JP2008047691A - Semiconductor device manufacturing method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve flatness of a substrate surface by a shallow trench isolation method. <P>SOLUTION: According to the semiconductor device manufacturing method, a trench 16 is formed on the surface of a semiconductor substrate 10 composed of silicon to surround an element placement region 10a by etching processing that uses a silicon oxide film 12 and a silicon nitride film 14 as a selection mask. Thereafter, a CVD oxide film is formed to embed the trench 16. The CVD oxide film is removed to be flat by CMP processing, and part of the CVD oxide film 18a is left in the trench 16. Anneal processing after implanting Ar<SP>+</SP>on top surface of the substrate reduces an etch rate of the surface of the film 18a. After the selection mask comprising the films 12, 14 is removed, a silicon oxide film is formed as a sacrifice film, and the sacrifice film is etch-removed. The amount of film 18a reduced by the etching is small, making an element separation region comprising the film 18a substantially flush with the element placement region 10a. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

この発明は、半導体装置の製法に関し、更に詳しくはSTI(シャロー・トレンチ・アイソレーション)法と呼ばれる素子分離法の改良に関するものである。   The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly to an improvement of an element isolation method called an STI (Shallow Trench Isolation) method.

従来、STI法としては、トレンチエッチングの際に選択マスクとして用いたシリコン窒化膜にアルゴンイオンArを注入するものが知られており(例えば、特許文献1参照)、その一例を図14について説明する。 Conventionally, as the STI method, one in which argon ions Ar + are implanted into a silicon nitride film used as a selection mask during trench etching is known (see, for example, Patent Document 1), and an example thereof is described with reference to FIG. To do.

例えばシリコンからなる半導体基板1の表面にパッド用のシリコン酸化膜2を介してマスク用のシリコン窒化膜3をCVD(ケミカル・ベーパー・デポジション)法により形成する。シリコン酸化膜2にシリコン窒化膜3を重ねた積層に所望のトレンチに対応する孔を設けて膜2,3からなる選択マスクを形成した後、この選択マスクを用いる選択エッチング処理により基板表面にトレンチ4を形成する。   For example, a mask silicon nitride film 3 is formed on the surface of a semiconductor substrate 1 made of silicon via a pad silicon oxide film 2 by a CVD (chemical vapor deposition) method. After a silicon oxide film 2 and a silicon nitride film 3 are overlaid, a hole corresponding to a desired trench is provided to form a selective mask made of films 2 and 3, and then a trench is formed on the substrate surface by selective etching using this selective mask. 4 is formed.

次に、エッチング時の損傷を軽減するため、トレンチ4の内壁を酸化してシリコン酸化膜5を形成する。そして、シリコン酸化膜5及びシリコン窒化膜3を覆って酸化防止用のシリコン窒化膜6をCVD法により形成する。この後、トレンチ4を埋めるようにシリケートガラス膜7を形成し、この膜7には緻密化のためにアニール処理を施す。   Next, in order to reduce damage during etching, the inner wall of the trench 4 is oxidized to form a silicon oxide film 5. Then, a silicon nitride film 6 for preventing oxidation is formed by a CVD method so as to cover the silicon oxide film 5 and the silicon nitride film 3. Thereafter, a silicate glass film 7 is formed so as to fill the trench 4, and the film 7 is subjected to an annealing process for densification.

次に、基板上面にCMP(化学・機械研磨)処理を施してシリコン窒化膜6が露呈するまでシリケートガラス膜7を平坦状に除去する。そして、基板上面にArを注入してシリコン窒化膜3に損傷を与え、膜3のエッチレートを増大させる。この後、シリコン窒化膜6,3をリン酸によりエッチング除去する。このとき、シリコン窒化膜3のエッチレートが増大されているため、膜3の除去時間が短縮され、シリコン窒化膜6がシリコン酸化膜2とシリケートガラス膜7との間で過剰エッチングされて凹む現象を防止することができる。残存するシリケートガラス膜7は、素子分離領域を構成する。
特開2000−31267号公報
Next, a CMP (chemical / mechanical polishing) process is performed on the upper surface of the substrate to remove the silicate glass film 7 in a flat state until the silicon nitride film 6 is exposed. Then, Ar + is implanted into the upper surface of the substrate to damage the silicon nitride film 3 and increase the etch rate of the film 3. Thereafter, the silicon nitride films 6 and 3 are removed by etching with phosphoric acid. At this time, since the etching rate of the silicon nitride film 3 is increased, the removal time of the film 3 is shortened, and the silicon nitride film 6 is excessively etched between the silicon oxide film 2 and the silicate glass film 7 to be recessed. Can be prevented. The remaining silicate glass film 7 constitutes an element isolation region.
JP 2000-31267 A

