JP2010109174A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a semiconductor device, wherein an etching height is not varied by a change in an etching speed due to ion implantation to an element isolation insulating film when forming a CMOS having an STI type element isolation structure. <P>SOLUTION: The method for manufacturing the semiconductor device includes: a step for forming an element isolation region having an STI structure on a silicon substrate 21; and a step for forming a first well and a second well by doping first impurity elements into a first element region 21A of the silicon substrate 21 by first ion implantation in a state that the first region 21A of the silicon substrate 21 and an element isolation insulating film 21IB of a second element region 21B are covered with an opened first resist pattern R21B and doping second impurity elements into the second element region 21B of the silicon substrate 21 by second ion implantation in a state that the second region 21B of the silicon substrate 21 and an element isolation insulating film 21IA of the first element region 21A are covered with an opened second resist pattern R21A. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は一般に半導体装置の製造に係り、特にSTI形の素子分離構造を有する半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates generally to the manufacture of semiconductor devices, and more particularly to a method of manufacturing a semiconductor device having an STI type element isolation structure.

今日の微細化された半導体装置、特に高速動作が要求されるロジック半導体装置では、消費電力が少なく高速動作が可能なCMOS素子が使われることが多い。CMOS素子では、半導体基板中に隣接して形成されたpチャネルMOSトランジスタとnチャネルMOSトランジスタが直列接続される。また一般的な半導体装置においても、同一の半導体基板中にpチャネルMOSトランジスタとnチャネルMOSトランジスタとが形成されるのが一般的である。   Today's miniaturized semiconductor devices, especially logic semiconductor devices that require high-speed operation, often use CMOS elements that consume less power and can operate at high speed. In a CMOS device, a p-channel MOS transistor and an n-channel MOS transistor formed adjacent to each other in a semiconductor substrate are connected in series. Also in a general semiconductor device, a p-channel MOS transistor and an n-channel MOS transistor are generally formed in the same semiconductor substrate.

また、CMOS素子を含む今日の高速半導体装置では、素子面積を縮小するため、半導体基板中に素子分離溝を形成し、これを素子分離絶縁膜で充填したいわゆるSTI構造が使われるのが一般的である。   Further, in today's high-speed semiconductor devices including CMOS elements, in order to reduce the element area, a so-called STI structure in which an element isolation trench is formed in a semiconductor substrate and filled with an element isolation insulating film is generally used. It is.

pチャネルMOSトランジスタは、一般に半導体基板中に素子領域に対応して形成されたn型ウェル中に形成され、p形のソースおよびドレイン拡散領域やLDD拡散領域を含む。またnチャネルMOSトランジスタは、一般に半導体基板中に素子領域に対応して形成されたp形ウェル中に形成され、n型のソースおよびドレイン領域や、LDD拡散領域を含む。   A p-channel MOS transistor is generally formed in an n-type well formed corresponding to an element region in a semiconductor substrate, and includes a p-type source and drain diffusion region and an LDD diffusion region. An n-channel MOS transistor is generally formed in a p-type well formed corresponding to an element region in a semiconductor substrate, and includes an n-type source and drain region and an LDD diffusion region.

半導体装置の製造工程には、これらウェル領域の形成や拡散領域の形成のための、様々なイオン注入工程が含まれる。pチャネルMOSトランジスタとnチャネルMOSトランジスタとでは、導入される不純物元素の種類が異なっており、例えばpチャネルMOSトランジスタのイオン注入を行うときは、nチャネルMOSトランジスタの形成領域をレジストパターンなどによりマスクし、またnチャネルMOSトランジスタのイオン注入を行うときは、pチャネルMOSトランジスタの形成領域をレジストパターンなどによりマスクすることが行われている。
特開2001−68543号公報
The manufacturing process of the semiconductor device includes various ion implantation processes for forming these well regions and diffusion regions. The type of impurity element to be introduced is different between the p-channel MOS transistor and the n-channel MOS transistor. For example, when ion implantation of the p-channel MOS transistor is performed, the formation region of the n-channel MOS transistor is masked with a resist pattern or the like. In addition, when ion implantation of an n-channel MOS transistor is performed, a p-channel MOS transistor formation region is masked with a resist pattern or the like.
JP 2001-68543 A

一方、これらpチャネルMOSトランジスタの素子領域を画成するSTI構造や、nチャネルMOSトランジスタの素子構造を画成するSTI構造では、素子分離溝を充填している素子分離絶縁膜に、半導体装置の製造工程において異なった不純物元素のイオン注入が繰り返し行われ、しかも半導体装置の製造工程においては、このように様々な不純物元素を導入された素子分離絶縁膜が繰り返しエッチングを受ける場合がある。   On the other hand, in the STI structure that defines the element region of the p-channel MOS transistor and the STI structure that defines the element structure of the n-channel MOS transistor, the element isolation insulating film filling the element isolation groove is formed on the semiconductor device. In the manufacturing process, ion implantation of different impurity elements is repeatedly performed, and in the manufacturing process of the semiconductor device, the element isolation insulating film into which various impurity elements are introduced may be repeatedly etched.

図1A〜図1Nは、pチャネルMOSトランジスタおよびnチャネルMOSトランジスタを含む従来の半導体装置の製造方法を示す。   1A to 1N show a method of manufacturing a conventional semiconductor device including a p-channel MOS transistor and an n-channel MOS transistor.

図1Aを参照するに、シリコン基板11上には薄い応力緩和用のパッド酸化膜12とシリコン窒化膜13とが形成されている。   Referring to FIG. 1A, a thin stress relaxation pad oxide film 12 and a silicon nitride film 13 are formed on a silicon substrate 11.

