JP2008186978A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、部分分離膜と完全分離膜の2種類の素子分離膜を備えるSOIデバイスの素子分離膜の形成プロセスに関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a process for forming an element isolation film of an SOI device including two types of element isolation films, a partial isolation film and a complete isolation film.
ハイブリッドトレンチ分離を適用されたSOIデバイスは、高速・低消費電力動作やラッチアップフリーなどの多くの優れた特性が知られており、例えば特許文献1に、そのハイブリッドトレンチ分離SOIが報告されている。 An SOI device to which hybrid trench isolation is applied is known for many excellent characteristics such as high-speed, low power consumption operation and latch-up free. For example, Patent Document 1 reports the hybrid trench isolation SOI. .
この報告では、SOI基板上に部分分離の深さのトレンチを形成し、そのトレンチの底部を部分的にエッチングして部分的に完全分離の深さに深掘した後に、そのトレンチの内壁に内壁酸化膜を形成する工程が示されている(特許文献1の図4−6)。 In this report, a trench having a depth of partial isolation is formed on an SOI substrate, and the bottom of the trench is partially etched to partially dig deep to a depth of full isolation. A process of forming an oxide film is shown (FIGS. 4-6 of Patent Document 1).
またこの報告では、トレンチの完全分離側周辺の窒化膜と部分分離側周辺の窒化膜との各膜厚を異ならせ、それら窒化膜をストッパとして、トレンチに形成された素子分離膜をCMPで平坦化することで、その素子分離膜の膜厚を完全分離側と部分分離側とで異ならせ、これを利用して電圧の集中し易いゲート絶縁膜の端部の膜厚を厚くしてゲート絶縁膜の絶縁破壊を防止することが示されている(特許文献1の図30,31)。 In this report, the nitride film around the complete isolation side of the trench and the nitride film around the partial isolation side are made different in thickness, and the element isolation film formed in the trench is flattened by CMP using the nitride films as stoppers. Therefore, the thickness of the element isolation film differs between the complete isolation side and the partial isolation side, and this is used to increase the thickness of the edge of the gate insulating film where voltage is likely to concentrate. It has been shown to prevent dielectric breakdown of the film (FIGS. 30 and 31 of Patent Document 1).
しかしながら、この報告の技術を完全分離を多用するSRAM部等に適用すると、CMPによる平坦化後の素子分離膜の膜厚のばらつきが顕著になり、歩留まりが低下する。 However, when the technique of this report is applied to an SRAM portion or the like that uses a lot of complete isolation, the variation in the thickness of the element isolation film after planarization by CMP becomes remarkable, and the yield decreases.
ところで、従来のRAM部(SOI構造で形成されたSRAM部)の素子分離膜は以下の様に形成されていた。即ち、上面に窒化膜の形成されたSOI基板上に、部分分離の深さのトレンチを複数形成する。そして、それら各トレンチの内壁を酸化して内壁酸化膜を形成し、それら各トレンチのうちの特定のトレンチ(完全分離用とするトレンチ)を露出し且つ残りのトレンチ(部分分離用とするトレンチ)を埋める様にして前記SOI基板上にレジストを形成する。そしてそのレジストをマスクとして特定のトレンチの底部をエッチングして、前記特定のトレンチを完全分離の深さに深掘する。 By the way, the element isolation film of the conventional RAM part (SRAM part formed by SOI structure) was formed as follows. That is, a plurality of trenches having a partial isolation depth are formed on an SOI substrate having a nitride film formed on the upper surface. Then, the inner wall of each of these trenches is oxidized to form an inner wall oxide film, and a specific trench (a trench for complete isolation) among these trenches is exposed and the remaining trench (a trench for partial isolation) A resist is formed on the SOI substrate so as to be buried. Then, using the resist as a mask, the bottom of a specific trench is etched to dig the specific trench to a complete isolation depth.
そのエッチングの際、前記特定のトレンチの底部上の内壁酸化膜および底部真下のSOI層が除去されると共に、前記窒化膜のうちのマスクされていない部分(前記特定のトレンチの周辺に在る部分)もかなり削られる。 During the etching, the inner wall oxide film on the bottom of the specific trench and the SOI layer immediately below the bottom are removed, and an unmasked portion of the nitride film (portion around the specific trench) ) Is also sharpened.
そしてそのエッチング後、前記レジストを除去して、各トレンチを埋める様にして前記SOI基板上にHDP酸化膜(素子分離膜)を形成し、SOI基板上の前記窒化膜をストッパとして前記HDP酸化膜をCMPで平坦化して、素子分離膜を形成する(即ち、部分分離用としたトレンチには部分分離膜が形成され、完全分離用としたトレンチには完全分離膜が形成される)。 Then, after the etching, the resist is removed, an HDP oxide film (element isolation film) is formed on the SOI substrate so as to fill each trench, and the HDP oxide film is formed using the nitride film on the SOI substrate as a stopper. Is planarized by CMP to form an element isolation film (that is, a partial isolation film is formed in the trench for partial isolation, and a complete isolation film is formed in the trench for complete isolation).
