JP2006269744A - 半導体装置の製造方法及び半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 ゲート酸化膜が、素子分離膜に隣接する部分で薄膜化することを抑制できる半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板1上に、開口パターン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半導体基板1を等方性エッチングすることにより、半導体基板1に、側面が傾斜している溝1aを形成する工程と、溝1aに絶縁膜を埋め込むことにより素子分離膜4aを形成する工程と、半導体基板1を熱酸化することにより、トランジスタのゲート酸化膜13を形成する工程とを具備する。
【選択図】 図2
【解決手段】本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板1上に、開口パターン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半導体基板1を等方性エッチングすることにより、半導体基板1に、側面が傾斜している溝1aを形成する工程と、溝1aに絶縁膜を埋め込むことにより素子分離膜4aを形成する工程と、半導体基板1を熱酸化することにより、トランジスタのゲート酸化膜13を形成する工程とを具備する。
【選択図】 図2
Description
本発明は、素子分離膜が半導体基板に埋め込まれた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、ゲート酸化膜が、素子分離膜に隣接する部分で薄膜化することを抑制できる半導体装置の製造方法及び半導体装置に関する。
図10は、従来の半導体装置の第1の例を説明する為の断面図である。本例に示す半導体装置は、動作電圧が高い(例えば15V以上)トランジスタを有している。このトランジスタは、素子分離膜102によって他の領域から分離されている。チャネル領域に位置するシリコン基板100には、ゲート酸化膜103が熱酸化法により形成されており、ゲート酸化膜103上にはゲート電極104が形成されている。ゲート電極104の側壁はサイドウォール105によって覆われている。また、シリコン基板100には、低濃度不純物領域106a,106b、並びにソース及びドレインとなる不純物領域107a,107bそれぞれが形成されている。
素子分離膜102は、セミリセスLOCOS法によって形成される。すなわち、シリコン基板100上には、開口パターンを有する窒化シリコン膜(図示せず)が形成される。次いで、窒化シリコン膜をマスクとしてシリコン基板100をエッチングする。これにより、シリコン基板100には溝が形成される。次いで、シリコン基板100を熱酸化する。これにより、シリコン基板100のうち溝が形成された部分には、素子分離膜102が形成される。その後、窒化シリコン膜を除去する。
図11(A)は、従来の半導体装置の第2の例を説明する為の断面図である。本図に示す半導体装置の構造は、素子分離膜102の構造を除いて第1の例と同一である。本例において、素子分離膜102はSTI構造を有しており、シリコン基板100に形成された溝101に埋め込まれている(例えば特許文献1参照)。
特開2000−22141号公報(図6)
図11(B)は、図11(A)のA−A断面図である。溝101は、シリコン基板100を異方性エッチングすることにより形成されているため、側壁101aの傾斜は急である。このため、点線で囲んだ拡大図に示すように、ゲート酸化膜103のうち、溝101に隣接する部分である端部103aは、ゲート酸化膜103の他の部分と比べて薄くなりやすい。これは、ゲート酸化膜103の端部103aが側壁101aの上端部に位置するために、熱酸化反応時におけるシリコン供給量が、他の部分と比べて少なくなるからである。
半導体装置には、動作電圧が異なる複数種類のトランジスタが形成される場合が多い。低電圧で動作するトランジスタは高密度に集積することが望まれるため、このトランジスタの素子分離膜はSTI構造が望ましい。一方、高電圧で動作するトランジスタの素子分離膜をSTI構造にした場合、上記したようにゲート酸化膜の縁が他の部分より薄くなるため、トランジスタの動作電圧を十分に高くできない場合がある。
一方、高電圧で動作するトランジスタの素子分離膜をセミリセスLOCOS法で形成することも考えられるが、この場合、高電圧で動作するトランジスタの素子分離膜を、低電圧で動作するトランジスタの素子分離膜とは別工程で形成する必要がある。このため、工程数が増えてしまう。
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、STI構造の素子分離膜を有するトランジスタにおいて、ゲート酸化膜が、素子分離膜に隣接する部分で薄膜化することを抑制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。