上記した従来技術によると、Arはシリケートガラス膜7にも注入される。しかし、特許文献1には、シリケートガラス膜7が注入に係るArによりどのような影響を受けるかについては何等記載されていない。また、Arの注入後、アニール処理を行なうのか否かについても特許文献1には記載がない。 According to the conventional technique described above, Ar + is also injected into the silicate glass film 7. However, Patent Document 1 does not describe anything about how the silicate glass film 7 is affected by Ar + related to implantation. Further, Patent Document 1 does not describe whether annealing is performed after Ar + is implanted.

本願の発明者の研究によれば、STI法において素子分離領域を構成する絶縁膜が過剰にエッチングされるため、基板表面の平坦性が損われるという問題点があることが判明した。図1,2,9〜13を参照して発明者の研究に係る半導体装置の製法を説明する。   According to the research of the inventors of the present application, it has been found that there is a problem that the flatness of the substrate surface is impaired because the insulating film constituting the element isolation region is excessively etched in the STI method. A method of manufacturing a semiconductor device according to the inventor's research will be described with reference to FIGS.

図1の工程では、例えばシリコンからなる半導体基板10の一方の主面に熱酸化処理を施してパッド用のシリコン酸化膜12を形成する。そして、シリコン酸化膜12の上には、マスク用のシリコン窒化膜14をCVD法により形成する。   In the process of FIG. 1, for example, one main surface of a semiconductor substrate 10 made of silicon is subjected to thermal oxidation to form a pad silicon oxide film 12. Then, a mask silicon nitride film 14 is formed on the silicon oxide film 12 by a CVD method.

次に、シリコン酸化膜12及びシリコン窒化膜12の積層にホトリソグラフィ及びエッチング処理を施して素子配置領域10aを取囲むような閉ループ状の孔Kを有するトレンチエッチング用の選択マスクを形成する。素子配置領域10aは、MOS型トランジスタ等の回路素子が配置されるべき領域である。形成された選択マスクを用いる選択エッチング処理により基板表面に閉ループ状のトレンチ16を形成する。この後、トレンチ16を埋め且つシリコン窒化膜14を覆うようにシリコン酸化膜18をCVD法により形成する。   Next, a photolithography and etching process is performed on the stack of the silicon oxide film 12 and the silicon nitride film 12 to form a selective mask for trench etching having a closed loop hole K surrounding the element placement region 10a. The element arrangement area 10a is an area in which circuit elements such as MOS transistors are to be arranged. A closed loop trench 16 is formed on the substrate surface by selective etching using the formed selective mask. Thereafter, a silicon oxide film 18 is formed by CVD so as to fill the trench 16 and cover the silicon nitride film 14.

図2の工程では、基板上面にCMP処理を施してシリコン窒化膜14が露呈するまでシリコン酸化膜18を平坦状に除去し、トレンチ16内にはシリコン酸化膜18の一部18aを残存させる。   In the process of FIG. 2, the upper surface of the substrate is subjected to CMP to remove the silicon oxide film 18 until the silicon nitride film 14 is exposed, and a part 18 a of the silicon oxide film 18 remains in the trench 16.

図9の工程では、シリコン窒化膜14及びシリコン酸化膜12を順次にウェットエッチング処理により除去する。このとき、シリコン酸化膜18aは、比較的エッチレートが大きいため、破線で示す部分が除去される。   In the process of FIG. 9, the silicon nitride film 14 and the silicon oxide film 12 are sequentially removed by wet etching. At this time, since the silicon oxide film 18a has a relatively high etch rate, the portion indicated by the broken line is removed.