次に、前記シリコン窒化膜13およびパッド酸化膜12をパターニングし、素子分離溝形成領域に対応して前記シリコン窒化膜13およびパッド酸化膜12中に開口部13Aを形成することで、図1Bの構造を得、さらに前記シリコン基板11を、前記シリコン窒化膜13をハードマスクに、反応性イオンエッチング(RIE)によりドライエッチングすることにより、前記シリコン基板11中に素子分離溝11Tを、前記領域11Aおよび領域11Bにおいて一括して形成し、図1Cの構造を得る。前記素子分離溝11Tは前記シリコン基板11中に、nチャネルMOSトランジスタの素子領域11AおよびpチャネルMOSトランジスタの素子領域11Bを画成する。   Next, the silicon nitride film 13 and the pad oxide film 12 are patterned, and an opening 13A is formed in the silicon nitride film 13 and the pad oxide film 12 corresponding to the element isolation trench formation region, thereby forming the structure shown in FIG. A structure is obtained, and the silicon substrate 11 is further dry-etched by reactive ion etching (RIE) using the silicon nitride film 13 as a hard mask, so that the element isolation trench 11T is formed in the silicon substrate 11 and the region 11A. And it forms in the area | region 11B collectively, and the structure of FIG. 1C is obtained. The element isolation trench 11T defines an element region 11A of an n-channel MOS transistor and an element region 11B of a p-channel MOS transistor in the silicon substrate 11.

次に、図1Cの構造上にシリコン酸化膜14を高密度プラズマCVD法により、前記素子分離溝11Tを充填するように形成し、図1Dの構造を得、さらに前記図1Dの構造において前記シリコン酸化膜14を、その下のシリコン窒化膜13が露出するまで、化学機械研磨(CMP)法により研磨することにより、前記素子分離溝11Tが素子分離酸化膜14IAあるいは14IBにより充填された、図1Eに示す構造を得る。ただし素子分離酸化膜14IAは、前記素子領域11Aを画成する素子分離領域を形成し、素子分離酸化膜14IBは、前記素子領域11Bを画成する素子分離領域を形成する。   Next, a silicon oxide film 14 is formed on the structure of FIG. 1C by high-density plasma CVD so as to fill the element isolation trench 11T, to obtain the structure of FIG. 1D, and in the structure of FIG. The element isolation trench 11T is filled with the element isolation oxide film 14IA or 14IB by polishing the oxide film 14 by chemical mechanical polishing (CMP) until the underlying silicon nitride film 13 is exposed. The structure shown in is obtained. However, the element isolation oxide film 14IA forms an element isolation region that defines the element region 11A, and the element isolation oxide film 14IB forms an element isolation region that defines the element region 11B.

さらに図1Eの構造において、前記シリコン窒化膜13を前記素子分離酸化膜14IA,14IBに対して選択的に除去し、図1Fの構造を得る。   Further, in the structure of FIG. 1E, the silicon nitride film 13 is selectively removed with respect to the element isolation oxide films 14IA and 14IB to obtain the structure of FIG. 1F.

さらに図1Fの構造上に、前記素子領域11Bを覆うレジスト膜R1を形成し、前記レジスト膜R1をマスクに前記領域11AにB+をイオン注入により導入し、nチャネルMOSトランジスタのp形ウェル11pWおよびp形チャネルドープ領域(図示せず)を形成し、図1Gの構造を得る。その際、前記素子領域11Aを画成する素子分離酸化膜14IAも前記レジスト膜R1から露出しており、前記B+のイオン注入は前記素子領域11Aを画成する素子分離酸化膜14IAにも生じていることに注意すべきである。   Further, a resist film R1 covering the element region 11B is formed on the structure of FIG. 1F, and B + is introduced into the region 11A by ion implantation using the resist film R1 as a mask, and a p-type well 11pW of an n-channel MOS transistor and A p-type channel doped region (not shown) is formed to obtain the structure of FIG. 1G. At this time, the element isolation oxide film 14IA that defines the element region 11A is also exposed from the resist film R1, and the B + ion implantation occurs also in the element isolation oxide film 14IA that defines the element region 11A. It should be noted that.

さらに前記レジスト膜R1を除去し、図1Gの構造上に、前記素子領域11Aを覆うレジスト膜R2を形成し、前記レジスト膜R2をマスクに前記素子領域11BにP+またはAs+をイオン注入により導入し、pチャネルMOSトランジスタのn型ウェル11nWおよびn形チャネルドープ領域(図示せず)を形成し、図1Hの構造を得る。その際、前記素子領域11Bを画成する素子分離酸化膜14IBも前記レジスト膜R2から露出しており、前記As+あるいはP+のイオン注入は前記素子領域11Bを画成する素子分離酸化膜14IBにも生じていることに注意すべきである。   Further, the resist film R1 is removed, and a resist film R2 covering the element region 11A is formed on the structure of FIG. 1G, and P + or As + is introduced into the element region 11B by ion implantation using the resist film R2 as a mask. Then, an n-type well 11nW and an n-type channel doped region (not shown) of the p-channel MOS transistor are formed, and the structure of FIG. 1H is obtained. At this time, the element isolation oxide film 14IB defining the element region 11B is also exposed from the resist film R2, and the As + or P + ion implantation is applied to the element isolation oxide film 14IB defining the element region 11B. Note that it has occurred.