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、半導体基板上に、開口パターン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等方性エッチングすることにより、前記半導体基板に、側面が傾斜している溝を形成する工程と、
前記溝に絶縁膜を埋め込むことにより素子分離膜を形成する工程と、
前記半導体基板を熱酸化することにより、トランジスタのゲート酸化膜を形成する工程とを具備する。
前記マスク膜をマスクとして前記半導体基板を等方性エッチングすることにより、前記半導体基板に、側面が傾斜している溝を形成する工程と、
前記溝に絶縁膜を埋め込むことにより素子分離膜を形成する工程と、
前記半導体基板を熱酸化することにより、トランジスタのゲート酸化膜を形成する工程とを具備する。
この半導体装置の製造方法によれば、前記溝の側面は十分に傾斜しているために、熱酸化反応時における、ゲート酸化膜の端部に対するシリコン供給量が、従来と比べて増大する。このため、従来と比べて、ゲート酸化膜の端部が薄膜化することが抑制される。従って、トランジスタの動作電圧を十分に高く(例えば15V以上)することができる。ゲート酸化膜の本体の厚さが50nm以上である場合、この効果が特に顕著になる。
前記素子分離膜を形成する工程は、例えば、前記マスク膜上及び前記溝内に前記絶縁膜を形成する工程と、前記マスク膜上に位置する前記絶縁膜を研磨除去するとともに、前記マスク膜を、研磨及びエッチバックにより除去する工程と、を具備する。
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、第1の開口パターンを有する第1のマスク膜を形成する工程と、
前記第1のマスク膜をマスクとして前記半導体基板を等方性エッチングすることにより、前記半導体基板に、側面が傾斜している第1の溝を形成する工程と、
前記第1のマスク膜上に、第2の開口パターンを有する第2のマスク膜を形成する工程と、
前記第2のマスク膜をマスクとして前記第1のマスク膜及び前記半導体基板をエッチングすることにより、前記半導体基板に第2の溝を形成する工程と、
前記第1のマスク膜及び前記第2のマスク膜それぞれを除去する工程と、
前記第1の溝に絶縁膜を埋め込むことにより、第1のトランジスタの素子分離膜である第1の素子分離膜を形成するとともに、前記第2の溝に絶縁膜を埋め込むことにより、第2のトランジスタの素子分離膜である第2の素子分離膜を形成する工程と
を具備する。
前記第1のマスク膜をマスクとして前記半導体基板を等方性エッチングすることにより、前記半導体基板に、側面が傾斜している第1の溝を形成する工程と、
前記第1のマスク膜上に、第2の開口パターンを有する第2のマスク膜を形成する工程と、
前記第2のマスク膜をマスクとして前記第1のマスク膜及び前記半導体基板をエッチングすることにより、前記半導体基板に第2の溝を形成する工程と、
前記第1のマスク膜及び前記第2のマスク膜それぞれを除去する工程と、
前記第1の溝に絶縁膜を埋め込むことにより、第1のトランジスタの素子分離膜である第1の素子分離膜を形成するとともに、前記第2の溝に絶縁膜を埋め込むことにより、第2のトランジスタの素子分離膜である第2の素子分離膜を形成する工程と
を具備する。
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、第1の開口パターンを有する第1のマスク膜を形成する工程と、
前記第1のマスク膜をマスクとして前記半導体基板を等方性エッチングすることにより、前記半導体基板に、側面が傾斜している第1の溝を形成する工程と、
前記第1のマスク膜上に、第2の開口パターンを有する第2のマスク膜を形成する工程と、
前記第2のマスク膜をマスクとして前記第1のマスク膜をエッチングすることにより、前記第1のマスク膜に前記第2の開口パターンを形成する工程と、
前記第2のマスク膜を除去する工程と、
前記第1の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、前記半導体基板に第2の溝を形成するとともに、前記第1の溝を深くする工程と、
前記第1のマスク膜を除去する工程と、
前記第1の溝に絶縁膜を埋め込むことにより、第1のトランジスタの素子分離膜である第1の素子分離膜を形成するとともに、前記第2の溝に絶縁膜を埋め込むことにより、第2のトランジスタの素子分離膜である第2の素子分離膜を形成する工程とを具備する。
前記第1のマスク膜をマスクとして前記半導体基板を等方性エッチングすることにより、前記半導体基板に、側面が傾斜している第1の溝を形成する工程と、
前記第1のマスク膜上に、第2の開口パターンを有する第2のマスク膜を形成する工程と、
前記第2のマスク膜をマスクとして前記第1のマスク膜をエッチングすることにより、前記第1のマスク膜に前記第2の開口パターンを形成する工程と、
前記第2のマスク膜を除去する工程と、
前記第1の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、前記半導体基板に第2の溝を形成するとともに、前記第1の溝を深くする工程と、
前記第1のマスク膜を除去する工程と、
