JP2009231728A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体基板に設けられた溝により素子領域間を分離する半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device in which element regions are separated by a groove provided in a semiconductor substrate.
近年、半導体装置では、半導体基板に設けられた溝により隣接する素子領域間を分離するSTI(Shallow Trench Isolation:浅溝素子分離)構造が広く用いられている。このSTI構造を有する半導体装置は、従来、たとえば図1乃至図2に示すようにして製造されていた。ここで、図1及び図2は、従来技術による半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。 2. Description of the Related Art In recent years, STI (Shallow Trench Isolation) structures in which adjacent element regions are separated by a groove provided in a semiconductor substrate have been widely used in semiconductor devices. Conventionally, a semiconductor device having this STI structure has been manufactured, for example, as shown in FIGS. Here, FIG. 1 and FIG. 2 are cross-sectional views showing a method of manufacturing a semiconductor device according to the prior art in the order of steps.
まず、図1(a)に示すように、シリコン(半導体)基板1の上に、熱酸化法で酸化シリコン(SiO)膜2を形成し、つづいて、CVD(Chemical Vapor Deposition)法により窒化シリコン(SiN)膜3を形成する。
First, as shown in FIG. 1A, a silicon oxide (SiO)
つぎに、図1(b)に示すように、窒化シリコン膜3をパターニングして開口3bを有する窒化シリコン膜パターン3aを形成する。つづいて、窒化シリコン膜パターン3aをマスクにして、酸化シリコン膜2及びシリコン基板1をエッチングし、シリコン基板1に素子分離溝1aを形成する。尚、窒化シリコン膜パターン3aの下方の平坦な部分は素子領域1bとなる。つぎに、シリコン基板1を熱酸化して素子分離溝1aの表面に酸化シリコン膜2aを形成する。このようにして、図1(b)に示す構造を完成させる。
Next, as shown in FIG. 1B, the
つぎに、図1(c)に示すように、シリコン基板1の上方に酸化シリコンからなる埋め込み層4をプラズマCVD法で形成する。
Next, as shown in FIG. 1C, a buried
その後、図1(d)に示すように、埋め込み層4の表面をCMP(Chemical Mechanical Polishing:化学機械研磨)法で平坦化して埋め込み層4を分離する。このとき、埋め込み層4の端部4aは素子分離溝1aの側壁の上方に形成される。
Thereafter, as shown in FIG. 1D, the surface of the buried
つぎに、図2(a)に示すように、シリコン基板1をアニールした後、リン酸を含む薬液で窒化シリコン膜パターン3aを除去する。
Next, as shown in FIG. 2A, after the
つづいて、図2(b)に示すように、素子領域1b上に露出した熱酸化膜2をフッ酸を含む薬液を用いたウエットエッチングで除去して、素子領域1bにシリコン基板1を露出させる。このとき、埋め込み層4の膜厚も減少する。
Subsequently, as shown in FIG. 2B, the
つぎに、図2(c)に示す構造を形成するまでの工程について説明する。まず、熱酸化法により素子領域1bの表面にウェル形成用酸化シリコン膜(図示せず)を形成する。つづいて、ウェル形成用酸化シリコン膜をスルー膜に使用して不純物をイオン注入して素子領域1bにウェル5を形成する。つぎに、フッ酸を含む薬液を用いたウエットエッチングでウェル形成用酸化シリコン膜を除去する。このとき、埋め込み層4もエッチングされ膜厚が減少する。その後、素子領域1b上に熱酸化法で酸化シリコンよりなるゲート絶縁膜10を形成する。
Next, steps required until a structure shown in FIG. First, a well forming silicon oxide film (not shown) is formed on the surface of the
尚、高電圧用と低電圧用のMOSトランジスタとでゲート絶縁膜10の厚さを異ならせる場合には、さらに、以下の第15工程〜第17工程を行う。まず、厚いゲート絶縁膜10を形成する領域の上に部分エッチング用レジストパターン(図示せず)を形成する。つづいて、部分エッチング用レジストパターンに覆われていない領域のゲート絶縁膜10をフッ酸を含む薬液で除去する。そして、レジストパターンを除去した後、シリコン基板1の上側全面を熱酸化してゲート絶縁膜10を成長させる。以上の工程で、ゲート絶縁膜10の形成が完了する。
When the thickness of the
その後、シリコン基板1の上側全面にポリシリコン膜6を形成する。以上のようにして図2(c)に示す構造を完成させる。
Thereafter, a
つぎに、図2(d)に示す構造を形成すべく、ポリシリコン膜6の上にレジストパターン(図示せず)を形成し、これをマスクにポリシリコン膜6をドライエッチングしてゲート電極6aを形成する。その後、サイドウォール8aを形成し、サイドウォール8a及びゲート電極6aをマスクにイオン注入を行ってソース/ドレイン領域9を形成する。このようにして、図2(d)に示すような半導体装置を製造していた。
Next, in order to form the structure shown in FIG. 2D, a resist pattern (not shown) is formed on the
その他、STI構造を形成する手法を開示するものとして、下記の特許文献1乃至5が存在する。
しかしながら、上述の製造方法では、製品の不良品発生率が高く、歩留まりが安定しないといった問題点があった。 However, the above-described manufacturing method has a problem in that the defective product occurrence rate is high and the yield is not stable.