さらに前記レジスト膜R2を除去し、前記パッド酸化膜12をHFにより除去し、図1Iの構造を得る。図1IのHF処理工程では、前記素子領域11Aを画成する素子分離絶縁膜14IAが、図1Gに示すB+のイオン注入工程によりBを表面部分に高濃度で含む組成に変化していることに注意すべきである。また図1IのHF処理工程では、前記素子領域11Bを画成する素子分離絶縁膜14IBが、図1Hに示すAs+あるいはP+のイオン注入工程により、AsあるいはPを表面部分に高濃度で含む組成に変化していることに注意すべきである。   Further, the resist film R2 is removed, and the pad oxide film 12 is removed by HF to obtain the structure of FIG. 1I. In the HF treatment process of FIG. 1I, the element isolation insulating film 14IA that defines the element region 11A is changed to a composition containing B at a high concentration in the surface portion by the B + ion implantation process shown in FIG. 1G. You should be careful. In the HF processing step of FIG. 1I, the element isolation insulating film 14IB that defines the element region 11B has a composition containing As or P at a high concentration in the surface portion by the As + or P + ion implantation step shown in FIG. 1H. Note that it is changing.

図2は、不純物元素をドープされたシリコン酸化膜をHFでエッチングした際のエッチング速度の、前記不純物元素のイオン注入量による変化を示すグラフである。ただし縦軸は、ドープのないシリコン酸化膜のエッチング速度に対して規格化したエッチング速度を示している。なおエッチング速度は、用いる薬液の種類や濃度、組成に大きく依存する上、イオン注入による結晶の乱れ方にも依存する。すなわち、イオン注入の加速電圧等の条件にも依存する。そのため、この図はあくまでイオン注入による効果を示す一例である。図2の関係は、BまたはPをドープされたシリコン酸化膜についてのものである。図2の実験では、シリコン酸化膜はシリコン基板上に高密度プラズマCVD法により形成されている。高密度プラズマCVD法で形成されたシリコン酸化膜は一般に膜密度が高く、HFなどのエッチャントに対しても、通常のシリコン酸化膜に比べると高いエッチング耐性を示すことが知られている。   FIG. 2 is a graph showing a change in the etching rate when the silicon oxide film doped with the impurity element is etched with HF, depending on the ion implantation amount of the impurity element. However, the vertical axis represents the etching rate normalized with respect to the etching rate of the undoped silicon oxide film. Note that the etching rate greatly depends on the type, concentration, and composition of the chemical solution used, and also depends on how the crystals are disturbed by ion implantation. That is, it also depends on conditions such as the acceleration voltage of ion implantation. Therefore, this figure is only an example showing the effect of ion implantation. The relationship of FIG. 2 is for a silicon oxide film doped with B or P. In the experiment of FIG. 2, the silicon oxide film is formed on the silicon substrate by a high density plasma CVD method. It is known that a silicon oxide film formed by a high-density plasma CVD method generally has a high film density and exhibits higher etching resistance against an etchant such as HF than an ordinary silicon oxide film.

一方、図2を参照するに、このような高密度プラズマCVD法で形成したシリコン酸化膜のエッチング速度は、不純物元素のイオン注入量が少ない場合には、イオン注入を行わない場合と比べてもほとんど増加しないが、イオン注入量がおよそ1×1013cm-2を超えたあたりから急激に増加することがわかる。 On the other hand, referring to FIG. 2, the etching rate of the silicon oxide film formed by such a high-density plasma CVD method is higher when the ion implantation amount of the impurity element is small than when ion implantation is not performed. Although it hardly increases, it can be seen that the ion implantation rate increases rapidly when the ion implantation amount exceeds approximately 1 × 10 13 cm −2 .

このようなシリコン酸化膜のエッチング速度の不純物濃度による変化は、導入される不純物元素の種類によって異なっており、その結果、図1Iのエッチング工程を行うと、Pを導入された領域11Bにおける素子分離絶縁膜14Iの方が、Bを導入された領域11Aにおける素子分離絶縁膜14Iに比べより大きくエッチングを受け、素子分離絶縁膜14Iの高さが素子領域11Aを画成する素子分離絶縁膜14Iと素子領域11Bを画成する素子分離絶縁膜14Iとで不揃いになってしまう。   Such a change in the etching rate of the silicon oxide film depending on the impurity concentration differs depending on the type of impurity element to be introduced. As a result, when the etching process of FIG. 1I is performed, element isolation in the region 11B into which P is introduced. The insulating film 14I is more greatly etched than the element isolation insulating film 14I in the region 11A into which B is introduced, and the element isolation insulating film 14I has a height that defines the element region 11A. The element isolation insulating film 14I that defines the element region 11B becomes uneven.