前記第1の溝に絶縁膜を埋め込むことにより、第1のトランジスタの素子分離膜である第1の素子分離膜を形成するとともに、前記第2の溝に絶縁膜を埋め込むことにより、第2のトランジスタの素子分離膜である第2の素子分離膜を形成する工程とを具備する。
第1のマスク膜は、例えば窒化シリコン膜である。第2のマスク膜は、例えばフォトレジスト膜である。
上記した半導体装置の製造方法において、前記第1及び第2の素子分離膜を形成する工程の後に、前記半導体基板を熱酸化することにより、前記第1のトランジスタのゲート酸化膜、及び前記第2のトランジスタのゲート酸化膜それぞれを形成する工程を具備し、前記第1のトランジスタの動作電圧は、前記第2のトランジスタの動作電圧より高く、前記第1のトランジスタのゲート酸化膜は、前記第2のトランジスタのゲート酸化膜より厚く形成されてもよい。この場合、前記第1のトランジスタの動作電圧は、例えば15V以上であり、前記第2のトランジスタの動作電圧は、例えば5V以下である。
前記第2のトランジスタは、前記第1のトランジスタより小型である場合、前記第2の溝を形成する工程において、前記半導体基板を異方性エッチングするのが好ましい。
本発明に係る半導体装置は、等方性エッチングを用いて半導体基板に形成され、側面が傾斜している溝と、
前記溝に埋め込まれた素子分離膜とを具備する。
前記溝に埋め込まれた素子分離膜とを具備する。
本発明に係る他の半導体装置は、等方性エッチングを用いて第1素子領域の周囲に位置する半導体基板に形成され、側面が傾斜している第1の溝と、
第2素子領域の周囲に位置する前記半導体基板に形成された第2の溝と、
前記第1の溝に埋め込まれた第1の素子分離膜と、
前記第2の溝に埋め込まれた第2の素子分離膜と、
前記第1の素子領域に位置する前記半導体基板に形成された第1のゲート酸化膜と、
前記第2の素子領域に位置する前記半導体基板に形成され、前記第1のゲート酸化膜より薄い第2のゲート酸化膜とを具備する。
第2素子領域の周囲に位置する前記半導体基板に形成された第2の溝と、
前記第1の溝に埋め込まれた第1の素子分離膜と、
前記第2の溝に埋め込まれた第2の素子分離膜と、
前記第1の素子領域に位置する前記半導体基板に形成された第1のゲート酸化膜と、
前記第2の素子領域に位置する前記半導体基板に形成され、前記第1のゲート酸化膜より薄い第2のゲート酸化膜とを具備する。
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、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。本実施形態で製造される半導体装置は、素子分離膜がトレンチアイソレーション法により形成され、かつ、動作電圧が15V以上のトランジスタを有している。なお、図2(C)は図2(B)のA−A断面図である。
まず、図1(A)に示すように、シリコン基板1に、酸化シリコン膜2をCVD法により形成し、さらに酸化シリコン膜2上に窒化シリコン膜3を、CVD法により形成する。次いで、窒化シリコン膜3上にフォトレジスト膜を塗布し、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3上には、第1の開口パターンを有するレジストパターン50が形成される。次いで、レジストパターン50をマスクとして、窒化シリコン膜3及び酸化シリコン膜2をエッチングする。これにより、窒化シリコン膜3及び酸化シリコン膜2それぞれには、開口部3aが形成される。開口部3aは、トランジスタが形成される素子領域の周囲に位置している。
次いで、図1(B)に示すように、レジストパターン50、窒化シリコン膜3、及び酸化シリコン膜2をマスクとして、シリコン基板1を、ドライエッチングにより等方性エッチングする。これにより、シリコン基板1には、素子分離膜が埋め込まれる溝1aが形成される。溝1aは等方性エッチングにより形成されるため、溝1aの側面は十分に傾斜する。この傾斜角度は、60°以下が好ましい。
その後、図1(C)に示すようにレジストパターン50を除去する。次いで、溝1aの中及び窒化シリコン膜3上に、酸化シリコン膜4をCVD法により形成する。
次いで、図1(D)に示すように、酸化シリコン膜4をCMP法により研磨する。これにより、窒化シリコン膜3上に位置する酸化シリコン膜4が除去される。次いで、窒化シリコン膜3を、所定の膜厚になるまでCMP法により研磨し、さらに、残留している窒化シリコン膜3及び酸化シリコン膜2をエッチバックする。これにより、シリコン基板1の溝1aには素子分離膜4aが埋め込まれる。なお、溝1aの上端部に隣接する素子分離膜4aは、エッチバックの際に除去される。
次いで、図2(A)に示すように、シリコン基板1を熱酸化する。これにより、素子領域に位置するシリコン基板1には、ゲート酸化膜13が形成される。図2(A)の拡大図に示すように、ゲート酸化膜13の端部13aは溝1aの側面上端部に位置しているが、溝1aの側面は十分に傾斜しているため、従来と比べて端部13aが薄膜化することが抑制される。これは、側面が十分に傾斜しているために、熱酸化反応時における、ゲート酸化膜13の端部13aに対するシリコン供給量が、従来と比べて増大するためである。上記した効果は、ゲート酸化膜13の本体の厚さが50nm以上である場合、特に顕著になる。
