JP2008084899A - Process for fabricating semiconductor device - Google Patents

Process for fabricating semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP2008084899A
JP2008084899A JP2006259910A JP2006259910A JP2008084899A JP 2008084899 A JP2008084899 A JP 2008084899A JP 2006259910 A JP2006259910 A JP 2006259910A JP 2006259910 A JP2006259910 A JP 2006259910A JP 2008084899 A JP2008084899 A JP 2008084899A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
trench
silicon substrate
oxide film
silicon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2006259910A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hitoshi Morioka
仁 森岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Micron Memory Japan Ltd
Original Assignee
Elpida Memory Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Elpida Memory Inc filed Critical Elpida Memory Inc
Priority to JP2006259910A priority Critical patent/JP2008084899A/en
Publication of JP2008084899A publication Critical patent/JP2008084899A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To form a sufficiently round shape at the upper edge of a trench and to suppress level difference in the vicinity of the trench when it is filled with an insulating material in the process for fabricating a semiconductor device forming an isolation region of STI structure. <P>SOLUTION: The process for fabricating a semiconductor device comprises a step for forming a trench 18 by etching a silicon substrate 11 using a sidewall insulating film 17 consisting of a laminate of at least a silicon oxide film 15 and a silicon nitride film 16 as a mask, a step for fomring a ringlike recess 19 in the sidewall of the trench 18 by etching the silicon oxide film 15 exposed from the silicon nitride film 16 in the trench 18, a step for forming a thermal oxidation film 20 by oxidizing the surface of the silicon substrate 11 exposed in the trench 18 including the recess 19, and a step for depositing an HDP-CVD film 21 on the entire surface including the trench 18. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関し、更に詳細には、STI(Sallow Trench Isolation)構造の素子分離領域を形成する技術に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a technique for forming an element isolation region having an STI (Sallow Trench Isolation) structure.

DRAM(Dynamic Random Access Memory)は、情報の記憶単位として、メモリセルを備える。メモリセルは、シリコン基板の表面部分に形成されたMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)と、このMOSFETに接続されたキャパシタとで構成され、MOSFETを介してキャパシタに電荷を蓄積することによって、情報の記憶を行う。   A DRAM (Dynamic Random Access Memory) includes a memory cell as a unit of information storage. A memory cell is composed of a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) formed on a surface portion of a silicon substrate and a capacitor connected to the MOSFET. By storing charges in the capacitor via the MOSFET, information is stored in the memory cell. To remember.

シリコン基板の表面部分では、隣接するMOSFET同士が短絡しないように、各MOSFETが形成される素子形成領域を素子分離領域によって互いに絶縁している。近年、DRAMの微細化に伴い、1つのメモリセルが半導体基板上で占有可能な面積が縮小されている。従って、寸法の制御性が高く、占有面積も小さく形成可能なSTI構造の素子分離領域が採用されている。STI構造の素子分離領域は、シリコン基板の表面部分に形成されたトレンチと、トレンチの内部に埋め込まれたシリコン酸化膜等の絶縁材料とで構成される。   In the surface portion of the silicon substrate, the element formation regions where the MOSFETs are formed are insulated from each other by the element isolation regions so that adjacent MOSFETs are not short-circuited. In recent years, with the miniaturization of DRAM, the area that one memory cell can occupy on a semiconductor substrate has been reduced. Accordingly, an element isolation region having an STI structure that can be formed with high dimensional controllability and a small occupation area is employed. The element isolation region having the STI structure is composed of a trench formed in the surface portion of the silicon substrate and an insulating material such as a silicon oxide film embedded in the trench.

STI構造の素子分離領域の形成に際しては、先ず、シリコン基板上にトレンチの開口パターンを有するマスクパターンを形成した後、このマスクパターンを用いたドライエッチングによってシリコン基板を所望の深さまでエッチングし、トレンチを形成する。トレンチ内部を含み全面に絶縁材料を堆積した後、シリコン基板の上面に堆積した絶縁材料及びマスクパターンを除去している。   In forming an element isolation region having an STI structure, a mask pattern having a trench opening pattern is first formed on a silicon substrate, and then the silicon substrate is etched to a desired depth by dry etching using the mask pattern. Form. After an insulating material is deposited on the entire surface including the inside of the trench, the insulating material and the mask pattern deposited on the upper surface of the silicon substrate are removed.