図10の工程では、基板上面に熱酸化処理を施して犠牲膜としてのシリコン酸化膜20を形成する。そして、図11の工程では、シリコン酸化膜20をウェットエッチング処理により除去して基板10の一方の主面には清浄な面を露呈させる。このとき、シリコン酸化膜18aが破線で示すように除去されるため、素子配置領域10aの上面よりシリコン酸化膜18aの上面が低くなり、段差が生ずる。トレンチ16内に残存するシリコン酸化膜18aは、素子分離領域を構成する。   In the process of FIG. 10, a silicon oxide film 20 as a sacrificial film is formed by performing a thermal oxidation process on the upper surface of the substrate. Then, in the process of FIG. 11, the silicon oxide film 20 is removed by a wet etching process to expose a clean surface on one main surface of the substrate 10. At this time, since the silicon oxide film 18a is removed as indicated by a broken line, the upper surface of the silicon oxide film 18a is lower than the upper surface of the element arrangement region 10a, and a step is generated. The silicon oxide film 18a remaining in the trench 16 constitutes an element isolation region.

図12の工程では、基板10の一方の主面にゲート絶縁膜用のシリコン酸化膜22を熱酸化処理により形成する。そして、シリコン酸化膜22の上には、ゲート電極(又は配線)用のポリシリコン層24をCVD法により形成する。ポリシリコン層24には、堆積中又は堆積後に抵抗低減用の不純物をドープする。   In the process of FIG. 12, a silicon oxide film 22 for a gate insulating film is formed on one main surface of the substrate 10 by thermal oxidation. Then, a polysilicon layer 24 for a gate electrode (or wiring) is formed on the silicon oxide film 22 by a CVD method. The polysilicon layer 24 is doped with impurities for reducing resistance during or after deposition.

図13の工程では、ホトリソグラフィ及びドライエッチング処理によりポリシリコン層24をゲート電極(又は配線)パターンに従ってパターニングする。24a〜24cは、パターニングされたポリシリコン層をそれぞれ示す。   In the process of FIG. 13, the polysilicon layer 24 is patterned according to a gate electrode (or wiring) pattern by photolithography and dry etching. Reference numerals 24a to 24c denote patterned polysilicon layers, respectively.

上記した製法によると、図11の工程において、素子分離領域を構成するシリコン酸化膜18aと素子配置領域10aとの境界部に段差が生じ、基板表面の平坦性が悪化する。このため、(イ)図13のポリシリコンパターニングの際の露光処理においてDOF(焦点深度)マージンが低下すること、(ロ)図13のポリシリコンパターニングの際にポリシリコン残渣Pが残り、ショート不良を招くこと、(ハ)ゲート絶縁膜用のシリコン酸化膜22が前述の段差を覆う部分Qで耐圧不足になることなどの問題点がある。   According to the manufacturing method described above, in the step of FIG. 11, a step is generated at the boundary between the silicon oxide film 18a constituting the element isolation region and the element arrangement region 10a, and the flatness of the substrate surface is deteriorated. For this reason, (a) a DOF (depth of focus) margin is lowered in the exposure process at the time of polysilicon patterning in FIG. 13, and (b) a polysilicon residue P remains at the time of polysilicon patterning in FIG. (C) there is a problem that the silicon oxide film 22 for the gate insulating film has insufficient withstand voltage at the portion Q covering the step.

この発明の目的は、基板表面の平坦性を向上させることができる新規な半導体装置の製法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a novel method for manufacturing a semiconductor device capable of improving the flatness of a substrate surface.

