JP2007173383A - Method for forming trench element separation region, method for forming silicon nitride film liner, and manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、トレンチ素子分離領域の形成方法、窒化シリコン膜ライナーの形成方法、及び半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for forming a trench element isolation region, a method for forming a silicon nitride film liner, and a method for manufacturing a semiconductor device.
従来、トレンチ素子分離領域の形成方法として、以下の方法が知られている(例えば、特許文献1を参照。)
(a)半導体基板に素子分離用トレンチ形成のための窓を有する第1窒化シリコン膜を含むパターンをマスクとして、半導体基板をエッチングして素子分離用トレンチを形成する。
(b)前記トレンチ内壁を覆うように第2窒化シリコン膜を形成する。
(c)第2窒化シリコン膜を覆い、かつ前記トレンチを完全に埋め込むように第1酸化シリコン膜を形成する。
(d)第1酸化シリコン膜をエッチングし、前記トレンチ側壁上部の第2窒化シリコン膜が露出するまで除去する。
(e)露出した第2窒化シリコン膜をエッチングして除去する。
(f)前記トレンチを埋め込むように第2酸化シリコン膜を形成する。
(g)第1窒化シリコン膜をストッパとして、第2酸化シリコン膜を化学機械研磨する。
(h)露出した第1窒化シリコン膜をエッチングして除去する。
Conventionally, the following method is known as a method for forming a trench element isolation region (see, for example, Patent Document 1).
(A) Using a pattern including a first silicon nitride film having a window for forming an isolation trench on the semiconductor substrate as a mask, the semiconductor substrate is etched to form an isolation trench.
(B) A second silicon nitride film is formed so as to cover the inner wall of the trench.
(C) forming a first silicon oxide film so as to cover the second silicon nitride film and completely fill the trench;
(D) The first silicon oxide film is etched and removed until the second silicon nitride film on the trench sidewall is exposed.
(E) The exposed second silicon nitride film is removed by etching.
(F) A second silicon oxide film is formed so as to fill the trench.
(G) Chemical mechanical polishing of the second silicon oxide film using the first silicon nitride film as a stopper.
(H) The exposed first silicon nitride film is removed by etching.
以上の工程によって、トレンチ内壁に第2窒化シリコン膜を有するトレンチ素子分離領域が得られる。第2窒化シリコン膜は、トレンチ内の第1酸化シリコン膜が収縮して素子形成領域に加える圧縮応力を緩和する機能を有している。このような機能から、トレンチ内壁に形成された窒化シリコン膜は、窒化シリコン膜ライナーと呼ばれている。 Through the above steps, a trench element isolation region having the second silicon nitride film on the inner wall of the trench is obtained. The second silicon nitride film has a function of relieving compressive stress applied to the element formation region by contraction of the first silicon oxide film in the trench. Because of this function, the silicon nitride film formed on the inner wall of the trench is called a silicon nitride film liner.
上記方法では、トレンチ側壁上部において、第2窒化シリコン膜からなる窒化シリコン膜ライナーが除去されているが、これは、トレンチ内壁全体に窒化シリコン膜ライナーが形成されていると、基板表面の第1窒化シリコン膜を除去する際に、窒化シリコン膜ライナーも一部除去されて、凹部(devot)が形成されることがあるためである。
凹部形成を避けるために、トレンチ側壁上部において窒化シリコン膜ライナーの除去を行っているが、窒化シリコン膜ライナーの除去深さ(除去された部分の基板表面からの長さ)がばらつくと、素子形成領域に加わる応力の大きさがばらつき、その結果、素子形成領域にトランジスタを形成したときのドレイン電流の大きさがばらつくことになる。従って、窒化シリコン膜ライナーの除去深さのばらつきを減少させることが望まれている。 In order to avoid the formation of recesses, the silicon nitride film liner is removed at the upper portion of the trench sidewall. However, if the removal depth of the silicon nitride film liner (the length of the removed portion from the substrate surface) varies, element formation is performed. The magnitude of the stress applied to the region varies, and as a result, the magnitude of the drain current when the transistor is formed in the element formation region varies. Therefore, it is desired to reduce the variation in the removal depth of the silicon nitride film liner.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、簡易かつ精度よく、トレンチ側壁上部の窒化シリコン膜ライナーの除去を行うことができる、トレンチ素子分離領域の形成方法を提供するものである。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a method for forming a trench element isolation region capable of easily and accurately removing a silicon nitride film liner on an upper portion of a trench sidewall. .