従来のRAM部の素子分離膜の形成プロセスでは、上記の様に、トレンチの底部のエッチングにより、その底部上の内壁酸化膜およびその底部真下のSOI層が除去されると共に当該トレンチ周辺のマスクされなかった窒化膜もかなり削られる(即ちトレンチ周辺の窒化膜の膜厚にかなり大きなばらつき(段差)が生じる)。そのため、トレンチ周辺の窒化膜をストッパとして、当該トレンチに形成されたHDP酸化膜(素子分離膜)をCMPで平坦化した際、当該素子分離膜の膜厚の表面が水平にならず傾いて膜厚にばらつきが生じるという問題があった。 In the conventional process for forming the element isolation film of the RAM portion, as described above, the etching of the bottom of the trench removes the inner wall oxide film on the bottom and the SOI layer directly below the bottom and masks the periphery of the trench. The nitride film that has not been removed is also considerably removed (that is, the film thickness of the nitride film around the trench has a considerably large variation (step)). Therefore, when the HDP oxide film (element isolation film) formed in the trench is planarized by CMP using the nitride film around the trench as a stopper, the surface of the film thickness of the element isolation film is not horizontal and tilts. There was a problem that the thickness varied.
そこで、この発明の課題は、トレンチを完全分離の深さに深掘する際のエッチングによって当該トレンチの周辺の窒化膜の膜厚にばらつきが生じることを抑制し、これにより素子分離膜の膜厚のばらつきを抑制する半導体装置の製造方法を提供する。 Accordingly, an object of the present invention is to suppress variation in the film thickness of the nitride film around the trench due to etching when the trench is deeply excavated to a complete isolation depth, and thereby the film thickness of the element isolation film A method for manufacturing a semiconductor device is provided.
上記課題を解決する為に、請求項1に記載の発明は、(a)上面に窒化膜の形成されたSOI基板に、部分分離の深さのトレンチを複数形成する工程と、b)前記各トレンチの内壁を酸化して極薄膜状の内壁酸化膜を形成する工程と、(c)前記各トレンチのうちの特定のトレンチを露出し且つ残りのトレンチを埋める様にして、前記SOI基板上にレジストを形成する工程と、(d)前記レジストをマスクとして前記特定のトレンチの底部をエッチングして、前記特定のトレンチを完全分離の深さに深掘する工程と、を含むものである。 In order to solve the above-mentioned problems, the invention described in claim 1 includes: (a) a step of forming a plurality of trenches having a partial isolation depth in an SOI substrate having a nitride film formed on the upper surface; and b) each of the above Forming a very thin inner wall oxide film by oxidizing the inner wall of the trench; and (c) exposing a specific trench among the trenches and filling the remaining trenches on the SOI substrate. Forming a resist; and (d) etching the bottom of the specific trench using the resist as a mask to dig the specific trench to a complete isolation depth.
請求項1に記載の発明によれば、各トレンチの内壁酸化膜は、極薄膜状に形成されるので、エッチングで速やかに除去できる。よって、この施の形態の様にレジストをマスクとして特定のトレンチの底部をエッチングして特定のトレンチを完全分離の深さに深掘した場合に、そのエッチングで、特定のトレンチの底部上の内壁酸化膜の除去を一緒に行っても、速やかに特定のトレンチを完全分離の深さに深掘できるので、特定のトレンチの周辺の窒化膜の当該エッチングによる削れ(即ち窒化膜の膜厚のばらつき)を抑制でき、これにより素子分離膜の膜厚のばらつきを抑制できる。 According to the first aspect of the present invention, since the inner wall oxide film of each trench is formed in an extremely thin film shape, it can be quickly removed by etching. Therefore, when the bottom of a specific trench is etched by using a resist as a mask as in this embodiment to deepen the specific trench to a complete isolation depth, the inner wall on the bottom of the specific trench is etched. Even if the oxide film is removed together, the specific trench can be deepened to the depth of complete isolation quickly, so that the nitride film around the specific trench is scraped by the etching (that is, variations in the film thickness of the nitride film). ), And thereby variation in the thickness of the element isolation film can be suppressed.
実施の形態1.
この実施の形態の半導体装置の製造方法は、部分分離膜と完全分離膜の2種類の素子分離膜を備えるSOIデバイスの素子分離膜の形成プロセスに関するものである。
Embodiment 1 FIG.
The method of manufacturing a semiconductor device according to this embodiment relates to a process for forming an element isolation film of an SOI device including two types of element isolation films, a partial isolation film and a complete isolation film.
ここでは、例えば図17〜図20の構造を有するSOIデバイスの素子分離膜を形成する場合で説明する。即ちこのSOIデバイスは、図17〜図20の様に、半導体基板1上に埋め込み酸化膜3が形成され、その上にSOI層5と、SOI層5を囲む様に完全分離膜23aとが形成されている(図18,図19)。そして、SOI層5の一部上に、完全分離膜23aと繋がる様に部分分離膜23bが形成されている(図18,図20)。そしてSOI層5の表層にソースsおよびドレインdが形成され、SOI層5上にゲート酸化膜gmを介してゲートgが形成され、ゲートgおよびゲート酸化膜gmの側面にサイドウォール6が形成されている(図18,図19)。そして、各部を被覆する様に絶縁膜8が形成され、その絶縁膜8上に配線層10a,10b,10c,10d(図18,図19)が形成され、各配線層10a,10b,10c,10dと各部5,g,s,dとを電気接続するコンタクトca,cb,cc,cdが絶縁膜8内に形成されている。
Here, for example, a case where an element isolation film of an SOI device having the structure of FIGS. 17 to 20 is formed will be described. That is, in this SOI device, as shown in FIGS. 17 to 20, the buried
以下、この実施の形態の半導体装置の製造方法を説明する。 A method for manufacturing the semiconductor device of this embodiment will be described below.