この発明に係る半導体装置の製法は、
半導体基板の一方の主面に素子配置領域を取囲むような閉ループ状の孔を有する選択マスクを形成する工程と、
前記選択マスクを用いる選択エッチング処理により前記一方の主面に閉ループ状のトレンチを形成する工程と、
前記トレンチを埋めるように前記選択マスクを覆って第1の絶縁膜を形成する工程と、
前記トレンチ内に前記第1の絶縁膜の一部を残存させるように前記第1の絶縁膜を平坦状に除去する工程と、
前記一方の主面に前記選択マスクが存在する状態で前記トレンチ内に残存する第1の絶縁膜の表層部にエッチレート低減物質をイオン注入すると共にアニール処理を施すことにより該表層部のエッチレートを低減させる工程と、
前記アニール処理の後、前記選択マスクを除去して前記一方の主面を露呈させる工程と、
前記一方の主面の露呈部を酸化して犠牲膜としての第2の絶縁膜を形成する工程と、
前記トレンチ内の第1の絶縁膜の表層部のエッチングを許容しつつ前記第2の絶縁膜をエッチング処理により除去する工程と
を含むものである。
The manufacturing method of the semiconductor device according to the present invention is as follows:
Forming a selection mask having a closed loop-shaped hole surrounding the element arrangement region on one main surface of the semiconductor substrate;
Forming a closed loop-shaped trench in the one main surface by selective etching using the selective mask;
Forming a first insulating film covering the selection mask so as to fill the trench;
Removing the first insulating film in a flat shape so as to leave a part of the first insulating film in the trench;
An etch rate reducing substance is ion-implanted into the surface layer portion of the first insulating film remaining in the trench in a state where the selection mask is present on the one main surface, and an annealing treatment is performed to etch the surface layer portion. Reducing the process,
After the annealing treatment, removing the selection mask to expose the one main surface;
Oxidizing the exposed portion of the one main surface to form a second insulating film as a sacrificial film;
And a step of removing the second insulating film by etching while allowing etching of the surface layer portion of the first insulating film in the trench.

この発明の半導体装置の製法によれば、トレンチ内に残存する第1の絶縁膜の表層部にはエッチレート低減物質がイオン注入され、アニール処理が施されることによって該表層部のエッチレートが低減される。このため、第1及び第2の絶縁膜をいずれも例えばシリコン酸化膜として第2の絶縁膜をエッチング除去する際には、第1の絶縁膜の表層部の膜減りが抑制され、第1の絶縁膜からなる素子分離領域は素子配置領域とほぼ平坦な面をなすようになる。   According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, the etch rate reducing substance is ion-implanted into the surface layer portion of the first insulating film remaining in the trench, and an annealing process is performed, whereby the etch rate of the surface layer portion is increased. Reduced. Therefore, when the first insulating film and the second insulating film are both silicon oxide films, for example, when the second insulating film is removed by etching, the surface loss of the first insulating film is suppressed, and the first insulating film is suppressed. The element isolation region made of an insulating film forms a substantially flat surface with the element arrangement region.

この発明の半導体装置の製法において、前記選択マスクを形成する工程では前記選択マスクをパッド絶縁膜にマスク絶縁膜を重ねた積層により構成し、前記選択マスクを除去する工程では前記マスク絶縁膜を除去した後前記トレンチ内の第1の絶縁膜の表層部のエッチングを許容しつつ前記パッド絶縁膜をエッチング処理により除去するようにしてもよい。このようにすると、パッド絶縁膜及び第1の絶縁膜をいずれも例えばシリコン酸化膜としてパッド絶縁膜をエッチング除去する際には、第1の絶縁膜の表層部の膜減りが抑制される。従って、素子分離領域を素子配置領域とほぼ同一レベルとするのに有益である。   In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in the step of forming the selection mask, the selection mask is configured by stacking a mask insulating film on a pad insulating film, and in the step of removing the selection mask, the mask insulating film is removed. After that, the pad insulating film may be removed by an etching process while allowing the surface layer portion of the first insulating film in the trench to be etched. In this case, when the pad insulating film is removed by etching using both the pad insulating film and the first insulating film as, for example, a silicon oxide film, film loss of the surface layer portion of the first insulating film is suppressed. Therefore, it is useful to make the element isolation region almost the same level as the element arrangement region.

この発明によれば、イオン注入処理によりトレンチ内の第1の絶縁膜の表層部のエッチレートを低減して該表層部の膜減りを抑制するようにしたので、素子分離領域が素子配置領域とほぼ平坦な面をなす(段差を形成しない)ようにすることができる効果が得られる。   According to the present invention, since the etching rate of the surface layer portion of the first insulating film in the trench is reduced by the ion implantation process so as to suppress the film loss of the surface layer portion, the element isolation region is separated from the element arrangement region. An effect is obtained that can form a substantially flat surface (no step is formed).