そこで、さらに前記図1Iの構造上にゲート絶縁膜となる熱酸化膜15を、図1Jに示すようにシリコン基板11の熱酸化により形成し、さらに前記図1Jの構造上にポリシリコン膜16GをCVD法などにより堆積して図1Kに示す構造を得、図1Lに示すように図1Kの構造上に反射防止膜17とレジスト膜18を形成し、図1Mに示すように前記レジスト膜18を所望のゲート電極パターンに対応してパターニングしてレジストパターン18GA,18GBをそれぞれ素子領域11A,11Bに形成し、前記レジストパターン18Gをマスクに前記ポリシリコン膜16をパターニングして図1Nに示すゲート電極16GA,16GBをそれぞれ素子領域11A,11Bに形成した場合、前記素子分離絶縁膜14Iの素子領域11Aと11Bの間での高さの差に起因して、図1Mに示すようにレジストパターン18GA直下における反射防止膜17の厚さH1とレジストパターン18GB直下における反射防止膜17の厚さH2とが異なってしまう状況が発生する。その結果、前記レジストパターン18GAを形成する露光条件を最適化した場合、前記レジストパターン18GBの露光条件が最適条件からずれ、あるいはその逆が生じる。またパターニング工程の際のRIEプロセスにおいても、一方のプロセス条件を最適化すると他方のプロセス条件が最適条件からずれてしまい、アンダーエッチングあるいはオーバーエッチングが生じる。その結果、前記ゲート電極パターン16GAについては所望のパターン幅、すなわちゲート長が得られても、ゲート電極パターン16GBについては所望のパターン幅、すなわちゲート長が得られない、あるいはその逆の状況が発生する。   Therefore, a thermal oxide film 15 serving as a gate insulating film is further formed on the structure of FIG. 1I by thermal oxidation of the silicon substrate 11 as shown in FIG. 1J, and a polysilicon film 16G is further formed on the structure of FIG. 1J. The structure shown in FIG. 1K is obtained by depositing by the CVD method or the like, the antireflection film 17 and the resist film 18 are formed on the structure of FIG. 1K as shown in FIG. 1L, and the resist film 18 is formed as shown in FIG. 1M. Patterning is performed corresponding to a desired gate electrode pattern to form resist patterns 18GA and 18GB in the element regions 11A and 11B, respectively, and the polysilicon film 16 is patterned using the resist pattern 18G as a mask to form the gate electrode shown in FIG. 1N. When 16GA and 16GB are formed in the element regions 11A and 11B, respectively, the element regions 11A and 1A of the element isolation insulating film 14I are formed. Due to the difference in height between B, as shown in FIG. 1M, the thickness H1 of the antireflection film 17 immediately below the resist pattern 18GA is different from the thickness H2 of the antireflection film 17 immediately below the resist pattern 18GB. A situation occurs. As a result, when the exposure conditions for forming the resist pattern 18GA are optimized, the exposure conditions for the resist pattern 18GB deviate from the optimum conditions, or vice versa. Also in the RIE process in the patterning step, if one process condition is optimized, the other process condition deviates from the optimum condition, resulting in under-etching or over-etching. As a result, even if a desired pattern width, that is, a gate length is obtained for the gate electrode pattern 16GA, a desired pattern width, that is, a gate length cannot be obtained for the gate electrode pattern 16GB, or vice versa. To do.

図3は、異なった高さを有する素子分離絶縁膜14IAと14IBとを結んで延在するポリシリコンパターン16Gをフォトリソグラフィ工程により形成した場合の、現像直後の様子、すなわちレジスト膜18および反射防止膜17がまだ残っている状態を示すが、前記ポリシリコンパターン16Gの膜厚が素子分離絶縁膜14IAから素子分離絶縁膜14IBへと連続的に変化しており、これに伴って、ポリシリコンパターン16Gのパターン幅も、同じように連続的に変化しているのがわかる。   FIG. 3 shows a state immediately after development, that is, the resist film 18 and the antireflection film when the polysilicon pattern 16G extending by connecting the element isolation insulating films 14IA and 14IB having different heights is formed by a photolithography process. Although the film 17 still remains, the thickness of the polysilicon pattern 16G continuously changes from the element isolation insulating film 14IA to the element isolation insulating film 14IB, and accordingly, the polysilicon pattern It can be seen that the pattern width of 16G also changes continuously in the same manner.

このような問題は、特にゲート長がおよそ100nm以下の超微細化超高速半導体装置の製造において顕著になる。   Such a problem becomes prominent particularly in the manufacture of an ultra-miniaturized ultra high-speed semiconductor device having a gate length of about 100 nm or less.

一の側面によれば半導体装置の製造方法は、シリコン基板上にSTI構造を有する素子分離領域を形成する工程と、前記シリコン基板の第1の領域に第1の不純物元素を、前記シリコン基板の第2の領域を第1のレジストパターンで覆った状態で第1のイオン注入工程により導入し、前記第1の領域に第1導電型を有する第1のウェルを形成する工程と、前記シリコン基板の第2の領域に、前記第1の不純物元素に対して逆導電型の不純物元素である第2の不純物元素を、前記素子領域を第2のレジストパターンで覆った状態で第2のイオン注入工程により導入し、前記第2の領域に前記第1導電型と逆の第2導電型を有する第2のウェルを形成する工程と、を含み、前記第1のレジストパターンには、前記素子分離領域のうち前記第2の領域に含まれる素子分離領域を露出する第1の開口部が形成されており、前記第1のウェルを形成する工程では、前記素子分離領域のうち、前記第1の開口部で露出された部分に前記第1の不純物元素が前記第1のイオン注入工程により導入され、前記第2のレジストパターンには、前記素子分離領域のうち前記第1の領域に含まれる素子分離領域を露出する第2の開口部が形成されており、前記第2のウェルを形成する工程では、前記素子分離領域のうち、前記第2の開口部で露出された部分に前記第2の不純物元素が前記第2のイオン注入工程により導入されることを特徴とする。   According to one aspect, a method of manufacturing a semiconductor device includes a step of forming an element isolation region having an STI structure on a silicon substrate, a first impurity element in the first region of the silicon substrate, Introducing the first region in a state where the second region is covered with a first resist pattern by a first ion implantation step to form a first well having a first conductivity type in the first region; and the silicon substrate A second impurity element having a conductivity type opposite to that of the first impurity element, and a second resist pattern in which the element region is covered with a second resist pattern. Forming a second well having a second conductivity type opposite to the first conductivity type in the second region, wherein the first resist pattern includes the element isolation. The second region of the region A first opening that exposes an element isolation region included in the first isolation well is formed, and in the step of forming the first well, a portion of the element isolation region that is exposed through the first opening is formed. The first impurity element is introduced by the first ion implantation step, and a second resist pattern that exposes an element isolation region included in the first region of the element isolation region is provided. In the step of forming the second well in which the opening is formed, the second impurity element is exposed to the second ion in a portion of the element isolation region exposed at the second opening. It is introduced by an injection process.