本発明のトレンチ素子分離領域の形成方法は、(a)半導体基板に素子分離用トレンチ形成のための窓を有する第1酸化シリコン膜及び第1窒化シリコン膜を含むパターンをマスクとして、半導体基板をエッチングして素子分離用トレンチを形成する工程と、(b)前記トレンチ内に露出したシリコン基板表面に第2酸化シリコン膜を形成し、更に第2酸化シリコン膜及び前記パターン表面に第2窒化シリコン膜を形成する工程と、(c)第2窒化シリコン膜を覆い、前記トレンチの途中の深さで埋め込みを終えるように第3酸化シリコン膜を異方性の成膜法によって形成する工程と、(d)第3酸化シリコン膜を等方性エッチングし、トレンチ側壁上部の第2窒化シリコン膜が露出するまで除去する工程と、(e)露出した第2窒化シリコン膜をエッチングして除去する工程と、(f)前記トレンチを埋め込むように第4酸化シリコン膜を形成する工程と、(g)第2又は第1窒化シリコン膜をストッパとして、第4酸化シリコン膜を平坦化する工程と、(h)第2及び第1窒化シリコン膜、又は第1窒化シリコン膜をエッチングして除去してトレンチ素子分離領域を形成する工程とを含むことを特徴とする。 A method for forming a trench element isolation region according to the present invention includes: (a) using a pattern including a first silicon oxide film and a first silicon nitride film having a window for forming an element isolation trench in a semiconductor substrate as a mask; (B) forming a second silicon oxide film on the surface of the silicon substrate exposed in the trench, and further forming a second silicon nitride film on the second silicon oxide film and the pattern surface. A step of forming a film; and (c) a step of forming a third silicon oxide film by an anisotropic film formation method so as to cover the second silicon nitride film and finish filling at a depth in the middle of the trench; (D) a step of isotropically etching the third silicon oxide film to remove it until the second silicon nitride film on the trench sidewall is exposed; and (e) the exposed second silicon nitride film. Removing the film by etching; (f) forming a fourth silicon oxide film so as to fill the trench; and (g) a fourth silicon oxide film using the second or first silicon nitride film as a stopper. And (h) a step of etching and removing the second and first silicon nitride films or the first silicon nitride film to form a trench element isolation region.
本発明者らは、異方性の成膜法によって前記トレンチを途中まで第3酸化シリコン膜で埋め込み(工程(c))、第3酸化シリコン膜を等方性エッチングすることによって、トレンチ側壁の第3酸化シリコン膜を除去して、トレンチ側壁上部の窒化シリコン膜を露出させる(工程(d))ことができることを見出し、本発明の完成に到った。 The inventors filled the trench with a third silicon oxide film halfway by an anisotropic film formation method (step (c)), and isotropically etched the third silicon oxide film, thereby It has been found that the third silicon oxide film can be removed to expose the silicon nitride film on the trench sidewall (step (d)), and the present invention has been completed.
第3酸化シリコン膜は、トレンチの途中の深さで埋め込みを終えるため、特許文献1の方法と比較して、成膜量を減らすことができる。また、第3酸化シリコン膜のエッチング量も減少させることができる。従って、本発明によれば、成膜・エッチングに必要な材料や時間を減少させることができる。
Since the third silicon oxide film is embedded at a depth in the middle of the trench, the amount of film formation can be reduced as compared with the method of
また、本発明によれば、第3酸化シリコン膜について、以下の二種類のばらつきを減少させることができる。
(1)パターン疎密によるばらつき
HDPCVD法などによる成膜では、一般に、膜の堆積速度は、密(狭い)パターンの部分で大きく、疎(広い)パターンの部分では小さい。一方、エッチングの速度は、一般に、パターン疎密による影響を受けにくい。従って、形成する膜の厚さが大きくなるほど、密パターンの部分と疎パターンの部分とで、エッチング後に残る膜の厚さの差が大きくなる。本発明では、トレンチの途中の深さで第3酸化シリコン膜の埋め込みを終えるため、特許文献1の場合よりも、成膜量が小さくなる。従って、本発明によれば、密パターンの部分と疎パターンの部分と間の、エッチング後に残る膜の厚さの差(ばらつき)を減少させることができる。
(2)面内ばらつき
基板面全体で厳密に均一に成膜やエッチングを行うことは極めて困難であり、成膜・エッチングともに、通常は、一定のばらつきが発生する。このばらつきは、成膜量・エッチング量が大きくなるほど、それぞれ大きくなる。本発明によれば、第3酸化シリコン膜の成膜量及びエッチング量の両方を、特許文献1の場合よりも、少なくすることができる。従って、本発明によれば、面内ばらつきを減少させることができる。
Further, according to the present invention, the following two types of variations can be reduced for the third silicon oxide film.