図1〜7は、この発明の一実施形態に係る半導体装置の製法を示すもので、各々の図に対応する工程(1)〜(7)を順次に説明する。   1 to 7 show a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, and steps (1) to (7) corresponding to the respective drawings will be sequentially described.

(1)例えばシリコンからなる半導体基板10の一方の主面に前述したと同様にしてパッド用のシリコン酸化膜12を介してマスク用のシリコン窒化膜14を形成する。シリコン酸化膜12の厚さは、100〜300Å程度とし、シリコン窒化膜の厚さは、1000〜2000Å程度とすることができる。   (1) A mask silicon nitride film 14 is formed on one main surface of a semiconductor substrate 10 made of, for example, silicon via a pad silicon oxide film 12 in the same manner as described above. The thickness of the silicon oxide film 12 can be about 100 to 300 mm, and the thickness of the silicon nitride film can be about 1000 to 2000 mm.

次に、シリコン酸化膜12及びシリコン窒化膜14の積層には前述したと同様に閉ループ状の孔Kを形成し、該積層からなる選択マスクを得る。そして、この選択マスクを用いる選択エッチング処理により基板表面に閉ループ状のトレンチ16を形成する。トレンチ16は、素子配置領域10aを取囲むように形成される。この後、基板上面には前述したと同様にシリコン酸化膜18を形成する。シリコン酸化膜18の厚さは、5000〜7000Å程度とすることができる。   Next, a closed-loop hole K is formed in the stacked layer of the silicon oxide film 12 and the silicon nitride film 14 in the same manner as described above, and a selection mask made of the stacked layer is obtained. Then, a closed-loop trench 16 is formed on the substrate surface by selective etching using this selective mask. The trench 16 is formed so as to surround the element arrangement region 10a. Thereafter, a silicon oxide film 18 is formed on the upper surface of the substrate as described above. The thickness of the silicon oxide film 18 can be about 5000 to 7000 mm.

(2)前述したと同様にシリコン酸化膜18を平坦状に除去し、トレンチ内にシリコン酸化膜18の一部18aを残存させる。   (2) As described above, the silicon oxide film 18 is removed in a flat shape, and a portion 18a of the silicon oxide film 18 is left in the trench.

(3)シリコン酸化膜12及びシリコン窒化膜14の積層(選択マスク)が存在する状態でトレンチ16内のシリコン酸化膜18aの表層部にエッチレート低減物質をイオン注入する。エッチレート低減物質の一例としては、Arをイオン注入する。Arの注入は、加速エネルギー40〜80keV、ドーズ量2×1015〜4×1015cm−2程度とすることができる。イオン注入の際には、シリコン酸化膜12及びシリコン窒化膜14の積層がマスクとして作用するため、Arの基板10への注入が阻止される。イオン注入の後、シリコン酸化膜18aには、損傷や欠陥を低減するためにアニール処理を施す。アニール処理としては、RTA(ラピッド・サーマル・アニール)処理を用いることができ、一例として1150℃、12秒程度とすることができる。 (3) An etch rate reducing substance is ion-implanted into the surface layer portion of the silicon oxide film 18a in the trench 16 in a state where the stack (selection mask) of the silicon oxide film 12 and the silicon nitride film 14 exists. As an example of the etch rate reducing substance, Ar is ion-implanted. The Ar + implantation can be performed with an acceleration energy of 40 to 80 keV and a dose of about 2 × 10 15 to 4 × 10 15 cm −2 . At the time of ion implantation, the stack of the silicon oxide film 12 and the silicon nitride film 14 acts as a mask, so that the implantation of Ar + into the substrate 10 is prevented. After ion implantation, the silicon oxide film 18a is annealed to reduce damage and defects. As the annealing process, an RTA (rapid thermal annealing) process can be used. As an example, the annealing can be performed at 1150 ° C. for about 12 seconds.

