groove in the semiconductor substrate;
Using the mask film as a mask, introducing fluorine into the semiconductor substrate located on the inner surface of the groove;
Forming a thermal oxide film on the inner surface of the groove by thermally oxidizing the semiconductor substrate using the mask film as a mask;
Forming an insulating film in the groove and on the mask film;
Removing the insulating film located on the mask film;
And a step of removing the mask film.
これらの半導体装置の製造方法によれば、熱酸化膜は、フッ素を含んでいるため、従来と比べてイオン結合性が高くなることにより膜密度が低くなり、柔軟性が高くなる。従って、熱酸化膜を形成するときの熱酸化温度や酸化剤を変更しなくても、熱酸化膜と半導体基板の界面に生じる応力を小さくすることができる。これにより、半導体基板の結晶欠陥の発生が抑制される。 According to these semiconductor device manufacturing methods, since the thermal oxide film contains fluorine, the film has a lower density and higher flexibility due to higher ionic bonding than the conventional one. Therefore, the stress generated at the interface between the thermal oxide film and the semiconductor substrate can be reduced without changing the thermal oxidation temperature and oxidant when forming the thermal oxide film. Thereby, generation | occurrence | production of the crystal defect of a semiconductor substrate is suppressed.
本発明に係る他の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に、開口部を有するマスク膜を形成する工程と、
前記マスク膜をマスクとして、前記開口部の内側に位置する前記半導体基板にフッ素を導入する工程と、
前記マスク膜をマスクとして前記半導体基板を熱酸化することにより、前記開口部の下に位置する熱酸化膜を形成する工程と、
前記マスク膜を除去する工程とを具備する。
Another method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a mask film having an opening on a semiconductor substrate,
Using the mask film as a mask, introducing fluorine into the semiconductor substrate located inside the opening; and
Forming a thermal oxide film located under the opening by thermally oxidizing the semiconductor substrate using the mask film as a mask;
And a step of removing the mask film.
この半導体装置の製造方法によれば、熱酸化膜はフッ素を含んでいるため、従来と比べて膜密度が低くなり、柔軟性が高くなる。従って、絶縁膜と半導体基板の界面に生じる応力が小さくなり、半導体基板の結晶欠陥の発生が抑制される。 According to this method for manufacturing a semiconductor device, since the thermal oxide film contains fluorine, the film density is lower and the flexibility is higher than the conventional one. Accordingly, the stress generated at the interface between the insulating film and the semiconductor substrate is reduced, and the generation of crystal defects in the semiconductor substrate is suppressed.
本発明に係る他の半導体装置の製造方法は、半導体基板に溝を形成する工程と、
前記溝の内面に熱酸化膜を形成する工程と、
前記熱酸化膜に接する前記半導体基板に、フッ素を導入する工程と、
前記溝に埋め込まれた絶縁膜を形成する工程とを具備する。
Another method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a groove in a semiconductor substrate,
Forming a thermal oxide film on the inner surface of the groove;
Introducing fluorine into the semiconductor substrate in contact with the thermal oxide film;
Forming an insulating film embedded in the trench.
本発明に係る他の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に、開口部を有するマスク膜を形成する工程と、
前記マスク膜をマスクとして前記半導体基板をエッチングすることにより、前記半導体基板に溝を形成する工程と、
前記マスク膜をマスクとして前記半導体基板を熱酸化することにより、前記溝の内面に、熱酸化膜を形成する工程と、
前記マスク膜をマスクとして、前記熱酸化膜に接する前記半導体基板にフッ素を導入する工程と、
前記溝の中及び前記マスク膜上に絶縁膜を形成する工程と、
前記マスク膜上に位置する絶縁膜を除去する工程と、
前記マスク膜を除去する工程とを具備する。
Another method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a mask film having an opening on a semiconductor substrate,
Etching the semiconductor substrate using the mask film as a mask to form a groove in the semiconductor substrate;
Forming a thermal oxide film on the inner surface of the groove by thermally oxidizing the semiconductor substrate using the mask film as a mask;
Introducing fluorine into the semiconductor substrate in contact with the thermal oxide film using the mask film as a mask;
Forming an insulating film in the groove and on the mask film;
Removing the insulating film located on the mask film;
And a step of removing the mask film.