(1) Variation due to pattern density In film formation by the HDPCVD method or the like, generally, the deposition rate of a film is large in a dense (narrow) pattern portion and small in a sparse (wide) pattern portion. On the other hand, the etching rate is generally less affected by pattern density. Therefore, as the thickness of the film to be formed increases, the difference in the thickness of the film remaining after etching increases between the dense pattern portion and the sparse pattern portion. In the present invention, since the third silicon oxide film is embedded at a depth in the middle of the trench, the amount of film formation is smaller than in the case of
(2) In-plane variation It is extremely difficult to perform film formation and etching strictly and uniformly over the entire substrate surface, and usually a certain variation occurs in both film formation and etching. This variation increases as the film formation amount and the etching amount increase. According to the present invention, both the amount of film formation and the etching amount of the third silicon oxide film can be reduced as compared with the case of
第3酸化シリコン膜の、エッチング後の膜厚のばらつきが減少すると、第2窒化シリコン膜からなる窒化シリコン膜ライナーのトレンチ側壁上部での除去量(除去深さ)のばらつきも減少する。従って、本発明によれば、精度よく、窒化シリコン膜ライナーを形成することができる。 When the variation in the thickness of the third silicon oxide film after etching decreases, the variation in the removal amount (removal depth) of the silicon nitride liner made of the second silicon nitride film on the trench sidewall also decreases. Therefore, according to the present invention, the silicon nitride film liner can be formed with high accuracy.
本発明は、別の観点では、(a)半導体基板をエッチングして素子分離用トレンチを形成する工程と、(b)得られた基板を覆うように第2窒化シリコン膜を形成する工程と、(c)第2窒化シリコン膜を覆い、前記トレンチの途中の深さで埋め込みを終えるように第3酸化シリコン膜を異方性の成膜法によって形成する工程と、(d)第3酸化シリコン膜を等方性エッチングし、トレンチ側壁上部の第2窒化シリコン膜が露出するまで除去する工程と、(e)露出した第2窒化シリコン膜をエッチングして除去する工程を含む窒化シリコン膜ライナーの形成方法を提供するものである。本明細書中でのトレンチ素子分離領域の形成方法についての説明は、基本的に、この窒化シリコン膜ライナーの形成方法についても当てはまる。 According to another aspect of the present invention, (a) a step of etching a semiconductor substrate to form an element isolation trench, (b) a step of forming a second silicon nitride film so as to cover the obtained substrate, (C) a step of covering the second silicon nitride film and forming a third silicon oxide film by an anisotropic film forming method so as to finish filling at a mid-depth of the trench; and (d) a third silicon oxide film. A silicon nitride film liner comprising: isotropically etching the film and removing the second silicon nitride film on the trench sidewalls until the second silicon nitride film is exposed; and (e) etching and removing the exposed second silicon nitride film. A forming method is provided. The description of the method for forming the trench element isolation region in this specification is basically applicable to the method for forming the silicon nitride film liner.
以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図面は、説明の便宜のために用いられるものであり、本発明の範囲は、図面に示す実施形態に限定されない。また、以下の説明中での成膜やエッチングの方法や条件、及び各種寸法は、例示であって、ここに示したものに限定されない。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The drawings are used for convenience of explanation, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments shown in the drawings. In addition, film formation and etching methods and conditions and various dimensions in the following description are examples, and are not limited to those shown here.