(4)シリコン窒化膜14及びシリコン酸化膜12を順次にウェットエッチング処理により除去する。このとき、シリコン酸化膜18aの表層部は、エッチレートが低減されているため、膜減り量が少なくて済む。   (4) The silicon nitride film 14 and the silicon oxide film 12 are sequentially removed by wet etching. At this time, the surface layer portion of the silicon oxide film 18a has a reduced etch rate, so that the amount of film reduction is small.

(5)基板10の一方の主面に熱酸化処理により犠牲膜としてのシリコン酸化膜20を形成する。   (5) A silicon oxide film 20 as a sacrificial film is formed on one main surface of the substrate 10 by thermal oxidation.

(6)シリコン酸化膜(犠牲膜)20をウェットエッチング処理により除去すると共に基板上面に洗浄処理を施すことにより基板10の一方の主面に清浄な面を露呈させる。シリコン酸化膜20のウェットエッチング処理では、シリコン酸化膜18aの表層部のエッチレートが低減されているため、該表層部の膜減り量が少なくて済み、素子分離領域(シリコン酸化膜18a)は、素子配置領域10aとほぼ平坦な面をなすようになる。   (6) The silicon oxide film (sacrificial film) 20 is removed by a wet etching process and a cleaning process is performed on the upper surface of the substrate to expose a clean surface on one main surface of the substrate 10. In the wet etching process of the silicon oxide film 20, since the etch rate of the surface layer portion of the silicon oxide film 18a is reduced, the amount of film reduction of the surface layer portion can be reduced, and the element isolation region (silicon oxide film 18a) It forms an almost flat surface with the element arrangement region 10a.

次に、基板10の一方の主面には、熱酸化処理によりゲート絶縁膜用のシリコン酸化膜22を形成する。そして、基板上面には、シリコン酸化膜18a,22を覆ってゲート電極(又は配線)用のポリシリコン層をCVD法により形成する。ポリシリコン層24には、堆積中又は堆積後に抵抗低減用の不純物をドープする。   Next, a silicon oxide film 22 for a gate insulating film is formed on one main surface of the substrate 10 by thermal oxidation. Then, a polysilicon layer for a gate electrode (or wiring) is formed on the upper surface of the substrate by the CVD method so as to cover the silicon oxide films 18a and 22. The polysilicon layer 24 is doped with impurities for reducing resistance during or after deposition.

(7)ホトリソグラフィ及びドライエッチング処理によりポリシリコン層24をゲート電極(又は配線)パターンに従ってパターニングする。24a〜24cは、パターニングされたポリシリコン層をそれぞれ示す。   (7) The polysilicon layer 24 is patterned according to the gate electrode (or wiring) pattern by photolithography and dry etching. Reference numerals 24a to 24c denote patterned polysilicon layers, respectively.

図8は、CVD法により形成されたシリコン酸化膜についてArドーズ量とウェットエッチレートとの関係を示すものである。このような関係を求めるための実験は、次のようにして行なわれた。まず、第1〜第6の6枚のシリコンウエハを用意した。そして、各ウエハ毎にその表面にTEOS(テトラ・エチル・オルソ・シリケート)を原料とする低圧CVD法により約2000Åの厚さのシリコン酸化膜を形成し、各ウエハ毎にシリコン酸化膜の厚さを測定した。第1のウエハを除く第2〜第6のウエハにArをそれぞれ注入した。Arの注入は、第2〜第6のいずれのウエハについても加速エネルギーを異にする2ステップ(第1ステップ:40keV、第2ステップ:80keV)で行ない、ドーズ量は、第2ウエハ:2×1014cm−2、第3ウエハ:6×1014cm−2、第4ウエハ:1×1015cm−2、第5ウエハ:2×1015cm−2、第6ウエハ:4×1015cm−2とした。次に、第1〜第6のウエハのシリコン酸化膜にRTA処理(1150℃、12秒)を施した。そして、第1〜第6のウエハのシリコン酸化膜にウェットエッチング処理(130BHF、50秒)を施した。この後、各ウエハ毎にシリコン酸化膜の厚さを測定し、各ウエハ毎にシリコン酸化膜のエッチレート(エッチング前の膜厚測定値−エッチング後の膜厚測定値)を求めた。 FIG. 8 shows the relationship between the Ar + dose and the wet etch rate for a silicon oxide film formed by the CVD method. An experiment for obtaining such a relationship was performed as follows. First, first to sixth six silicon wafers were prepared. Then, a silicon oxide film having a thickness of about 2000 mm is formed on the surface of each wafer by a low pressure CVD method using TEOS (tetra-ethyl-ortho-silicate) as a raw material, and the thickness of the silicon oxide film for each wafer. Was measured. Ar + was implanted into the second to sixth wafers excluding the first wafer. The Ar + implantation is performed in two steps (first step: 40 keV, second step: 80 keV) with different acceleration energies for any of the second to sixth wafers, and the dose amount is the second wafer: 2. × 10 14 cm −2 , third wafer: 6 × 10 14 cm −2 , fourth wafer: 1 × 10 15 cm −2 , fifth wafer: 2 × 10 15 cm −2 , sixth wafer: 4 × 10 15 cm −2 . Next, RTA treatment (1150 ° C., 12 seconds) was performed on the silicon oxide films of the first to sixth wafers. A wet etching process (130 BHF, 50 seconds) was performed on the silicon oxide films of the first to sixth wafers. Thereafter, the thickness of the silicon oxide film was measured for each wafer, and the etch rate of the silicon oxide film (film thickness measurement value before etching−film thickness measurement value after etching) was determined for each wafer.