そこで、半導体基板に設けられた溝により素子領域間を分離する半導体装置の製造方法において、製品の不良発生を抑制して歩留まりを向上することを目的とする。 Therefore, an object of the method for manufacturing a semiconductor device in which element regions are separated by grooves provided in a semiconductor substrate is to suppress the occurrence of product defects and improve yield.
上記目的は、半導体基板に第1の酸化膜、第1の窒化膜、第2の酸化膜及び第2の窒化膜で構成される層状構造を形成し、前記層状構造にサイドウォールを形成し、前記層状構造とサイドウォールとをマスクとして前記半導体基板に溝を形成し、前記サイドウォールを除去し、前記半導体基板上に埋め込み層を形成し、前記埋め込み層を平坦化し、少なくとも前記層状構造の一部を除去することを特徴とする半導体装置の製造方法により達成される。 The object is to form a layered structure composed of a first oxide film, a first nitride film, a second oxide film and a second nitride film on a semiconductor substrate, and to form a sidewall on the layered structure, Grooves are formed in the semiconductor substrate using the layered structure and sidewalls as a mask, the sidewalls are removed, a buried layer is formed on the semiconductor substrate, the buried layer is planarized, and at least one of the layered structures is formed. This is achieved by a method for manufacturing a semiconductor device, wherein the portion is removed.
上述の半導体装置の製造方法によれば、層状構造及びサイドウォールをマスクにして溝を形成する。そして、サイドウォールを除去してから埋め込み層を形成する。これにより、埋め込み層の端部が素子領域側に張り出した構造が得られる。さらに、埋め込み層を均質な製法による材料、すなわち、フッ酸に対するエッチングレートが一様な材料で形成できる。これにより、埋め込み層の端部でディポット(凹状にえぐれた部分)や段差の発生を防止でき、ゲート電極材料の残渣の発生を防ぐことができる。このため、ゲート電極材料の残渣が配線間で短絡して不良品が発生するのを防止できる。 According to the manufacturing method of the semiconductor device described above, the groove is formed using the layered structure and the sidewall as a mask. Then, after removing the sidewall, a buried layer is formed. As a result, a structure in which the end portion of the buried layer protrudes to the element region side is obtained. Further, the buried layer can be formed of a material by a uniform manufacturing method, that is, a material having a uniform etching rate with respect to hydrofluoric acid. Thereby, it is possible to prevent the occurrence of a depot (a concave portion) or a step at the end portion of the buried layer, and the generation of a residue of the gate electrode material can be prevented. For this reason, it can prevent that the residue of a gate electrode material short-circuits between wiring, and a defective product generate | occur | produces.
さらに、上記観点において前記平坦化を第1の窒化膜の高さを基準に行なうと好適である。すなわち、前記平坦化において、第1の窒化膜をストッパ膜として使用する。この場合、層状構造の一部を構成する第1の窒化膜の上面は平坦化を行うまでの間第2の酸化膜で覆われる。したがって、第1の窒化膜の高さが均一に保たれ、埋め込み層を半導体基板上で均一な形状(高さ)に形成できる。このため、埋め込み層の形状のバラツキによる不良品発生を抑制することができる。 Furthermore, in the above viewpoint, it is preferable that the planarization is performed based on the height of the first nitride film. That is, in the planarization, the first nitride film is used as a stopper film. In this case, the upper surface of the first nitride film constituting a part of the layered structure is covered with the second oxide film until planarization is performed. Therefore, the height of the first nitride film is kept uniform, and the buried layer can be formed in a uniform shape (height) on the semiconductor substrate. For this reason, generation | occurrence | production of the inferior goods by the variation in the shape of an embedding layer can be suppressed.
本発明の実施形態の説明に先立って、本願発明者が行った検討事項について説明する。 Prior to the description of the embodiments of the present invention, considerations made by the inventors will be described.