1.素子分離用トレンチ形成工程(工程(a))
図1(a),(b)に示すように、この工程では、半導体基板1に素子分離用トレンチ5形成のための窓を有する第1酸化シリコン膜2及び第1窒化シリコン膜3を含むパターンPをマスクとして、半導体基板1をエッチングして素子分離用トレンチ5を形成する。この工程は、具体的には、以下のように実施することができる。
まず、半導体基板1上に第1酸化シリコン膜2及び第1窒化シリコン膜3を順次形成し、図1(a)に示す構造を得る。
1. Element isolation trench formation step (step (a))
As shown in FIGS. 1A and 1B, in this step, a pattern including a first
First, the first
半導体基板1は、シリコン基板などからなり、本実施形態では、半導体基板1がシリコン基板である場合を例にとって、説明を進めるが、別の種類の基板を用いる場合でもエッチングガス等を適宜変更することによって、本発明は実施可能である。
The
第1酸化シリコン膜2は、熱酸化等により形成することができ、厚さ2〜20nm、例えば厚さ10nmで形成することが好ましい。熱酸化は、半導体基板1を800〜1100℃で熱処理することによって行うことができる。第1窒化シリコン膜3は、厚さ50nm〜150nm、例えば厚さ100nmで形成することが好ましい。第1窒化シリコン膜3は、LPCVD(低圧化学気相堆積)法などにより形成することができ、このLPCVDは、例えば、ソースガスとしてSiH2CL2とNH3を用い、温度750℃で行うことができる。第1酸化シリコン膜2は、不要な場合には省略し、半導体基板1上に第1窒化シリコン膜3を形成してもよい。
The first
次に、第1窒化シリコン膜3及び第1酸化シリコン膜2を順次パターニングして、半導体基板1に素子分離用トレンチ5形成のための窓を有する第1酸化シリコン膜2及び第1窒化シリコン膜3を含むパターンPを形成する。さらに、パターンPをマスクとして用いて半導体基板1をエッチングして半導体基板1に素子分離用トレンチ5を形成し、図1(b)に示す構造を得る。
Next, the first
第1窒化シリコン膜3及び第1酸化シリコン膜2のパターニングは、第1窒化シリコン膜3の上にレジストパターン4を形成し、レジストパターン4をエッチングマスクとし、第1窒化シリコン膜3、第1酸化シリコン膜2を順次エッチングすることによって行うことができる。第1酸化シリコン膜2のエッチングは、レジストパターン4をマスクとして行ってもよいし、パターニングされた第1窒化シリコン膜3をマスクとして行ってもよい。
The first
レジストパターン4は、第1窒化シリコン膜3の上に、レジスト膜を塗布し、このレジスト膜を露光現像することにより形成することができる。レジストパターン4は、素子形成領域(活性領域)1a上に形成され、その窓(すなわち、開口部)が素子分離領域を画定する。
The resist pattern 4 can be formed by applying a resist film on the first
第1窒化シリコン膜3及び第1酸化シリコン膜2のエッチングは、例えばCF4、CHF3、Ar、O2の混合ガスをエッチングガスとして用いて行なうことができる。半導体基板1のエッチングは、例えばCl2、O2の混合ガスをエッチングガスとして用いて行なうことができる。半導体基板1は、160〜400nm、例えば深さ300nmエッチングされ、トレンチ5が形成される。
Etching of the first
レジストパターン4は、第1窒化シリコン膜3をエッチングした後に除去してもよく、第1酸化シリコン膜2又は半導体基板1をエッチングした後に除去してもよい。半導体基板1のエッチングの際にレジストパターン4が残っていても、半導体基板1は、パターンPに従ってエッチングされるので、この場合も、パターンPをマスクとして用いていることになる。
The resist pattern 4 may be removed after the first
2.第2酸化シリコン膜、第2窒化シリコン膜形成工程(工程(b))
図1(c),(d)に示すように、この工程では、トレンチ5内に露出したシリコン基板1表面に第2酸化シリコン膜6を形成し、更に第2酸化シリコン膜6及びパターンP表面に第2窒化シリコン膜7を形成する。この工程は、具体的には、以下のように実施することができる。
まず、トレンチ5内に露出したシリコン基板1表面に第2酸化シリコン膜6を形成し、図1(c)に示す構造を得る。
2. Step of forming second silicon oxide film and second silicon nitride film (step (b))