まず図1の様に、半導体基板(ここではシリコン基板)1上に埋め込み酸化膜3、SOI層5、酸化膜(ここではSiO2膜)7およびポリシリコン層9を順に形成したSOI基板11を準備する。そして、そのSOI基板11上に窒化膜(ここではSiN膜)13を形成し、その上に、レジスト15を、トレンチを形成する領域を露出する様にパターニングして形成する。
First, as shown in FIG. 1, an
そして図2の様に、レジスト15をマスクとしてSOI基板11をエッチングして、部分分離の深さ(即ちSOI層5の途中までの深さ)のトレンチ17を複数形成する。そしてレジスト15を除去した後、各トレンチ17の内壁(より詳細にはSOI層5の露出面)を、例えば低温(100〜700℃)で短時間(数秒間(例えば5〜120秒))熱処理することによって酸化させて、各トレンチ17の内壁に極薄膜状(例えば5〜50nm)の内壁酸化膜19を形成する。
Then, as shown in FIG. 2, the
尚、内壁酸化膜19の形成方法として、上記の熱処理以外に、酸化性薬液(例えば過酸化水素水)を用いたウエット処理またはプラズマプロセスによるプラズマ酸化によって内壁酸化膜19を形成してもよい。尚、レジスト15の除去を例えばプラズマプロセスで行う場合は、そのプラズマプロセスで、レジスト15の除去と内壁酸化膜19の形成とを同時に行うことができる。
As a method for forming the inner
そして図3の様に、各トレンチ17のうちの特定のトレンチ(完全分離用とするトレンチ)17aを露出し且つ残りのトレンチ(部分分離用とするトレンチ)17bを埋める様にして、SOI基板11上にレジスト21を形成する。
Then, as shown in FIG. 3, the
そして図4の様に、レジスト21をマスクとして特定のトレンチ17aの底部(即ち当該底部上の内壁酸化膜19および当該底部真下のSOI層5)をエッチングして、特定のトレンチ17aを完全分離の深さ(即ち埋め込み酸化膜3に達する深さ)に深掘する。
Then, as shown in FIG. 4, using the
尚、このエッチングでは、特定のトレンチ17aの底部上の内壁酸化膜19および底部真下のSOI層5が除去されると共に、窒化膜13のうちのマスクされていない部分(特定のトレンチ17aの周辺に在る部分)13a(図3)もある程度削られる。しかし、この実施の形態では、内壁酸化膜19が極薄膜状に形成されているので、特定のトレンチ17aは速やかに完全分離の深さに深掘され、その結果、窒化膜13の部分13aは、従来の製造方法と比べて当該エッチングであまり削られない。従って、特定のトレンチ17aの周辺の窒化膜13のばらつきD(図4)は、従来の製造方法と比べて抑制される。
In this etching, the inner
そして以降は、従来と同様、図5の様に、レジスト21を除去して、各トレンチ17を埋める様にしてSOI基板11上にHDP酸化膜(素子分離膜)23を形成する。そして図6の様に、SOI基板11上の窒化膜13をストッパとしてHDP酸化膜23を例えばCMPで平坦化して、素子分離膜23を形成する(即ち、部分分離用としたトレンチ17bには部分分離膜23bが形成され、完全分離用としたトレンチ17aには完全分離膜23aが形成される)。
Thereafter, as in the prior art, the
この様に形成された完全分離膜23aでは、上記の様に特定のトレンチ17aの周辺の窒化膜13の膜厚のばらつきDが抑制されているので、従来の製造方法と比べてその膜厚のばらつきが抑制されている。尚、部分分離膜23bは、残りのトレンチ17bの周辺の窒化膜13に膜厚のばらつきがないので、従来同様、その膜厚にばらつきはない。
In the
以上に説明した半導体装置の製造方法によれば、各トレンチ17の内壁酸化膜19は、極薄膜状(例えば5〜50nm)に形成されるので、エッチングで速やかに除去できる。よって、この施の形態の様にレジスト21をマスクとして特定のトレンチ17aの底部をエッチングして特定のトレンチ17aを完全分離の深さに深掘した場合に、そのエッチングで、特定のトレンチ17aの底部上の内壁酸化膜19の除去を一緒に行っても、速やかに特定のトレンチ17aを完全分離の深さに深掘できるので、特定のトレンチ17aの周辺の窒化膜13の当該エッチングによる削れ(即ち窒化膜13の膜厚のばらつきD(図4))を抑制でき、これにより素子分離膜23の膜厚のばらつきを抑制できる。
According to the manufacturing method of the semiconductor device described above, the inner
また、各トレンチ17の内壁に内壁酸化膜19が形成されるので、レジスト21中の不純物のSOI層5への拡散を防止でき、デバイスの信頼性の劣化を防止できる。
Further, since the inner
また、熱処理、プラズマプロセスによるプラズマ酸化または酸化性薬液を用いたウエット処理で、各トレンチ17に内壁酸化膜19を形成するので、簡単な手法で各トレンチ17に内壁酸化膜19を形成できる。
Further, since the inner
実施の形態2.