次いで、図2(B)及び図2(C)に示すように、ゲート酸化膜13上を含む全面上にポリシリコン膜を、例えばCVD法により形成する。次いで、このポリシリコン膜上にフォトレジスト膜(図示せず)を塗布し、このフォトレジスト膜を露光及び現像する。これにより、ポリシリコン膜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ポリシリコン膜をエッチングする。これにより、ゲート酸化膜13上及びその周囲に位置する素子分離膜4a上には、ゲート電極14が形成される。その後、レジストパターンを除去する。
次いで、ゲート電極14及び素子分離膜4aをマスクとして、シリコン基板1に不純物イオンを導入する。これにより、シリコン基板1には低濃度不純物領域16a,16bが形成される。
次いで、ゲート電極14上を含む全面上に酸化シリコン膜をCVD法により形成し、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14の側壁にはサイドウォール15が形成される。
次いで、ゲート電極14及び素子分離膜4a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なる不純物領域17a,17bが形成される。
このようにして、シリコン基板1には素子分離膜4a及びトランジスタが形成される。
このようにして、シリコン基板1には素子分離膜4a及びトランジスタが形成される。
以上、本発明の第1の実施形態によれば、素子分離膜4aが埋め込まれる溝1aは、等方性エッチングによって形成されるため、側面が十分に傾斜する。このため、ゲート酸化膜13を熱酸化法によって形成するにあたり、溝1aの側面上端部に位置するゲート酸化膜13が薄膜化することが抑制される。従って、ゲート酸化膜13の耐圧性の低下が抑制され、トランジスタの動作電圧を高くすることができる。
図3及び図4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為の断面図である。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。
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2及び窒化シリコン膜3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、窒化シリコン膜3上にフォトレジスト膜を塗布し、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3上には、第2の開口パターンを有するレジストパターン51が形成される。
次いで、レジストパターン51をマスクとして、窒化シリコン膜3及び酸化シリコン膜2をエッチングする。これにより、窒化シリコン膜3及び酸化シリコン膜2には開口部3bが形成される。開口部3bは、トランジスタの周囲となる領域上のほかに、シリコン基板1のうちソースが形成されるソース領域70bとチャネル領域70aの間、及びドレインが形成されるドレイン領域70cとチャネル領域70aの間それぞれ上に形成される。
次いで、レジストパターン51をマスクとして不純物イオンを注入する。これにより、シリコン基板1のうちチャネル領域70aとソース領域70bの間、及びチャネル領域70aとドレイン領域70cの間それぞれには、パンチスルーストッパー領域となる不純物領域26が形成される。
次いで、図3(B)に示すように、レジストパターン51、窒化シリコン膜3、及び酸化シリコン膜2をマスクとして、シリコン基板1を等方性エッチングする。このときのエッチング条件は、例えば第1の実施形態と同一である。これにより、シリコン基板1には、素子分離膜が埋め込まれる溝1bが形成される。溝1bは等方性エッチングにより形成されるため、溝1bの側面は十分に傾斜する。なお、溝1bの底部及び側面に位置するシリコン基板1には、不純物領域26が配置されている。
その後、図3(C)に示すようにレジストパターン51を除去する。次いで、溝1bの中に素子分離膜4bを埋め込む。この工程は、第1の実施形態において素子分離膜4aを溝1aに埋め込む工程と同一である。このため、溝1bの上端部に隣接する素子分離膜4bは、エッチバックの際に除去される。なお、素子分離膜4bは、チャネル領域70aとソース領域70bの間、及びチャネル領域70aとドレイン領域70cの間それぞれにも形成される。
次いで、図4(A)に示すように、シリコン基板1を熱酸化する。これにより、チャネル領域70aに位置するシリコン基板1には、ゲート酸化膜23が形成される。ゲート酸化膜23の端部23aは、溝1bの側面上端部に位置しているが、第1の実施形態と同一の作用により、薄膜化することが抑制される。なお、ゲート酸化膜23を形成する工程において、ソース領域70b及びドレイン領域70cそれぞれに位置するシリコン基板1にも、熱酸化膜が形成される。