As shown in FIGS. 1C and 1D, in this step, a second
First, the second
第2酸化シリコン膜6は、熱酸化などにより形成することができ、厚さ1〜20nm、例えば厚さ10nmで形成することが好ましい。熱酸化は、半導体基板1を800〜1100℃で熱処理することによって行うことができる。第2酸化シリコン膜6は、不要な場合には省略することもできる。
The second
次に、得られた基板を覆うように第2窒化シリコン膜7を形成し、図1(d)に示す構造を得る。第2窒化シリコン膜7によって、第2酸化シリコン膜6及び前記パターンP表面が覆われる。
Next, a second
第2窒化シリコン膜7は、厚さ5nm〜50nm、例えば厚さ20nmで形成することが好ましい。第2窒化シリコン膜7は、LPCVD等により形成することができ、このLPCVDは、例えばソースガスとしてSiH2CL2とNH3を用い、温度750℃で行うことができる。
The second
第2窒化シリコン膜7は、引張応力を有しており、後で形成する第3酸化シリコン膜8aが熱処理によって収縮して半導体基板1の素子形成領域1aに与える圧縮応力を緩和する。この機能を十分に発揮させるために、第2窒化シリコン膜7は、その応力値が0.5〜2GPaとなるように形成することが好ましい。第2窒化シリコン膜7によって素子形成領域1aに加わる圧縮応力が緩和され、圧縮応力によるドレイン電流の低下が抑えられる。第2窒化シリコン膜7が加工されて、窒化シリコン膜ライナーとなる。
The second
3.第3酸化シリコン膜形成工程(工程(c))
次に、第2窒化シリコン膜7を覆い、トレンチ5の途中の深さで埋め込みを終えるように第3酸化シリコン膜8aを異方性の成膜法によって形成し、図1(e)に示す構造を得る。
3. Third silicon oxide film forming step (step (c))
Next, a third
第3酸化シリコン膜8aは、異方性の成膜法によって形成される。異方性の成膜法を用いることにより、トレンチ5側壁上部に形成される第3酸化シリコン膜8aの膜厚を薄くすることができ、後工程において第2窒化シリコン膜7を露出させやすいからである。
The third
第3酸化シリコン膜8aは、好ましくは、トレンチ5を埋め込む深さが半導体基板1表面下1nm〜100nm(好ましくは5nm〜15nm)となるように形成される。例えば、トレンチ深さが300nmの場合、トレンチ5内での第3酸化シリコン膜8aの厚さは、200〜299nm(好ましくは285nm〜295nm)とすることが好ましい。このとき、第3酸化シリコン膜8aは異方性の成膜法によって形成されるので、トレンチ5側壁での厚さを薄くすることができ、成膜条件を適宜調節することにより、例えば、厚さ1nm〜60nmにすることができる。
The third
異方性の成膜法としては、HDP−CVD法(高密度プラズマ化学気相成長法)や、塗布系の成膜法が挙げられる。HDP−CVD法は、ICP(誘導結合プラズマ)やECR(電子サイクロトロン共鳴)によるプラズマ等の高密度プラズマを用いた方法である(それぞれ、「ICP−CVD法」、「ECR−CVD法」と呼ぶ。)。この方法によれば、成膜と同時にAr,He,H2等のガスによるスパッタエッチングが行われるので、異方性の成膜が可能である。 Examples of the anisotropic film formation method include an HDP-CVD method (high density plasma chemical vapor deposition method) and a coating system film formation method. The HDP-CVD method is a method using high-density plasma such as plasma by ICP (inductively coupled plasma) or ECR (electron cyclotron resonance) (referred to as “ICP-CVD method” and “ECR-CVD method”, respectively). .) According to this method, since sputter etching is performed with a gas such as Ar, He, H 2 or the like simultaneously with film formation, anisotropic film formation is possible.
