JP2010067683A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents

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真也 川本
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To inhibit the generation of dislocation to a semiconductor substrate when forming a source/drain region when the element separation of an STI structure is performed. <P>SOLUTION: A semiconductor device is formed so that, in a contact region between an active region 2 and an element isolation insulating film 3, the element isolation insulating film is located in a height which is deeper than that of a surface of a silicon substrate 1 and shallower than a formation depth d4 (or a PN junction part) of a high concentration impurity diffusion region 1b whose concentration is the peak concentration of a source/drain region 1b. The element isolation insulating film is located in the depth d2 which is deeper than the depth d4 as the element isolation insulating film moves away from this region to an outward region. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、活性領域の周囲に素子分離領域が設けられた構造を具備した半導体装置およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device having a structure in which an element isolation region is provided around an active region and a method for manufacturing the same.

半導体装置として代表的なフラッシュメモリでは、微細な素子分離構造を形成するためSTI(Shallow Trench Isolation)構造の素子分離を採用している。STI構造は、半導体基板の表面に所定方向に沿って素子分離溝を形成し当該素子分離溝内に素子分離用の絶縁膜を埋込むことで構成されているもので、これにより活性領域が分離されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1記載の技術思想によれば、素子分離用の溝内に塗布型絶縁膜としてポリシラザン膜が埋込まれ、当該ポリシラザン膜上にHDP−CVD(High Density Plasma - Chemical Vapor Deposition)法によりシリコン酸化膜が形成されており、これにより素子分離絶縁膜を構成している。   In a typical flash memory as a semiconductor device, element isolation having an STI (Shallow Trench Isolation) structure is employed in order to form a fine element isolation structure. The STI structure is configured by forming an element isolation groove along a predetermined direction on the surface of a semiconductor substrate, and embedding an element isolation insulating film in the element isolation groove, thereby isolating the active region. (For example, refer to Patent Document 1). According to the technical idea described in Patent Document 1, a polysilazane film is embedded as a coating type insulating film in an element isolation trench, and silicon is formed on the polysilazane film by HDP-CVD (High Density Plasma-Chemical Vapor Deposition) method. An oxide film is formed, thereby constituting an element isolation insulating film.

上記したポリシラザン膜は、ポリシラザンの塗布液を塗布した後に熱処理をすることで酸化膜に転換するものであるが、この熱処理をする際にポリシラザン自身が収縮するのでその応力が半導体基板側に作用する。特に塗布量が多い部分においては発生する応力も大きくなるので、ポリシラザンと接触している部分の半導体基板に与えるひずみ応力も大きくなる。   The polysilazane film described above is converted into an oxide film by applying a heat treatment after applying a polysilazane coating solution. However, since the polysilazane itself contracts during this heat treatment, the stress acts on the semiconductor substrate side. . In particular, since the stress generated in the portion where the coating amount is large also increases, the strain stress applied to the semiconductor substrate in the portion in contact with the polysilazane also increases.

たとえば周辺回路部のトランジスタを形成する領域では、半導体基板の活性領域を囲むようにしてSTIを形成するので、活性領域がポリシラザン膜と接する部分では大きな応力を受けて結晶欠陥や転位が発生する原因となりやすい。特に、トランジスタの不純物拡散領域としてLDD(lightly doped drain)構造を採用する場合に、高濃度不純物領域を形成する際に転位が発生しやすくなる問題がある。   For example, since the STI is formed so as to surround the active region of the semiconductor substrate in the region where the transistor of the peripheral circuit portion is formed, the active region is likely to cause crystal defects and dislocations due to a large stress at the portion where the active region is in contact with the polysilazane film. . In particular, when an LDD (lightly doped drain) structure is adopted as the impurity diffusion region of the transistor, there is a problem that dislocation is likely to occur when the high concentration impurity region is formed.

すなわち、LDD構造の高濃度不純物領域を形成する場合に、半導体基板の内部においてpn接合が形成される深さ、つまりイオン注入時に不純物濃度がピークレベルにある深さの位置で、イオン打ち込みによる結晶欠陥が多数発生している。この結晶欠陥を低減させて不純物を活性化させるために熱処理を行う。このとき、活性領域と接するSTIの部分で半導体基板がポリシラザンから応力を受けるので、結晶欠陥を核として半導体基板の内部に線状欠陥である転位が発生しやすくなる。このような転位はpn接合のリーク電流増大の原因となるので抑制することが望ましい。そこで、フッ酸などのウェットエッチング処理により酸化膜を落とし込むと良い。すると、ゲート電極下の半導体基板コーナー部の酸化膜をもエッチング処理できる。   That is, when forming a high-concentration impurity region of an LDD structure, a crystal formed by ion implantation at a depth at which a pn junction is formed inside the semiconductor substrate, that is, at a depth where the impurity concentration is at a peak level during ion implantation. Many defects have occurred. Heat treatment is performed in order to reduce the crystal defects and activate the impurities. At this time, since the semiconductor substrate receives stress from polysilazane at the STI portion in contact with the active region, dislocations that are linear defects are likely to occur inside the semiconductor substrate with the crystal defects as nuclei. Since such dislocations cause an increase in the leakage current of the pn junction, it is desirable to suppress them. Therefore, it is preferable to drop the oxide film by wet etching such as hydrofluoric acid. Then, the oxide film at the corner of the semiconductor substrate under the gate electrode can also be etched.

ゲート電極の側壁を保護するため、予めゲート電極の側壁に絶縁膜を形成すると良いが、素子分離絶縁膜のウェットエッチング処理により当該側壁絶縁膜も処理に曝されるため当該側壁絶縁膜が薄くなり例えば全て処理されてしまうと露出したゲート絶縁膜が処理に曝されてしまい、トランジスタ特性や信頼性に悪影響が及ぼされる可能性が考えられる。したがってウェットエッチング処理量は側壁の絶縁膜の膜厚で制限されてしまい、結晶欠陥対策として十分に素子分離絶縁膜の落とし込みができない。
特開2006−156471号公報 特開2004−228557号公報
In order to protect the side wall of the gate electrode, it is preferable to form an insulating film on the side wall of the gate electrode in advance. However, the side wall insulating film is thinned because the side wall insulating film is also exposed to the process by the wet etching process of the element isolation insulating film. For example, if all the processing is performed, the exposed gate insulating film may be exposed to processing, which may adversely affect transistor characteristics and reliability. Therefore, the wet etching processing amount is limited by the thickness of the insulating film on the side wall, and the element isolation insulating film cannot be dropped sufficiently as a countermeasure against crystal defects.
JP 2006-156471 A JP 2004-228557 A

本発明は、STI構造の素子分離を行う場合にソース/ドレイン領域の形成時点で半導体基板に対する転位の発生を抑制できるようにした半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor device and a method for manufacturing the same that can suppress the occurrence of dislocation with respect to a semiconductor substrate at the time of forming a source / drain region when element isolation of an STI structure is performed.

本発明の一態様は、基板表面からの深さが第1深さを有する溝が周囲に形成されることで区画された活性領域を有する半導体基板と、前記活性領域の一部上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、前記ゲート電極の両脇の前記活性領域内に、前記半導体基板の表面からの深さが第1の深さより浅い第2の深さで形成され、前記溝の側壁に露出した露出面を有するソース/ドレイン領域と、前記溝内に塗布型絶縁膜を含んで埋込み形成された素子分離絶縁膜とを備え、前記ゲート電極は前記活性領域から前記素子分離絶縁膜上に延出し、前記ゲート電極が上方に位置していない領域における前記素子分離絶縁膜は、前記活性領域との接触領域付近においては前記半導体基板の表面の高さよりも深く前記第2の深さより浅い高さに位置し、前記接触領域付近よりも外方領域において前記第2の深さより深く位置していることを特徴としている。   According to one embodiment of the present invention, a semiconductor substrate having an active region partitioned by forming a trench having a first depth from the substrate surface around the gate, and gate insulation over a part of the active region A gate electrode formed through a film and in the active region on both sides of the gate electrode, a depth from the surface of the semiconductor substrate is formed at a second depth shallower than a first depth; A source / drain region having an exposed surface exposed on a sidewall of the trench; and an element isolation insulating film embedded in the trench including a coating type insulating film, wherein the gate electrode is separated from the active region by the element isolation. The element isolation insulating film extending in the insulating film in a region where the gate electrode is not located above is deeper than the height of the surface of the semiconductor substrate in the vicinity of the contact region with the active region. Located at a height shallower than the depth It is characterized in that it is located deep than the second depth in the outer region than near the contact area.