次いで、図4(B)に示すように、ゲート酸化膜23上を含む全面上に、ゲート電極24を形成する。ゲート電極24の形成方法は、第1の実施形態におけるゲート電極14の形成方法と同一である。次いで、ゲート電極24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24の側壁にはサイドウォール25が形成される。なお、この工程において、ソース領域70b及びドレイン領域70cそれぞれに位置する熱酸化膜も除去される。
次いで、ゲート電極24及び素子分離膜4bをマスクとして、シリコン基板1に不純物イオンを導入する。これにより、シリコン基板1には、ソース及びドレインとなる不純物領域27a,27bが形成される。
このようにして、シリコン基板1には素子分離膜4b及びトランジスタが形成される。本実施形態においても、ゲート酸化膜23を熱酸化法によって形成する際に、溝1bの側面上端部に位置するゲート酸化膜23が薄膜化することが抑制される。従って、ゲート酸化膜23の耐圧性の低下を抑制することができる。
図5及び図6の各図は、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。本実施形態で製造される半導体装置において、第1素子領域10aには、第1の実施形態で示したトランジスタが形成され、第2素子領域10bには他のトランジスタが形成される。また、第2素子領域10bに形成されるトランジスタの動作電圧は、第1素子領域10aに形成されるトランジスタの動作電圧(例えば15V)より低く、例えば1.5V以上5V以下である。また、第2素子領域10bに形成されるトランジスタは、第1素子領域10aに形成されるトランジスタより小型である。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。なお、図6(C)は、図6(B)のA−A断面図である。
まず、図5(A)に示すように、第1素子領域10a及び第2素子領域10bそれぞれに位置するシリコン基板1上に、酸化シリコン膜2、窒化シリコン膜3、及びレジストパターン50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。なお、第1素子領域10aに位置するレジストパターン50には第1の開口パターンが形成されるが、第2素子領域10bに位置するレジストパターン50には開口パターンが形成されない。
次いで、レジストパターン50をマスクとして酸化シリコン膜2、窒化シリコン膜3、及びシリコン基板1をエッチングし、第1素子領域10aの周囲に開口部3a及び溝1aを形成する。溝1aを形成するときのエッチング条件は、第1の実施形態と同一である。このため、溝1aの側面は十分に傾斜する。
その後、図5(B)に示すように、レジストパターン50を除去する。次いで、第1素子領域10a及び第2素子領域10bの全面上にフォトレジスト膜を塗布し、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3上にはレジストパターン52が形成される。第2素子領域10bに位置するレジストパターン52には第3の開口パターンが形成されるが、第1素子領域10aに位置するレジストパターン52には開口パターンが形成されない。
次いで、レジストパターン52をマスクとして、窒化シリコン膜3及び酸化シリコン膜2をエッチングする。これにより、窒化シリコン膜3及び酸化シリコン膜2には開口部3cが形成される。次いで、レジストパターン52、窒化シリコン膜3、及び酸化シリコン膜2をマスクとして、シリコン基板1を異方性エッチングする。これにより、シリコン基板1には、素子分離膜が埋め込まれる溝1cが形成される。このとき、エッチング条件を調節することにより、溝1cの側面の傾斜を、溝1aの側面の傾斜より急にする。
その後、図6(A)に示すように、レジストパターン52を除去する。次いで、溝1a,1cそれぞれの中及び窒化シリコン膜3上に、酸化シリコン膜をCVD法により形成する。次いで、窒化シリコン膜3上に位置する酸化シリコン膜をCMP法により除去し、さらに、窒化シリコン膜3を、所定の膜厚になるまでCMP法により研磨する。次いで、残留している窒化シリコン膜3及び酸化シリコン膜2をエッチバックする。これにより、溝1a,1cそれぞれには素子分離膜4a,4cが埋め込まれる。
次いで、図6(B),(C)それぞれに示すように、シリコン基板1を熱酸化する。これにより、第1素子領域10aに位置するシリコン基板1には、ゲート酸化膜13が形成されるが、この状態において、ゲート酸化膜13の厚さは、第1素子領域10aに形成されるトランジスタの動作電圧に耐えるには不十分である。なお、第2素子領域10bにも酸化膜(図示せず)が形成される。
次いで、ゲート酸化膜13上を含む全面上にフォトレジスト膜(図示せず)を塗布し、このフォトレジスト膜を露光及び現像する。これにより、レジストパターンが形成される。このレジストパターンは、ゲート酸化膜13を覆っているが、第2素子領域10bの酸化膜上には開口部を有している。次いで、このレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことにより、第2素子領域10bに位置する酸化膜を除去する。その後、レジストパターンを除去する。