前記マスク膜を除去する工程の後に、前記半導体基板を熱酸化することにより、ゲート酸化膜を形成する工程を具備してもよい。ゲート酸化膜を形成する工程において、酸化種が絶縁膜を透過し、熱酸化膜が厚くなることがある。しかし、熱酸化膜に接する半導体基板には、フッ素が導入されている。このため、熱酸化膜のうち厚くなった部分はフッ素を含んでおり、従来と比べて膜密度が低くなり、柔軟性が高くなる。従って、絶縁膜と半導体基板の界面に生じる応力が小さくなり、半導体基板の結晶欠陥の発生が抑制される。 A step of forming a gate oxide film by thermally oxidizing the semiconductor substrate may be provided after the step of removing the mask film. In the step of forming the gate oxide film, the oxidized species may pass through the insulating film and the thermal oxide film may become thick. However, fluorine is introduced into the semiconductor substrate in contact with the thermal oxide film. For this reason, the thickened portion of the thermal oxide film contains fluorine, resulting in a lower film density and higher flexibility than in the prior art. Accordingly, the stress generated at the interface between the insulating film and the semiconductor substrate is reduced, and the generation of crystal defects in the semiconductor substrate is suppressed.
本発明に係る他の半導体装置の製造方法は、半導体基板に溝を形成する工程と、
前記溝の内面に熱酸化膜を形成する工程と、
前記熱酸化膜にフッ素を導入する工程と、
前記溝に埋め込まれた絶縁膜を形成する工程とを具備する。
Another method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a groove in a semiconductor substrate,
Forming a thermal oxide film on the inner surface of the groove;
Introducing fluorine into the thermal oxide film;
Forming an insulating film embedded in the trench.
本発明に係る他の半導体装置の製造方法は、半導体基板に孔又は溝を形成する工程と、
前記孔又は溝の内面に位置する前記半導体基板に、フッ素を導入する工程と、
前記孔又は溝の内面に、熱酸化膜を形成する工程と、
前記孔又は溝に絶縁膜を埋め込む工程と、
前記絶縁膜上に位置する導電膜を形成する工程とを具備する。
Another method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a hole or a groove in a semiconductor substrate,
Introducing fluorine into the semiconductor substrate located on the inner surface of the hole or groove;
Forming a thermal oxide film on the inner surface of the hole or groove;
Embedding an insulating film in the hole or groove;
Forming a conductive film located on the insulating film.
本発明に係る他の半導体装置の製造方法は、半導体基板に孔又は溝を形成する工程と、
前記孔又は溝の内面に、熱酸化膜を形成する工程と、
前記熱酸化膜にフッ素を導入する工程と、
前記孔又は溝に絶縁膜を埋め込む工程と、
前記絶縁膜上に位置する導電膜を形成する工程とを具備する。
Another method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a hole or a groove in a semiconductor substrate,
Forming a thermal oxide film on the inner surface of the hole or groove;
Introducing fluorine into the thermal oxide film;
Embedding an insulating film in the hole or groove;
Forming a conductive film located on the insulating film.
本発明に係る半導体装置は、半導体基板と、
前記半導体基板に形成された溝と、
前記溝の内面に形成された熱酸化膜と、
前記溝に埋め込まれた絶縁膜と、
を具備し、
前記半導体基板と接する前記熱酸化膜にはフッ素が導入されている。
A semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor substrate,
A groove formed in the semiconductor substrate;
A thermal oxide film formed on the inner surface of the groove;
An insulating film embedded in the groove;
Comprising
Fluorine is introduced into the thermal oxide film in contact with the semiconductor substrate.
本発明に係る他の半導体装置は、半導体基板と、
前記半導体基板に形成され、LOCOS法により形成された絶縁膜と、
を具備し、
前記半導体基板と接する前記絶縁膜にはフッ素が導入されている。
Another semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor substrate,
An insulating film formed on the semiconductor substrate and formed by a LOCOS method;
Comprising
Fluorine is introduced into the insulating film in contact with the semiconductor substrate.
前記絶縁膜は、素子領域を他の領域から分離する素子分離膜であり、前記素子領域には、ゲート酸化膜と、前記ゲート酸化膜上に形成されたゲート電極と、前記半導体基板に形成され、ソース及びドレインとして機能する2つの不純物領域とが形成されていてもよい。 The insulating film is an element isolation film that separates an element region from other regions. The element region is formed on the semiconductor substrate by a gate oxide film, a gate electrode formed on the gate oxide film, and the semiconductor substrate. Two impurity regions functioning as a source and a drain may be formed.
本発明に係る半導体装置は、半導体基板と、
前記半導体基板に形成された孔又は溝と、
前記孔又は溝の内面に形成された熱酸化膜と、
前記孔又は溝に埋め込まれた絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成された導電膜と、
を具備し、前記半導体基板と接する前記熱酸化膜にはフッ素が導入されている。
A semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor substrate,
A hole or groove formed in the semiconductor substrate;
A thermal oxide film formed on the inner surface of the hole or groove;
An insulating film embedded in the hole or groove;
A conductive film formed on the insulating film;
And fluorine is introduced into the thermal oxide film in contact with the semiconductor substrate.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図1及び図2は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する為の断面図である。本実施形態は、トレンチアイソレーション法により素子分離膜を形成することにより、素子領域を他の領域から分離する方法である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 and 2 are cross-sectional views for explaining a method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. The present embodiment is a method of separating an element region from other regions by forming an element isolation film by a trench isolation method.