図8によれば、第1のウエハのシリコン酸化膜(Arの注入なし)ではエッチレートが560Åであるのに対し、第5,6のウエハ(Arドーズ量2×1015cm−2以上)ではエッチレートが約450Å程度に低減されているのがわかる。なお、図3のイオン注入工程においても、上記したような2ステップ注入を採用することができ、図4,6のシリコン酸化膜エッチングにおいても、上記したようなウェットエッチング処理を用いることができる。 According to FIG. 8, the silicon oxide film (without Ar + implantation) of the first wafer has an etch rate of 560 mm, whereas the fifth and sixth wafers (Ar + dose 2 × 10 15 cm −2). From the above, it can be seen that the etch rate is reduced to about 450%. Note that the two-step implantation as described above can also be adopted in the ion implantation step of FIG. 3, and the above-described wet etching process can also be used in the silicon oxide film etching of FIGS.

上記した実施形態に係る製法によれば、図6に示すように基板表面の平坦性が向上するので、図7のポリシリコンパターニングの際の露光処理においてDOFマージンが向上し、精度の良い露光処理が可能になる。また、図7のポリシリコンパターニングの際にポリシリコン残渣が残るような事態が無くなり、ショート不良を防止することができる。さらに、図6,7に示すようにゲート絶縁膜用のシリコン酸化膜22が素子分離領域(シリコン酸化膜18a)と素子配置領域10aとの境界部で段差を覆うことがなくなるので、耐圧低下を防止することができる。   According to the manufacturing method according to the above-described embodiment, since the flatness of the substrate surface is improved as shown in FIG. 6, the DOF margin is improved in the exposure process at the time of polysilicon patterning in FIG. Is possible. Further, there is no situation in which polysilicon residues remain during the polysilicon patterning shown in FIG. 7, and short circuit defects can be prevented. Further, as shown in FIGS. 6 and 7, since the silicon oxide film 22 for the gate insulating film does not cover the step at the boundary between the element isolation region (silicon oxide film 18a) and the element arrangement region 10a, the breakdown voltage is reduced. Can be prevented.

なお、エッチレート低減物質としては、Arに限らず、F等を用いてもよい。   Note that the etch rate reducing material is not limited to Ar, and F or the like may be used.