次いで、シリコン基板1を再び熱酸化する。これにより、第2素子領域10bに位置するシリコン基板1にはゲート酸化膜33が形成される。また、ゲート酸化膜13は厚くなり、第1素子領域10aに形成されるトランジスタの動作電圧に耐える厚さになる。なお、ゲート酸化膜13の端部の薄膜化は、第1の実施形態と同様の作用により抑制される。
次いで、ゲート酸化膜13、及びゲート酸化膜33それぞれ上を含む全面上に、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13上にはゲート電極14が形成され、ゲート酸化膜33上にはゲート電極34が形成される。
次いで、素子分離膜4a,4c、及びゲート電極14,34をマスクとして、シリコン基板1に不純物を注入する。これにより、第1素子領域10aに位置するシリコン基板1には低濃度不純物領域16a,16bが形成され、第2素子領域10bに位置するシリコン基板1には低濃度不純物領域36a,36bが形成される。
次いで、ゲート電極14,34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14,34それぞれの側壁にはサイドウォール15,35が形成される。次いで、素子分離膜4a,4c、ゲート電極14,34及びサイドウォール15,35をマスクとして、シリコン基板1に不純物を再び注入する。これにより、第1素子領域10aには不純物領域17a,17bが形成され、第2素子領域10bにはソース及びドレインとなる不純物領域37a,37bが形成される。
このようにして、第1素子領域10a及び第2素子領域10bそれぞれにはトランジスタが形成される。本実施形態においても、第1素子領域10aの溝1aの側壁は十分に傾斜しているため、第1の実施形態と同一の効果を得ることができる。また、第2素子領域10bにおいて、溝1cの側壁の傾斜は急であるため、溝1c及び素子分離膜4cの幅の増大を抑制できる。従って、第2素子領域10bにおけるトランジスタの集積率の低下を抑制することができる。
図7の各図は、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。本実施形態により製造される半導体装置は、第3の実施形態により製造される半導体装置と同一の構成を有する。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。
まず、図7(A)に示すように、酸化シリコン膜2、窒化シリコン膜3、及びレジストパターン50(図5(A)に示す)を形成する。次いで、第1素子領域10aに位置する酸化シリコン膜2及び窒化シリコン膜3に開口部3a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。その後、レジストパターン50を除去する。
次いで、窒化シリコン膜3及び酸化シリコン膜2をマスクとして、シリコン基板1を等方性エッチングする。これにより、第1素子領域10aに位置するシリコン基板1には溝1aが形成される。シリコン基板1のエッチング条件は、第3の実施形態と同一である。
その後、図7(B)に示すように、第2素子領域10bに位置する酸化シリコン膜2及び窒化シリコン膜3に開口部3cを形成し、その後、第2素子領域10bに位置するシリコン基板1に溝1c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。
その後、図7(C)に示すように、窒化シリコン膜3及び酸化シリコン膜2を除去する。これらの除去方法は、第3の実施形態と同一である。次いで、溝1a,1cそれぞれに素子分離膜4a,4cを埋め込み、さらに、ゲート酸化膜13,33、ゲート電極14,34、サイドウォール15,35(図6(C)に図示)、低濃度不純物領域16a,16b,36a,36b(図6(C)に図示)、及び不純物領域17a,17b,37a,37b(図6(C)に図示)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。
本実施形態においても、第3の実施形態と同一の効果を得ることができる。
本実施形態においても、第3の実施形態と同一の効果を得ることができる。
図8の各図は、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。本実施形態により製造される半導体装置は、溝1a及び素子分離膜4aの形状を除いて、第3の実施形態により製造される半導体装置と同一の構成を有する。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。
まず、図8(A)に示すように、酸化シリコン膜2、窒化シリコン膜3、及びレジストパターン50を形成する。次いで、第1素子領域10aに位置する酸化シリコン膜2及び窒化シリコン膜3に、開口部3a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。