他の側面によれば半導体装置の製造方法は、シリコン基板上にSTI構造を有する素子分離領域を形成する工程と、前記シリコン基板を、前記素子分離領域を露出する第1のレジストパターンで覆い、前記第1のレジストパターンをマスクに、前記素子分離領域に選択的に第1の不純物元素をイオン注入により導入する工程と、前記シリコン基板の第1の領域に第2の不純物元素を、前記シリコン基板の第2の領域を第2のレジストパターンで覆った状態でイオン注入により導入し、前記第1の領域に第1導電型を有する第1のウェルを形成する工程と、前記シリコン基板の第2の領域に、前記第1の不純物元素に対して逆導電型の第3の不純物元素を、前記素子領域を第3のレジストパターンで覆った状態でイオン注入により導入し、前記第2の領域に前記第1導電型と逆の第2導電型を有する第2のウェルを形成する工程と、を含み、前記第1の不純物元素は、前記第2および第3の不純物元素のいずれよりも大きな原子量を有することを特徴とする。   According to another aspect, a method of manufacturing a semiconductor device includes a step of forming an element isolation region having an STI structure on a silicon substrate, the silicon substrate is covered with a first resist pattern that exposes the element isolation region, Using the first resist pattern as a mask, a step of selectively introducing a first impurity element into the element isolation region by ion implantation; a second impurity element in the first region of the silicon substrate; Introducing a second well of the substrate by ion implantation in a state where the second resist pattern is covered with a second resist pattern, and forming a first well having a first conductivity type in the first region; A third impurity element having a conductivity type opposite to that of the first impurity element is introduced into the second region by ion implantation in a state where the element region is covered with a third resist pattern; Forming a second well having a second conductivity type opposite to the first conductivity type in the second region, wherein the first impurity element is any one of the second and third impurity elements. It is characterized by having a larger atomic weight.

上記実施形態によれば、前記シリコン基板上のSTI型素子分離領域の各々に、前記第1の領域においても第2の領域においても、導電型が相反する二種類の不純物元素のイオン注入が加算される結果、あるいは始めに質量の大きい、すなわち後から導入される導電型が相反する二種類の不純物元素よりも原子量の大きい不純物元素を、前記第1の領域および第2の領域で共通にイオン注入しておくことの結果、前記STI型の素子分離領域の各々は、その表面部分が前記第1の領域においても第2の領域においても実質的に同一のエッチング耐性を有するようになり、その後の半導体装置の製造工程でエッチングプロセスが使われても、第1の領域と第2の領域とで素子分離領域の高さが、導入された不純物元素の効果でエッチング速度が異なるため異なってしまう問題は生じない。これに伴い、ゲート電極など、半導体装置の動作性能に大きな影響を与える部材を、各領域において設計通りの最適値の寸法で形成することができる。   According to the above embodiment, ion implantation of two types of impurity elements having opposite conductivity types is added to each of the STI type element isolation regions on the silicon substrate in both the first region and the second region. As a result, an impurity element having a large mass, that is, an impurity element having an atomic weight larger than two kinds of impurity elements having opposite conductivity types introduced later is commonly ionized in the first region and the second region. As a result of the implantation, the surface portion of each of the STI type element isolation regions has substantially the same etching resistance in both the first region and the second region, and thereafter Even if an etching process is used in the manufacturing process of the semiconductor device, the height of the element isolation region between the first region and the second region depends on the effect of the introduced impurity element. And thus there is no problem that different to become. Accordingly, a member having a great influence on the operation performance of the semiconductor device, such as a gate electrode, can be formed in each region with a dimension having an optimum value as designed.

[第1の実施形態]
図4A〜図4Tは、本発明の第1の実施形態による半導体装置の製造方法を示す。
[First Embodiment]
4A to 4T show a method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

図4Aを参照するに、シリコン基板21上には薄い応力緩和用のパッド酸化膜22とシリコン窒化膜23とが、それぞれ10nmよび100nmの膜厚に、それぞれ熱酸化法およびCVD法により形成されている。   Referring to FIG. 4A, a thin stress relaxation pad oxide film 22 and a silicon nitride film 23 are formed on a silicon substrate 21 to a thickness of 10 nm and 100 nm, respectively, by a thermal oxidation method and a CVD method. Yes.

次に、前記シリコン窒化膜23およびパッド酸化膜22を、RIE(反応性イオンエッチング)法を使ったドライエッチングによりパターニングし、所望の素子分離溝形成領域に対応して前記シリコン窒化膜23およびパッド酸化膜22中に開口部23Aを形成することで、図4Bの構造を得る。   Next, the silicon nitride film 23 and the pad oxide film 22 are patterned by dry etching using an RIE (reactive ion etching) method, and the silicon nitride film 23 and the pad corresponding to a desired element isolation trench formation region. By forming the opening 23A in the oxide film 22, the structure of FIG. 4B is obtained.

さらに前記シリコン基板21を、前記シリコン窒化膜23をハードマスクに、RIE法を使ったドライエッチングによりパターニングし、前記シリコン基板21中に、nチャネルMOSトランジスタの素子領域21AおよびpチャネルMOSトランジスタの素子領域21Bを画成する素子分離溝21Tを、一括して、例えば200nm〜350nmの深さに形成し、図4Cの構造を得る。   Further, the silicon substrate 21 is patterned by dry etching using the RIE method using the silicon nitride film 23 as a hard mask, and an element region 21A of an n-channel MOS transistor and an element of a p-channel MOS transistor are formed in the silicon substrate 21. The element isolation trenches 21T that define the region 21B are collectively formed to a depth of, for example, 200 nm to 350 nm to obtain the structure of FIG. 4C.