この発明の一実施形態に係る半導体装置の製法におけるシリコン酸化膜形成工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the silicon oxide film formation process in the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on one Embodiment of this invention. 図1の工程に続く平坦化工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the planarization process following the process of FIG. 図2の工程に続くイオン注入工程及びアニール工程を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing an ion implantation step and an annealing step following the step of FIG. 図3の工程に続く選択マスク除去工程を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a selective mask removing process following the process of FIG. 3. 図4の工程に続くシリコン酸化膜形成工程を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing a silicon oxide film forming step that follows the step of FIG. 4. 図5の工程に続くシリコン酸化膜除去工程、シリコン酸化膜形成工程及びポリシリコン堆積工程を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a silicon oxide film removing process, a silicon oxide film forming process, and a polysilicon deposition process following the process of FIG. 5. 図6の工程に続くポリシリコンパターニング工程を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a polysilicon patterning step following the step of FIG. 6. シリコン酸化膜についてArドーズ量とウェットエッチレートとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between Ar + dose amount and wet etch rate about a silicon oxide film. 発明者の研究に係る半導体装置の製法における選択マスク除去工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the selective mask removal process in the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on inventors' research. 図9の工程に続くシリコン酸化膜形成工程を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a silicon oxide film forming step following the step of FIG. 9. 図10の工程に続くシリコン酸化膜除去工程を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a silicon oxide film removal step that follows the step of FIG. 10. 図11の工程に続くシリコン酸化膜形成工程及びポリシリコン堆積工程を示す断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view showing a silicon oxide film formation step and a polysilicon deposition step following the step of FIG. 11. 図12の工程に続くポリシリコンパターニング工程を示す断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view showing a polysilicon patterning step following the step of FIG. 12. 従来のSTI法の一例を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating an example of the conventional STI method.

符号の説明Explanation of symbols

10:半導体基板、12,18,20,22:シリコン酸化膜、14:シリコン窒化膜、16:トレンチ、24:ポリシリコン層。   10: semiconductor substrate, 12, 18, 20, 22: silicon oxide film, 14: silicon nitride film, 16: trench, 24: polysilicon layer.

Claims (2)

半導体基板の一方の主面に素子配置領域を取囲むような閉ループ状の孔を有する選択マスクを形成する工程と、
前記選択マスクを用いる選択エッチング処理により前記一方の主面に閉ループ状のトレンチを形成する工程と、
前記トレンチを埋めるように前記選択マスクを覆って第1の絶縁膜を形成する工程と、
前記トレンチ内に前記第1の絶縁膜の一部を残存させるように前記第1の絶縁膜を平坦状に除去する工程と、
前記一方の主面に前記選択マスクが存在する状態で前記トレンチ内に残存する第1の絶縁膜の表層部にエッチレート低減物質をイオン注入すると共にアニール処理を施すことにより該表層部のエッチレートを低減させる工程と、
前記アニール処理の後、前記選択マスクを除去して前記一方の主面を露呈させる工程と、
前記一方の主面の露呈部を酸化して犠牲膜としての第2の絶縁膜を形成する工程と、
前記トレンチ内の第1の絶縁膜の表層部のエッチングを許容しつつ前記第2の絶縁膜をエッチング処理により除去する工程と
を含む半導体装置の製法。
Forming a selection mask having a closed loop-shaped hole surrounding the element arrangement region on one main surface of the semiconductor substrate;
Forming a closed loop-shaped trench in the one main surface by selective etching using the selective mask;
Forming a first insulating film covering the selection mask so as to fill the trench;
Removing the first insulating film in a flat shape so as to leave a part of the first insulating film in the trench;
An etch rate reducing substance is ion-implanted into the surface layer portion of the first insulating film remaining in the trench in a state where the selection mask is present on the one main surface, and an annealing treatment is performed to etch the surface layer portion. Reducing the process,
After the annealing treatment, removing the selection mask to expose the one main surface;
Oxidizing the exposed portion of the one main surface to form a second insulating film as a sacrificial film;
And a step of removing the second insulating film by etching while allowing etching of a surface layer portion of the first insulating film in the trench.
前記選択マスクを形成する工程では前記選択マスクをパッド絶縁膜にマスク絶縁膜を重ねた積層により構成し、前記選択マスクを除去する工程では前記マスク絶縁膜を除去した後前記トレンチ内の第1の絶縁膜の表層部のエッチングを許容しつつ前記パッド絶縁膜をエッチング処理により除去する請求項1記載の半導体装置の製法。   In the step of forming the selection mask, the selection mask is configured by stacking a mask insulating film on a pad insulating film, and in the step of removing the selection mask, the mask insulating film is removed and then the first mask in the trench is formed. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the pad insulating film is removed by an etching process while allowing etching of a surface layer portion of the insulating film.
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