次いで、レジストパターン50、窒化シリコン膜3及び酸化シリコン膜2をマスクとして、シリコン基板1を等方性エッチングする。これにより、第1素子領域10aに位置するシリコン基板1には溝1aが形成される。溝1aの深さは、第3の実施形態より浅く、例えば半分である。なお、シリコン基板1のエッチング条件は、例えばエッチング時間を除いて第3の実施形態と同一である。
その後、図8(B)に示すように、レジストパターン50を除去する。次いで、レジストパターン52(図5(B)に示す)を形成し、レジストパターン52をマスクとしたエッチングを行うことにより、開口部3c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。その後、レジストパターン52を除去する。
次いで、窒化シリコン膜3及び酸化シリコン膜2をマスクとして、シリコン基板1を異方性エッチングする。これにより、溝1cが形成され、かつ溝1aの底部は深くなる。
その後、図8(C)に示すように、窒化シリコン膜3及び酸化シリコン膜2を除去する。これらの除去方法は、第3の実施形態と同一である。次いで、溝1a,1cそれぞれに素子分離膜4a,4cを埋め込み、さらに、ゲート酸化膜13,33、ゲート電極14,34、サイドウォール15,35(図6(C)に図示)、低濃度不純物領域16a,16b,36a,36b(図6(C)に図示)、及び不純物領域17a,17b,37a,37b(図6(C)に図示)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。
本実施形態においても、溝1aの側面の上部は十分に傾斜しているため、第3の実施形態と同一の効果を得ることができる。
図9の各図は、第6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。本実施形態により製造される半導体装置は、第5の実施形態により製造される半導体装置と同一の構成を有する。以下、第5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。
まず、図9(A)に示すように、酸化シリコン膜2、窒化シリコン膜3、及びレジストパターン50(図8(A)に示す)を形成する。次いで、第1素子領域10aに位置する酸化シリコン膜2及び窒化シリコン膜3に開口部3aを形成する。これらの形成方法は、第5の実施形態と同一である。その後、レジストパターン50を除去する。
次いで、窒化シリコン膜3及び酸化シリコン膜2をマスクとして、シリコン基板1を等方性エッチングする。これにより、第1素子領域10aに位置するシリコン基板1には溝1aが形成される。溝1aの深さは、第5の実施形態と略同一である。
次いで、図9(B)に示すように、レジストパターン52(図5(B)に示す)を形成し、レジストパターン52をマスクとしたエッチングを行うことにより、開口部3cを形成する。これらの形成方法は、第5の実施形態と同一である。その後、レジストパターン52を除去する。
次いで、窒化シリコン膜3及び酸化シリコン膜2をマスクとして、シリコン基板1を異方性エッチングする。これにより、溝1cが形成され、かつ溝1aの底部は深くなる。
その後、図9(C)に示すように、窒化シリコン膜3及び酸化シリコン膜2を除去する。これらの除去方法は、第5の実施形態と同一である。次いで、溝1a,1cそれぞれに素子分離膜4a,4cを埋め込み、さらに、ゲート酸化膜13,33、ゲート電極14,34、サイドウォール15,35(図6(C)に図示)、低濃度不純物領域16a,16b,36a,36b(図6(C)に図示)、及び不純物領域17a,17b,37a,37b(図6(C)に図示)を形成する。これらの形成方法は、第5の実施形態と同一である。
本実施形態においても、第5の実施形態と同一の効果を得ることができる。
本実施形態においても、第5の実施形態と同一の効果を得ることができる。
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。
1,100…シリコン基板、1a,1b,1c…溝、2…酸化シリコン膜、3…窒化シリコン膜、3a,3b,3c…開口部、4…酸化シリコン膜、4a,4b,4c,102…素子分離膜、10a…第1素子領域、10b…第2素子領域、13,23,33,103…ゲート酸化膜、13a,23a,103a…端部、14,24,34,104…ゲート電極、15,35,105…サイドウォール、16a,16b,36a,36b,106a,106b…低濃度不純物領域、17a,17b,26、27a,27b,37a,37b,107a,107b…不純物領域、50,51,52…レジストパターン、70a…チャネル領域、70b…ソース領域、70c…ドレイン領域
Claims (13)
- 半導体基板上に、開口パターン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等方性エッチングすることにより、前記半導体基板に、側面が傾斜している溝を形成する工程と、
前記溝に絶縁膜を埋め込むことにより素子分離膜を形成する工程と、
前記半導体基板を熱酸化することにより、トランジスタのゲート酸化膜を形成する工程と、