次に、図4Cの構造上にシリコン酸化膜24を高密度プラズマCVD法により、前記素子分離溝21Tを充填するように形成し、図4Dの構造を得、さらに前記図4Dの構造において前記シリコン酸化膜24を、その下のシリコン窒化膜23が露出するまで、化学機械研磨(CMP)法により研磨することにより、前記素子分離溝21Tが素子分離酸化膜24IAあるいは21IBにより充填された、図4Eに示す構造を得る。ここで前記シリコン窒化膜23はCMP工程の際の研磨速度が遅く、研磨ストッパとして作用する。前記素子分離酸化膜21IAは前記素子領域21Aを画成し、素子分離酸化膜21IBは前記素子領域21Bを画成する。   Next, a silicon oxide film 24 is formed on the structure of FIG. 4C by high-density plasma CVD so as to fill the element isolation trench 21T, thereby obtaining the structure of FIG. 4D. Further, in the structure of FIG. The element isolation trench 21T is filled with the element isolation oxide film 24IA or 21IB by polishing the oxide film 24 by chemical mechanical polishing (CMP) until the underlying silicon nitride film 23 is exposed, as shown in FIG. 4E. The structure shown in is obtained. Here, the silicon nitride film 23 has a low polishing rate during the CMP process and acts as a polishing stopper. The element isolation oxide film 21IA defines the element region 21A, and the element isolation oxide film 21IB defines the element region 21B.

さらに図4Eの構造において、前記シリコン窒化膜23を前記素子分離酸化膜21IAおよび21IBに対して選択的に除去し、図4Fの構造を得る。前記シリコン窒化膜23の除去は、例えばリン酸(H3PO4)を用いたウェットエッチングにより実行することができる。また図4Fの構造では、前記パッド酸化膜22がフッ酸(HF)を使ったウェットエッチングにより除去されており、露出したシリコン表面に酸素雰囲気中、800℃〜1000℃の温度の熱処理を行うことにより、犠牲酸化膜22Sが5〜20nmの膜厚に形成されている。図4Fの構造では、前記シリコン窒化膜23が除去された結果、素子分離酸化膜24Iが60〜120nm、典型的には約100nmの高さでシリコン基板21の表面から上方に突出している。 Further, in the structure of FIG. 4E, the silicon nitride film 23 is selectively removed with respect to the element isolation oxide films 21IA and 21IB to obtain the structure of FIG. 4F. The removal of the silicon nitride film 23 can be performed by wet etching using phosphoric acid (H 3 PO 4 ), for example. In the structure of FIG. 4F, the pad oxide film 22 is removed by wet etching using hydrofluoric acid (HF), and the exposed silicon surface is subjected to a heat treatment at a temperature of 800 ° C. to 1000 ° C. in an oxygen atmosphere. Thus, the sacrificial oxide film 22S is formed to a thickness of 5 to 20 nm. In the structure of FIG. 4F, as a result of the removal of the silicon nitride film 23, the element isolation oxide film 24I protrudes upward from the surface of the silicon substrate 21 at a height of 60 to 120 nm, typically about 100 nm.

さらに図4Fの構造上に、前記素子領域21Bを覆うようにレジスト膜R21Bを形成し、前記素子領域21Aおよび前記素子領域21Aを画成する素子分離領域の素子分離酸化膜21IAにホウ素イオン(B+)をイオン注入により導入し、前記素子領域21AにnチャネルMOSトランジスタのp型ウェル21WAおよびp型チャネルドープ領域21thAを形成し、図4Gの構造を得る。その際、前記レジスト膜R21Bには、前記素子領域21Bを画成する素子分離領域の素子分離絶縁膜21IBを露出するレジスト開口部R21bが形成されており、その結果、B+は、前記素子領域21Bを画成する素子分離絶縁膜21IBにも同時に導入される。前記レジスト開口部R21bは、前記領域21Aおよび素子分離絶縁膜21IA、21IBに対応するレチクルパターンを有する第1のレチクルを使ってレジスト膜R21Bを露光および現像することにより形成される。ここで前記ウェル21WAはB+を100kev〜300keVの加速電圧下、1×1013cm-2〜1×1014cm-2のドーズ量でイオン注入することにより形成され(ウェル注入)、一方前記チャネルドープ領域21thAはB+を5keV〜50keVの加速電圧下、1×1012cm-2〜1×1014cm-2のドーズ量でイオン注入することにより形成される(チャネル注入)。 Further, a resist film R21B is formed on the structure of FIG. 4F so as to cover the element region 21B, and boron ions (B +) are formed on the element isolation oxide film 21IA of the element isolation region that defines the element region 21A and the element region 21A. ) Are introduced by ion implantation to form the p-type well 21WA and p-type channel doped region 21thA of the n-channel MOS transistor in the element region 21A, thereby obtaining the structure of FIG. 4G. At this time, the resist film R21B is formed with a resist opening R21b that exposes the element isolation insulating film 21IB in the element isolation region that defines the element region 21B. As a result, B + Are simultaneously introduced into the element isolation insulating film 21IB that defines the above. The resist opening R21b is formed by exposing and developing the resist film R21B using a first reticle having a reticle pattern corresponding to the region 21A and the element isolation insulating films 21IA and 21IB. Here, the well 21WA is formed by ion-implanting B + at a dose of 1 × 10 13 cm −2 to 1 × 10 14 cm −2 under an acceleration voltage of 100 keV to 300 keV (well implantation), while the channel The doped region 21thA is formed by ion-implanting B + with a dose of 1 × 10 12 cm −2 to 1 × 10 14 cm −2 under an acceleration voltage of 5 keV to 50 keV (channel implantation).