上記の実施の形態1では、内壁酸化膜19を極薄膜状にすることで、エッチングの際に特定のトレンチ17aが速やかに完全分離の深さに深掘される様に(従って窒化膜13がエッチングによりあまり削られない様に)したが、この実施の形態では、内壁酸化膜19を極薄膜状にする代わりに、エッチングの前に内壁酸化膜19を除去しておくことで、エッチングの際に特定のトレンチ17aが速やかに完全分離の深さに深掘される様に(従って窒化膜13がエッチングによりあまり削られない様に)する。以下、この実施の形態の半導体装置の製造方法を詳説する。
Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment, the inner
まず図3の様に、上記の実施の形態1の場合と同様にして、SOI基板11上に窒化膜13を形成し、部分分離の深さのトレンチ17を複数形成し、各トレンチ17の内壁を酸化して内壁酸化膜19を形成し、特定のトレンチ17aを露出し且つ残りのトレンチ17bを埋める様にしてSOI基板11上にレジスト21を形成する。尚、ここでは、内壁酸化膜19は、必ずしも極薄膜状にする必要はなく、例えば従来通りの膜厚に形成されている。
First, as shown in FIG. 3, a
そして図7の様に、レジスト21をマスクとし、フッ化水素系薬液(例えばフッ化水素水)を用いたウエット処理で、特定のトレンチ17aの内壁酸化膜19を除去する。
Then, as shown in FIG. 7, the inner
そして図8の様に、レジスト21をマスクとして特定のトレンチ17aの底部(即ち当該底部真下のSOI層5)をエッチング(ここでは異方性のドライエッチングでエッチング)して、特定のトレンチ17aを完全分離の深さ(即ち埋め込み酸化膜3に達する深さ)に深掘する。
Then, as shown in FIG. 8, using the resist 21 as a mask, the bottom of the
尚、このエッチングでは、特定のトレンチ17aの底部(即ち当該底部真下のSOI層5)が除去されると共に、窒化膜13のうちのマスクされていない部分(特定のトレンチ17aの周辺に在る部分)13aもある程度削られる。しかし、この実施の形態では、そのエッチングの前に内壁酸化膜19を除去しているので、特定のトレンチ17aは速やかに完全分離の深さに深掘され、その結果、窒化膜13の部分13aは、従来の製造方法と比べてエッチングであまり削られない。従って、特定のトレンチ17aの周辺の窒化膜13のばらつきD(図8)は、従来の製造方法と比べて抑制される。
In this etching, the bottom portion of the
そして、上記の実施の形態1の場合と同様にして、レジスト21を除去して、各トレンチ17を埋める様にしてSOI基板11上にHDP酸化膜(素子分離膜)23を形成し(図5)、SOI基板11上の窒化膜13をストッパとしてHDP酸化膜23をCMPで平坦化して素子分離膜23を形成する(図6)。
Then, as in the case of the first embodiment, the resist 21 is removed, and an HDP oxide film (element isolation film) 23 is formed on the
この様に形成された完全分離膜23aでは、上記の様に特定のトレンチ17aの周辺の窒化膜13の膜厚のばらつきDが抑制されているので、従来の製造方法と比べてその膜厚のばらつきが抑制されている。尚、部分分離膜23bは、残りのトレンチ17bの周辺の窒化膜13に膜厚のばらつきがないので、従来同様、その膜厚にばらつきはない。
In the
以上に説明した半導体装置の製造方法によれば、特定のトレンチ17aの底部のエッチングの前に内壁酸化膜19のうちの少なくとも前記底部上の部分を除去するので、そのエッチングで特定のトレンチ17aを速やかに完全分離の深さに深掘でき、これにより、この実施の形態の様にレジスト21をマスクとして特定のトレンチ17aの底部をエッチングして完全分離の深さに深掘しても、特定のトレンチ17aの周辺の窒化膜13のエッチングによる削れ(即ち窒化膜13の膜厚のばらつきD)を抑制でき、これにより素子分離膜23の膜厚のばらつきを抑制できる。
According to the semiconductor device manufacturing method described above, at least a portion of the inner
また、フッ化水素系薬液を用いたウエット処理で、特定のトレンチ17aの内壁酸化膜19を除去するので、簡単な手法で、特定のトレンチ17aの内壁酸化膜19を除去できる。
Further, since the inner
また、特定のトレンチ17aの底部のエッチングでは、異方性のドライエッチングを用いるので、この実施の形態の様に特定のトレンチ17aの内壁酸化膜19を全て(即ちトレンチ底部上の内壁酸化膜19だけでなくトレンチ内側面上の内壁酸化膜19まで)除去した場合でも、特定のトレンチ17aを、横幅を拡げないで完全分離の深さに深掘できる。
Further, since the anisotropic dry etching is used for the etching of the bottom of the
尚、この実施の形態では、特定のトレンチ17aの底部をエッチングする際、異方性のドライエッチングを用いたが、エッチングにより特定のトレンチ17aの横幅が拡がっても構わない場合は、ウエットエッチングを用いても構わない。
In this embodiment, anisotropic dry etching is used to etch the bottom of the
実施の形態3.