ところで、ドライエッチングによって形成されたトレンチは、その上縁部が尖った形状を有している。このような形状を有する素子分離領域上にゲート絶縁膜を形成すると、トレンチの上縁部付近でゲート絶縁膜が局所的に薄膜化し、これに起因してゲート容量や耐電圧のばらつき、或いは、薄膜化した部分での電界集中などの欠陥が生じる。従って、そのような薄膜化を防ぐために、トレンチ内部への絶縁材料の埋込みに先立って、高温下での熱酸化を行い、シリコン酸化膜(熱酸化膜)の粘性流動を利用して、トレンチの上縁部に丸み形状を形成している。この熱酸化工程は、一般に丸め酸化と称されている。   By the way, the trench formed by dry etching has a shape with a sharp upper edge. When the gate insulating film is formed on the element isolation region having such a shape, the gate insulating film is locally thinned in the vicinity of the upper edge of the trench, resulting in variations in gate capacitance and withstand voltage, or Defects such as electric field concentration occur in the thinned portion. Therefore, in order to prevent such thinning, thermal oxidation at a high temperature is performed prior to embedding the insulating material in the trench, and the viscous flow of the silicon oxide film (thermal oxide film) is used to A round shape is formed at the upper edge. This thermal oxidation process is generally called rounding oxidation.

トレンチの上縁部に丸み形状を形成するためには、丸め酸化に先立って、トレンチに隣接するシリコン基板の上面を露出させる必要がある。図3、4は、STI構造の素子形成領域を形成する従来の製造方法について、各製造段階を順次に示す断面図である。熱酸化法を用いてシリコン基板11上にシリコン酸化膜12を形成した後、シリコン酸化膜12上にシリコン窒化膜13を堆積する(図3(a))。シリコン酸化膜12は、シリコン基板11とシリコン窒化膜13との間の応力を緩和する目的で形成する。   In order to form a round shape at the upper edge of the trench, it is necessary to expose the upper surface of the silicon substrate adjacent to the trench prior to rounding oxidation. 3 and 4 are cross-sectional views sequentially showing each manufacturing stage in a conventional manufacturing method for forming an element forming region having an STI structure. After a silicon oxide film 12 is formed on the silicon substrate 11 using a thermal oxidation method, a silicon nitride film 13 is deposited on the silicon oxide film 12 (FIG. 3A). The silicon oxide film 12 is formed for the purpose of relaxing the stress between the silicon substrate 11 and the silicon nitride film 13.

シリコン窒化膜13上に、素子分離領域の形状に対応した開口パターンを有するレジストパターンを形成した後、このレジストパターンを用いたドライエッチングによって、シリコン酸化膜12及びシリコン窒化膜13に開口パターン14を形成する(図3(b))。開口パターン14内を含み全面に薄いシリコン窒化膜17aを形成し(図3(c))、エッチバックによってシリコン基板11上及びシリコン窒化膜13上のシリコン窒化膜17aを除去することにより、開口パターン14の側面にサイドウォール絶縁膜17を形成する。   After a resist pattern having an opening pattern corresponding to the shape of the element isolation region is formed on the silicon nitride film 13, the opening pattern 14 is formed in the silicon oxide film 12 and the silicon nitride film 13 by dry etching using this resist pattern. It forms (FIG.3 (b)). A thin silicon nitride film 17a is formed on the entire surface including the inside of the opening pattern 14 (FIG. 3C), and the silicon nitride film 17a on the silicon substrate 11 and the silicon nitride film 13 is removed by etch back, thereby opening the opening pattern. A side wall insulating film 17 is formed on the side surface of 14.

引き続き、同じエッチング条件を用い、シリコン窒化膜13及びサイドウォール絶縁膜17をマスクとして、シリコン基板11を所望の深さまでエッチングし、シリコン基板11の表面部分にトレンチ18を形成する(図3(d))。サイドウォール絶縁膜17を選択的に除去し、トレンチ18に隣接するシリコン基板11の上面を露出させる(図4(e))。次いで、丸め酸化によって、トレンチ18内に露出するシリコン基板11の表面に熱酸化膜20を形成すると共に、トレンチ18の上縁部に丸み形状を形成している。   Subsequently, using the same etching conditions, using the silicon nitride film 13 and the sidewall insulating film 17 as a mask, the silicon substrate 11 is etched to a desired depth to form a trench 18 in the surface portion of the silicon substrate 11 (FIG. 3D). )). The sidewall insulating film 17 is selectively removed to expose the upper surface of the silicon substrate 11 adjacent to the trench 18 (FIG. 4E). Next, a thermal oxide film 20 is formed on the surface of the silicon substrate 11 exposed in the trench 18 by rounding oxidation, and a round shape is formed at the upper edge of the trench 18.

図3、4に示した、マスクパターンの側壁部分をサイドウォール絶縁膜17として構成する、STI構造の素子分離領域の形成方法については、例えば特許文献1に記載されている。
特開2005−235986号公報(図1、2)
A method for forming an element isolation region having an STI structure in which the sidewall portion of the mask pattern shown in FIGS. 3 and 4 is configured as the sidewall insulating film 17 is described in, for example, Patent Document 1.
Japanese Patent Laying-Open No. 2005-235986 (FIGS. 1 and 2)

ところで、STI構造の素子分離領域の形成に際して、トレンチ内部への絶縁材料の埋込みには、高い埋設性を有する高密度プラズマ化学気相成長(High Density Plasma Chemical Vapor Deposition:HDP−CVD)法が一般に用いられる。HDP−CVD法では、シリコン基板の基板面と直交方向にバイアスを印加し、イオンをシリコン基板側へ加速することによって堆積を行っている。   By the way, when forming an isolation region having an STI structure, a high density plasma chemical vapor deposition (HDP-CVD) method having a high burying property is generally used for embedding an insulating material in a trench. Used. In the HDP-CVD method, deposition is performed by applying a bias in a direction perpendicular to the substrate surface of the silicon substrate and accelerating ions toward the silicon substrate.