まず、図1(A)に示すように、シリコン基板1上に酸化シリコン膜21をCVD法により形成し、さらに酸化シリコン膜21上に、窒化シリコン膜22をCVD法により形成する。次いで、窒化シリコン膜22上にフォトレジスト膜(図示せず)を形成し、このフォトレジスト膜を露光及び現像する。これにより、窒化シリコン膜22上にはレジストパターンが形成される。次いで、このレジストパターンをマスクとして窒化シリコン膜22をエッチングする。これにより、窒化シリコン膜22には、素子分離膜が埋め込まれる領域の上方に位置する開口部が形成される。その後、レジストパターンを除去する。
First, as shown in FIG. 1A, a
次いで、図1(B)に示すように、窒化シリコン膜22をマスクとして、酸化シリコン膜21及びシリコン基板1をエッチングする。これにより、シリコン基板1には、素子分離膜を埋め込むための溝1aが形成される。
Next, as shown in FIG. 1B, the
次いで、図1(C)に示すように、窒化シリコン膜22をマスクとして、フッ素を含有するイオン(例えばFイオン又はF2イオン)をシリコン基板1に注入する。このとき、イオンが溝1aの側壁を形成するシリコン基板1にも打ち込まれるように、シリコン基板に対してイオンを斜めに注入する。これにより、溝1aの内面を形成するシリコン基板1には、フッ素含有層1bが形成される。フッ素含有層1bの深さ方向の位置は、後述する熱酸化膜2aとシリコン基板1の界面及び深さ方向におけるその周囲である。
Next, as shown in FIG. 1C, fluorine-containing ions (for example, F ions or F 2 ions) are implanted into the
次いで、図2(A)に示すように、窒化シリコン膜22をマスクとしてシリコン基板1を熱酸化する。ここではドライ酸化法を用いる。これにより、溝1aの内面には、熱酸化膜2aが形成され、溝1aの角部が丸くなる。
Next, as shown in FIG. 2A, the
このとき、熱酸化膜2aのうち、シリコン基板1と接する部分及びその上では、フッ素含有層1bのフッ素とシリコンが反応してフッ化シリコンが形成される。フッ化シリコンは、酸化シリコンと比較して、共有結合性が小さく、イオン結合性が大きい。このため熱酸化膜2aのうちシリコン基板1と接する部分は、従来と比べて膜密度が低くなり、柔軟性が高くなる。従って、溝1aの角部(図中網掛けで示す部分)において、シリコン基板1と熱酸化膜2aの界面で生じる応力は小さくなり、シリコン基板1に結晶欠陥が入ることが抑制される。
At this time, in the portion of the
その後、図2(B)に示すように、溝1aの中、及び窒化シリコン膜22上を含む全面上に酸化シリコン膜23を、高密度プラズマCVD法により形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 2B, a
次いで、図2(C)に示すように、酸化シリコン膜23をエッチバックし、さらに窒化シリコン膜22上に位置する酸化シリコン膜23を、CMP法を用いて除去する。これにより、溝1aには酸化シリコンからなる素子分離膜2が埋め込まれる。その後、図2(B)に示した窒化シリコン膜22及び酸化シリコン膜21を除去する。
Next, as shown in FIG. 2C, the
以上、本発明の第1の実施形態によれば、溝1aの底面及び側壁を形成するシリコン基板1にフッ素含有層1bを形成し、その後、熱酸化膜2aを形成したため、熱酸化膜2aのうち、シリコン基板1と接する部分では、酸化シリコンより膜密度が低く、柔軟性が高いフッ化シリコンが生成する。従って、従来と比べて、溝1aの角部において熱酸化膜2aとシリコン基板1の界面で生じる応力は小さくなり、溝1aの角部に位置するシリコン基板1に結晶欠陥が入ることが抑制される。
As described above, according to the first embodiment of the present invention, the fluorine-containing
また、熱酸化膜2aの下にフッ素含有層1bが残っている。このため、その後の熱酸化工程(例えばゲート酸化膜を形成する工程)でフッ素含有層1bが熱酸化し、熱酸化膜2aが厚くなっても、新たに熱酸化した部分ではフッ化シリコンも生成する。従って、後工程で生じる応力の増大が抑制され、溝1aの角部に位置するシリコン基板1に結晶欠陥が入ることが抑制される。
Further, the fluorine-containing
このため、その後の工程で、素子領域にトランジスタ等の素子を形成した場合、形成された素子の歩留まりは高くなる。 For this reason, when an element such as a transistor is formed in the element region in the subsequent process, the yield of the formed element is increased.