(従来技術における不良発生原因の調査)
本願発明者は、図1及び図2で示した製造工程を再現した実験を行ない、その途中で抜き取った試料の断面を走査電子顕微鏡で観察した。観察した結果を図3に示す。ここに、図3は、従来技術による半導体装置の製造方法の途中における半導体基板の断面を観察した結果を示す模式図である。尚、図3(a)は、窒化シリコン膜パターン3aをマスクにドライエッチングで素子分離溝1aの形成した直後の断面を示し、図3(b)はCVD法で埋め込み層4の形成した直後の断面を示す。また、図3(c)はCMP法で埋め込み層4の平坦化を行なった直後の断面を示し、図3(d)はリン酸でウエットエッチングして窒化シリコンパターン3aを除去した直後の断面を示す。図3(e)は、フッ酸によるエッチングで素子領域1b上に露出した酸化シリコン膜2を除去した直後の断面を示し、図3(f)は部分エッチングしてゲート絶縁膜10を除去した直後の断面を示す。また、図3(g)はCVD法でポリシリコン膜6を形成した直後の断面を示す。
(Investigation of cause of defects in conventional technology)
The inventor of the present application conducted an experiment reproducing the manufacturing process shown in FIGS. 1 and 2, and observed a cross section of the sample extracted in the middle with a scanning electron microscope. The observation results are shown in FIG. FIG. 3 is a schematic diagram showing a result of observing a cross section of the semiconductor substrate during the semiconductor device manufacturing method according to the prior art. 3A shows a cross section immediately after the
素子分離溝1aの表面を熱酸化させると、素子分離溝1aの側壁が、僅かに、窒化シリコン膜パターン3aの開口3bの下に入り込むようにして熱酸化膜2aが形成される。この溝に酸化シリコンからなる埋め込み層4を埋め込んで平坦化した後、窒化シリコン膜パターン3aの除去及び酸化シリコン膜2の除去を行うと、図3(e)の破線Aで囲まれた部分にディポットと呼ばれる凹状にえぐれた部分が形成される。その後、図3(f)の破線Bで囲まれた部分に示すように、のフッ酸を含む薬液によるウエットエッチングを複数回繰り返すことで、このディポットは大きく成長する。そして、図3(g)の破線Cで囲まれた部分に示すように、ポリシリコン膜6を形成する工程により、埋め込み層4のディポット部分に導電性のポリシリコンが埋め込まれる。
When the surface of the
本願発明者は、さらに、図1及び図2で示した製造工程で作製した半導体装置の表面を走査電子顕微鏡で観察した。観察した結果を図4及び図5に示す。ここに、図4は、従来の半導体装置の製造方法で作製された半導体装置の表面を上から観察した結果を示す模式図であり、図5は、図4に示す試料の一部をさらに拡大して斜め上方向から観察した結果を示す模式図である。 The inventor of the present application further observed the surface of the semiconductor device manufactured in the manufacturing process shown in FIGS. 1 and 2 with a scanning electron microscope. The observation results are shown in FIGS. FIG. 4 is a schematic view showing a result of observing the surface of a semiconductor device manufactured by a conventional method for manufacturing a semiconductor device from above, and FIG. 5 is an enlarged view of a part of the sample shown in FIG. It is a schematic diagram showing a result observed from obliquely upward.
図4において、符号1bを付した部分が素子領域であり、符号4を付した部分が埋め込み層である。符号6aを付した部分はゲート電極であり、ゲート電極と素子領域とが交差する部分(破線Tr1や破線Tr2で囲まれた部分)にトランジスタが形成されている。図4に示すように、素子領域1aと埋め込み層4との境界付近の部分に、無数のポリシリコンの残渣6bが付着していることが明らかとなった。
In FIG. 4, the part denoted by
また、図5に示すように、ポリシリコンの残渣6bは、素子領域1bと埋め込み層4との境界に沿って連なるように形成されることが明らかとなった。
Further, as shown in FIG. 5, it has been clarified that the
本願発明者は、リシリコンの残渣6bの発生を防止するために、ゲート電極用ポリシリコン膜6のオーバーエッチング時間を延長したが、残渣6bの発生を防ぐことができなかった。したがって、残渣6bの発生はエッチング時間の不足によるものではないと考えられる。
The inventor of the present application extended the over-etching time of the
以上の検討結果に基づいて、本願発明者は、従来の半導体装置の製造方法において不良品が発生する原因の一つは、埋め込み層4のディポット部分に埋め込まれたポリシリコン膜によるものと考える。ここに、図6は、従来の製造工程で発生したディポットで不良品が発生する原因を示す模式図である。すなわち、図6(a)に示すように、従来の製造方法によりディポットが発生した埋め込み層4の上にゲート電極用のポリシリコン膜6を形成すると、ディポット部分(破線部D)に導電性のポリシリコン膜6が埋め込まれる。そして、ディポット部分に埋め込まれたポリシリコン膜6は、ゲート電極6aの形成工程のドライエッチングで除去しきれずに、残渣6bとなってしまう。そして、この残渣6bが、隣接する配線同士を短絡させてしまうため不良が発生するものと考えられる。
Based on the above examination results, the inventor of the present application considers that one of the causes of defective products in the conventional method for manufacturing a semiconductor device is the polysilicon film embedded in the depot portion of the embedded
(第2の検討に係る半導体装置の製造方法)
図7及び図8は、本願発明者が行った第2の検討に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。図9は、本願発明者が行った第2の検討に係る半導体装置の製造方法で、エッチング残渣が発生する原因を示す模式図である。図10は、サイドウォール用絶縁膜の形成を熱CVD法で行った場合及びプラズマCVD法で行った場合に形成されるサイドウォールの形状を示す模式図である。
(Manufacturing method of semiconductor device according to second study)
7 and 8 are cross-sectional views showing a method of manufacturing a semiconductor device according to a second study conducted by the inventors of the present application in the order of steps. FIG. 9 is a schematic diagram showing the cause of the generation of etching residues in the semiconductor device manufacturing method according to the second study conducted by the present inventors. FIG. 10 is a schematic diagram showing the shape of the sidewall formed when the sidewall insulating film is formed by the thermal CVD method and by the plasma CVD method.