ところが、図3、4に示した製造方法では、サイドウォール絶縁膜17の除去によって、図4(f)に示したように、トレンチ18の上縁部のマスク開口の縁部と熱酸化膜20の側面との間に段差31が形成される。ところが、HDP−CVD法でシリコン基板11側へ加速されるイオンは直進性が高いため、段差31付近に付着し易い性質がある。   However, in the manufacturing method shown in FIGS. 3 and 4, by removing the sidewall insulating film 17, the edge of the mask opening at the upper edge of the trench 18 and the thermal oxide film 20 are removed as shown in FIG. A step 31 is formed between the side surfaces of the two. However, ions accelerated to the silicon substrate 11 side by the HDP-CVD method have high straightness, so that they tend to adhere near the step 31.

従って、HDP−CVD法を用いたトレンチ18内部への絶縁材料の堆積に際しては、絶縁材料が段差31付近にオーバーハング形状に堆積されるため、トレンチ18の開口部分を塞ぐことがある。このため、図5に示すように、トレンチ18の内部にボイド32が形成される問題があった。   Therefore, when the insulating material is deposited inside the trench 18 using the HDP-CVD method, the insulating material is deposited in an overhang shape in the vicinity of the step 31, so that the opening of the trench 18 may be blocked. For this reason, as shown in FIG. 5, there is a problem that a void 32 is formed inside the trench 18.

近年、半導体装置の微細化に伴い、トレンチ18の幅は100nmよりも縮小されつつあるが、トレンチ18の幅が100nmよりも小さくなると、段差31付近に付着するイオンが急激に増加するため、ボイド32の形成が急激に促進される。従って、半導体装置の信頼性を低下させることなく、トレンチ18の幅の縮小を達成するためには、トレンチ18の上縁部に充分な丸み形状を形成でき、且つ、トレンチ18内部への絶縁材料21の埋込みに際してその付近での段差31を抑制することが必要である。   In recent years, with the miniaturization of semiconductor devices, the width of the trench 18 is being reduced to less than 100 nm. However, when the width of the trench 18 is less than 100 nm, ions adhering to the vicinity of the step 31 rapidly increase. The formation of 32 is rapidly promoted. Therefore, in order to achieve a reduction in the width of the trench 18 without degrading the reliability of the semiconductor device, a sufficient round shape can be formed at the upper edge of the trench 18 and the insulating material into the trench 18 can be formed. When embedding 21, it is necessary to suppress the step 31 in the vicinity thereof.

本発明は、上記に鑑み、STI構造の素子分離領域を形成する半導体装置の製造方法であって、トレンチの上縁部に充分な丸み形状を形成でき、且つ、トレンチ内部への絶縁材料の埋込みに際してその付近での段差を抑制可能な半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。   In view of the above, the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device in which an element isolation region having an STI structure is formed. The semiconductor device can form a sufficient round shape at the upper edge of a trench, and an insulating material is embedded in the trench. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor device that can suppress a step in the vicinity thereof.

上記目的を達成するために、本発明に係る半導体装置の製造方法は、
シリコン基板上に溝分離領域を形成する、半導体装置の製造方法において、
シリコン基板の上面に第1の膜を形成する工程と、
前記第1の膜の上面に、溝パターンを有するマスクを形成する工程と、
前記マスクを用いるエッチングによって、前記第1の膜を貫通し且つ前記シリコン基板の上面部分を開口する第1の開口を形成する工程と、
前記第1の開口の内部を含む全面に、それぞれが絶縁材料からなる第2及び第3の膜を順次に堆積し、該第2及び第3の膜をエッチバックすることにより、前記第1の開口の側壁表面に、前記第2及び第3の膜から成るサイドウォールを形成する工程と、
少なくとも前記サイドウォールをマスクとして前記第1の開口内で前記シリコン基板をエッチングし、前記第1の開口及び該第1の開口から延長する第2の開口から成るトレンチを形成する工程と、
前記トレンチ内で前記第3の膜から露出する第2の膜をエッチングし、前記トレンチの側壁部分にリング状の凹部を形成する工程と、
前記凹部を含む前記トレンチ内で露出するシリコン基板の表面を酸化して熱酸化膜を形成する工程と、
前記トレンチ内を含む全面に絶縁膜を堆積する工程と、
平坦化工程によって、前記シリコン基板の上面に形成された前記第1の膜、及び、該第1の膜の下面よりも上部に堆積された前記絶縁膜を除去する工程とを有することを特徴とする。
In order to achieve the above object, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes:
In a method for manufacturing a semiconductor device, a groove isolation region is formed on a silicon substrate.
Forming a first film on the upper surface of the silicon substrate;
Forming a mask having a groove pattern on the upper surface of the first film;
Forming a first opening through the first film and opening an upper surface portion of the silicon substrate by etching using the mask;
By sequentially depositing second and third films each made of an insulating material on the entire surface including the inside of the first opening and etching back the second and third films, the first and second films are etched back. Forming a sidewall made of the second and third films on the sidewall surface of the opening;
Etching the silicon substrate in the first opening using at least the sidewall as a mask to form a trench comprising the first opening and a second opening extending from the first opening;
Etching the second film exposed from the third film in the trench to form a ring-shaped recess in the sidewall portion of the trench;
Oxidizing the surface of the silicon substrate exposed in the trench including the recess to form a thermal oxide film;
Depositing an insulating film on the entire surface including the inside of the trench;
Removing the first film formed on the upper surface of the silicon substrate and the insulating film deposited above the lower surface of the first film by a planarization step. To do.