図3の各図は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。本実施形態は、熱酸化膜2aが形成された後、フッ素を含有するイオンをシリコン基板1に注入する点が、第1の実施形態と異なる。以下、第1の実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。
Each drawing in FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. This embodiment is different from the first embodiment in that after the
まず、図3(A)に示すように、シリコン基板1上に酸化シリコン膜21及び窒化シリコン膜22を形成し、さらに、窒化シリコン膜22に開口部を形成する。これらの形成方法は、第1の実施形態と同一である。次いで、この開口部をマスクとして酸化シリコン膜21及びシリコン基板1をエッチングする。これにより、シリコン基板1には溝1aが形成される。
First, as shown in FIG. 3A, a
その後、図3(B)に示すように、窒化シリコン膜22をマスクとしてシリコン基板1を熱酸化する。これにより、溝1aには熱酸化膜2aが形成される。
Thereafter, as shown in FIG. 3B, the
次いで、図3(C)に示すように、窒化シリコン膜22をマスクとして、フッ素を含有するイオン(例えばFイオン又はF2イオン)をシリコン基板1に注入することにより、フッ素含有層1bを形成する。フッ素含有層1bの深さ方向の位置は、熱酸化膜2aのうちシリコン基板1と接する部分、及びシリコン基板1のうち熱酸化膜2と接する部分それぞれである。
Next, as shown in FIG. 3C, fluorine-containing
次いで、図3(D)に示すように、溝1aに素子分離膜2を埋め込む。素子分離膜2の埋め込み方法は、第1の実施形態と同一である。
Next, as shown in FIG. 3D, the
以上、第2の実施形態によれば、熱酸化膜2aのうちシリコン基板1と接する部分にフッ素含有層1bを形成したため、後の熱処理工程(例えばゲート酸化膜を形成する工程)において、熱酸化膜2aのうちシリコン基板1と接する部分ではフッ化シリコンが生成する。従って、第1の実施形態と同様に、従来と比べて、溝1aの角部(図3の各図中網掛けで示す部分)に生じる応力は小さくなり、溝1aの角部において、シリコン基板1に結晶欠陥が入ることが抑制される。
As described above, according to the second embodiment, since the fluorine-containing
また、熱酸化膜2aの下にフッ素含有層1bが残っている。このため、その後の熱酸化工程(例えばゲート酸化膜を形成する工程)で熱酸化膜2aが厚くなっても、新たに熱酸化した部分ではフッ化シリコンも生成する。従って、後工程で生じる応力の増大が抑制され、溝1aの角部に位置するシリコン基板1に結晶欠陥が入ることが抑制される。
Further, the fluorine-containing
図4は、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する為の断面図である。本実施形態は、素子領域にトランジスタを形成する方法である。 FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. This embodiment is a method of forming a transistor in an element region.
まず、図4(A)に示すように、シリコン基板1に溝1a、フッ素含有層1b、及び熱酸化膜2aを形成し、さらに、溝1aに素子分離膜2を埋め込む。これらの形成方法は、第1の実施形態と同一である。
First, as shown in FIG. 4A, the
次いで、シリコン基板1を熱酸化することにより、素子領域に熱酸化膜3aを形成する。ここではウェット酸化法を用いる。このとき、酸化種である水が素子分離膜2を透過するため、熱酸化膜2aの下に位置するフッ素含有層1bが酸化され、熱酸化膜2aが厚くなる。このとき、新たに形成された熱酸化膜2aでは、フッ化シリコンが生成しており、柔軟性が従来と比べて高くなる。このため、溝1aの角部(図中網掛けで示す部分)に加わる応力の増加が抑制される。
Next, the
その後、図4(B)に示すように、熱酸化膜3aを除去する。
次いで、図4(C)に示すように、再びシリコン基板1を熱酸化することにより、素子領域に位置するゲート酸化膜3を形成する。ここではウェット酸化法を用いるため、熱酸化膜2aの下に位置するフッ素含有層1bが酸化され、熱酸化膜2aが厚くなる。このとき、新たに形成された熱酸化膜2aでは、フッ化シリコンが生成しており、柔軟性が従来と比べて高くなる。このため、溝1aのコーナー部分に加わる応力の増加が抑制される。
Thereafter, as shown in FIG. 4B, the
Next, as shown in FIG. 4C, the
次いで、図4(D)に示すように、ゲート酸化膜3上にポリシリコン膜を形成し、このポリシリコン膜をパターニングする。これにより、ゲート酸化膜3上にはゲート電極4が形成される。次いで、ゲート電極4及び素子分離膜2をマスクとしてシリコン基板1に不純物を導入する。これにより、シリコン基板1には低濃度不純物領域6a,6bが形成される。
Next, as shown in FIG. 4D, a polysilicon film is formed on the
次いで、ゲート電極4上を含む全面上に、酸化シリコン膜を形成し、この酸化シリコン膜をエッチバックする。これにより、ゲート電極4の側壁にはサイドウォール5が形成される。次いで、ゲート電極4、サイドウォール5、及び素子分離膜2をマスクとしてシリコン基板1に不純物を導入する。これにより、シリコン基板1には、ソース及びドレインとして機能する不純物領域7a,7bが形成される。このようにして、素子領域にはトランジスタが形成される。
Next, a silicon oxide film is formed on the entire surface including on the
以上、第3の実施形態によれば、ウェット酸化法を用いて、熱酸化膜3a、及びゲート酸化膜3それぞれを形成しているが、熱酸化膜2aの下に位置するシリコン基板1には、フッ素含有層1bが形成されている。このため、酸化種である水が素子分離膜2を透過し、溝1aを形成するシリコン基板1が追酸化されて熱酸化膜2aが厚くなっても、新たに形成された熱酸化膜2aには、フッ化シリコンが含まれている。従って、溝1aのコーナー部分に加わる応力の増加が抑制される。