を具備する半導体装置の製造方法。 - 前記ゲート酸化膜を形成する工程において、前記ゲート酸化膜の本体の厚さを50nm以上にする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記素子分離膜を形成する工程は、
前記マスク膜上及び前記溝内に前記絶縁膜を形成する工程と、
前記マスク膜上に位置する前記絶縁膜を研磨除去するとともに、前記マスク膜を、研磨及びエッチバックにより除去する工程と、
を具備する請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記トランジスタの動作電圧は15V以上である請求項1〜3のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
- 半導体基板上に、第1の開口パターンを有する第1のマスク膜を形成する工程と、
前記第1のマスク膜をマスクとして前記半導体基板を等方性エッチングすることにより、前記半導体基板に、側面が傾斜している第1の溝を形成する工程と、
前記第1のマスク膜上に、第2の開口パターンを有する第2のマスク膜を形成する工程と、
前記第2のマスク膜をマスクとして前記第1のマスク膜及び前記半導体基板をエッチングすることにより、前記半導体基板に第2の溝を形成する工程と、
前記第1のマスク膜及び前記第2のマスク膜それぞれを除去する工程と、
前記第1の溝に絶縁膜を埋め込むことにより、第1のトランジスタの素子分離膜である第1の素子分離膜を形成するとともに、前記第2の溝に絶縁膜を埋め込むことにより、第2のトランジスタの素子分離膜である第2の素子分離膜を形成する工程と、
を具備する半導体装置の製造方法。 - 半導体基板上に、第1の開口パターンを有する第1のマスク膜を形成する工程と、
前記第1のマスク膜をマスクとして前記半導体基板を等方性エッチングすることにより、前記半導体基板に、側面が傾斜している第1の溝を形成する工程と、
前記第1のマスク膜上に、第2の開口パターンを有する第2のマスク膜を形成する工程と、
前記第2のマスク膜をマスクとして前記第1のマスク膜をエッチングすることにより、前記第1のマスク膜に前記第2の開口パターンを形成する工程と、
前記第2のマスク膜を除去する工程と、
前記第1の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、前記半導体基板に第2の溝を形成するとともに、前記第1の溝を深くする工程と、
前記第1のマスク膜を除去する工程と、
前記第1の溝に絶縁膜を埋め込むことにより、第1のトランジスタの素子分離膜である第1の素子分離膜を形成するとともに、前記第2の溝に絶縁膜を埋め込むことにより、第2のトランジスタの素子分離膜である第2の素子分離膜を形成する工程と、
を具備する半導体装置の製造方法。 - 前記第1のマスク膜は窒化シリコン膜である請求項5又は6に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2のマスク膜はフォトレジスト膜である請求項5〜7のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1及び第2の素子分離膜を形成する工程の後に、前記半導体基板を熱酸化することにより、前記第1のトランジスタのゲート酸化膜、及び前記第2のトランジスタのゲート酸化膜それぞれを形成する工程を具備し、
前記第1のトランジスタの動作電圧は、前記第2のトランジスタの動作電圧より高く、前記第1のトランジスタのゲート酸化膜は、前記第2のトランジスタのゲート酸化膜より厚く形成される請求項5〜8のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第1のトランジスタの動作電圧は15V以上であり、前記第2のトランジスタの動作電圧は5V以下である請求項9に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2のトランジスタは、前記第1のトランジスタより小型であり、
前記第2の溝を形成する工程において、前記半導体基板を異方性エッチングする請求項5〜10のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。 - 等方性エッチングを用いて半導体基板に形成され、側面が傾斜している溝と、
前記溝に埋め込まれた素子分離膜と、
を具備する半導体装置。 - 等方性エッチングを用いて第1素子領域の周囲に位置する半導体基板に形成され、側面が傾斜している第1の溝と、
第2素子領域の周囲に位置する前記半導体基板に形成された第2の溝と、
前記第1の溝に埋め込まれた第1の素子分離膜と、
前記第2の溝に埋め込まれた第2の素子分離膜と、
前記第1の素子領域に位置する前記半導体基板に形成された第1のゲート酸化膜と、
前記第2の素子領域に位置する前記半導体基板に形成され、前記第1のゲート酸化膜より薄い第2のゲート酸化膜と、
を具備する半導体装置。
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