本願発明者は、ディポットが発生するのを防止するべく、埋め込み層の端部を素子領域側に張り出すように形成する半導体装置の製造方法について検討を行った。 The inventor of the present application has studied a method of manufacturing a semiconductor device in which the end of the buried layer is formed so as to protrude toward the element region in order to prevent the occurrence of depots.
以下、図7及び図8を参照しつつ本願発明者が第2の検討を行った半導体装置の製造方法について説明する。 Hereinafter, a method for manufacturing a semiconductor device, which has been secondly studied by the inventors of the present application, will be described with reference to FIGS.
最初に、図7(a)に示す構造を形成するまでの工程について説明する。まず、シリコン基板1の上に熱酸化法により酸化シリコン膜2を形成する。つづいて、酸化シリコン膜2の上に窒化シリコン膜(図示せず)を形成する。つぎに、窒化シリコン膜をパターニングして、開口3bを有する窒化シリコン膜パターン3aを形成する。つぎに、SiH4及びN2Oを用いた熱CVD法により、シリコン基板1の上側全面にサイドウォール用酸化シリコン膜(図示せず)を形成する。サイドウォール用酸化シリコン膜を熱CVD法で成膜する理由については後述する。つぎに、サイドウォール用酸化シリコン膜をエッチバックして窒化シリコン膜パターン3aの側方に酸化シリコンよりなるサイドウォール12を形成する。以上の工程により図7(a)に示す構造を形成する。
First, steps required until a structure shown in FIG. First, a
つぎに、図7(b)に示すように、窒化シリコン膜パターン3a及びサイドウォール12をマスクに、酸化シリコン膜2及びシリコン基板1をエッチングして素子分離溝1aを形成する。つづいて、熱酸化法により素子分離溝1aの表面に酸化シリコン膜2aを形成する。
Next, as shown in FIG. 7B, the
つぎに、図7(c)に示すように、高密度プラズマCVD(HDPCVD:High Density Plasma CVD)によりシリコン基板1の上側全面に埋め込み層4を形成する。このとき、サイドウォール12は破線部に示すように埋め込み層4と一体化し、埋め込み層4の端部4aが素子領域1b側に張り出した構造となる。
Next, as shown in FIG. 7C, a buried
つぎに、図7(d)に示すように、シリコン基板1の上面をCMP法により研磨して平坦化するとともに、埋め込み層4を分離する。
Next, as shown in FIG. 7D, the upper surface of the
つぎに、図8(a)に示すように、リン酸を含む薬液を用いたエッチングにより、窒化シリコン膜パターン3を除去する。
Next, as shown in FIG. 8A, the silicon
その後、図8(b)に示すように、素子領域1bの上方に露出した酸化シリコン膜2をフッ酸を含む薬液で除去する。この工程で、埋め込み層4もエッチングされて膜厚が減少する。
Thereafter, as shown in FIG. 8B, the
つぎに、図8(c)に示す構造を形成するまでの工程について説明する。まず、図8(b)に示す構造が形成されたシリコン基板21を熱酸化してウェル形成用シリコン膜(図示せず)を素子領域1bの上に形成する。つづいて、ウェル形成用酸化シリコン膜をスルー膜に使用してイオン注入を行ってウェル5を形成する。そして、ウェル形成用酸化シリコン膜をフッ酸を含む薬液で除去した後、熱酸化法により素子領域1bに酸化シリコンよりなるゲート絶縁膜10を形成する。その後、シリコン基板1の上側全面にポリシリコン膜6を形成して図8(c)に示す構造が完成する。
Next, steps required until a structure shown in FIG. First, the
つぎに、図8(d)に示すように、ポリシリコン膜6の上にレジストパターン(図示せず)を形成し、これをマスクにポリシリコン膜6をドライエッチングしてゲート電極6aを形成する。その後、従来技術と同様な手法によりサイドウォール及びソースドレイン領域を形成して第2の検討における半導体装置を製造が完了する。
Next, as shown in FIG. 8D, a resist pattern (not shown) is formed on the
本願発明者は、上述の第2の検討に係る半導体装置の製造方法を試みたが、この製造方法による半導体装置でもポリシリコン膜6の残渣が素子領域1bと埋め込み層4との境界付近に残ってしまった。
The inventor of the present application tried the method for manufacturing the semiconductor device according to the second study described above, but the residue of the
これは、埋め込み層4のエッチレートがサイドウォール12であった部分とそれ以外の部分とで異なるために段差が発生し、この段差部分にポリシリコン膜が残ってしまったためと考えられる。すなわち、第2の検討に係る半導体装置の製造方法では、サイドウォール12を埋め込み層4の一部とすることで、埋め込み層4の端部を素子領域1b側に張り出すように形成している。これにより、素子分離溝1aの側壁4aの上方にディポットが発生するのを抑制できる。
This is presumably because a level difference occurred because the etching rate of the buried