本発明の一態様は、第1導電型の半導体基板の活性領域の周囲に溝を形成する工程と、前記溝内に塗布型絶縁膜を含んだ素子分離絶縁膜を埋込み形成し素子分離領域を形成する工程と、前記活性領域上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、前記活性領域に前記ゲート電極をマスクとして不純物を導入して前記第1導電型とは逆導電型の第2導電型の低濃度の不純物導入領域を形成する工程と、前記ゲート電極の側壁に沿ってLDD(Lightly Doped Drain)構造形成用のスペーサ膜を形成する工程と、前記ゲート電極およびスペーサ膜をマスクとして第2導電型の高濃度の不純物導入領域を活性領域に形成する工程と、前記活性領域および素子分離領域間における前記素子分離絶縁膜の接触端部を覆うようにマスクパターンを形成する工程と、前記マスクパターンをマスクとして前記素子分離絶縁膜の接触端部を除く領域において溝内の素子分離絶縁膜の上部を所定膜厚除去する工程と、前記マスクパターンを剥離する工程と、前記素子分離絶縁膜の接触端部を含む溝内の素子分離絶縁膜の上部および前記スペーサ膜をウェットエッチング処理する工程と、前記不純物を活性化させるために熱処理する工程と、前記素子分離絶縁膜上に非塗布型絶縁膜を形成する工程とを備えたことを特徴としている。   In one embodiment of the present invention, a groove is formed around the active region of the first conductivity type semiconductor substrate, and an element isolation insulating film including a coating type insulating film is embedded in the groove to form an element isolation region. A step of forming a gate electrode on the active region through a gate insulating film, and introducing an impurity into the active region using the gate electrode as a mask to have a conductivity type opposite to the first conductivity type. A step of forming a second conductivity type low-concentration impurity introduction region, a step of forming a spacer film for forming an LDD (Lightly Doped Drain) structure along the sidewall of the gate electrode, and the gate electrode and the spacer film. Forming a second conductivity type high-concentration impurity introduction region in the active region as a mask, and forming a mask pattern so as to cover the contact end portion of the element isolation insulating film between the active region and the element isolation region; A step of removing a predetermined thickness of the upper portion of the element isolation insulating film in the groove in a region excluding the contact end of the element isolation insulating film using the mask pattern as a mask, and a step of peeling the mask pattern; A step of wet-etching the upper portion of the element isolation insulating film in the groove including the contact end portion of the element isolation insulating film and the spacer film, a step of performing a heat treatment to activate the impurities, and the element isolation insulating film And a step of forming a non-coating insulating film thereon.

本発明によれば、ソース/ドレイン領域の形成時点で半導体基板に対する転位の発生を抑制できる。   According to the present invention, it is possible to suppress the occurrence of dislocation with respect to the semiconductor substrate at the time of forming the source / drain regions.

以下、本発明をNAND型フラッシュメモリ装置の周辺回路部などに形成されるLDD構造を有するトランジスタとその周辺構造に適用した場合の一実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる。   Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to a transistor having an LDD structure formed in a peripheral circuit portion of a NAND flash memory device and the peripheral structure thereof will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones.

まず、図1および図2を参照して本実施形態の低電圧トランジスタの構成を説明する。図1(a)はNAND型フラッシュメモリ装置の周辺回路の低電圧トランジスタの縦断面図、図1(b)はメモリセル領域内に構成されるメモリセルトランジスタの縦断面図を示しており、図2(a)は低電圧トランジスタおよびその周辺の平面図、図2(b)はメモリセルトランジスタおよびその周辺の平面図を模式的に示しており、図1(a)は、図2(a)中1A−1A線、図1(b)は図2(b)の1B−1B線で示す部分の断面を模式的に示している。   First, the configuration of the low voltage transistor of this embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. 1A is a longitudinal sectional view of a low voltage transistor in a peripheral circuit of the NAND flash memory device, and FIG. 1B is a longitudinal sectional view of a memory cell transistor configured in a memory cell region. 2 (a) is a plan view of the low-voltage transistor and its periphery, FIG. 2 (b) schematically shows a plan view of the memory cell transistor and its periphery, and FIG. 1 (a) is shown in FIG. 2 (a). The middle 1A-1A line and FIG. 1B schematically show the cross section of the portion indicated by the 1B-1B line in FIG. 2B.

図1(a)および図1(b)に示すように、半導体基板としてのP型のシリコン基板1には、メモリセル領域M内および周辺回路領域の低電圧トランジスタ形成領域Rの表層にNウェル(図示せず)が形成されており、さらにその表層にPウェル1aが形成されており、当該Pウェル1aに活性領域2が構成されている。STI(Shallow Trench Isolation)構造の素子分離領域が、活性領域2を囲うように形成されている。この素子分離領域内には素子分離絶縁膜3が形成されている。   As shown in FIGS. 1A and 1B, a P-type silicon substrate 1 as a semiconductor substrate has an N well in the surface layer of the low voltage transistor formation region R in the memory cell region M and the peripheral circuit region. (Not shown) is formed, and a P well 1a is formed on the surface layer thereof, and an active region 2 is formed in the P well 1a. An element isolation region having an STI (Shallow Trench Isolation) structure is formed so as to surround the active region 2. An element isolation insulating film 3 is formed in the element isolation region.

素子分離絶縁膜3は、シリコン基板1に形成されたトレンチ(溝に相当)4の内面に沿って形成されたHTO(High Temperature Oxide)膜5およびこのHTO膜5の内側に形成された塗布型絶縁膜、塗布型酸化膜であるSOG(Spin On Glass)膜6によって構成されている。   The element isolation insulating film 3 includes an HTO (High Temperature Oxide) film 5 formed along the inner surface of a trench (corresponding to a groove) 4 formed in the silicon substrate 1 and a coating type formed inside the HTO film 5. The insulating film is composed of an SOG (Spin On Glass) film 6 which is a coating type oxide film.

トレンチ4は、その底面がシリコン基板1の表面からの深さd1に位置するように形成されている。SOG膜6は、その上面がトレンチ4の底面部から所定高さに位置し且つシリコン基板1の表面からの深さが深さd1よりも浅い深さd2に位置するようにトレンチ4内に埋込まれている。   The trench 4 is formed such that its bottom surface is located at a depth d1 from the surface of the silicon substrate 1. The SOG film 6 is buried in the trench 4 such that the upper surface is located at a predetermined height from the bottom surface of the trench 4 and the depth from the surface of the silicon substrate 1 is located at a depth d2 that is shallower than the depth d1. It is included.

SOG膜6は、例えばポリシラザン(PSZ:polysilazane)の薬液を塗布して熱処理することで酸化膜に転換したシリコン酸化膜である。また、このSOG膜6の上面には所定膜厚のTEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)酸化膜7およびシリコン窒化膜8が積層されており、さらにトレンチ4内およびその上部を埋め込むようにBPSG膜9が形成されている。   The SOG film 6 is a silicon oxide film that has been converted into an oxide film by, for example, applying a chemical solution of polysilazane (PSZ) and heat-treating it. Further, a TEOS (Tetra Ethyl Ortho Silicate) oxide film 7 and a silicon nitride film 8 having a predetermined film thickness are laminated on the upper surface of the SOG film 6, and a BPSG film 9 is embedded so as to fill the trench 4 and its upper part. Is formed.

活性領域2の上部にはゲート絶縁膜10を介してシリコン基板1の表面内の所定方向に横切るようにゲート電極PGが形成されており、当該ゲート電極PGの両脇にソース/ドレイン領域1dが構成されることによって低電圧トランジスタTrpが構成されている。ゲート電極PGは、下層から多結晶シリコン層11、ゲート間絶縁膜12、多結晶シリコン層13、コバルトシリサイド(CoSi)14が積層されることにより構成されている。 A gate electrode PG is formed on the active region 2 so as to cross a predetermined direction in the surface of the silicon substrate 1 via a gate insulating film 10, and source / drain regions 1 d are formed on both sides of the gate electrode PG. Thus, a low voltage transistor Trp is configured. The gate electrode PG is configured by laminating a polycrystalline silicon layer 11, an inter-gate insulating film 12, a polycrystalline silicon layer 13, and cobalt silicide (CoSi 2 ) 14 from the lower layer.