本発明によれば、リング状の凹部の形成に際して、トレンチに隣接するシリコン基板の上面を、熱酸化膜の形成の際の増膜分に対応する空間を有して露出させることが出来る。従って、熱酸化膜の形成に際して、シリコン酸化膜の粘性流動を利用して、トレンチの上縁部に充分な丸み形状を形成できると共に、凹部の内部を熱酸化膜で埋め込み、トレンチの上縁部の段差を抑制できる。   According to the present invention, when the ring-shaped recess is formed, the upper surface of the silicon substrate adjacent to the trench can be exposed with a space corresponding to the increased film thickness when the thermal oxide film is formed. Therefore, when forming the thermal oxide film, the viscous flow of the silicon oxide film can be used to form a sufficiently rounded shape at the upper edge of the trench, and the inside of the recess is filled with the thermal oxide film, Can be suppressed.

本発明の好適な態様では、前記第1の膜は、シリコン基板の上面に順次に堆積されたシリコン酸化膜及びシリコン窒化膜を含む。シリコン基板のエッチングに際して、シリコン窒化膜によって、高いエッチ耐性を得ることが出来る。また、シリコン酸化膜によって、シリコン基板とシリコン窒化膜との間に生じる応力を緩和できる。   In a preferred aspect of the present invention, the first film includes a silicon oxide film and a silicon nitride film sequentially deposited on the upper surface of the silicon substrate. When etching the silicon substrate, high etch resistance can be obtained by the silicon nitride film. Further, the silicon oxide film can relieve stress generated between the silicon substrate and the silicon nitride film.

本発明の好適な態様では、前記第2の膜がシリコン酸化膜であり、前記第3の膜がシリコン窒化膜である。凹部の形成に際して、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜とのエッチレートの違いを利用して、シリコン酸化膜を選択的にエッチングできる。   In a preferred aspect of the present invention, the second film is a silicon oxide film, and the third film is a silicon nitride film. In forming the recess, the silicon oxide film can be selectively etched by utilizing the difference in etch rate between the silicon nitride film and the silicon oxide film.

本発明の好適な態様では、前記第2及び第3の膜がそれぞれ、前記熱酸化膜の厚みの1/2の厚みを有する。凹部の高さを丸め酸化による増膜分に対応させることによって、丸め酸化に際して凹部の内部を熱酸化膜で効果的に埋め込むことが出来る。   In a preferred aspect of the present invention, each of the second and third films has a thickness that is ½ of the thickness of the thermal oxide film. By making the height of the concave portion correspond to the increased film thickness due to rounding oxidation, the inside of the concave portion can be effectively filled with a thermal oxide film during rounding oxidation.

本発明の好適な態様では、トレンチ内を含む全面に絶縁膜を堆積する工程は、プラズマCVD法で行う。高い埋設性で絶縁膜を堆積できる。プラズマCVD法は、イオンの直進性が高いので、トレンチの上縁部に段差があると、段差部分に堆積が集中することによって、ボイドが形成され易い。従って、本発明に好適に適用できる。   In a preferred aspect of the present invention, the step of depositing the insulating film on the entire surface including the inside of the trench is performed by a plasma CVD method. An insulating film can be deposited with high embedding property. Since the plasma CVD method has high straightness of ions, if there is a step at the upper edge portion of the trench, the deposition is concentrated on the step portion, so that a void is easily formed. Therefore, it can be suitably applied to the present invention.