ところが、熱CVD法による酸化シリコン膜よりも、プラズマCVD法による酸化シリコン膜の方がフッ酸に対するエッチングレートが約3.6倍程度大きい。このため、図9(a)に示すように、フッ酸を含む薬液によるウエットエッチング時に、埋め込み層4は、熱CVDで形成されたサイドウォール12の部分よりもプラズマCVD法により形成されたその他の部分が早くエッチングされてしまう。このため、境界部分(破線E部分)に段差が発生するものと考えられる。
However, the etching rate for hydrofluoric acid is about 3.6 times higher in the silicon oxide film formed by the plasma CVD method than in the silicon oxide film formed by the thermal CVD method. For this reason, as shown in FIG. 9A, during the wet etching with the chemical solution containing hydrofluoric acid, the buried
その後、図9(b)に示すように段差部分に導電性のポリシリコン膜6が埋め込まれる。この段差部分のポリシリコン膜6は、図9(c)に示すように、ゲート電極6aを形成するときのドライエッチングで除去し切れずに、残渣6b(破線F部分)となってしまうと考えられる。そして、残渣6bがゲート電極6a同士を短絡して不良品が発生するものと考えられる。
Thereafter, as shown in FIG. 9B, the
尚、第2の検討に係る半導体装置の製造方法において、サイドウォール用の酸化膜を熱CVD法で形成するのは、大きなサイドウォールを形成するためである。すなわち、窒化シリコン膜パターン3aの上に熱CVD法で酸化シリコン膜を形成すると、図10(a)の破線G部分に示すように比較的平坦な表面が形成される。これをエッチバックすることで、図10(a)に示すように窒化シリコン膜パターン3の側方に大きなサイドウォール12を形成することができる。一方、プラズマCVD法で酸化シリコン膜を形成すると、図10(b)の破線H部分のように、下層の凹凸をより大きく反映したカバレッジとなる。これをエッチバックすると、図10(b)に示すように小さなサイドウォール12が形成されてしまう。このため、埋め込み層4とサイドウォール12と異なる方法で形成する方がより好ましい。
In the semiconductor device manufacturing method according to the second study, the sidewall oxide film is formed by the thermal CVD method in order to form a large sidewall. That is, when a silicon oxide film is formed on the silicon
以上の検討に基づいて、本願発明者は下記に説明する本発明の実施形態を着想するに至った。 Based on the above examination, the inventors of the present application have come up with an embodiment of the present invention described below.
(実施形態)
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して説明する。ここに、図11乃至図14は、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
(Embodiment)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. 11 to 14 are cross-sectional views showing the method of manufacturing the semiconductor device according to the embodiment of the present invention in the order of steps.
最初に、図11(a)に示す構造を得るまでの工程について説明する。まず、酸化性雰囲気中においてシリコン基板21の表面を熱酸化して酸化シリコンよりなる第1の酸化膜22を厚さ約10nm程度に形成する。さらに、その上にCVD法により窒化シリコンよりなる第1の窒化膜23を厚さ約150nm程度に形成する。次いで、第1の窒化膜23を熱酸化して酸化シリコンよりなる第2の酸化膜24を厚さ約10nm程度に形成する。尚、第2の酸化膜24は、熱酸化法以外にもCVD法によって形成することができる。そして、第2の酸化膜24の上にCVD法により、窒化シリコンよりなる第2の窒化膜25を厚さ約10〜100nmに形成する。以上の工程により図11(a)に示す構造が完成する。
First, steps required until a structure shown in FIG. First, the surface of the
つぎに、図11(b)に示すように、第2の窒化膜25の上にフォトレジストパターン(図示せず)を形成し、これをマスクにして、第2の窒化膜25、第2の酸化膜24、第1の窒化膜23及び第1の酸化膜22をエッチングして層状構造26を形成する。その後、フォトレジストパターンを除去して、図11(b)に示す構造が完成する。
Next, as shown in FIG. 11B, a photoresist pattern (not shown) is formed on the
つぎに、図11(c)に示すように、熱酸化法又はCVD法により、半導体基板21と層状構造26の表面に酸化シリコンよりなる第3の酸化膜27を厚さ10nm程度に形成する。次いで、半導体基板21の上側全面に熱CVD法により厚さ50〜300nm程度の窒化シリコン膜28を形成する。