尚、このゲート電極PGは、メモリセルトランジスタTrmのゲート電極MGの形成工程と同じ工程で形成されている。なお、ゲート電極MGの浮遊ゲート電極FGに相当する多結晶シリコン層11と、メモリセルトランジスタTrmの制御ゲート電極CGを構成する多結晶シリコン層13との間のゲート間絶縁膜12には開口部12aが形成され、多結晶シリコン層11および13間が構造的に接触し電気的に短絡した状態に構成されている。   The gate electrode PG is formed in the same process as the process for forming the gate electrode MG of the memory cell transistor Trm. Note that there is an opening in the inter-gate insulating film 12 between the polycrystalline silicon layer 11 corresponding to the floating gate electrode FG of the gate electrode MG and the polycrystalline silicon layer 13 constituting the control gate electrode CG of the memory cell transistor Trm. 12a is formed, and the polycrystalline silicon layers 11 and 13 are structurally contacted and electrically short-circuited.

図1(a)および図2(a)に示すように、活性領域2の表層には、ゲート電極PGの両脇にLDD構造のソース/ドレイン領域1dがゲート電極PGの中央下領域を除く活性領域2全体に渡って形成されている。このLDD構造のソース/ドレイン領域1dは、Pウェル1aの導電型とは逆導電型となるN型の不純物拡散領域であり、第1濃度の低濃度不純物拡散領域1cと、当該第1濃度よりも高い第2濃度の高濃度不純物拡散領域1bにより構成されている。   As shown in FIG. 1A and FIG. 2A, on the surface layer of the active region 2, the source / drain regions 1 d of the LDD structure on both sides of the gate electrode PG are active except for the lower central region of the gate electrode PG. It is formed over the entire region 2. The source / drain region 1d of this LDD structure is an N-type impurity diffusion region having a conductivity type opposite to the conductivity type of the P well 1a. The first-concentration low-concentration impurity diffusion region 1c and the first concentration Also, the high-concentration impurity diffusion region 1b having a high second concentration is formed.

低濃度不純物拡散領域1cは、一端がゲート電極PGの下まで延出することでゲート電極PGの側部と所定長だけオーバーラップしている。高濃度不純物拡散領域1bは、一端がゲート電極PGの側壁から所定間隔離間している。また、シリコン基板1の表面からの高濃度不純物拡散領域1bの形成深さ(不純物分布がピークレベルにある深さまたはPN接合部の深さ)d4は、低濃度不純物拡散領域1cの形成深さ(低濃度不純物分布がピークレベルにある深さまたはPN接合部の深さ)d3よりも深く形成されている。   The low-concentration impurity diffusion region 1c has one end extending below the gate electrode PG so as to overlap the side portion of the gate electrode PG by a predetermined length. One end of the high concentration impurity diffusion region 1b is separated from the side wall of the gate electrode PG by a predetermined distance. Further, the formation depth of the high concentration impurity diffusion region 1b from the surface of the silicon substrate 1 (the depth at which the impurity distribution is at the peak level or the depth of the PN junction) d4 is the formation depth of the low concentration impurity diffusion region 1c. (The depth at which the low-concentration impurity distribution is at the peak level or the depth of the PN junction) is formed deeper than d3.

なお、高濃度不純物領域1bは深さd4を保ちながらゲート電極PGの脇から活性領域2の端部まで形成されている。同様に、低濃度不純物領域1cも深さd3を保ちながら、ゲート電極PGの脇から活性領域2の端部まで形成されている。   The high concentration impurity region 1b is formed from the side of the gate electrode PG to the end of the active region 2 while maintaining the depth d4. Similarly, the low-concentration impurity region 1c is also formed from the side of the gate electrode PG to the end of the active region 2 while maintaining the depth d3.

したがって、活性領域2と素子分離絶縁膜3との境界面である活性領域2の側壁にソース/ドレイン領域1dのPN接合部が露出している。また、高濃度不純物領域1bの形成深さd4は、活性領域2から外方に離間した所定位置におけるSOG膜6の上面の深さd2より浅くなるように形成されている。   Therefore, the PN junction of the source / drain region 1d is exposed on the side wall of the active region 2 which is the boundary surface between the active region 2 and the element isolation insulating film 3. The formation depth d4 of the high concentration impurity region 1b is formed to be shallower than the depth d2 of the upper surface of the SOG film 6 at a predetermined position spaced outward from the active region 2.

ゲート電極PGの側壁面および活性領域2の上面には、TEOS酸化膜7が形成されており、当該TEOS酸化膜7の外面に沿ってシリコン窒化膜8が形成されている。シリコン窒化膜8の上には、ゲート電極PGの上面高さまで非塗布型絶縁膜としてBPSG膜9が埋込み形成されている。   A TEOS oxide film 7 is formed on the side wall surface of the gate electrode PG and the upper surface of the active region 2, and a silicon nitride film 8 is formed along the outer surface of the TEOS oxide film 7. On the silicon nitride film 8, a BPSG film 9 is buried and formed as an uncoated insulating film up to the height of the upper surface of the gate electrode PG.

ゲート電極PGの上面およびBPSG膜9の上面には、エッチングストッパ、バリア膜としてのシリコン窒化膜15が形成されている。シリコン窒化膜15の上面には層間絶縁膜16が形成されている。層間絶縁膜16は、TEOS酸化膜により構成されている。層間絶縁膜16、シリコン窒化膜15、BPSG膜9、シリコン窒化膜8およびTEOS酸化膜7を貫通するようにコンタクトホール17aが形成されており、当該コンタクトホール17a内にコンタクトプラグ17が形成されている。コンタクトプラグ17の上には配線層18が形成されている。コンタクトプラグ17の下端はソース/ドレイン領域1dを構成する高濃度不純物領域1bに接触している。   On the upper surface of the gate electrode PG and the upper surface of the BPSG film 9, a silicon nitride film 15 as an etching stopper and a barrier film is formed. An interlayer insulating film 16 is formed on the upper surface of the silicon nitride film 15. The interlayer insulating film 16 is composed of a TEOS oxide film. A contact hole 17a is formed so as to penetrate the interlayer insulating film 16, the silicon nitride film 15, the BPSG film 9, the silicon nitride film 8 and the TEOS oxide film 7, and a contact plug 17 is formed in the contact hole 17a. Yes. A wiring layer 18 is formed on the contact plug 17. The lower end of the contact plug 17 is in contact with the high concentration impurity region 1b constituting the source / drain region 1d.

尚、メモリセル領域M内においては、図2(b)に示すように、活性領域2がX方向に沿って形成されており、当該活性領域2がX方向に直交するY方向に所定間隔を以って並設されている。また、ワード線WLがY方向に沿って形成されており、X方向に所定間隔を以って並設されている。活性領域2とワード線WLとの交差領域にはメモリセルトランジスタTrmのゲート電極MGが配設されている。   In the memory cell region M, as shown in FIG. 2B, the active region 2 is formed along the X direction, and the active region 2 has a predetermined interval in the Y direction orthogonal to the X direction. Therefore, it is installed side by side. Further, word lines WL are formed along the Y direction, and are arranged in parallel in the X direction with a predetermined interval. A gate electrode MG of the memory cell transistor Trm is disposed in an intersection region between the active region 2 and the word line WL.

図1(b)に示すように、ゲート電極MGは、シリコン基板1のPウェル1a上にゲート絶縁膜10を介して多結晶シリコン層11、ゲート間絶縁膜12、多結晶シリコン層13、コバルトシリサイド層14の積層構造により形成されており、ゲート間絶縁膜12には開口は設けられていない。多結晶シリコン層11が浮遊ゲート電極FGとして機能し、多結晶シリコン層13およびコバルトシリサイド層14が制御ゲート電極CGとして機能する。メモリセルトランジスタTrmは、ゲート電極MGと当該ゲート電極MGのY方向両脇に低濃度不純物拡散領域1cからなるソース/ドレイン領域1eとを備えている。このようにして、ゲート電極MGは、ゲート電極PGとほぼ同様構造によって構成されている。尚、図示しないが、メモリセル領域M内にもバリア膜としてシリコン窒化膜15が形成されている。   As shown in FIG. 1B, the gate electrode MG is formed on the P well 1a of the silicon substrate 1 through the gate insulating film 10 through the polycrystalline silicon layer 11, the intergate insulating film 12, the polycrystalline silicon layer 13, and the cobalt. It is formed by a laminated structure of the silicide layer 14, and no opening is provided in the intergate insulating film 12. Polycrystalline silicon layer 11 functions as floating gate electrode FG, and polycrystalline silicon layer 13 and cobalt silicide layer 14 function as control gate electrode CG. The memory cell transistor Trm includes a gate electrode MG and a source / drain region 1e composed of a low concentration impurity diffusion region 1c on both sides in the Y direction of the gate electrode MG. In this way, the gate electrode MG has a structure substantially similar to that of the gate electrode PG. Although not shown, a silicon nitride film 15 is also formed in the memory cell region M as a barrier film.