以下に、添付図面を参照し、本発明の実施形態を詳しく説明する。図1、2は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法について、各製造段階を順次に示す断面図である。先ず、熱酸化法を用い、基板温度を850℃とし、シリコン基板11上にシリコン酸化膜12を10nmの厚みに形成する。次いで、減圧CVD法を用い、基板温度を760℃とし、シリコン酸化膜12上にシリコン窒化膜13を120nmの厚みに堆積する(図1(a))。シリコン酸化膜12は、シリコン基板11とシリコン窒化膜13との間の応力を緩和する目的で形成する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 1 and 2 are cross-sectional views sequentially showing each manufacturing stage in a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. First, using a thermal oxidation method, the substrate temperature is set to 850 ° C., and the silicon oxide film 12 is formed on the silicon substrate 11 to a thickness of 10 nm. Next, using a low pressure CVD method, the substrate temperature is set to 760 ° C., and a silicon nitride film 13 is deposited on the silicon oxide film 12 to a thickness of 120 nm (FIG. 1A). The silicon oxide film 12 is formed for the purpose of relaxing the stress between the silicon substrate 11 and the silicon nitride film 13.

シリコン窒化膜13上に、素子分離領域に対応した開口パターンを有するレジストマスクを形成した後、このレジストマスクを用いたドライエッチングを行い、シリコン酸化膜12及びシリコン窒化膜13に、開口パターン14を形成する。ドライエッチングに際しては、シリコン基板11をエッチストッパとするため、オーバーエッチングによって、シリコン基板11の表面部分も僅かに除去される。エッチングガスにはCFを用いる。更に、レジストマスクを除去する(図1(b))。 A resist mask having an opening pattern corresponding to the element isolation region is formed on the silicon nitride film 13, and then dry etching is performed using the resist mask to form the opening pattern 14 on the silicon oxide film 12 and the silicon nitride film 13. Form. In dry etching, since the silicon substrate 11 is used as an etch stopper, the surface portion of the silicon substrate 11 is also slightly removed by over-etching. CF 4 is used as an etching gas. Further, the resist mask is removed (FIG. 1B).

引き続き、減圧CVD法を用い、基板温度を680℃とし、開口パターン14の内部を含み全面に、シリコン酸化膜15を10nmの厚みに堆積する(図1(c))。高い段差被覆性を有する減圧CVD法を用いることによって、開口パターン14の側面にも、シリコン基板11上やシリコン窒化膜13上と同様に、10nmの厚みを有するシリコン酸化膜15を堆積できる。シリコン酸化膜15の厚みは、後の丸め酸化に際して形成する熱酸化膜の厚みの半分程度に設定している。   Subsequently, using a low pressure CVD method, the substrate temperature is set to 680 ° C., and a silicon oxide film 15 is deposited to a thickness of 10 nm on the entire surface including the inside of the opening pattern 14 (FIG. 1C). By using the low pressure CVD method having high step coverage, a silicon oxide film 15 having a thickness of 10 nm can be deposited on the side surface of the opening pattern 14 as well as on the silicon substrate 11 and the silicon nitride film 13. The thickness of the silicon oxide film 15 is set to about half of the thickness of the thermal oxide film formed in the subsequent rounding oxidation.

次いで、減圧CVD法を用い、基板温度を680℃とし、シリコン酸化膜15上にシリコン窒化膜16を10nmの厚みに堆積する(図1(d))。シリコン窒化膜16の厚みも、後の丸め酸化に際して形成する熱酸化膜の厚みの半分程度に設定している。   Next, using a low pressure CVD method, the substrate temperature is set to 680 ° C., and a silicon nitride film 16 is deposited on the silicon oxide film 15 to a thickness of 10 nm (FIG. 1D). The thickness of the silicon nitride film 16 is also set to about half of the thickness of the thermal oxide film formed in the subsequent rounding oxidation.

引き続き、CFを用いたドライエッチングを行い、シリコン基板11上及びシリコン窒化膜13上のシリコン酸化膜15及びシリコン窒化膜16の積層をエッチバックすることにより、開口パターン14の側面にこれら積層を残して、サイドウォール絶縁膜17を形成する。引き続き、同じエッチング条件を用い、シリコン窒化膜13及びサイドウォール絶縁膜17をマスクとして、シリコン基板11を所望の深さまでエッチングし、シリコン基板11の表面部分にトレンチ18を形成する(図2(e))。なお、ドライエッチングの条件によっては、サイドウォール絶縁膜17の形成と、トレンチ18の形成とを別の工程に分けて行っても構わない。 Subsequently, dry etching using CF 4 is performed to etch back the stack of the silicon oxide film 15 and the silicon nitride film 16 on the silicon substrate 11 and the silicon nitride film 13, thereby stacking these stacks on the side surface of the opening pattern 14. The sidewall insulating film 17 is formed as it is. Subsequently, using the same etching conditions, using the silicon nitride film 13 and the sidewall insulating film 17 as a mask, the silicon substrate 11 is etched to a desired depth to form a trench 18 in the surface portion of the silicon substrate 11 (FIG. 2E )). Depending on the dry etching conditions, the formation of the sidewall insulating film 17 and the formation of the trench 18 may be performed in separate steps.