Next, as shown in FIG. 11C, a
つぎに、図11(d)に示すように、半導体基板21の上側全面に形成された窒化シリコン膜28をエッチバックして、層状構造26の側方にサイドウォール28aを形成する。このとき、第3の酸化膜27の一部も同時に除去される。一方、第2の酸化膜24は第2の窒化膜25に覆われているので、除去されずに残る。
Next, as shown in FIG. 11D, the silicon nitride film 28 formed on the entire upper surface of the
つぎに、図12(a)に示すように、層状構造26及びサイドウォール28aをマスクに、半導体基板21をエッチングして深さ400nm程度の素子分離溝21aを形成する。尚、層状構造26及びサイドウォール28aの下の平坦な部分は素子領域21bとなる。
Next, as shown in FIG. 12A, the
つづいて、図12(b)に示す構造を形成するまでの工程について説明する。まず、リン酸含む薬液でウエットエッチングしてサイドウォール28a及び第2の窒化膜25を除去する。このとき、第1の窒化膜23は、第1の酸化膜22、第2の酸化膜23及び第3の酸化膜27で覆われているため、サイドウォール28aの除去の際にエッチングされずに残る。尚、窒化シリコンの表面に酸化シリコンが付着していると、リン酸を用いたウエットエッチングでサイドウォール28aや第2の窒化膜25をきれいに除去することができない。このため、前処理としてシリコン基板21の上側全面をフッ酸を含む薬液で前処理することが好ましい。第2の窒化膜25はこのフッ酸を用いた前処理で第2の酸化膜24が除去されてしまうのを防ぐ。
Next, steps required until the structure shown in FIG. First, the
つぎに、ドライエッチングで素子分離溝21aが受けたダメージを回復させるため、素子分離溝21a内を熱酸化して酸化シリコンよりなる熱酸化膜29を厚さ10nm程度に形成する。以上のようにして、図12(b)に示す構造が完成する。
Next, in order to recover the damage received by the
つぎに、図12(c)に示すように、半導体基板21の上側全面に酸化シリコンよりなる埋め込み層30をHDPCVD(High Density Plasma CVD: 高密度プラズマCVD)法により厚さ500〜1000nm程度に形成して、素子分離溝21aを完全に埋め込む。
Next, as shown in FIG. 12C, a buried
つぎに、図12(d)に示すように、CMP法により研磨して埋め込み層30を分離して平坦化する。このとき、第1の窒化膜23がCMP法による研磨のストッパとなる。このようにして、端部30aが素子領域21b側に張り出すとともに、フッ酸に対するエッチングレートが一様な埋め込み層30が得られる。このCMP法による平坦化の際に、酸化シリコンよりなる第2の酸化膜24も除去されて第1の窒化膜23が露出する。また、第1の窒化膜23はCMP研磨を行うまで第2の酸化膜24に覆われているので、均一な厚さに保たれる。この第1の窒化膜23は埋め込み層30のCMP研磨のストッパとなるため、埋め込み層30の形状(厚さ)もシリコン基板1上で均一な形状(高さ)で平坦化できる。
Next, as shown in FIG. 12D, the buried
つぎに、図13(a)に示すように、フッ酸を含む薬液でウエットエッチングして第1の窒化膜23の上に残留している酸化シリコンを除去する。これは、次の工程で第1の窒化膜23の除去を確実に行なうため第1の窒化膜23の表面を清浄とする必要があるからである。つづいて、リン酸を含む薬液でウエットエッチングを行って第1の窒化膜23を除去する。その後、フッ酸を含む薬液でウエットエッチングを行って第1の酸化膜22を除去する。フッ酸を用いたウエットエッチングにより埋め込み層30もエッチングされて膜厚が減少する。しかし、埋め込み層30は、端部30aが素子領域1b側に張り出すと共に、フッ酸に対するエッチングレートが一様に形成されているため、ディポットや段差をほとんど発生しない。以上の工程により、図13(a)に示す構造が完成する。
Next, as shown in FIG. 13A, wet etching is performed with a chemical solution containing hydrofluoric acid to remove silicon oxide remaining on the
つぎに、図13(b)に示すように、熱酸化法で素子領域1bの上に酸化シリコンよりなるウェル用酸化膜31を形成する。その後、ウェル用酸化膜31をスルー膜として使用しながら、p型の不純物を半導体基板21にイオン注入し、素子領域1bにp型のウェル32を形成する。
Next, as shown in FIG. 13B, a
つぎに、図13(c)に示す構造を形成するまでの工程について説明する。まず、フッ酸を含む薬液を用いたエッチングによりウェル用酸化膜31を除去する。この工程でも埋め込み層30がエッチングされるが、端部30aが素子領域21b側に張り出すとともに、エッチングレートが一様であるため、埋め込み層30にディポットや段差は生じない。つぎに、露出した素子領域1bの表面を熱酸化して、酸化シリコンよりなるゲート絶縁膜33を厚さ2〜20nm程度に形成する。
Next, steps required until a structure shown in FIG. First, the
尚、高電圧用と低電圧用のMOSトランジスタとでゲート絶縁膜33の厚さを異ならせる場合には、まず、厚いゲート絶縁膜33を形成する領域の上に部分エッチング用レジストパターン(図示せず)を形成する。つぎに、部分エッチング用レジストパターンに覆われていない領域のゲート絶縁膜33をフッ酸を含む薬液で除去する。その後、部分エッチング用レジストパターンを除去した後、シリコン基板1の上側全面を熱酸化してゲート絶縁膜33を成長さる。これにより、部分エッチングされていない領域には厚いゲート絶縁膜33が形成され、部分エッチングされた領域には薄いゲート絶縁膜33が形成される。