HDP−CVD法による第3酸化シリコン膜8aの成膜は、例えば、ソースガスとしてSiH4とO2とHeの混合ガス、又はSiH4とO2とH2の混合ガスを用いて行うことができる。一例として、ICP−CVD法による場合の成膜条件を以下に示す。
・ガス種/流量:SiH4/30〜180sccm,O2/80〜500sccm,He/0〜500sccm
・低周波プラズマ(200〜600Hz)[成膜する為のプラズマ]:1000〜5000W
・高周波プラズマ(5〜30MHz)[エッチングする為のプラズマ]:500〜3000W
The third
Gas species / flow rate: SiH 4 / 30~180sccm, O 2 / 80~500sccm, He / 0~500sccm
Low frequency plasma (200 to 600 Hz) [Plasma for film formation]: 1000 to 5000 W
・ High frequency plasma (5 to 30 MHz) [plasma for etching]: 500 to 3000 W
4.第2窒化シリコン膜露出工程(工程(d))
次に、第3酸化シリコン膜8aを等方性エッチングし、トレンチ5側壁上部の第2窒化シリコン膜7が露出するまで除去し、図2(f)に示す構造を得る。「等方性エッチング」とは、基板表面に水平な方向にも実用的な速度で進行する性質のエッチングを意味しており、水平方向と垂直方向の進行速度が完全に一致する性質のエッチングには限定されない。
4). Second silicon nitride film exposure step (step (d))
Next, the third
工程(c)でトレンチ5側壁に第3酸化シリコン膜8aが比較的薄い膜厚で形成されており、トレンチ5下部は第3酸化シリコン膜8aが埋め込まれているので、第3酸化シリコン膜8aを等方性エッチングすることによって、トレンチ5側壁上部の第2窒化シリコン膜7が露出する。等方性エッチングは、例えば、半導体基板1表面から、深さ50nm〜150nmまでの範囲、例えば深さ50nmまでの範囲において第2窒化シリコン膜7が露出するまで行う。
In the step (c), the third
等方性エッチングは、ウエットエッチングで行っても、ドライエッチングで行ってもよいが、ウエットエッチングが好ましい。
ウエットエッチングは、一例として、以下の条件で行うことができる。
・エッチング液:希フッ酸
・エッチング時間:80秒
ドライエッチングは、一例として、以下の条件で行うことができる。
・RF−Power:300〜1200W
・真空度:30〜120Pa
・ガス種/流量:CF4/150〜400sccm,O2/150〜400sccm,N2/30〜150sccm
The isotropic etching may be performed by wet etching or dry etching, but is preferably wet etching.
As an example, the wet etching can be performed under the following conditions.
Etching solution: Dilute hydrofluoric acid Etching time: 80 seconds As an example, dry etching can be performed under the following conditions.
・ RF-Power: 300-1200W
・ Vacuum degree: 30-120 Pa
Gas species / flow rate: CF 4 / 150~400sccm, O 2 / 150~400sccm,
本工程での第3酸化シリコン膜8aのエッチングは、工程(c)での第3酸化シリコン膜8aの形成に用いる装置と同一の装置を用いて連続的に行うことが好ましい。例えば、ICP−CVD装置を工程(c)で示した成膜条件で動作させることによって第3酸化シリコン膜8aを形成し、その後、本工程の上記ドライエッチング条件で同一の装置を動作させることによって、装置から基板を取り出すことなく、連続的に、第3酸化シリコン膜8aの形成とエッチングを行うことができる。
The etching of the third
5.露出した第2窒化シリコン膜の除去工程(工程(e))
次に、露出した第2窒化シリコン膜7をエッチングして除去し、図2(g)に示す構造を得る。第2窒化シリコン膜7が除去される範囲は、工程(d)での第3酸化シリコン膜8aの等方性エッチング量を制御することによって、制御可能である。第2窒化シリコン膜7は、好ましくは、半導体基板1表面から深さ50nm〜150nmまでの範囲において除去される。
5. Step of removing exposed second silicon nitride film (step (e))
Next, the exposed second
本工程は、通常、等方性エッチングによって行われるが、酸化シリコンと実質的に反応しないエッチングガスを用いた異方性エッチングによって行ってもよい。 This step is usually performed by isotropic etching, but may be performed by anisotropic etching using an etching gas that does not substantially react with silicon oxide.
等方性エッチングは、ウエットエッチングで行っても、ドライエッチングで行ってもよいが、ウエットエッチングが好ましい。ウエットエッチングは、加熱燐酸(H3PO4)などによって行うことができる。
ドライエッチングは、一例として、以下の条件で行うことができる。以下に示す条件では、第3酸化シリコン膜8aと第2窒化シリコン膜7の両方のドライエッチングが可能である。
・RF−Power:2000〜5000W
・真空度:30〜600Pa
・ガス種/流量:NF3/500〜2000sccm,O2/50〜500sccm
The isotropic etching may be performed by wet etching or dry etching, but is preferably wet etching. The wet etching can be performed with heated phosphoric acid (H 3 PO 4 ) or the like.