また、熱酸化膜2aが形成される部分にフッ素を注入することにより、低密度な酸化膜が好ましい熱酸化膜2aの膜密度を選択的に制御することができる。
As described above, according to the third embodiment, the
In addition, by implanting fluorine into the portion where the
図5及び図6は、第4の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する為の断面図である。本実施形態に係る半導体装置は、素子分離膜2がLOCOS法により形成される。以下、第3の実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。
5 and 6 are cross-sectional views for explaining a method for manufacturing a semiconductor device according to the fourth embodiment. In the semiconductor device according to the present embodiment, the
まず、図5(A)に示すように、シリコン基板1上に酸化シリコン膜21及び窒化シリコン膜22を形成し、その後、窒化シリコン膜22に開口部を形成する。これらの形成方法は、第3の実施形態と同一である。
First, as shown in FIG. 5A, a
次いで、図5(B)に示すように、窒化シリコン膜22をマスクとして、シリコン基板1にフッ素を含有するイオン(例えばFイオン又はF2イオン)を注入する。これにより、シリコン基板1にはフッ素含有層1bが形成される。フッ素含有層1bの深さ方向の位置は、後述する素子分離膜2とシリコン基板1の界面と重なる位置、及び深さ方向におけるその周囲である。
Next, as shown in FIG. 5B, ions containing fluorine (for example, F ions or F 2 ions) are implanted into the
次いで、図5(C)に示すように、窒化シリコン膜22をマスクとして、シリコン基板1を熱酸化する。これにより、シリコン基板1には素子分離膜2が形成される。素子分離膜2のうちシリコン基板1と接する部分は、フッ素含有層1bを熱酸化することにより形成される。従って、素子分離膜2のうちシリコン基板1と接する部分は、フッ化シリコンを含んでおり、従来と比べて柔軟性が高い。従って、素子分離膜2の端部に接するシリコン基板1(図中網掛けでしめす部分)に生じる応力は、従来と比べて小さくなる。
Next, as shown in FIG. 5C, the
その後、図6(A)に示すように、窒化シリコン膜22及び酸化シリコン膜21を除去する。次いで、素子分離膜2をマスクとしてシリコン基板1を熱酸化し、素子領域に位置する熱酸化膜(図示せず)を形成する。その後、熱酸化膜を除去する。
次いで、シリコン基板1を再び熱酸化することにより、素子領域に位置するゲート酸化膜3を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 6A, the
Next, the
上記した熱酸化膜、及びゲート酸化膜3それぞれを形成するときには、ウェット酸化法が用いられる。このため、酸化種である水が、素子分離膜2の中を透過し、素子分離膜2の下に位置するフッ素含有層1bが熱酸化され、素子分離膜2が厚くなる。しかし、新たに形成された素子分離膜2は、フッ化シリコンを含有するため、柔軟性が高い。従って、素子分離膜2の端部とシリコン基板1の界面に生じる応力の増加が抑制される。
When forming each of the thermal oxide film and the
その後、図6(B)に示すように、ゲート電極4、低濃度不純物領域6a,6b、サイドウォール5、及び不純物領域7a,7bを形成する。これらの形成方法は、第3の実施形態と同一である。
Thereafter, as shown in FIG. 6B, the
以上、第4の実施形態によれば、素子分離膜2はLOCOS法により形成されているが、素子分離膜2のうちシリコン基板1と接する部分、及びシリコン基板1のうち素子分離膜2と接する部分それぞれには、フッ素含有層が形成されている。従って、素子分離膜2とシリコン基板1の界面に生じる応力は、従来と比べて小さくなる。また、ゲート酸化膜3等を形成するときに、素子分離膜2は厚くなるが、この際、素子分離膜2とシリコン基板1の界面で生じる応力の増加が抑制される。
As described above, according to the fourth embodiment, the
図7は、第5の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する為の断面図である。本実施形態では、シリコン基板1に容量素子が形成される。
FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the semiconductor device according to the fifth embodiment. In the present embodiment, a capacitive element is formed on the
まず、図7(A)に示すように、シリコン基板1上に酸化シリコン膜21を形成し、さらに酸化シリコン膜21上に窒化シリコン膜22を形成する。次いで、窒化シリコン膜22に開口部を形成する。次いで、窒化シリコン膜22をマスクとして、酸化シリコン膜21及びシリコン基板1をエッチングする。これにより、シリコン基板1には、孔又は溝10aが形成される。
First, as shown in FIG. 7A, a
次いで、窒化シリコン膜22をマスクとして、孔又は溝10aの内面を形成するシリコン基板1に、フッ素を含有するイオン(例えばFイオン又はF2イオン)を注入し、フッ素含有層1bを形成する。フッ素含有層1bは、後述する熱酸化膜12aと重なる位置に形成される。
Next, using the
次いで、図7(B)に示すように、窒化シリコン膜22をマスクとして、シリコン基板1を熱酸化する。これにより、孔又は溝10aの内面には、熱酸化膜12aが形成される。熱酸化膜12aは、フッ素含有層1bを熱酸化することにより形成されるため、熱酸化膜12aにはフッ化シリコンが含有される。従って、孔又は溝10aの角部において、シリコン基板1と熱酸化膜12aの界面に生じる応力が緩和する。
Next, as shown in FIG. 7B, the