上記の実施の形態2では、特定のトレンチ17aの底部をエッチングする際、異方性のドライエッチングを用いることで、特定のトレンチ17aの底部をそのトレンチ17aの横幅を拡げずに完全分離の深さに深掘したが、この実施の形態では、等方性のウエットエッチングを用いて、特定のトレンチ17aの底部をそのトレンチ17aの横幅を拡げずに完全分離の深さに深掘できる様にする。
In the second embodiment, when the bottom portion of the
また上記の実施の形態2では、特定のトレンチ17aの底部をエッチングする際、残りのトレンチ17bの底部がエッチングされない様にレジスト21で残りのトレンチ17bを被覆したが、この実施の形態では、等方性のウエットエッチングとしてシリコン層を選択的にエッチングするものを用いることで、レジスト21を不要にした。以下、この実施の形態の半導体装置の製造方法を詳説する。
In the second embodiment, when the bottom portion of the
まず図9の様に、上記の実施の形態2の場合と同様にして、SOI基板11上に窒化膜13を形成し、部分分離の深さのトレンチ17を複数形成し、各トレンチ17の内壁を酸化して内壁酸化膜19を形成する。そして、各トレンチ17の内壁および窒化膜13を被覆する様にSOI基板11上に例えばCVD法で酸化膜(ここではSiO2膜)25を形成し、その上に、各トレンチ17のうちの特定のトレンチ17aを露出し且つ残りのトレンチ17bを埋める様にしてレジスト27を形成する。
First, as shown in FIG. 9, the
そして図10の様に、レジスト27をマスクとして酸化膜25をエッチング(例えばフッ化水素水等のフッ化水素系薬液を用いたウエットエッチングでエッチング)して、酸化膜25のうち、レジスト27でマスクされた部分25tおよび特定のトレンチ17aの内側面上の部分25sを残して特定のトレンチ17aの底部上の部分を除去する。そしてレジスト27を除去する。
Then, as shown in FIG. 10, the oxide film 25 is etched using the resist 27 as a mask (for example, wet etching using a hydrogen fluoride chemical such as hydrogen fluoride water). The portion on the bottom of the
そして図11の様に、例えばフッ化水素系薬液(例えばフッ化水素水)を用いてSOI基板11をウエット処理する。このウエット処理により、酸化膜25s,25tをマスクとして各トレンチ17の内壁酸化膜19がエッチングされて、残りのトレンチ17bの内壁酸化膜19の全部と特定のトレンチ17aの内壁酸化膜19のうちのトレンチ内側面上の部分19sとが残されて特定のトレンチ17bの内壁酸化膜19のうちのトレンチ底部上の部分が除去されると共に、酸化膜25s,25tが全て除去される。
Then, as shown in FIG. 11, the
そして図12の様に、アルカリ性薬液(例えば水酸化カリウム)を用いてSOI基板11をウエット処理する。このウエット処理により、内壁酸化膜19をマスクとして各トレンチ17がシリコンエッチングされて、特定のトレンチ17aの底部(即ち露出したSOI層5)のみがエッチング除去されて特定のトレンチ17aのみが完全分離の深さに深掘される。
Then, as shown in FIG. 12, the
尚、このウエット処理(エッチング)では、特定のトレンチ17aの底部(露出したSOI層5)がエッチング除去されると共に、窒化膜13もある程度削られる。しかし、この実施の形態では、そのウエット処理の際に、上記の実施の形態1の様にSOI基板11上にレジスト21を形成しないので、そのウエット処理で窒化膜13全体的に均等に削られる。従って、窒化膜13の膜厚にばらつきは生じない。
In this wet process (etching), the bottom of the
そして、従来の場合と同様にして、各トレンチ17を埋める様にしてSOI基板11上にHDP酸化膜(素子分離膜)23を形成し(図5)、SOI基板11上の窒化膜13をストッパとしてHDP酸化膜23をCMPで平坦化して素子分離膜23を形成する(図6)。
Then, as in the conventional case, an HDP oxide film (element isolation film) 23 is formed on the
この様に形成された素子分離膜23では、上記の様に窒化膜13の膜厚にばらつきがないので、その膜厚にばらつきはない(即ち、従来の製造方法と比べてその膜厚のばらつきが抑制されている)。
In the
以上に説明した半導体装置の製造方法によれば、各トレンチ17の内壁酸化膜19のうち、特定のトレンチ17aの内側面上の内壁酸化膜19と残りのトレンチ17bの内壁酸化膜19全部とを残して特定のトレンチ17aの底部上の内壁酸化膜19だけを除去し、それら残した内壁酸化膜をマスクとして各トレンチ17をシリコンエッチングして、特定のトレンチ17aだけを完全分離の深さに深掘するので、特定のトレンチ17の底部のエッチングの際、上記の実施の形態2のレジスト21を用いなくても、特定のトレンチ17aだけを完全分離の深さに深掘できる。よって、レジスト21を用いないので、特定のトレンチ17aの底部のエッチングで、特定のトレンチ17aの周辺の窒化膜13の膜厚のばらつきが生じることを抑制でき、これにより素子分離膜23の膜厚のばらつきを抑制できる。
According to the semiconductor device manufacturing method described above, of the inner
また、特定のトレンチ17aでは、その内側面上の内壁酸化膜19を残してその底部上の内壁酸化膜19だけを除去するので、等方性のウエットエッチングを用いても、特定のトレンチ17aを横幅を拡げずに完全分離の深さに深掘できる。
Further, in the
また、シリコンエッチングとしてアルカリ性薬液を用いたウエットエッチングを用いるので、適切にシリコンエッチングができる。 Further, since wet etching using an alkaline chemical is used as silicon etching, silicon etching can be performed appropriately.
実施の形態4.
上記の実施の形態1では、内壁酸化膜19を極薄膜状にすることで、エッチングの際に特定のトレンチ17aが速やかに完全分離の深さに深掘される様に(従って窒化膜13があまり削られない様に)したが、この実施の形態では、内壁酸化膜19を極薄膜状にする代わりに、内壁酸化膜19に不純物イオンを注入してエッチング速度が速まる様にすることで、エッチングの際に特定のトレンチ17aが速やかに完全分離の深さに深掘される様に(従って窒化膜13があまり削られない様に)する。以下、この実施の形態の半導体装置の製造方法を詳説する。
Embodiment 4 FIG.