When the thickness of the
その後、ゲート絶縁膜33及び素子分離膜30の上にゲート電極用のポリシリコン膜34を厚さ180nm程度に形成する。尚、ポリシリコン膜34は、例えば、シラン等を反応ガスとする減圧CVD法を用いて形成すればよい。以上のようにして、図13(c)に示す構造が完成する。
Thereafter, a
つぎに、図13(d)に示すように、ポリシリコン膜34の上に、レジストパターン36を形成し、これをマスクにポリシリコン膜34をドライエッチングしてゲート電極34aを形成する。埋め込み層30にはディポットや段差が発生しないため、ドライエッチングでポリシリコンの残渣を形成することなくゲート電極34aを形成することができる。その後、レジストパターン36を除去する。
Next, as shown in FIG. 13D, a resist
つぎに、図14(a)に示すように、半導体基板21にn型の不純物をイオン注入することにより、ゲート電極34aの側方にソース/ドレインエクステンション37を形成する。尚、ソース/ドレインエクステンション37が後の熱工程において拡散してその濃度分布が広がるのを防止するため、この時点で半導体基板21に対してアニールを行い、ソース/ドレインエクステンション37を予めある程度拡散させておいてもよい。
Next, as shown in FIG. 14A, n-type impurities are ion-implanted into the
つづいて、半導体基板21の上側全面に酸化シリコンよりなるサイドウォール用絶縁膜38をCVD法により形成する。
Subsequently, a
つぎに、図14(b)に示すように、サイドウォール用絶縁膜38をエッチバックしてゲート電極34aの横にサイドウォール用絶縁膜38をサイドウォール38aとして残す。その後、半導体基板21にn型の不純物をイオン注入してゲート電極34aの側方にソース/ドレイン領域39を形成する。以上のようにして、図14(b)に示す構造が完成し、半導体装置(トランジスタ)40が完成する。
Next, as shown in FIG. 14B, the
上述のように、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、層状構造26及び窒化シリコンからなるサイドウォール28aをマスクとしてドライエッチングして溝を形成し、その後、サイドウォール28aを除去してから埋め込み層30を形成する。その後、埋め込み層30を平坦化する。これにより、埋め込み層30の上側の端部30aが素子領域21b側に張り出すとともに、埋め込み層30のフッ酸に対するエッチングレートを一様とすることができる。したがって、フッ酸を含む薬液で処理しても埋め込み層30にディポットや段差がほとんど発生しない。このため、ポリシリコン膜34をドライエッチングしてゲート電極34aを形成する工程において、埋め込み層30の上にポリシリコン膜の残渣が発生させることがなく、不良品発生を抑制することができる。
As described above, according to the method of manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of the present invention, a groove is formed by dry etching using the
さらに、層状構造26の一部を構成する第1の窒化膜23の上面を第2の酸化膜24で覆うため、埋め込み層30の平坦化工程でストッパ膜として機能する第1の窒化膜23の高さを均一に保つことができる。これにより、平坦化された埋め込み層30の形状(厚さ)を半導体基板21上で均一とすることができ、埋め込み層30の形状(高さ)のバラツキによる不良品発生を抑制することができる。
Further, since the upper surface of the
以下、本発明の諸態様を、付記としてまとめて記載する。 Hereinafter, various aspects of the present invention will be collectively described as supplementary notes.
(付記1)半導体基板に第1の酸化膜、第1の窒化膜、第2の酸化膜及び第2の窒化膜で構成される層状構造を形成し、前記層状構造にサイドウォールを形成し、前記層状構造とサイドウォールとをマスクとして前記半導体基板に溝を形成し、前記サイドウォールを除去し、前記半導体基板上に埋め込み層を形成し、前記埋め込み層を平坦化し、少なくとも前記層状構造の一部を除去することを特徴とする半導体装置の製造方法。 (Supplementary Note 1) A layered structure including a first oxide film, a first nitride film, a second oxide film, and a second nitride film is formed on a semiconductor substrate, and a sidewall is formed on the layered structure. Grooves are formed in the semiconductor substrate using the layered structure and sidewalls as a mask, the sidewalls are removed, a buried layer is formed on the semiconductor substrate, the buried layer is planarized, and at least one of the layered structures is formed. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising removing a portion.