次いで、HFが1.6%、NHFが38.7%、及び、HOが59.7%の液組成を有する緩衝フッ酸を用いたウエットエッチングを行い、サイドウォール絶縁膜17のうち、トレンチ18内に露出したシリコン酸化膜15を20nmだけ後退させる。緩衝フッ酸によるシリコン酸化膜15のエッチレートが20nm/minであれば、60秒間行う。緩衝フッ酸によるシリコン窒化膜16のエッチレートは0.5nm/min以下であるため、ウェットエッチングに際してシリコン窒化膜16は殆どエッチングされず、シリコン酸化膜15の保護膜として機能させることが出来る。 Next, wet etching is performed using buffered hydrofluoric acid having a liquid composition of HF 1.6%, NH 4 F 38.7%, and H 2 O 59.7%. Of these, the silicon oxide film 15 exposed in the trench 18 is retracted by 20 nm. If the etching rate of the silicon oxide film 15 by buffered hydrofluoric acid is 20 nm / min, it is performed for 60 seconds. Since the etching rate of the silicon nitride film 16 by buffered hydrofluoric acid is 0.5 nm / min or less, the silicon nitride film 16 is hardly etched during wet etching, and can function as a protective film for the silicon oxide film 15.

これによって、トレンチ18の上縁部に沿って、シリコン基板11とサイドウォール絶縁膜17との間に、高さが10nmで幅が20nmのリング状の凹部19が形成される(図2(f))。なお、ウェットエッチングに際して、シリコン酸化膜15が過剰にエッチングされると、シリコン窒化膜16がリフトオフするおそれがあるため、エッチング時間の設定は慎重に行う。   As a result, a ring-shaped recess 19 having a height of 10 nm and a width of 20 nm is formed between the silicon substrate 11 and the sidewall insulating film 17 along the upper edge portion of the trench 18 (FIG. 2F). )). In addition, when the silicon oxide film 15 is excessively etched during wet etching, the silicon nitride film 16 may be lifted off. Therefore, the etching time is set carefully.

引き続き、丸め酸化として、熱酸化法を用いて、トレンチ18内に露出するシリコン基板11の表面にシリコン酸化膜(熱酸化膜)20を20nmの厚みに形成する(図2(g))。丸め酸化は、スチームを用いるスチーム酸化や、ハロゲンやOラジカルを用いるドライ酸化で行うことが出来る。丸め酸化に先立って、形成したリング状の凹部19でシリコン基板11の表面が露出している。このため、シリコン酸化膜の粘性流動を利用して、トレンチ18の上縁部に充分な丸み形状を形成できる。 Subsequently, as a rounding oxidation, a silicon oxide film (thermal oxide film) 20 is formed to a thickness of 20 nm on the surface of the silicon substrate 11 exposed in the trench 18 using a thermal oxidation method (FIG. 2G). The rounding oxidation can be performed by steam oxidation using steam or dry oxidation using halogen or O 2 radical. Prior to rounding oxidation, the surface of the silicon substrate 11 is exposed in the formed ring-shaped recess 19. For this reason, a sufficient round shape can be formed at the upper edge of the trench 18 by utilizing the viscous flow of the silicon oxide film.

凹部19を形成するウエットエッチングに際しては、シリコン窒化膜16を除去せずに残すので、トレンチ18の上縁部において、サイドウォール絶縁膜17側面の位置と熱酸化膜20側面の位置とをほぼ揃えることが出来る。また、凹部19は、丸め酸化による増膜分に対応する高さ及び幅寸法に形成されているので、丸め酸化に際して、凹部19は熱酸化膜20でほぼ完全に埋め込まれる。従って、トレンチ18の上縁部において、サイドウォール絶縁膜17の側面と熱酸化膜20の側面とがほぼ平坦に形成され、トレンチ18の上縁部における段差は充分に抑制される。   In the wet etching for forming the recess 19, the silicon nitride film 16 is left without being removed, so that the position of the side surface of the sidewall insulating film 17 and the position of the side surface of the thermal oxide film 20 are substantially aligned at the upper edge of the trench 18. I can do it. Further, since the recess 19 is formed to have a height and a width dimension corresponding to the film increase due to rounding oxidation, the recess 19 is almost completely filled with the thermal oxide film 20 during rounding oxidation. Therefore, the side surface of the sidewall insulating film 17 and the side surface of the thermal oxide film 20 are formed almost flat at the upper edge portion of the trench 18, and the step at the upper edge portion of the trench 18 is sufficiently suppressed.

次いで、HDP−CVD法を用いて、トレンチ18の内部を含めて全面に、シリコン酸化膜(HDP−CVD膜)21を堆積する(図2(h))。HDP−CVD膜21の堆積に際しては、トレンチ18の上縁部における段差が充分に抑制されているので、トレンチ18の内部にボイドは形成されない。引き続き、シリコン基板11上に堆積された膜を除去する等の工程を経ることによって、STI構造の素子分離領域を形成できる。   Next, a silicon oxide film (HDP-CVD film) 21 is deposited on the entire surface including the inside of the trench 18 by using the HDP-CVD method (FIG. 2H). When the HDP-CVD film 21 is deposited, the step at the upper edge of the trench 18 is sufficiently suppressed, so that no void is formed inside the trench 18. Subsequently, an element isolation region having an STI structure can be formed by performing a process such as removing a film deposited on the silicon substrate 11.