In the first embodiment, the inner
まず図13の様に、上記の実施の形態1の場合と同様にして、SOI基板11上に窒化膜13を形成し、部分分離の深さのトレンチ17を複数形成し、各トレンチ17の内壁を酸化して内壁酸化膜19を形成し、特定のトレンチ17aを露出し且つ残りのトレンチ17bを埋める様にしてSOI基板11上にレジスト21を形成する。尚、ここでは、内壁酸化膜19は、極薄膜状にする必要はなく、例えば従来通りの膜厚に形成されている。
First, as shown in FIG. 13, the
そして、特定のトレンチ17aの内壁酸化膜19に選択的に不純物イオンを注入して、当該内壁酸化膜19のエッチング速度が速まる様にする。このときのイオンは、B,P,As,In等でも、N,Si等の不活性イオンでも構わない。またこの注入の際のドーズ量は、1×1014/cm以上であればよい。
Then, impurity ions are selectively implanted into the inner
そして、レジスト21をマスクとして特定のトレンチ17aの底部(即ち当該底部上の内壁酸化膜19および当該底部真下のSOI層5)をエッチング(例えば異方性のドライエッチングでエッチング)して、特定のトレンチ17aを完全分離の深さに深掘する。
Then, using the resist 21 as a mask, the bottom portion of the
尚、このエッチングでは、特定のトレンチ17aの底部上の内壁酸化膜19および底部真下のSOI層5が除去されると共に、窒化膜13のうちのマスクされていない部分(特定のトレンチ17aの周辺に在る部分)13aもある程度削られる。しかし、この実施の形態では、特定のトレンチ17aの内壁酸化膜19のエッチング速度が速められているので、特定のトレンチ17aは速やかに完全分離の深さに深掘され、その結果、窒化膜13の部分13aは、従来の製造方法と比べてあまり削られない。従って、特定のトレンチ17aの周辺の窒化膜13のばらつきは、従来の製造方法と比べて抑制される。
In this etching, the inner
そして、上記の実施の形態1の場合と同様にして、レジスト21を除去して、各トレンチ17を埋める様にしてSOI基板11上にHDP酸化膜(素子分離膜)23を形成し(図5)、SOI基板11上の窒化膜13をストッパとしてHDP酸化膜23をCMPで平坦化して素子分離膜23を形成する(図6)。
Then, as in the case of the first embodiment, the resist 21 is removed, and an HDP oxide film (element isolation film) 23 is formed on the
以上に説明した半導体装置の製造方法によれば、特定のトレンチ17aの内壁酸化膜19は、選択的に不純物イオンが注入されてそのエッチング速度が速められるので、エッチングで速やかに除去できる。よって、この施の形態の様にレジスト21をマスクとして特定のトレンチ17aの底部をエッチングして特定のトレンチ17aを完全分離の深さに深掘した場合に、そのエッチングで特定のトレンチ17aの底部上の内壁酸化膜19の除去を一緒に行っても、速やかに特定のトレンチ17aを完全分離の深さに深掘できるので、特定のトレンチ17aの周辺の窒化膜13のエッチングによる削れ(即ち窒化膜13の膜厚のばらつき)を抑制でき、これにより素子分離膜23の膜厚のばらつきを抑制できる。
According to the manufacturing method of the semiconductor device described above, the inner
尚、この実施の形態では、ドライエッチングで内壁酸化膜19をエッチングしたが、ウエットエッチングで内壁酸化膜19をエッチングしても構わない。ウエットエッチングの場合もドライエッチングの場合と同様に、素子分離膜23の膜厚のばらつきを抑制できる。
In this embodiment, the inner
実施の形態5.
上記の実施の形態2では、特定のトレンチ17aの内壁酸化膜19を全て除去したが、この実施の形態では、特定のトレンチ17aの内壁酸化膜19のうちのトレンチ内側面上の部分を残してトレンチ底部上の部分を除去する様にする。
In the second embodiment, the inner
以下、この実施の形態の半導体装置の製造方法を詳説する。 Hereinafter, a method for manufacturing the semiconductor device of this embodiment will be described in detail.
まず図14の様に、上記の実施の形態1の場合と同様にして、SOI基板11上に窒化膜13を形成し、部分分離の深さのトレンチ17を複数形成し、各トレンチ17の内壁を酸化して内壁酸化膜19を形成する。そして、各トレンチ17の内壁および窒化膜13を被覆する様にSOI基板11上に窒化膜(ここではSiN膜)29を形成する。
First, as shown in FIG. 14, the
そして図15の様に、異方性エッチングでSOI基板11をエッチングして、各トレンチ17の内壁に窒化膜29によるサイドウォール29aを形成すると共に各トレンチ17の底部上の内壁酸化膜19のうちのサイドウォール29aにより被覆されていない部分を除去する。そして、各トレンチ17のうちの特定のトレンチ17aを露出し且つ残りのトレンチ17bを埋める様にして、SOI基板11上にレジスト21を形成する。
Then, as shown in FIG. 15, the
そして図16の様に、レジスト21をマスクとして特定のトレンチ17aの底部をエッチングして、特定のトレンチ17aを完全分離の深さに深掘する。
Then, as shown in FIG. 16, the bottom of the