その後、図7(C)に示すように、孔又は溝10a内、ならびに窒化シリコン膜22上を含む全面上に酸化シリコン膜12をCVD法により形成し、その後、窒化シリコン膜22上に位置する酸化シリコン膜12、窒化シリコン膜22、及び酸化シリコン膜21それぞれを除去する。
Thereafter, as shown in FIG. 7C, the
その後、図7(D)に示すように、孔又は溝10a内に埋め込まれた酸化シリコン膜12上を含む全面上に、ポリシリコン膜を形成し、その後、このポリシリコン膜をパターニングする。これにより、孔又は溝10a内に埋め込まれた酸化シリコン膜12上には、ポリシリコン電極13が形成される。このようにして、シリコン基板1には容量素子が形成される。
Thereafter, as shown in FIG. 7D, a polysilicon film is formed on the entire surface including the
以上、本実施形態によれば、孔又は溝10aの底面及び側壁に位置する熱酸化膜12aにはフッ化シリコンが含有される。従って、孔又は溝10aの角部では、シリコン基板1と熱酸化膜12aの界面に生じる応力が緩和する。従って、熱酸化膜12aの周囲に位置するシリコン基板1では結晶欠陥の発生が抑制される。
As described above, according to the present embodiment, the
なお、本実施形態において、孔又は溝10aを形成した後、窒化シリコン膜22をマスクとしてシリコン基板1を熱酸化することにより熱酸化膜12aを形成し、その後、窒化シリコン膜22をマスクとしてフッ素を含有するイオンを注入することにより、フッ素含有層1bを形成してもよい。このようにすると、後工程で熱処理が行われることにより、熱酸化膜12aではフッ化シリコンが生成するため、上記した効果を得ることができる。
In the present embodiment, after forming the hole or
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
1,101…シリコン基板、1a,101a…溝、1b…フッ素含有層、2,102…素子分離膜、2…素子分離膜、2a,3a,12a,101b…熱酸化膜、3,103…ゲート酸化膜、4,104…ゲート電極、5,105…サイドウォール、6a,6b,106a,106b…低濃度不純物領域、7a,7b,107a,107b…不純物領域、10a…孔又は溝、12,21,23…酸化シリコン膜、13…ポリシリコン電極、22…窒化シリコン膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101 ... Silicon substrate, 1a, 101a ... groove | channel, 1b ... Fluorine-containing layer, 2,102 ... Element isolation film, 2 ... Element isolation film, 2a, 3a, 12a, 101b ... Thermal oxide film, 3,103 ... Gate Oxide film, 4,104 ... gate electrode, 5,105 ... sidewall, 6a, 6b, 106a, 106b ... low concentration impurity region, 7a, 7b, 107a, 107b ... impurity region, 10a ... hole or trench, 12, 21 , 23 ... Silicon oxide film, 13 ... Polysilicon electrode, 22 ... Silicon nitride film
Claims (13)
前記溝の内面に位置する前記半導体基板に、フッ素を導入する工程と、
前記溝の内面に、熱酸化膜を形成する工程と、
前記溝に絶縁膜を埋め込む工程と、
を具備する半導体装置の製造方法。 Forming a groove in the semiconductor substrate;
Introducing fluorine into the semiconductor substrate located on the inner surface of the groove;
Forming a thermal oxide film on the inner surface of the groove;
Embedding an insulating film in the groove;
A method for manufacturing a semiconductor device comprising:
前記マスク膜をマスクとして前記半導体基板をエッチングすることにより、前記半導体基板に溝を形成する工程と、
前記マスク膜をマスクとして、前記溝の内面に位置する前記半導体基板にフッ素を導入する工程と、
前記マスク膜をマスクとして前記半導体基板を熱酸化することにより、前記溝の内面に、熱酸化膜を形成する工程と、
前記溝の中及び前記マスク膜上に絶縁膜を形成する工程と、
前記マスク膜上に位置する絶縁膜を除去する工程と、
前記マスク膜を除去する工程と、
を具備する半導体装置の製造方法。 Forming a mask film having an opening on a semiconductor substrate;
Etching the semiconductor substrate using the mask film as a mask to form a groove in the semiconductor substrate;
Using the mask film as a mask, introducing fluorine into the semiconductor substrate located on the inner surface of the groove;
Forming a thermal oxide film on the inner surface of the groove by thermally oxidizing the semiconductor substrate using the mask film as a mask;
Forming an insulating film in the groove and on the mask film;
Removing the insulating film located on the mask film;
Removing the mask film;
A method for manufacturing a semiconductor device comprising:
前記マスク膜をマスクとして、前記開口部の下に位置する前記半導体基板にフッ素を導入する工程と、