As an example, dry etching can be performed under the following conditions. Under the conditions shown below, dry etching of both the third
・ RF-Power: 2000-5000W
・ Vacuum degree: 30 to 600 Pa
Gas species / flow rate: NF 3 / 500~2000sccm, O 2 / 50~500sccm
本工程での第2窒化シリコン膜7のエッチングは、工程(c)での第3酸化シリコン膜8aの形成と、工程(d)での第3酸化シリコン膜8aのエッチングに用いた装置と同一の装置を用いて連続的に行うことが好ましい。例えば、ICP−CVD装置を工程(c)で示した成膜条件で動作させることによって第3酸化シリコン膜8aを形成し、その後、本工程の上記ドライエッチング条件で同一の装置を動作させることによって、装置から基板を取り出すことなく、連続的に、第3酸化シリコン膜8aの形成とエッチング、及び第2窒化シリコン膜7のエッチングを行うことができる。
The etching of the second
6.第4酸化シリコン膜形成工程(工程(f))
次に、トレンチ5を埋め込むように第4酸化シリコン膜8bを形成し、図2(h)に示す構造を得る。第4酸化シリコン膜8bは、第3酸化シリコン膜8aと同じ方法で、厚さ100〜400nm、例えば250nmで形成することができる。別の観点では、第4酸化シリコン膜8bは、トレンチ5上方での第4酸化シリコン膜8bの表面が半導体基板1の表面よりも高い位置になるように形成され、好ましくは、第1窒化シリコン膜3上の第2窒化シリコン膜7の表面よりも高い位置になるように形成される。この場合、後工程での第4酸化シリコン膜8bの平坦化が行いやすいからである。
6). Fourth silicon oxide film forming step (step (f))
Next, a fourth
7.第4酸化シリコン膜平坦化工程(工程(g))
次に、第2窒化シリコン膜7又は第1窒化シリコン膜3をストッパとして、第4酸化シリコン膜を平坦化させ、図2(i)に示す構造を得る。通常は、第2窒化シリコン膜7がストッパとなるが、本工程の前に第2窒化シリコン膜7を別工程によって除去している場合や、本工程で平坦化を過剰に行って第2窒化シリコン膜7が除去される場合などには、第1窒化シリコン膜3がストッパとなる。
7). Fourth silicon oxide film planarization step (step (g))
Next, using the second
平坦化は、CMP(化学的機械研磨)によって行うことができる。CMPは、酸化シリコン膜に対する研磨速度(研磨による膜厚減少速度)が、窒化シリコン膜に対する研磨速度よりも大きくなる条件で行う。CMPは、例えば、酸化シリコンまたは酸化セリウムを砥粒とする研磨剤を用いて行うことができる。
平坦化は、CMP以外の方法、例えば、RIEエッチングによるエッチバックにより、行ってもよい。
Planarization can be performed by CMP (Chemical Mechanical Polishing). CMP is performed under the condition that the polishing rate for the silicon oxide film (the film thickness reduction rate due to polishing) is higher than the polishing rate for the silicon nitride film. CMP can be performed using, for example, a polishing agent having silicon oxide or cerium oxide as abrasive grains.
The planarization may be performed by a method other than CMP, for example, etch back by RIE etching.
本工程の前又は後に、900〜1100℃例えば1000℃、30分のアニールを行い、第3及び第4酸化シリコン膜8a,8bを緻密化する工程を備えてもよい。
Before or after this step, annealing may be performed at 900 to 1100 ° C., for example, 1000 ° C. for 30 minutes, to densify the third and fourth
8.第2及び第1窒化シリコン膜除去工程(工程(h))
次に、第2及び第1窒化シリコン膜7,3、又は第1窒化シリコン膜3をエッチングして除去し、図2(j)に示す構造を得る。本工程では、通常は、第2及び第1窒化シリコン膜7,3を除去するが、本工程以前の工程で第2窒化シリコン膜7を既に除去している場合には、第1窒化シリコン膜3を除去する。
8). Second and first silicon nitride film removing step (step (h))
Next, the second and first
エッチングは、加熱燐酸(H3PO4)を用いて行うことができる。なお、トレンチ5の側壁下部に形成された第2窒化シリコン膜7は、第4酸化シリコン膜8bで覆われているのでエッチングされない。従って、第2窒化シリコン膜7がエッチングされることによる凹部の発生は防止される。
Etching can be performed using heated phosphoric acid (H 3 PO 4 ). Note that the second
以上で、本実施形態のトレンチ素子分離領域の形成を完了する。この後、半導体基板上に種々の半導体素子を形成することによって、半導体装置を製造することができる。
上記実施形態から1又は複数個の特徴を適宜抜き出して、単独で又は組み合わせて、本発明に採用することができる。
Thus, the formation of the trench element isolation region of this embodiment is completed. Thereafter, a semiconductor device can be manufactured by forming various semiconductor elements on the semiconductor substrate.