上記構成において、低電圧トランジスタTrpの周囲に形成されたSOG膜6は、その上端6aが活性領域2との接触領域付近においてシリコン基板1の上面(表面)高さよりも深く、高濃度不純物領域1bの形成深さd4よりも浅い深さに位置し、SOG膜6の上面は接触領域付近よりも外方領域においては深さd4よりも深い深さd2に位置している。このため、高濃度不純物領域1bがSOG膜6から受ける応力の影響が緩和される。これにより、結晶欠陥が応力を受けることによりシリコン基板1内での転位の発生を抑制することができ、リーク電流の低減を図るとともに転位発生に起因した素子不良の発生を抑制できる。   In the above configuration, the SOG film 6 formed around the low voltage transistor Trp has an upper end 6a deeper than the height of the upper surface (surface) of the silicon substrate 1 in the vicinity of the contact region with the active region 2, and the high concentration impurity region 1b. The upper surface of the SOG film 6 is located at a depth d2 deeper than the depth d4 in the outer region than in the vicinity of the contact region. For this reason, the influence of the stress which the high concentration impurity region 1b receives from the SOG film 6 is relieved. As a result, the occurrence of dislocations in the silicon substrate 1 due to the stress of the crystal defects can be suppressed, the leakage current can be reduced, and the occurrence of device defects due to the occurrence of dislocations can be suppressed.

次に、上記構成の低電圧トランジスタの製造工程について説明する。尚、メモリセルトランジスタTrmやその他の領域の製造方法の説明は省略する。下記説明において一般的な工程であれば付加しても良いし、必要に応じて各工程を入れ替えて適用しても良い。   Next, a manufacturing process of the low voltage transistor having the above configuration will be described. A description of the manufacturing method of the memory cell transistor Trm and other regions is omitted. In the following description, a general process may be added, or each process may be replaced and applied as necessary.

まず、図3に示すように、P型のシリコン基板1を洗浄後、基板汚染やリソグラフィの際のレジスト倒れの防止を目的として犠牲酸化膜18を形成する。次に、ウェル/チャネル領域の形成を目的としてリソグラフィ技術によりレジスト(図示せず)を塗布しトランジスタTrpの形成領域を含む領域について開口し、B、BF2等の不純物イオンを注入し、Pウェル1aを形成した後、Nチャネルを形成するためにトランジスタTrpの閾値電圧を調整するための不純物イオンを再度注入する。ただし、トランジスタTrpの閾値電圧を0付近に保持したい場合には不純物イオンの注入処理は必要なく、逆に閾値電圧を負としディプレッション型のトランジスタとしたい場合にはリン(P)またはヒ素(As)などのN型の不純物をイオン注入する。不純物イオンの注入時のマスクとして使用したレジストは不要であるため、Oドライアッシャー、薬液処理により剥離する。この後、アニールすることで不純物イオンを活性化する。 First, as shown in FIG. 3, after cleaning the P-type silicon substrate 1, a sacrificial oxide film 18 is formed for the purpose of preventing substrate contamination and resist collapse during lithography. Next, for the purpose of forming the well / channel region, a resist (not shown) is applied by lithography to open the region including the region where the transistor Trp is formed, and impurity ions such as B and BF2 are implanted, and the P well 1a Then, impurity ions for adjusting the threshold voltage of the transistor Trp are implanted again to form an N channel. However, when it is desired to keep the threshold voltage of the transistor Trp close to 0, impurity ion implantation is not necessary. Conversely, when the threshold voltage is negative and a depletion type transistor is desired, phosphorus (P) or arsenic (As) is used. N-type impurities such as are ion-implanted. Since the resist used as a mask at the time of impurity ion implantation is unnecessary, the resist is peeled off by O 2 dry asher and chemical treatment. Thereafter, the impurity ions are activated by annealing.

次に、図4に示すように、犠牲酸化膜18をフッ酸などで剥離した後、水蒸気雰囲気中で加熱し必要な厚さのゲート絶縁膜10を形成し、浮遊ゲート電極FG用の多結晶シリコン層11、加工用のシリコン窒化膜19およびシリコン酸化膜20をCVD法により順次堆積する。その後、通常のリソグラフィ法によりレジスト(図示せず)を塗布してパターンニングし、加工用のシリコン酸化膜20をRIE(Reactive Ion Etching)法により加工した後、Oドライアッシャー処理、薬液処理によってレジストを剥離し、加工用のシリコン酸化膜20をマスクとして多結晶シリコン層11、ゲート絶縁膜10、シリコン基板1の上部をRIE法によりエッチング処理しシリコン基板1にトレンチ4を深さd1で形成する。このとき、トレンチ4の加工が行われずゲート絶縁膜10、多結晶シリコン層11の積層構造が残留する領域が活性領域2となる。 Next, as shown in FIG. 4, after sacrificing the sacrificial oxide film 18 with hydrofluoric acid or the like, the gate insulating film 10 having a necessary thickness is formed by heating in a water vapor atmosphere, and the polycrystalline for the floating gate electrode FG is formed. A silicon layer 11, a processing silicon nitride film 19 and a silicon oxide film 20 are sequentially deposited by a CVD method. Thereafter, a resist (not shown) is applied and patterned by a normal lithography method, and the silicon oxide film 20 for processing is processed by an RIE (Reactive Ion Etching) method, followed by O 2 dry asher processing and chemical processing. The resist is removed, and the polycrystalline silicon layer 11, the gate insulating film 10 and the upper portion of the silicon substrate 1 are etched by the RIE method using the processing silicon oxide film 20 as a mask to form a trench 4 in the silicon substrate 1 with a depth d1. To do. At this time, the region where the trench 4 is not processed and the stacked structure of the gate insulating film 10 and the polycrystalline silicon layer 11 remains becomes the active region 2.

次に、図5に示すように、LP−CVD法によりHTO膜5をトレンチ4の内面に沿って形成し、この後、SOG膜6を形成するためのポリシラザンを塗布し、トレンチ4内をポリシラザン塗布液で充填する。次に、400〜500℃の酸化性雰囲気中にて熱処理を行い、ポリシラザン塗布液をシリコン酸化膜に転換しSOG膜6を形成する。   Next, as shown in FIG. 5, an HTO film 5 is formed along the inner surface of the trench 4 by LP-CVD, and then polysilazane for forming the SOG film 6 is applied, and the inside of the trench 4 is polysilazane. Fill with coating solution. Next, heat treatment is performed in an oxidizing atmosphere at 400 to 500 ° C. to convert the polysilazane coating solution into a silicon oxide film, thereby forming the SOG film 6.

次に、図6に示すように、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法により、シリコン窒化膜19をストッパとしてSOG膜6およびHTO膜5を研磨することで平坦化処理を行い、トレンチ4内にSOG膜6が埋め込まれた状態に形成する。   Next, as shown in FIG. 6, the SOG film 6 and the HTO film 5 are polished by the CMP (Chemical Mechanical Polishing) method using the silicon nitride film 19 as a stopper to perform a planarization process. 6 is embedded.

次に、図7に示すように、SOG膜6をシリコン窒化膜19の膜厚分だけエッチバックし、シリコン窒化膜19を剥離する。次に、メモリセルトランジスタTrm用のゲート間絶縁膜12を例えばONO膜、NONON膜またはアルミナ(Al)を含有した高誘電体膜により形成する。 Next, as shown in FIG. 7, the SOG film 6 is etched back by the thickness of the silicon nitride film 19, and the silicon nitride film 19 is peeled off. Next, the inter-gate insulating film 12 for the memory cell transistor Trm is formed of a high dielectric film containing, for example, an ONO film, a NONON film, or alumina (Al 2 O 3 ).

次に、図8に示すように、ゲート間絶縁膜12の上に多結晶シリコン膜13を堆積する。尚、ゲート間絶縁膜12の形成後で且つ多結晶シリコン膜13を厚く堆積する前に、多結晶シリコン膜を薄く堆積し、低電圧トランジスタTrp用のゲート間絶縁膜12に開口12aを形成し、その後、多結晶シリコン膜13を厚く堆積する。これにより、多結晶シリコン膜13と多結晶シリコン層11とが開口12aを通じて構造的に接触する。   Next, as shown in FIG. 8, a polycrystalline silicon film 13 is deposited on the intergate insulating film 12. After forming the intergate insulating film 12 and before depositing the polycrystalline silicon film 13 thickly, the polycrystalline silicon film is deposited thinly to form an opening 12a in the intergate insulating film 12 for the low voltage transistor Trp. Thereafter, a polycrystalline silicon film 13 is deposited thickly. Thereby, the polycrystalline silicon film 13 and the polycrystalline silicon layer 11 are structurally contacted through the opening 12a.