前記マスク膜をマスクとして前記半導体基板を熱酸化することにより、前記開口部の内側に位置する熱酸化膜を形成する工程と、
前記マスク膜を除去する工程と、
を具備する半導体装置の製造方法。 Forming a mask film having an opening on a semiconductor substrate;
Using the mask film as a mask, introducing fluorine into the semiconductor substrate located under the opening;
Forming a thermal oxide film located inside the opening by thermally oxidizing the semiconductor substrate using the mask film as a mask;
Removing the mask film;
A method for manufacturing a semiconductor device comprising:
前記溝の内面に熱酸化膜を形成する工程と、
前記熱酸化膜に接する前記半導体基板に、フッ素を導入する工程と、
前記溝に埋め込まれた絶縁膜を形成する工程と、
を具備する半導体装置の製造方法。 Forming a groove in the semiconductor substrate;
Forming a thermal oxide film on the inner surface of the groove;
Introducing fluorine into the semiconductor substrate in contact with the thermal oxide film;
Forming an insulating film embedded in the trench;
A method for manufacturing a semiconductor device comprising:
前記マスク膜をマスクとして前記半導体基板をエッチングすることにより、前記半導体基板に溝を形成する工程と、
前記マスク膜をマスクとして前記半導体基板を熱酸化することにより、前記溝の内面に、熱酸化膜を形成する工程と、
前記マスク膜をマスクとして、前記熱酸化膜に接する前記半導体基板にフッ素を導入する工程と、
前記溝の中及び前記マスク膜上に絶縁膜を形成する工程と、
前記マスク膜上に位置する絶縁膜を除去する工程と、
前記マスク膜を除去する工程と、
を具備する半導体装置の製造方法。 Forming a mask film having an opening on a semiconductor substrate;
Etching the semiconductor substrate using the mask film as a mask to form a groove in the semiconductor substrate;
Forming a thermal oxide film on the inner surface of the groove by thermally oxidizing the semiconductor substrate using the mask film as a mask;
Introducing fluorine into the semiconductor substrate in contact with the thermal oxide film using the mask film as a mask;
Forming an insulating film in the groove and on the mask film;
Removing the insulating film located on the mask film;
Removing the mask film;
A method for manufacturing a semiconductor device comprising:
前記溝の内面に熱酸化膜を形成する工程と、
前記熱酸化膜にフッ素を導入する工程と、
前記溝に埋め込まれた絶縁膜を形成する工程と、
を具備する半導体装置の製造方法。 Forming a groove in the semiconductor substrate;
Forming a thermal oxide film on the inner surface of the groove;
Introducing fluorine into the thermal oxide film;
Forming an insulating film embedded in the trench;
A method for manufacturing a semiconductor device comprising:
前記孔又は溝の内面に位置する前記半導体基板に、フッ素を導入する工程と、
前記孔又は溝の内面に、熱酸化膜を形成する工程と、
前記孔又は溝に絶縁膜を埋め込む工程と、
前記絶縁膜上に位置する導電膜を形成する工程と、
を具備する半導体装置の製造方法。 Forming a hole or groove in a semiconductor substrate;
Introducing fluorine into the semiconductor substrate located on the inner surface of the hole or groove;
Forming a thermal oxide film on the inner surface of the hole or groove;
Embedding an insulating film in the hole or groove;
Forming a conductive film located on the insulating film;
A method for manufacturing a semiconductor device comprising:
前記孔又は溝の内面に、熱酸化膜を形成する工程と、
前記熱酸化膜にフッ素を導入する工程と、
前記孔又は溝に絶縁膜を埋め込む工程と、
前記絶縁膜上に位置する導電膜を形成する工程と、
を具備する半導体装置の製造方法。 Forming a hole or groove in a semiconductor substrate;
Forming a thermal oxide film on the inner surface of the hole or groove;
Introducing fluorine into the thermal oxide film;
Embedding an insulating film in the hole or groove;