One or more features can be appropriately extracted from the above-described embodiment, and can be used alone or in combination in the present invention.
実際に本発明の方法、背景技術に示した方法を用いてトレンチ素子分離領域を形成した。第2窒化シリコン膜7の厚さは、20nmとした。
幅1μmの素子分離領域及び幅0.18μmの素子分離領域の、トレンチ5側壁上部での第2窒化シリコン膜7の除去深さは、それぞれ、表1のようになった。
Table 1 shows the removal depth of the second
1:半導体基板 1a:素子形成領域 2:第1酸化シリコン膜 3:第1窒化シリコン膜 4:レジストパターン 5:素子分離用トレンチ 6:第2酸化シリコン膜 7:第2窒化シリコン膜 8a:第3酸化シリコン膜 8b:第4酸化シリコン膜 P:素子分離用トレンチ形成用パターン
1:
Claims (10)
(b)前記トレンチ内に露出したシリコン基板表面に第2酸化シリコン膜を形成し、更に第2酸化シリコン膜及び前記パターン表面に第2窒化シリコン膜を形成する工程と、
(c)第2窒化シリコン膜を覆い、前記トレンチの途中の深さで埋め込みを終えるように第3酸化シリコン膜を異方性の成膜法によって形成する工程と、
(d)第3酸化シリコン膜を等方性エッチングし、トレンチ側壁上部の第2窒化シリコン膜が露出するまで除去する工程と、
(e)露出した第2窒化シリコン膜をエッチングして除去する工程と、
(f)前記トレンチを埋め込むように第4酸化シリコン膜を形成する工程と、
(g)第2又は第1窒化シリコン膜をストッパとして、第4酸化シリコン膜を平坦化する工程と、
(h)第2及び第1窒化シリコン膜、又は第1窒化シリコン膜をエッチングして除去してトレンチ素子分離領域を形成する工程とを含むことを特徴とするトレンチ素子分離領域の形成方法。 (A) forming a trench for element isolation by etching the semiconductor substrate using a pattern including a first silicon oxide film and a first silicon nitride film having a window for forming a trench for element isolation in the semiconductor substrate as a mask; ,
(B) forming a second silicon oxide film on the silicon substrate surface exposed in the trench, and further forming a second silicon oxide film and a second silicon nitride film on the pattern surface;
(C) covering the second silicon nitride film and forming a third silicon oxide film by an anisotropic film-forming method so as to finish filling at a middle depth of the trench;
(D) a step of isotropically etching the third silicon oxide film and removing the second silicon nitride film on the upper side wall of the trench until the second silicon nitride film is exposed;
(E) etching and removing the exposed second silicon nitride film;
(F) forming a fourth silicon oxide film so as to fill the trench;
(G) planarizing the fourth silicon oxide film using the second or first silicon nitride film as a stopper;
(H) forming a trench element isolation region by etching and removing the second and first silicon nitride films or the first silicon nitride film, and forming a trench element isolation region.
(b)得られた基板を覆うように第2窒化シリコン膜を形成する工程と、
(c)第2窒化シリコン膜を覆い、前記トレンチの途中の深さで埋め込みを終えるように第3酸化シリコン膜を異方性の成膜法によって形成する工程と、
(d)第3酸化シリコン膜を等方性エッチングし、トレンチ側壁上部の第2窒化シリコン膜が露出するまで除去する工程と、
(e)露出した第2窒化シリコン膜をエッチングして除去する工程を含むことを特徴とする窒化シリコン膜ライナーの形成方法。 (A) etching the semiconductor substrate to form element isolation trenches;
(B) forming a second silicon nitride film so as to cover the obtained substrate;
(C) covering the second silicon nitride film and forming a third silicon oxide film by an anisotropic film-forming method so as to finish filling at a middle depth of the trench;
(D) a step of isotropically etching the third silicon oxide film and removing the second silicon nitride film on the upper side wall of the trench until the second silicon nitride film is exposed;
(E) A method of forming a silicon nitride film liner, including a step of removing the exposed second silicon nitride film by etching.
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