ここで前記チャネルドープ領域21thAを形成するチャネル注入の投影飛程は、前記ウェル注入の投影飛程の1/10以下であり、かつ前記チャネル注入のドーズ量とウェル注入のドーズ量はほぼ同じであることに注意すべきである。このため、チャネル注入の際のドーズ量は単位体積当たりに換算すると、ウェル注入の10倍以上となる。注入イオンのエネルギ損失は、投影飛程の近傍で最大であると近似することができるため、前記素子分離絶縁膜21Iのエッチング速度は、主としてチャネル注入による損傷により決定される。図4Gの工程では、前記領域21A,21Bに係わらず、素子分離絶縁膜21IA,21IBにホウ素(B)が同一の加速電圧下、同一のドーズ量で導入されている。   Here, the projection range of the channel implantation for forming the channel dope region 21thA is 1/10 or less of the projection range of the well implantation, and the dose amount of the channel implantation and the dose amount of the well implantation are substantially the same. It should be noted that there are. For this reason, the dose at the time of channel implantation is 10 times or more that of well implantation when converted per unit volume. Since the energy loss of the implanted ions can be approximated to be the maximum in the vicinity of the projection range, the etching rate of the element isolation insulating film 21I is mainly determined by damage due to channel implantation. In the process of FIG. 4G, boron (B) is introduced into the element isolation insulating films 21IA and 21IB with the same dose under the same acceleration voltage regardless of the regions 21A and 21B.

次に前記レジスト膜R21Bを硫酸過水あるいはアンモニア過水を使ったウェットエッチングにより除去し、さらに前記図4Gの構造上に、前記素子領域21Aを覆うようにレジスト膜R21Aを形成し、前記素子領域21Bおよび前記素子領域21Bを画成する素子分離領域の素子分離絶縁膜21IBにヒ素イオン(As+)およびリンイオン(P+)を順次イオン注入により導入し、pチャネルMOSトランジスタのn型ウェル21WBおよびn型チャネルドープ領域21thBを形成し、図4Hの構造を得る。その際、前記レジスト膜R21Aには、前記素子領域21Aを画成する素子分離絶縁膜21IAを露出するレジスト開口部R21aが形成されており、その結果、As+あるいはP+は、前記素子領域21Bを画成する素子分離領域の素子分離絶縁膜21IBにも同時に導入される。前記レジスト開口部R21aは、前記素子領域21Bおよび素子分離絶縁膜21IA,21IBに対応するレチクルパターンを有する第2のレチクルを使ってレジスト膜R21Aを露光および現像することにより形成される。ここで前記ウェル21WBはリンイオン(P+)を200keV〜900keVの加速電圧下、5×1012cm-2〜1×1014cm-2のドーズ量でイオン注入することにより形成される。この工程はウェル注入とも呼ばれる。一方前記チャネルドープ領域21thBはP+またはAs+を20keV〜200keVの加速電圧下、1×1011cm-2〜1×1014cm-2のドーズ量でイオン注入することにより形成される。この工程はチャネル注入とも呼ばれる。 Next, the resist film R21B is removed by wet etching using sulfuric acid / hydrogen peroxide, and a resist film R21A is formed on the structure of FIG. 4G so as to cover the element region 21A. Arsenic ions (As +) and phosphorus ions (P +) are sequentially introduced by ion implantation into the element isolation insulating film 21IB of the element isolation region that defines 21B and the element region 21B, and the n-type well 21WB and n-type of the p-channel MOS transistor are introduced. A channel doped region 21thB is formed to obtain the structure of FIG. 4H. At this time, the resist film R21A is provided with a resist opening R21a that exposes the element isolation insulating film 21IA that defines the element region 21A. As a result, As + or P + defines the element region 21B. It is simultaneously introduced into the element isolation insulating film 21IB in the element isolation region to be formed. The resist opening R21a is formed by exposing and developing the resist film R21A using a second reticle having a reticle pattern corresponding to the element region 21B and the element isolation insulating films 21IA and 21IB. Here, the well 21WB is formed by ion-implanting phosphorus ions (P +) at a dose of 5 × 10 12 cm −2 to 1 × 10 14 cm −2 under an acceleration voltage of 200 keV to 900 keV. This process is also called well implantation. On the other hand, the channel dope region 21thB is formed by ion-implanting P + or As + at a dose of 1 × 10 11 cm −2 to 1 × 10 14 cm −2 under an acceleration voltage of 20 keV to 200 keV. This process is also called channel implantation.

ここでも前記チャネルドープ領域21thBを形成するチャネル注入の投影飛程は、前記ウェル21WBを形成するウェル注入の投影飛程の1/10以下であり、かつ前記チャネル注入のドーズ量とウェル注入のドーズ量はほぼ同じであるため、チャネル注入の際のドーズ量は単位体積当たりに換算すると、ウェル注入の10倍以上となる。注入イオンのエネルギ損失は、投影飛程の近傍で最大であると近似することができるため、前記素子分離絶縁膜21Iのエッチング速度は、主としてチャネル注入による損傷により決定される。このように図4Hの工程では、前記領域21A,21Bに係わらず、素子分離絶縁膜21Iにホウ素(B)とリン(P)あるいはヒ素(As)が同一の加速電圧下、同一のドーズ量で導入されている。   Again, the projected range of channel implantation for forming the channel dope region 21thB is 1/10 or less of the projected range of well implantation for forming the well 21WB, and the dose amount of the channel implantation and the dose of well implantation. Since the amounts are almost the same, the dose during channel implantation is 10 times or more that of well implantation when converted per unit volume. Since the energy loss of the implanted ions can be approximated to be the maximum in the vicinity of the projection range, the etching rate of the element isolation insulating film 21I is mainly determined by damage due to channel implantation. As described above, in the process of FIG. 4H, regardless of the regions 21A and 21B, boron (B) and phosphorus (P) or arsenic (As) are applied to the element isolation insulating film 21I at the same dose under the same acceleration voltage. Has been introduced.