本実施形態によれば、サイドウォール絶縁膜17をシリコン酸化膜15とシリコン窒化膜16との2層構造にすると共に、丸め酸化に先立って、選択的なウェットエッチングでシリコン酸化膜15のみを後退させることによって、丸め酸化後のトレンチ18上縁部の段差を充分に小さく出来る。従って、幅の小さなトレンチ18であっても、トレンチ18内部へのHDP−CVD膜21の埋込みに際して、ボイドを抑制できる。   According to the present embodiment, the sidewall insulating film 17 has a two-layer structure of the silicon oxide film 15 and the silicon nitride film 16, and only the silicon oxide film 15 is retracted by selective wet etching prior to rounding oxidation. By doing so, the step at the upper edge of the trench 18 after rounding oxidation can be made sufficiently small. Therefore, even when the trench 18 has a small width, voids can be suppressed when the HDP-CVD film 21 is embedded in the trench 18.

なお、トレンチ18内部の絶縁材料の埋込みに際しては、HDP−CVD法以外にも、O及びTEOSを用いた常圧CVD法や、SOG(Spin On Glass)法などの塗布法を用いることも出来る。しかし、これらの成膜方法を採用すると、膜質が変化するため、後の工程を変更する必要が生じ、或いは、工程数が大幅に増加するおそれがある。これに対して、上記実施形態では、特許文献1の製造方法に比して、シリコン酸化膜15を堆積する工程を1つ増加するだけでよいので、製造コストの増大を抑えることが出来る。 For embedding the insulating material inside the trench 18, in addition to the HDP-CVD method, an atmospheric pressure CVD method using O 3 and TEOS or a coating method such as an SOG (Spin On Glass) method can also be used. . However, when these film forming methods are adopted, the film quality changes, so that it is necessary to change the subsequent process or the number of processes may be greatly increased. On the other hand, in the above-described embodiment, as compared with the manufacturing method of Patent Document 1, it is only necessary to increase the number of steps for depositing the silicon oxide film 15, so that an increase in manufacturing cost can be suppressed.

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明に係る半導体装置の製造方法は、上記実施形態の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。   As described above, the present invention has been described based on the preferred embodiments. However, the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is not limited to the configuration of the above-described embodiment, and various modifications can be made from the configuration of the above-described embodiment. Modifications and changes are also included in the scope of the present invention.

本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法について、各製造段階を順次に示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view sequentially showing each manufacturing stage in a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 図1に後続する各製造段階を順次に示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view sequentially illustrating each manufacturing step subsequent to FIG. 1. 従来の製造方法について、各製造段階を順次に示す断面図である。It is sectional drawing which shows each manufacturing step sequentially about the conventional manufacturing method. 図3に後続する各製造段階を順次に示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view sequentially illustrating each manufacturing step subsequent to FIG. 3. 従来の製造方法の問題点を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the problem of the conventional manufacturing method.

符号の説明Explanation of symbols

11:シリコン基板
12:シリコン酸化膜
13:シリコン窒化膜
14:開口パターン
15:シリコン酸化膜
16:シリコン窒化膜
17:サイドウォール絶縁膜
17a:シリコン窒化膜
18:トレンチ
19:凹部
20:熱酸化膜
21:HDP−CVD膜(絶縁材料)
31:段差
32:ボイド
11: silicon substrate 12: silicon oxide film 13: silicon nitride film 14: opening pattern 15: silicon oxide film 16: silicon nitride film 17: sidewall insulating film 17a: silicon nitride film 18: trench 19: recess 20: thermal oxide film 21: HDP-CVD film (insulating material)
31: Step 32: Void

Claims (4)