次に、図9に示すように、ゲート電極PGの加工時に使用するマスク材としてシリコン窒化膜21をCVD法により堆積する。次に、図10に示すように、フォトリソグラフィ法および異方性エッチング(RIE法)を用いてゲート電極PGのパターンニングを行う。このとき、シリコン窒化膜21上にレジストをパターンニングしてシリコン窒化膜21をエッチング処理しハードマスクとして形成し、当該シリコン窒化膜21をマスクとして多結晶シリコン層13、ゲート間絶縁膜12、多結晶シリコン層11をエッチング処理する。このとき、SOG膜6もその上面がシリコン基板1の表面付近に位置する程度までエッチバックされる。   Next, as shown in FIG. 9, a silicon nitride film 21 is deposited by a CVD method as a mask material used when processing the gate electrode PG. Next, as shown in FIG. 10, patterning of the gate electrode PG is performed using photolithography and anisotropic etching (RIE). At this time, a resist is patterned on the silicon nitride film 21, the silicon nitride film 21 is etched to form a hard mask, and the polycrystalline silicon layer 13, the intergate insulating film 12, The crystalline silicon layer 11 is etched. At this time, the SOG film 6 is also etched back to the extent that its upper surface is located near the surface of the silicon substrate 1.

次に、図11に示すように、ゲート電極PGおよび素子分離絶縁膜3を構成するSOG膜6をマスクとしてN型の不純物のイオン注入を行い、ゲート電極PGの脇のシリコン基板1の表層である活性領域2全体に、シリコン基板1の表面からの深さd3の位置に不純物分布のピークレベルが位置するN型の低濃度不純物領域1cを形成する。この低濃度不純物領域1cは、LDD(Lightly Doped Drain)構造を有するソース/ドレインを形成するために設けられている。図11に示す低濃度不純物領域1cとその下部周囲を覆うシリコン基板1のP型領域との境界線が不純物分布のピークレベルを示している。   Next, as shown in FIG. 11, ion implantation of N-type impurities is performed using the SOG film 6 constituting the gate electrode PG and the element isolation insulating film 3 as a mask, and on the surface layer of the silicon substrate 1 beside the gate electrode PG. An N-type low-concentration impurity region 1c in which the peak level of the impurity distribution is located at a depth d3 from the surface of the silicon substrate 1 is formed in a certain active region 2 as a whole. The low concentration impurity region 1c is provided for forming a source / drain having an LDD (Lightly Doped Drain) structure. The boundary line between the low-concentration impurity region 1c shown in FIG. 11 and the P-type region of the silicon substrate 1 covering the periphery of the lower portion indicates the peak level of the impurity distribution.

次に、図12に示すように、レジスト22を塗布してパターンニングする。図13に平面図を示すように、レジスト22のパターンニング残留領域は、活性領域2を平面的に覆い且つ所定のマージンを加味して素子分離絶縁膜3の一部上に張り出した領域である。   Next, as shown in FIG. 12, a resist 22 is applied and patterned. As shown in the plan view of FIG. 13, the patterning remaining region of the resist 22 is a region that covers the active region 2 in a plan view and projects over a part of the element isolation insulating film 3 with a predetermined margin added. .

次に、図14に示すように、パターンニングされたレジスト22をマスクとしてRIE法によりSOG膜6をエッチング加工する。このエッチング加工深さは、予め定められた所望の深さであり、例えば、低濃度不純物領域1cの深さよりも深い深さである。   Next, as shown in FIG. 14, the SOG film 6 is etched by the RIE method using the patterned resist 22 as a mask. This etching processing depth is a predetermined desired depth, for example, a depth deeper than the depth of the low-concentration impurity region 1c.

尚、フラッシュメモリ装置1内には、高電圧トランジスタ(図示せず)が別途形成されるが、当該高電圧トランジスタのゲート絶縁膜は低電圧トランジスタTrpのゲート絶縁膜10よりも厚く形成される。高電圧トランジスタのソース/ドレイン領域について浅く不純物を導入するためには、高電圧トランジスタの厚いゲート絶縁膜を除去加工する必要があるが、このとき行われるRIE法によるエッチング加工は当該工程と同一工程で行っても良い。これにより工程数を削減できる。   Although a high voltage transistor (not shown) is separately formed in the flash memory device 1, the gate insulating film of the high voltage transistor is formed thicker than the gate insulating film 10 of the low voltage transistor Trp. In order to introduce a shallow impurity into the source / drain region of the high voltage transistor, it is necessary to remove the thick gate insulating film of the high voltage transistor. The etching process performed by the RIE method at this time is the same process as that process. You can go there. Thereby, the number of processes can be reduced.

次に、図15に示すように、アッシング等によりレジスト22を剥離し、シリコン酸化膜23をCVD法により全面に堆積し、当該シリコン酸化膜23をRIE法により異方性エッチング処理することで多結晶シリコン層11、ゲート間絶縁膜12、多結晶シリコン層13、シリコン窒化膜21の側壁に沿ってシリコン酸化膜23を残留させるようにスペーサ加工を行う。次に、イオンインプランテーション技術によりリン(P)または砒素(As)等のN型の不純物をシリコン基板1の表層に高濃度にイオン注入する。このときのイオン注入の濃度ピーク位置は、例えば前述のRIE法によるSOG膜6のエッチング加工最深部よりも深い位置に調整される。なお、このイオン注入では、イオン注入領域がイオン損傷によりシリコンがアモルファス化している。また、不純物のピーク分布深さd3、d4は、注入するイオン種や注入条件である加速電圧や注入量に依存している。加工途中におけるゲート電極PGの側壁にはスペーサとしてシリコン酸化膜23が形成されている。高濃度不純物領域1bの端部はシリコン酸化膜23の外側に沿う位置に形成されている。   Next, as shown in FIG. 15, the resist 22 is removed by ashing or the like, a silicon oxide film 23 is deposited on the entire surface by the CVD method, and the silicon oxide film 23 is anisotropically etched by the RIE method. Spacer processing is performed so that the silicon oxide film 23 remains along the side walls of the crystalline silicon layer 11, the intergate insulating film 12, the polycrystalline silicon layer 13, and the silicon nitride film 21. Next, N-type impurities such as phosphorus (P) or arsenic (As) are ion-implanted into the surface layer of the silicon substrate 1 at a high concentration by an ion implantation technique. The concentration peak position of ion implantation at this time is adjusted to a position deeper than the deepest etching processing portion of the SOG film 6 by the RIE method described above, for example. In this ion implantation, the silicon is amorphized in the ion implantation region due to ion damage. The impurity peak distribution depths d3 and d4 depend on the ion species to be implanted and the acceleration voltage and implantation amount which are implantation conditions. A silicon oxide film 23 is formed as a spacer on the side wall of the gate electrode PG during the processing. The end of the high concentration impurity region 1 b is formed at a position along the outside of the silicon oxide film 23.

図16は、このときの3次元構造を模式的に示している。この図16に示すように、シリコン基板1の活性領域2は、素子分離絶縁膜3で包囲された状態に設けられている。
次に、図17に示すように、側壁絶縁膜、スペーサ膜として残留したシリコン酸化膜23を除去可能にするように当該シリコン酸化膜23の側壁膜厚に応じてフッ酸系の薬液によるウェットエッチング処理を行う。このウェットエッチング処理によりゲート電極PGの側壁に形成されたシリコン酸化膜23の膜厚よりも厚くSOG膜6の上部が除去される。
FIG. 16 schematically shows the three-dimensional structure at this time. As shown in FIG. 16, the active region 2 of the silicon substrate 1 is provided in a state surrounded by the element isolation insulating film 3.
Next, as shown in FIG. 17, wet etching with a hydrofluoric acid chemical solution is performed according to the thickness of the sidewall of the silicon oxide film 23 so that the silicon oxide film 23 remaining as the sidewall insulating film and spacer film can be removed. Process. By this wet etching process, the upper portion of the SOG film 6 is removed to be thicker than the film thickness of the silicon oxide film 23 formed on the side wall of the gate electrode PG.

素子分離絶縁膜3は、特にSOG膜6の上端6aが活性領域2との間の接触領域においてシリコン基板1の表面の高さよりも深く且つ高濃度不純物拡散領域1bの形成深さd2よりも浅い高さに位置し、当該領域よりも外方領域に遠ざかるに連れて形成深さd2よりも深く位置するように形成される。   The element isolation insulating film 3 is deeper than the surface height of the silicon substrate 1 and shallower than the formation depth d2 of the high-concentration impurity diffusion region 1b, particularly in the contact region between the upper end 6a of the SOG film 6 and the active region 2. It is located at a height and is formed so as to be located deeper than the formation depth d2 as the distance from the region increases to the outer region.