(付記2)前記平坦化は、前記第1の窒化膜の高さを基準として行われることを特徴とする付記1に記載の半導体装置の製造方法。
(Additional remark 2) The said planarization is performed on the basis of the height of a said 1st nitride film, The manufacturing method of the semiconductor device of
(付記3)前記サイドウォールは、窒化膜であることを特徴とする付記1又は2に記載の半導体装置の製造方法。
(Additional remark 3) The said sidewall is a nitride film, The manufacturing method of the semiconductor device of
(付記4)前記サイドウォールを形成する前に、更に、前記層状構造を被覆する第3の酸化膜を形成することを特徴とする付記1乃至3の何れか1に記載の半導体装置の製造方法。
(Additional remark 4) Before forming the said side wall, the 3rd oxide film which coat | covers the said layered structure is further formed, The manufacturing method of the semiconductor device of any one of
(付記5)前記第1の窒化膜は、前記第1の酸化膜、前記第2の酸化膜及び前記第3の酸化膜によって囲まれることを特徴とする付記4に記載の半導体装置の製造方法。
(Supplementary note 5) The method of manufacturing a semiconductor device according to
(付記6)前記サイドウォールの除去の際に、前記第2の窒化膜も除去されることを特徴とする付記1乃至4の何れか1に記載の半導体装置の製造方法。
(Supplementary note 6) The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of
(付記7)前記平坦化は、前記第1の窒化膜をストッパとして行われることを特徴とする付記6に記載の半導体装置の製造方法。
(Additional remark 7) The said planarization is performed using the said 1st nitride film as a stopper, The manufacturing method of the semiconductor device of
(付記8)前記平坦化により、前記埋め込み層が分離され、その上側の端部が前記溝から張り出した部分に形成されるとともに、前記埋め込み層は、前記端部とそれ以外の部分とでフッ酸に対するエッチングレートが等しいことを特徴とする付記1乃至7に何れか1に記載の半導体装置の製造方法。
(Supplementary note 8) By the planarization, the buried layer is separated, and an upper end portion thereof is formed in a portion protruding from the groove, and the buried layer is formed by the end portion and the other portion. 8. The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of
(付記9)前記層状構造の除去は、ウエットエッチングにより前記第1の窒化膜を除去した後、ウエットエッチングで前記第1の酸化膜を除去することを特徴とする付記7又は8に記載の半導体装置の製造方法。 (Appendix 9) The semiconductor according to appendix 7 or 8, wherein the layered structure is removed by removing the first nitride film by wet etching and then removing the first oxide film by wet etching. Device manufacturing method.
1…シリコン(半導体)基板、1a…素子分離溝、1b…素子領域、2、2a…酸化シリコン膜、3…窒化シリコン膜、3a…窒化シリコン膜パターン、3b…開口部、4…埋め込み層、4a…端部、5…ウェル、6…ポリシリコン膜、6a…ゲート電極、6b…残渣(ポリシリコン)、8a…サイドウォール、9…ソース/ドレイン領域、10…ゲート絶縁膜、11…レジストパターン、12…サイドウォール、21…シリコン基板(Si基板)、21a…素子分離溝、21b…素子領域、22…第1の酸化膜、23…第1の窒化膜、24…第2の酸化膜、25…第2の窒化膜、26…層状構造、27…第3の酸化膜、28…窒化シリコン膜、28a…サイドウォール、29…熱酸化膜、30…埋め込み層、31…ウェル用酸化膜、32…ウェル、33…ゲート絶縁膜、34…ポリシリコン膜、34a…ゲート電極、36…レジストパターン、37…ソース/ドレインエクステンション、38…サイドウォール用絶縁膜、38a…サイドウォール、39…ソース/ドレイン領域、40…半導体装置、Tr1、Tr2…トランジスタ。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記層状構造にサイドウォールを形成し、
前記層状構造とサイドウォールとをマスクとして前記半導体基板に溝を形成し、
前記サイドウォールを除去し、
前記半導体基板上に埋め込み層を形成し、
前記埋め込み層を平坦化し、
少なくとも前記層状構造の一部を除去すること
を特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a layered structure including a first oxide film, a first nitride film, a second oxide film, and a second nitride film on a semiconductor substrate;
Forming a sidewall in the layered structure;
Forming a groove in the semiconductor substrate using the layered structure and sidewalls as a mask;
Removing the sidewall,
Forming a buried layer on the semiconductor substrate;
Planarizing the buried layer;
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein at least a part of the layered structure is removed.
を特徴とする請求項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 planarization is performed based on a height of the first nitride film.
を特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the sidewall is a nitride film.
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