シリコン基板上に溝分離領域を形成する、半導体装置の製造方法において、
シリコン基板の上面に第1の膜を形成する工程と、
前記第1の膜の上面に、溝パターンを有するマスクを形成する工程と、
前記マスクを用いるエッチングによって、前記第1の膜を貫通し且つ前記シリコン基板の上面部分を開口する第1の開口を形成する工程と、
前記第1の開口の内部を含む全面に、それぞれが絶縁材料からなる第2及び第3の膜を順次に堆積し、該第2及び第3の膜をエッチバックすることにより、前記第1の開口の側壁表面に、前記第2及び第3の膜から成るサイドウォールを形成する工程と、
少なくとも前記サイドウォールをマスクとして前記第1の開口内で前記シリコン基板をエッチングし、前記第1の開口及び該第1の開口から延長する第2の開口から成るトレンチを形成する工程と、
前記トレンチ内で前記第3の膜から露出する第2の膜をエッチングし、前記トレンチの側壁部分にリング状の凹部を形成する工程と、
前記凹部を含む前記トレンチ内で露出するシリコン基板の表面を酸化して熱酸化膜を形成する工程と、
前記トレンチ内を含む全面に絶縁膜を堆積する工程と、
平坦化工程によって、前記シリコン基板の上面に形成された前記第1の膜、及び、該第1の膜の下面よりも上部に堆積された前記絶縁膜を除去する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
In a method for manufacturing a semiconductor device, a groove isolation region is formed on a silicon substrate.
Forming a first film on the upper surface of the silicon substrate;
Forming a mask having a groove pattern on the upper surface of the first film;
Forming a first opening through the first film and opening an upper surface portion of the silicon substrate by etching using the mask;
By sequentially depositing second and third films each made of an insulating material on the entire surface including the inside of the first opening and etching back the second and third films, the first and second films are etched back. Forming a sidewall made of the second and third films on the sidewall surface of the opening;
Etching the silicon substrate in the first opening using at least the sidewall as a mask to form a trench comprising the first opening and a second opening extending from the first opening;
Etching the second film exposed from the third film in the trench to form a ring-shaped recess in the sidewall portion of the trench;
Oxidizing the surface of the silicon substrate exposed in the trench including the recess to form a thermal oxide film;
Depositing an insulating film on the entire surface including the inside of the trench;
Removing the first film formed on the upper surface of the silicon substrate and the insulating film deposited above the lower surface of the first film by a planarization step. A method for manufacturing a semiconductor device.
前記第1の膜は、シリコン基板の上面に順次に堆積されたシリコン酸化膜及びシリコン窒化膜を含む、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the first film includes a silicon oxide film and a silicon nitride film sequentially deposited on an upper surface of a silicon substrate. 前記第2の膜がシリコン酸化膜であり、前記第3の膜がシリコン窒化膜である、請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the second film is a silicon oxide film, and the third film is a silicon nitride film. 前記第2及び第3の膜がそれぞれ、前記熱酸化膜の厚みの1/2の厚みを有する、請求項1〜3の何れか一に記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein each of the second and third films has a thickness that is ½ of a thickness of the thermal oxide film.
JP2006259910A 2006-09-26 2006-09-26 Process for fabricating semiconductor device Pending JP2008084899A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006259910A JP2008084899A (en) 2006-09-26 2006-09-26 Process for fabricating semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006259910A JP2008084899A (en) 2006-09-26 2006-09-26 Process for fabricating semiconductor device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008084899A true JP2008084899A (en) 2008-04-10

Family

ID=39355483

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006259910A Pending JP2008084899A (en) 2006-09-26 2006-09-26 Process for fabricating semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2008084899A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108780735A (en) * 2016-03-13 2018-11-09 应用材料公司 The selective deposition of silicon nitride film for spacer application

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108780735A (en) * 2016-03-13 2018-11-09 应用材料公司 The selective deposition of silicon nitride film for spacer application
CN108780735B (en) * 2016-03-13 2023-04-21 应用材料公司 Selective deposition of silicon nitride films for spacer applications

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100459724B1 (en) Semiconductor device having a SiN etch stopper by low temperature ALD and fabricating method the same
US20150357232A1 (en) Method for manufacturing semiconductor device
US9607883B2 (en) Trench formation using rounded hard mask
JP2006196843A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
US20060141731A1 (en) Method for forming shallow trench isolation in semiconductor device
JP2005005669A (en) Manufacturing method of semiconductor element
JP2010027904A (en) Method of manufacturing semiconductor device
TWI479568B (en) Method for insulating wires of semiconductor device
JP2001257259A (en) Method of forming element isolating structure
JP2005328049A (en) Semiconductor element including trench element separation film and manufacturing method for such semiconductor element
JP2006114896A (en) Method of manufacturing semiconductor device, method of forming etch stop layer having tolerance over wet etching, and semiconductor device
US6335556B1 (en) Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device
US7595252B2 (en) Method of manufacturing a semiconductor memory device
JPH11233614A (en) Semiconductor device and its manufacturing method
US7384823B2 (en) Method for manufacturing a semiconductor device having a stabilized contact resistance
JP2007013081A (en) Method for manufacturing semiconductor device having deep contact holes
JP2006191053A (en) Process for fabricating semiconductor memory
US7651923B2 (en) Method for forming transistor of semiconductor device
JP2008084899A (en) Process for fabricating semiconductor device
JP2002289682A (en) Semiconductor device and its manufacturing method
JP2008124399A (en) Manufacturing method of semiconductor device
CN108807267B (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
KR100798270B1 (en) Semiconductor device and fabrication method of thereof
KR100620171B1 (en) Method for manufacturing shallow trench isolation in semiconductor device
TW550749B (en) Method of filling trench with high aspect ratio