尚、このエッチングでは、特定のトレンチ17aの底部(即ち当該底部真下のSOI層5)が除去されると共に、窒化膜13のうちのマスクされていない部分(特定のトレンチ17aの周辺に在る部分)13aもある程度削られる。しかし、この実施の形態では、そのエッチングの前にトレンチ底部上の内壁酸化膜19を除去しているので、特定のトレンチ17aは速やかに完全分離の深さに深掘され、その結果、窒化膜13の部分13aは、従来の製造方法と比べてエッチングであまり削られない。従って、特定のトレンチ17aの周辺の窒化膜13のばらつきD(図16)は、従来の製造方法と比べて抑制される。
In this etching, the bottom portion of the
そして、上記の実施の形態1の場合と同様にして、レジスト21を除去して、各トレンチ17を埋める様にしてSOI基板11上にHDP酸化膜(素子分離膜)23を形成し、SOI基板11上の窒化膜13をストッパとしてHDP酸化膜23をCMPで平坦化して素子分離膜23を形成する。
Then, in the same manner as in the first embodiment, the resist 21 is removed, and the HDP oxide film (element isolation film) 23 is formed on the
以上に説明した半導体装置の製造方法によれば、特定のトレンチ17aの底部のエッチングの前に、特定のトレンチ17aの内壁酸化膜19のうちのトレンチ底部上の部分を除去するので、そのエッチングで特定のトレンチ17aを速やかに完全分離の深さに深掘でき、これにより、この実施の形態の様にレジスト21をマスクとして特定のトレンチ17aの底部をエッチングして完全分離の深さに深掘しても、特定のトレンチ17aの周辺の窒化膜13のエッチングによる削れ(即ち窒化膜13の膜厚のばらつきD)を抑制でき、これにより素子分離膜23の膜厚のばらつきを抑制できる。
According to the semiconductor device manufacturing method described above, the portion of the inner
また、内壁酸化膜19の形成後に各トレンチ17の内側面にサイドウォール29aを形成することで、各トレンチ17(従って特定のトレンチ17a)の内壁酸化膜19のうちのトレンチ内側面上の部分を残してトレンチ底部上の部分を除去するので、サイドウォール29aの形成プロセスを利用して簡単に、各トレンチ17(従って特定のトレンチ17a)の内壁酸化膜19のうちのトレンチ内側面上の部分を残してトレンチ底部上の部分を除去できる。
Further, by forming a
またこの製造方法では、特定のトレンチ(即ち完全分離用となるトレンチ)17aの底部上の内壁酸化膜19だけなく、残りのトレンチ(即ち部分分離用となるトレンチ)17bの底部上の内壁酸化膜19も除去されるが、各トレンチ17の内側面にサイドウォール29aを形成することで、各トレンチ17(残りのトレンチ17b)の底部の角部上には内壁酸化膜19が残る。そのため、図21の様に、トランジスタのソースs・ドレインdが部分分離膜23bの角部付近に配置しても、その角部には、上記の様に内壁酸化膜19が残っているので、この実施の形態の様に部分分離膜23bの底部(従って残りのトレンチ17bの底部)の角部以外の部分に内壁酸化膜19がなくても、トランジスタ特性が劣化することはない。
In this manufacturing method, not only the inner
尚、図21は、この実施の形態の半導体装置の製造方法を用いた場合のSOIデバイスの断面図の一例であり、図21中の符号3は埋め込み酸化膜、符号5はSOI層、符号gmはゲート酸化膜、符号gはゲート、符号6はサイドウォール、符号8は絶縁膜8、符号10c,10dは配線層、符号cc,cdはコンタクトである。
FIG. 21 is an example of a cross-sectional view of an SOI device when the semiconductor device manufacturing method of this embodiment is used.
1 半導体基板、3 埋め込み酸化膜、5 SOI層、6 サイドウォール、7 酸化膜、9 ポリシリコン層、11 SOI基板、13 窒化膜、15 レジスト、17 トレンチ、17a 特定のトレンチ(完全分離膜用となるトレンチ)、17b 残りのトレンチ(部分分離膜用となるトレンチ)、19 内壁酸化膜、21 レジスト、23 HDP酸化膜(素子分離膜)、23a 完全分離膜、23b 部分分離膜、25 酸化膜(CVD酸化膜)、25s 酸化膜のうちのトレンチ内側面上の部分、25t 酸化膜のうちの第1レジストでマスクされた部分、27 レジスト、29 窒化膜、29a サイドウォール。 1 semiconductor substrate, 3 buried oxide film, 5 SOI layer, 6 sidewall, 7 oxide film, 9 polysilicon layer, 11 SOI substrate, 13 nitride film, 15 resist, 17 trench, 17a specific trench (for a complete isolation film) , 17b remaining trench (trench for partial isolation film), 19 inner wall oxide film, 21 resist, 23 HDP oxide film (element isolation film), 23a complete isolation film, 23b partial isolation film, 25 oxide film ( CVD oxide film), part of 25s oxide film on inner side of trench, part of 25t oxide film masked with first resist, 27 resist, 29 nitride film, 29a sidewall.