図18は、このときの3次元構造を模式的に示している。この図18に示すように、ウェットエッチング処理によりSOG膜6が等方的に除去処理されることになり、ゲート電極PGがゲート長方向に素子分離絶縁膜3の上面上まで延設したゲート電極PGの延設領域において、当該延設領域におけるゲート電極PGのゲート幅方向中央下の支持部が残留した状態で当該支持部のゲート幅方向脇で且つゲート電極PGの側部下方の素子分離絶縁膜3(SOG膜6)がエッチング除去される。   FIG. 18 schematically shows the three-dimensional structure at this time. As shown in FIG. 18, the SOG film 6 is isotropically removed by wet etching, and the gate electrode PG extends in the gate length direction to the upper surface of the element isolation insulating film 3. In the extended region of PG, element isolation insulation is provided on the side of the support portion in the gate width direction and below the side portion of the gate electrode PG with the support portion below the center in the gate width direction of the gate electrode PG remaining in the extended region. The film 3 (SOG film 6) is removed by etching.

RIE法によりSOG膜6の上部をエッチング処理してから最小限のウェットエッチング処理を等方的に行うため、ゲート絶縁膜10に与えられる悪影響は抑制される。ウェットエッチング量は、ゲート電極PG脇に形成されたシリコン酸化膜23の膜厚で制限されるものの、SOG膜6の上部を事前にRIE法で除去処理しているため、側壁に形成されたシリコン酸化膜23の膜厚がたとえ薄くても素子分離絶縁膜3の上部について必要な膜厚だけ除去処理を行うことができる。   Since the minimum wet etching process is isotropically performed after the upper part of the SOG film 6 is etched by the RIE method, adverse effects on the gate insulating film 10 are suppressed. Although the amount of wet etching is limited by the film thickness of the silicon oxide film 23 formed on the side of the gate electrode PG, the upper portion of the SOG film 6 is removed in advance by the RIE method. Even if the thickness of the oxide film 23 is small, the removal process can be performed on the upper portion of the element isolation insulating film 3 by a necessary thickness.

次に、RTA(Rapid Thermal Annealing)により、イオン注入処理により低濃度不純物領域1cおよび高濃度不純物領域1bに導入した不純物の活性化を行い、結晶性の回復を行う。これにより、活性領域2にLDD構造のソース/ドレイン領域1dを形成できる。このようにSOG膜6の落とし込みを行ってから熱処理しているため、SOG膜6による高い引張ストレスの影響を低減した状態で熱処理することができ、RTA処理に起因した転位の発生を抑制することができる。このアニール処理を施すことによってN型の各不純物領域1bおよび2cとP型シリコン基板1との間にPN接合が形成されるが、このPN接合部の位置は不純物のピーク分布の深さに比較して若干深くなる。このPN接合部の深さに合わせて活性領域2に接触領域の素子分離絶縁膜3の上面位置を調整すると良い。   Next, activation of impurities introduced into the low concentration impurity region 1c and the high concentration impurity region 1b by ion implantation processing is performed by RTA (Rapid Thermal Annealing) to recover crystallinity. Thereby, the source / drain region 1d having the LDD structure can be formed in the active region 2. Since the heat treatment is performed after dropping the SOG film 6 in this manner, the heat treatment can be performed in a state in which the influence of high tensile stress by the SOG film 6 is reduced, and the occurrence of dislocation due to the RTA treatment can be suppressed. Can do. By performing this annealing process, a PN junction is formed between each of the N-type impurity regions 1b and 2c and the P-type silicon substrate 1, and the position of the PN junction is compared with the depth of the impurity peak distribution. And become a little deeper. The upper surface position of the element isolation insulating film 3 in the contact region may be adjusted to the active region 2 in accordance with the depth of the PN junction.

次に、図19に示すように、ゲート電極PGの上面、側面、活性領域2の上面および素子分離絶縁膜3の上露出面を覆うようにTEOS酸化膜7をLP−CVD法により成膜し、続いてシリコン窒化膜8をLP−CVD法により成膜する。   Next, as shown in FIG. 19, a TEOS oxide film 7 is formed by LP-CVD so as to cover the upper surface and side surfaces of the gate electrode PG, the upper surface of the active region 2 and the upper exposed surface of the element isolation insulating film 3. Subsequently, a silicon nitride film 8 is formed by LP-CVD.

次に、図20に示すように、非塗布型酸化膜としてCVD法によりBPSG膜9をゲート電極PGの脇に埋設し、この後、メルト処理を行うことでボイドの発生を抑制し、CMP法によりシリコン窒化膜8をストッパとして研磨することで平坦化処理する。   Next, as shown in FIG. 20, a BPSG film 9 is buried beside the gate electrode PG by a CVD method as a non-coating type oxide film, and thereafter a melt treatment is performed to suppress the generation of voids. Thus, planarization is performed by polishing using the silicon nitride film 8 as a stopper.

次に、図21に示すように、シリコン窒化膜8、TEOS酸化膜7、およびシリコン窒化膜21を除去し、BPSG膜9のエッチバックを行い、ゲート電極PGを構成する多結晶シリコン層13の上面を露出させた状態とする。図19では、BPSG膜9の上面と多結晶シリコン層13の上面とを一致させた状態としているが、多結晶シリコン層13をBPSG膜9の上面よりも突出するようにしても良い。   Next, as shown in FIG. 21, the silicon nitride film 8, the TEOS oxide film 7, and the silicon nitride film 21 are removed, the BPSG film 9 is etched back, and the polycrystalline silicon layer 13 constituting the gate electrode PG is formed. The upper surface is exposed. In FIG. 19, the upper surface of the BPSG film 9 and the upper surface of the polycrystalline silicon layer 13 are made to coincide with each other, but the polycrystalline silicon layer 13 may protrude from the upper surface of the BPSG film 9.

次に、図22に示すように、多結晶シリコン層13の上部をコバルト(Co)によりコバルトシリサイド層14として形成し、全面にバリア膜としてシリコン窒化膜15を成膜する。コバルトシリサイド層14の形成では、図13に示す状態から多結晶シリコン層13の露出面をウェットエッチング処理などで洗浄した後にコバルトを成膜し、熱処理を行うことでコバルトと接触している多結晶シリコン層13の上部を部分的に反応させてシリサイド化し、コバルトシリサイド層14を形成できる。シリサイド化の後、未反応の金属を剥離し、シリコン窒化膜15をコバルトシリサイド層14による汚染防止のバリア絶縁膜として形成する。なお、未反応金属の剥離後、再度熱処理を行った上でシリコン窒化膜15の形成しても良い。   Next, as shown in FIG. 22, the upper part of the polycrystalline silicon layer 13 is formed as cobalt silicide layer 14 from cobalt (Co), and a silicon nitride film 15 is formed as a barrier film on the entire surface. In the formation of the cobalt silicide layer 14, the exposed surface of the polycrystalline silicon layer 13 is washed from the state shown in FIG. 13 by a wet etching process or the like, and then a cobalt film is formed. The upper part of the silicon layer 13 is partially reacted to be silicided to form the cobalt silicide layer 14. After silicidation, unreacted metal is peeled off, and a silicon nitride film 15 is formed as a barrier insulating film for preventing contamination by the cobalt silicide layer 14. Note that after the unreacted metal is peeled off, the silicon nitride film 15 may be formed after heat treatment is performed again.

次に、図23に示すように、プラズマCVD法により層間絶縁膜16としてTEOS酸化膜を所定膜厚形成する。次に、フォトリソグラフィ処理およびRIE法によりコンタクトホール17aおよび配線溝18aを形成し、図1に示すように、コンタクトホール17aおよび配線溝18a内に導体を埋込み、コンタクトプラグ17および配線層18を形成する。この埋込む導体はバリアメタルとしてチタン(Ti)/窒化チタン(TiN)の積層構造を形成し、次にタングステン(W)をCVD法により充填する。これにより、図1に示す構造を得ることができる。この後の工程は図示しないが、さらに上層の多層配線プロセスに続く。   Next, as shown in FIG. 23, a TEOS oxide film having a predetermined thickness is formed as the interlayer insulating film 16 by plasma CVD. Next, contact holes 17a and wiring grooves 18a are formed by photolithography and RIE, and a conductor is embedded in the contact holes 17a and wiring grooves 18a to form contact plugs 17 and wiring layers 18 as shown in FIG. To do. The buried conductor forms a laminated structure of titanium (Ti) / titanium nitride (TiN) as a barrier metal, and then tungsten (W) is filled by a CVD method. Thereby, the structure shown in FIG. 1 can be obtained. Although the subsequent steps are not shown in the figure, they are further followed by an upper-layer multilayer wiring process.