Forming a conductive film located on the insulating film;
A method for manufacturing a semiconductor device comprising:
前記半導体基板に形成された溝と、
前記溝の内面に形成された熱酸化膜と、
前記溝に埋め込まれた絶縁膜と、
を具備し、
前記半導体基板と接する前記熱酸化膜にはフッ素が導入されている半導体装置。 A semiconductor substrate;
A groove formed in the semiconductor substrate;
A thermal oxide film formed on the inner surface of the groove;
An insulating film embedded in the groove;
Comprising
A semiconductor device in which fluorine is introduced into the thermal oxide film in contact with the semiconductor substrate.
前記半導体基板に形成され、LOCOS法により形成された絶縁膜と、
を具備し、
前記半導体基板と接する前記絶縁膜にはフッ素が導入されている半導体装置。 A semiconductor substrate;
An insulating film formed on the semiconductor substrate and formed by a LOCOS method;
Comprising
A semiconductor device in which fluorine is introduced into the insulating film in contact with the semiconductor substrate.
前記素子領域には、
ゲート酸化膜と、
前記ゲート酸化膜上に形成されたゲート電極と、
前記半導体基板に形成され、ソース及びドレインとして機能する2つの不純物領域と、
が形成されている請求項10又は11に記載の半導体装置。 The insulating film is an element isolation film that isolates an element region from other regions,
In the element region,
A gate oxide,
A gate electrode formed on the gate oxide film;
Two impurity regions formed on the semiconductor substrate and functioning as a source and a drain;
The semiconductor device according to claim 10, wherein: is formed.
前記半導体基板に形成された孔又は溝と、
前記孔又は溝の内面に形成された熱酸化膜と、
前記孔又は溝に埋め込まれた絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成された導電膜と、
を具備し、
前記半導体基板と接する前記熱酸化膜にはフッ素が導入されている半導体装置。 A semiconductor substrate;
A hole or groove formed in the semiconductor substrate;
A thermal oxide film formed on the inner surface of the hole or groove;
An insulating film embedded in the hole or groove;
A conductive film formed on the insulating film;
Comprising
A semiconductor device in which fluorine is introduced into the thermal oxide film in contact with the semiconductor substrate.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2005011275A JP2006202875A (en) | 2005-01-19 | 2005-01-19 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009283493A (en) * | 2008-05-19 | 2009-12-03 | Seiko Epson Corp | Manufacturing method of semiconductor device |
JP2009283494A (en) * | 2008-05-19 | 2009-12-03 | Seiko Epson Corp | Manufacturing method of semiconductor device |
JP2010505269A (en) * | 2006-09-29 | 2010-02-18 | アドバンスト・マイクロ・ディバイシズ・インコーポレイテッド | Semiconductor device having isolation trenches that induce different types of strain |
KR101382505B1 (en) * | 2007-09-03 | 2014-04-10 | 삼성전자주식회사 | Semiconductor integrated circuit device and fabrication method for the same |
-
2005
- 2005-01-19 JP JP2005011275A patent/JP2006202875A/en not_active Withdrawn
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KR101382505B1 (en) * | 2007-09-03 | 2014-04-10 | 삼성전자주식회사 | Semiconductor integrated circuit device and fabrication method for the same |
JP2009283493A (en) * | 2008-05-19 | 2009-12-03 | Seiko Epson Corp | Manufacturing method of semiconductor device |
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