Claims (10)
(b)前記各トレンチの内壁を酸化して極薄膜状の内壁酸化膜を形成する工程と、
(c)前記各トレンチのうちの特定のトレンチを露出し且つ残りのトレンチを埋める様にして、前記SOI基板上にレジストを形成する工程と、
(d)前記レジストをマスクとして前記特定のトレンチの底部をエッチングして、前記特定のトレンチを完全分離の深さに深掘する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 (A) forming a plurality of trenches having a partial isolation depth on an SOI substrate having a nitride film formed on the upper surface;
(B) oxidizing the inner wall of each of the trenches to form an extremely thin inner wall oxide film;
(C) forming a resist on the SOI substrate so as to expose a specific one of the trenches and fill the remaining trenches;
(D) etching the bottom of the specific trench using the resist as a mask to dig the specific trench to a depth of complete isolation;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
(b)前記各トレンチの内壁を酸化して内壁酸化膜を形成する工程と、
(c)前記各トレンチのうちの特定のトレンチを露出し且つ残りのトレンチを埋める様にして、前記SOI基板上にレジストを形成する工程と、
(d)前記工程(c)の後、前記特定のトレンチの前記内壁酸化膜のうちの少なくともトレンチ底部上の部分を除去する工程と、
(e)前記工程(d)の後、前記レジストをマスクとして前記特定のトレンチの底部をエッチングして、前記特定のトレンチを完全分離の深さに深掘する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 (A) forming a plurality of trenches having a partial isolation depth on an SOI substrate having a nitride film formed on the upper surface;
(B) oxidizing the inner wall of each trench to form an inner wall oxide film;
(C) forming a resist on the SOI substrate so as to expose a specific one of the trenches and fill the remaining trenches;
(D) after the step (c), removing at least a portion of the inner wall oxide film of the specific trench on the bottom of the trench;
(E) After the step (d), etching the bottom of the specific trench using the resist as a mask to dig the specific trench to a complete isolation depth;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
(b)前記各トレンチの内壁を酸化して内壁酸化膜を形成する工程と、
(c)前記工程(b)の後、前記各トレンチの内壁および前記窒化膜を被覆する様に前記SOI基板上に酸化膜を形成する工程と、
(d)前記各トレンチのうちの特定のトレンチを露出し且つ残りのトレンチを埋める様にして、前記酸化膜上にレジストを形成する工程と、
(e)前記レジストをマスクとして前記酸化膜をエッチングして、前記酸化膜のうち、前記レジストでマスクされた部分および前記特定のトレンチの内側面上の部分を残して前記特定のトレンチの底部上の部分を除去する工程と、
(f)前記工程(e)の後、前記レジストを除去する工程と、
(g)前記工程(f)の後、前記酸化膜をマスクとして前記各トレンチの前記内壁酸化膜をエッチングして、前記残りのトレンチの前記内壁酸化膜の全部と前記特定のトレンチの前記内壁酸化膜のうちのトレンチ内側面上の部分とを残して前記特定のトレンチの前記内壁酸化膜のうちのトレンチ底部上の部分を除去し、前記酸化膜を除去する工程と、
(h)前記工程(g)の後、前記内壁酸化膜をマスクとして前記各トレンチをシリコンエッチングして、前記特定のトレンチのみを完全分離の深さに深掘する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 (A) forming a plurality of trenches having a partial isolation depth on an SOI substrate having a nitride film formed on the upper surface;
(B) oxidizing the inner wall of each trench to form an inner wall oxide film;
(C) after the step (b), forming an oxide film on the SOI substrate so as to cover the inner wall of each trench and the nitride film;
(D) forming a resist on the oxide film so as to expose a specific one of the trenches and fill the remaining trenches;
(E) Etching the oxide film using the resist as a mask to leave a portion of the oxide film masked with the resist and a portion on the inner side surface of the specific trench on the bottom of the specific trench Removing the portion of
(F) after the step (e), removing the resist;
(G) After the step (f), the inner wall oxide film of each of the trenches is etched using the oxide film as a mask, and the entire inner wall oxide film of the remaining trench and the inner wall oxidation of the specific trench are Removing a portion on the trench bottom of the inner wall oxide film of the specific trench leaving a portion on the inner surface of the trench in the film, and removing the oxide film;
(H) After the step (g), etching each of the trenches using the inner wall oxide film as a mask to dig only the specific trench to a depth of complete isolation; and
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
(b)前記各トレンチの内壁を酸化して内壁酸化膜を形成する工程と、
(c)前記各トレンチのうちの特定のトレンチを露出し且つ残りのトレンチを埋める様にして、前記SOI基板上にレジストを形成する工程と、
(d)前記特定のトレンチの前記内壁酸化膜に選択的に不純物イオンを注入して、当該内壁酸化膜のエッチング速度が速まる様にする工程と、
(e)前記工程(d)の後、前記レジストをマスクとして前記特定のトレンチの底部をエッチングして、前記特定のトレンチを完全分離の深さに深掘する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 (A) forming a plurality of trenches having a partial isolation depth on an SOI substrate having a nitride film formed on the upper surface;
(B) oxidizing the inner wall of each trench to form an inner wall oxide film;
(C) forming a resist on the SOI substrate so as to expose a specific one of the trenches and fill the remaining trenches;
(D) selectively implanting impurity ions into the inner wall oxide film of the specific trench so as to increase the etching rate of the inner wall oxide film;
(E) After the step (d), etching the bottom of the specific trench using the resist as a mask to dig the specific trench to a complete isolation depth;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
(b)前記各トレンチの内壁を酸化して内壁酸化膜を形成する工程と、
(c)前記各トレンチの内壁および前記第1窒化膜を被覆する様に前記SOI基板上に第2窒化膜を堆積する工程と、
(d)エッチングによって、前記各トレンチの内側面に前記第2窒化膜によるサイドウォールを形成すると共に前記各トレンチの底部上の前記内壁酸化膜のうちの前記サイドウォールにより被覆されていない部分を除去する工程と、
(e)前記各トレンチのうちの特定のトレンチを露出し且つ残りのトレンチを埋める様にして、前記SOI基板上にレジストを形成する工程と、
(f)前記レジストをマスクとして前記特定のトレンチの底部をエッチングして、前記特定のトレンチを完全分離の深さに深掘する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 (A) forming a plurality of trenches having a partial isolation depth in an SOI substrate having a first nitride film formed on the upper surface;
(B) oxidizing the inner wall of each trench to form an inner wall oxide film;
(C) depositing a second nitride film on the SOI substrate so as to cover the inner wall of each trench and the first nitride film;
(D) Etching forms a side wall of the second nitride film on the inner side surface of each trench and removes a portion of the inner wall oxide film on the bottom of each trench that is not covered with the side wall. And a process of
(E) forming a resist on the SOI substrate so as to expose a specific one of the trenches and fill the remaining trenches;
(F) etching the bottom of the specific trench using the resist as a mask to dig the specific trench to a depth of complete separation;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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JP2014022593A (en) * | 2012-07-19 | 2014-02-03 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor device manufacturing method |
US8962418B2 (en) | 2011-03-10 | 2015-02-24 | Renesas Electronics Corporation | Manufacturing method of semiconductor device having semiconductor layers with different thicknesses |
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