本実施形態によれば、素子分離絶縁膜3を構成するSOG膜6を溝4内に埋込み形成し、素子分離絶縁膜3を活性領域2との間の接触領域においてシリコン基板1の表面の高さよりも深く且つソース/ドレイン領域1dのピーク濃度となる高濃度不純物拡散領域1bの形成深さd4(もしくはPN接合部)よりも浅い高さに位置し、当該領域よりも外方に遠ざかるに連れて深さd4よりも深く位置するように形成することができ、SOG膜6が活性領域2に及ぼす引張応力を緩和することができ、LDD構造を形成するための高濃度不純物のイオン注入後にRTA処理で発生しやすい結晶欠陥に起因した転位の発生を抑制することができる。   According to the present embodiment, the SOG film 6 constituting the element isolation insulating film 3 is embedded in the trench 4, and the element isolation insulating film 3 is formed on the surface of the silicon substrate 1 in the contact region with the active region 2. It is located at a depth deeper than that and shallower than the formation depth d4 (or PN junction) of the high-concentration impurity diffusion region 1b, which is the peak concentration of the source / drain region 1d, and as it moves away from that region, Can be formed deeper than the depth d4, the tensile stress exerted on the active region 2 by the SOG film 6 can be relieved, and RTA can be performed after ion implantation of high-concentration impurities to form an LDD structure. The generation of dislocations due to crystal defects that are likely to occur in the treatment can be suppressed.

例えば、高電圧トランジスタの場合には耐圧を高めるため、半導体基板2上に形成されるゲート絶縁膜の膜厚が低電圧トランジスタTrpのゲート絶縁膜10の膜厚に比較して厚い。したがって高電圧トランジスタのゲート絶縁膜を加工するプロセスが必要な場合には高電圧トランジスタ周辺の素子分離絶縁膜3の高さ調整は比較的容易となる。   For example, in the case of a high-voltage transistor, the gate insulating film formed on the semiconductor substrate 2 is thicker than the gate insulating film 10 of the low-voltage transistor Trp in order to increase the breakdown voltage. Therefore, when a process for processing the gate insulating film of the high voltage transistor is necessary, the height adjustment of the element isolation insulating film 3 around the high voltage transistor is relatively easy.

低電圧トランジスタTrpの場合には、ゲート絶縁膜10が比較的薄いため高電圧トランジスタのゲート絶縁膜を加工し同時に素子分離絶縁膜が落とし込む工程を要しない。このため、素子分離絶縁膜3がウェットエッチング処理前に大きく落ち込むようなことはない。よって、特に低電圧トランジスタTrpの周辺領域においては、ウェットエッチングによる落とし込み前に活性領域2をマスクにより覆った状態でのRIE法による素子分離絶縁膜3の落とし込み処理は結晶欠陥の抑制に多大な効果を奏する。   In the case of the low voltage transistor Trp, since the gate insulating film 10 is relatively thin, it is not necessary to process the gate insulating film of the high voltage transistor and simultaneously drop the element isolation insulating film. For this reason, the element isolation insulating film 3 does not drop significantly before the wet etching process. Therefore, particularly in the peripheral region of the low-voltage transistor Trp, the dropping process of the element isolation insulating film 3 by the RIE method in a state where the active region 2 is covered with a mask before dropping by wet etching has a great effect on suppressing crystal defects. Play.

レジストマスク22を活性領域2の全領域を覆うように形成した状態でRIE法により素子分離絶縁膜3の上部を処理しているため、シリコン基板1のガウジングを防止できトランジスタのショートチャネル効果を防止できる。   Since the upper portion of the element isolation insulating film 3 is processed by the RIE method in a state where the resist mask 22 is formed so as to cover the entire region of the active region 2, the silicon substrate 1 can be prevented from gouging and the short channel effect of the transistor can be prevented. it can.

素子分離絶縁膜3を構成するSOG膜6の上部をRIE法により事前に除去してからウェットエッチング処理を行っているため、ウェットエッチング除去量を低減することができ、ゲート絶縁膜10への悪影響を防止でき、低電圧トランジスタTrpの特性劣化を抑制できる。   Since the wet etching process is performed after the upper portion of the SOG film 6 constituting the element isolation insulating film 3 is removed in advance by the RIE method, the wet etching removal amount can be reduced, and the gate insulating film 10 is adversely affected. And the characteristic deterioration of the low voltage transistor Trp can be suppressed.

このウェットエッチング処理は等方的であるため、事前にRIE法にて除去できない領域もエッチング処理することができる。そして、活性領域2と素子分離絶縁膜3との境界を超えた領域までレジスト22が覆われているため、事前のRIE法によるエッチング処理時に同時に活性領域2のシリコン基板1表面が加工されることもなく、素子特性を良好に保持できる。   Since this wet etching process is isotropic, an area that cannot be removed in advance by the RIE method can also be etched. Since the resist 22 is covered up to the region beyond the boundary between the active region 2 and the element isolation insulating film 3, the surface of the silicon substrate 1 in the active region 2 is processed at the same time as the etching process by the prior RIE method. Therefore, the device characteristics can be kept good.

素子分離絶縁膜3のウェットエッチング処理では、LDD構造のスペーサとしての側壁絶縁膜23も同時に除去処理しているため、工程削減できる。尚、側壁絶縁膜23をウェットエッチング処理するときにゲート絶縁膜10との接触部の側壁に残留させるように処理するとゲート絶縁膜10の信頼性を高く保つことができる。   In the wet etching process of the element isolation insulating film 3, the side wall insulating film 23 as the spacer of the LDD structure is also removed at the same time, so that the number of processes can be reduced. In addition, when the sidewall insulating film 23 is treated so as to remain on the sidewall of the contact portion with the gate insulating film 10 when wet etching is performed, the reliability of the gate insulating film 10 can be kept high.

(他の実施形態)
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に示す変形または拡張が可能である。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above embodiment, and for example, the following modifications or expansions are possible.

半導体基板としてP型のシリコン基板1に適用したが、N型のシリコン基板の表層にPウェルを形成した基板等を適用しても良く、半導体基板の種類は限られない。 低電圧型のnチャネル型のMOSFETに適用したが、各領域内にドープされる不純物種を変更すればpチャネル型のMOSFETに適用しても良い。   Although the semiconductor substrate is applied to the P-type silicon substrate 1, a substrate in which a P-well is formed on the surface layer of the N-type silicon substrate may be applied, and the type of the semiconductor substrate is not limited. Although applied to a low-voltage n-channel MOSFET, it may be applied to a p-channel MOSFET if the impurity species doped in each region is changed.

ゲート電極PGの上部にコバルトシリサイド層14を形成した実施形態を示したが、その他、タングステン(W)、タンタル(Ta)等をゲート電極PGとして適用したメタルゲート構造に適用しても良い。   Although the embodiment in which the cobalt silicide layer 14 is formed on the gate electrode PG is shown, the present invention may be applied to a metal gate structure in which tungsten (W), tantalum (Ta), or the like is applied as the gate electrode PG.

また、高濃度不純物領域1bの不純物のピーク分布深さd2を基準として説明をしているが、より厳密にはイオン注入後のRTA処理後には不純物深さが若干深くなる。本来イオン注入後の深さ方向のプロファイルから得られる分布と活性化アニールにより不純物が拡散した後の分布とは一致しないが、半導体素子形成技術の微細化に伴いイオン注入後の活性化アニール温度が低温化され、ほぼイオン注入後の分布ピーク位置とアニール後のピーク分布(PN接合部)の深さとは若干異なるもののほぼ一致するとみなすことができる。   Further, although the description is made on the basis of the impurity peak distribution depth d2 of the high concentration impurity region 1b, more strictly, the impurity depth becomes slightly deeper after the RTA process after the ion implantation. Originally, the distribution obtained from the profile in the depth direction after ion implantation does not match the distribution after impurities are diffused by activation annealing. However, the activation annealing temperature after ion implantation has increased with the miniaturization of semiconductor element formation technology. Since the temperature is lowered, the distribution peak position after ion implantation and the depth of the peak distribution (PN junction) after annealing are slightly different, but can be regarded as almost coincident.

本発明の一実施形態を示す要部の縦断面図The longitudinal cross-sectional view of the principal part which shows one Embodiment of this invention 模式的に示す平面図Plan view schematically 製造工程の一段階を模式的に示す縦断面図(その1)Longitudinal sectional view schematically showing one stage of the manufacturing process (Part 1) 製造工程の一段階を模式的に示す縦断面図(その2)Longitudinal sectional view schematically showing one stage of the manufacturing process (Part 2) 製造工程の一段階を模式的に示す縦断面図(その3)Longitudinal sectional view schematically showing one stage of the manufacturing process (Part 3) 製造工程の一段階を模式的に示す縦断面図(その4)Vertical sectional view schematically showing one stage of the manufacturing process (No. 4) 製造工程の一段階を模式的に示す縦断面図(その5)Vertical sectional view schematically showing one stage of the manufacturing process (No. 5) 製造工程の一段階を模式的に示す縦断面図(その6)Vertical sectional view schematically showing one stage of the manufacturing process (No. 6) 製造工程の一段階を模式的に示す縦断面図(その7)Vertical sectional view schematically showing one stage of the manufacturing process (No. 7) 製造工程の一段階を模式的に示す縦断面図(その8)Longitudinal sectional view schematically showing one stage of the manufacturing process (No. 8) 製造工程の一段階を模式的に示す縦断面図(その9)Longitudinal sectional view schematically showing one stage of the manufacturing process (No. 9) 製造工程の一段階を模式的に示す縦断面図(その10)10 is a longitudinal sectional view schematically showing one stage of the manufacturing process. 製造工程の一段階を模式的に示す平面図(その1)Plan view schematically showing one stage of the manufacturing process (part 1) 製造工程の一段階を模式的に示す縦断面図(その11)Longitudinal sectional view schematically showing one stage of the manufacturing process (No. 11) 製造工程の一段階を模式的に示す縦断面図(その12)Longitudinal sectional view schematically showing one stage of the manufacturing process (No. 12) 製造工程の一段階を三次元的に示す模式図(その1)Schematic diagram showing three stages of the manufacturing process (Part 1) 製造工程の一段階を模式的に示す縦断面図(その13)Longitudinal sectional view schematically showing one stage of the manufacturing process (No. 13) 製造工程の一段階を三次元的に示す模式図(その2)Schematic diagram that shows one stage of the manufacturing process in three dimensions (Part 2) 製造工程の一段階を模式的に示す縦断面図(その14)Vertical sectional view schematically showing one stage of the manufacturing process (No. 14) 製造工程の一段階を模式的に示す縦断面図(その15)Longitudinal sectional view schematically showing one stage of the manufacturing process (No. 15) 製造工程の一段階を模式的に示す縦断面図(その16)Longitudinal sectional view schematically showing one stage of the manufacturing process (No. 16) 製造工程の一段階を模式的に示す縦断面図(その17)Vertical sectional view schematically showing one stage of the manufacturing process (No. 17) 製造工程の一段階を模式的に示す縦断面図(その18)18 is a longitudinal sectional view schematically showing one stage of the manufacturing process.

符号の説明Explanation of symbols

図面中、1はシリコン基板(半導体基板)、1dはソース/ドレイン領域、2は活性領域、3は素子分離絶縁膜、4はトレンチ(溝)、6はSOG膜(塗布型絶縁膜)、9はBPSG膜(非塗布型絶縁膜)、PGはゲート電極を示す。   In the drawings, 1 is a silicon substrate (semiconductor substrate), 1d is a source / drain region, 2 is an active region, 3 is an element isolation insulating film, 4 is a trench (groove), 6 is an SOG film (coating insulating film), 9 Indicates a BPSG film (non-coated insulating film), and PG indicates a gate electrode.

Claims (5)

基板表面からの深さが第1深さを有する溝が周囲に形成されることで区画された活性領域を有する半導体基板と、
前記活性領域の一部上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極の両脇の前記活性領域内に、前記半導体基板の表面からの深さが第1の深さより浅い第2の深さで形成され、前記溝の側壁に露出した露出面を有するソース/ドレイン領域と、
前記溝内に塗布型絶縁膜を含んで埋込み形成された素子分離絶縁膜とを備え、
前記ゲート電極は前記活性領域から前記素子分離絶縁膜上に延出し、
前記ゲート電極が上方に位置していない領域における前記素子分離絶縁膜は、前記活性領域との接触領域付近においては前記半導体基板の表面の高さよりも深く前記第2の深さより浅い高さに位置し、前記接触領域付近よりも外方領域において前記第2の深さより深く位置していることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor substrate having an active region partitioned by forming a groove having a first depth from the substrate surface around the surface;
A gate electrode formed on a part of the active region via a gate insulating film;
A source having an exposed surface that is formed in the active region on both sides of the gate electrode at a second depth that is shallower than the first depth from the surface of the semiconductor substrate and exposed on the sidewall of the trench. / Drain region;
An element isolation insulating film embedded in the groove including a coating type insulating film;
The gate electrode extends from the active region onto the element isolation insulating film,
The element isolation insulating film in the region where the gate electrode is not located above is located at a height deeper than the surface height of the semiconductor substrate and shallower than the second depth in the vicinity of the contact region with the active region. The semiconductor device is located deeper than the second depth in the outer region than in the vicinity of the contact region.
前記ゲート電極は、低電圧トランジスタのゲート電極であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the gate electrode is a gate electrode of a low voltage transistor. 第1導電型の半導体基板の活性領域の周囲に溝を形成する工程と、
前記溝内に塗布型絶縁膜を含んだ素子分離絶縁膜を埋込み形成し素子分離領域を形成する工程と、
前記活性領域上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、
前記活性領域に前記ゲート電極をマスクとして不純物を導入して前記第1導電型とは逆導電型の第2導電型の低濃度の不純物導入領域を形成する工程と、
前記ゲート電極の側壁に沿ってLDD(Lightly Doped Drain)構造形成用のスペーサ膜を形成する工程と、
前記ゲート電極およびスペーサ膜をマスクとして第2導電型の高濃度の不純物導入領域を活性領域に形成する工程と、
前記活性領域および素子分離領域間における前記素子分離絶縁膜の接触端部を覆うようにマスクパターンを形成する工程と、
前記マスクパターンをマスクとして前記素子分離絶縁膜の接触端部を除く領域において溝内の素子分離絶縁膜の上部を所定膜厚除去する工程と、
前記マスクパターンを剥離する工程と、
前記素子分離絶縁膜の接触端部を含む溝内の素子分離絶縁膜の上部および前記スペーサ膜をウェットエッチング処理する工程と、
前記不純物を活性化させるために熱処理する工程と、
前記素子分離絶縁膜上に非塗布型絶縁膜を形成する工程とを備えたことを特徴とする 半導体装置の製造方法。
Forming a groove around the active region of the first conductivity type semiconductor substrate;
Embedding an element isolation insulating film including a coating type insulating film in the groove to form an element isolation region;
Forming a gate electrode on the active region through a gate insulating film;
Introducing an impurity into the active region using the gate electrode as a mask to form a low-concentration impurity introduction region of a second conductivity type opposite to the first conductivity type;
Forming a spacer film for forming an LDD (Lightly Doped Drain) structure along the sidewall of the gate electrode;
Forming a second conductivity type high concentration impurity introduction region in the active region using the gate electrode and the spacer film as a mask;
Forming a mask pattern so as to cover a contact end portion of the element isolation insulating film between the active region and the element isolation region;
Removing a predetermined thickness of the upper part of the element isolation insulating film in the groove in a region excluding the contact end of the element isolation insulating film using the mask pattern as a mask;
Peeling the mask pattern;
Wet etching the upper portion of the element isolation insulating film in the groove including the contact end portion of the element isolation insulating film and the spacer film;
Heat treatment to activate the impurities;
Forming a non-coating insulating film on the element isolation insulating film. A method for manufacturing a semiconductor device.
前記マスクパターンを形成する工程では、前記活性領域の全領域を覆うように形成することを特徴とする請求項3記載の半導体装置の製造方法。   4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein in the step of forming the mask pattern, the mask pattern is formed so as to cover the entire region of the active region. 前記ウェットエッチング処理する工程では、前記スペーサ膜も同時に除去することを特徴とする請求項3または4記載の半導体装置の製造方法。   5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein in the wet etching process, the spacer film is also removed at the same time.
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KR101679684B1 (en) * 2014-08-25 2016-11-29 삼성전자주식회사 Method of forming semiconductor devices

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9496179B2 (en) 2014-08-25 2016-11-15 Samsung Electronics Co., Ltd. Method of manufacturing semiconductor devices
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