さらに前記レジスト膜R21Aを硫酸過水あるいはアンモニア過水を使ったウェットエッチングにより除去し、前記犠牲酸化膜22SをHFにより除去し、図4Iの構造を得る。図4IのHF処理工程では、前記領域11A中の素子分離絶縁膜21Iが、先にも述べたように領域21A,21Bに係わらず、BおよびPあるいはAsにより同濃度に、従ってほぼ同一の不純物分布プロファイルで、ドープされているため、前記素子分離絶縁膜21IA,21IBのHFによるエッチングの際の後退量δは同一となり、図4Iに示すように前記素子分離絶縁膜21Iの上端部が、前記シリコン基板21の表面において実質的に同じ高さで揃った構造が得られる。   Further, the resist film R21A is removed by wet etching using sulfuric acid / hydrogen peroxide and the sacrificial oxide film 22S is removed by HF to obtain the structure of FIG. 4I. In the HF processing step of FIG. 4I, the element isolation insulating film 21I in the region 11A has the same concentration by B and P or As and therefore substantially the same impurity regardless of the regions 21A and 21B as described above. Since the distribution profile is doped, the element isolation insulating films 21IA and 21IB have the same receding amount δ when etching with HF, and the upper end portion of the element isolation insulating film 21I has the above-mentioned as shown in FIG. A structure having substantially the same height on the surface of the silicon substrate 21 is obtained.

さらに図4Iの構造に対し熱酸化処理を行い、前記シリコン基板21の露出表面に厚さが例えば1nmの熱酸化膜22Gをゲート絶縁膜として形成し、図4Jの構造を得る。さらに図4Jの構造上にポリシリコン膜23をCVD法により、例えば100nm〜150nmの膜厚に形成し、図4Kの構造を得る。   Further, a thermal oxidation process is performed on the structure of FIG. 4I to form a thermal oxide film 22G having a thickness of, for example, 1 nm as a gate insulating film on the exposed surface of the silicon substrate 21, thereby obtaining the structure of FIG. Further, a polysilicon film 23 is formed on the structure of FIG. 4J by a CVD method to a thickness of, for example, 100 nm to 150 nm to obtain the structure of FIG. 4K.

さらに前記図4Kの構造上に反射防止膜24Rfとレジスト膜R22とをスピンコーティングにより形成し、さらに前記レジスト膜R22をフォトリソグラフィ工程により露光・現像し、前記素子領域21Aにゲート電極パターンに対応したレジストパターンR22Aを、前記素子領域21Bにゲート電極パターンに対応したレジストパターンR22Bを形成する。本実施形態では、前記反射防止膜24Rfは塗布法により形成されている。   Further, an antireflection film 24Rf and a resist film R22 are formed on the structure of FIG. 4K by spin coating, and the resist film R22 is exposed and developed by a photolithography process, so that the element region 21A corresponds to the gate electrode pattern. A resist pattern R22A corresponding to the gate electrode pattern is formed in the element region 21B. In the present embodiment, the antireflection film 24Rf is formed by a coating method.

さらに前記レジストパターンR22A,R22Bをマスクに前記ポリシリコン膜23をRIE法によりドライエッチングし、さらに前記レジストパターンR22A,R22Bおよび反射防止膜24を除去し、図4Nに示すように、前記素子流域21A,21B上にそれぞれゲート電極パターン23GAおよびゲート電極パターン23GBを、前記ゲート絶縁膜22G上に有する構造を得る。前記ゲート電極パターン23GA,23GBは、例えば45nm以下のゲート長を有する。   Further, the polysilicon film 23 is dry-etched by RIE using the resist patterns R22A and R22B as a mask, and the resist patterns R22A and R22B and the antireflection film 24 are removed, and as shown in FIG. , 21B are respectively provided with a gate electrode pattern 23GA and a gate electrode pattern 23GB on the gate insulating film 22G. The gate electrode patterns 23GA and 23GB have a gate length of, for example, 45 nm or less.

図4Nの構造では、前記素子分離絶縁膜21IA,21IBが同一の高さを有しているため、図4Mのパターニング工程においても、先に図3で説明したようなゲート電極パターンの幅、すなわちゲート長が所望値からずれてしまう問題は生じない。   In the structure of FIG. 4N, since the element isolation insulating films 21IA and 21IB have the same height, even in the patterning step of FIG. 4M, the width of the gate electrode pattern as described above with reference to FIG. There is no problem that the gate length deviates from the desired value.

さらに前記図4Nの構造上にレジスト膜R23Bを形成し、前記図4Gのイオン注入工程で使った第1のレチクルをマスクに前記レジスト膜R23Bを露光・現像し、前記素子領域21Aおよびこれを画成する素子分離領域の素子分離絶縁膜21IAを露出する開口部R23Boを形成すると同時に、前記レジスト膜R23Aに、前記素子分離絶縁膜21IBを露出するレジスト開口部R23bを形成する。さらに前記レジスト膜R23BをマスクにAs+あるいはP+を例えば20〜200keVの加速電圧下、1×1011cm-2〜1×1014cm-2cm-2のドーズ量でイオン注入し、前記シリコン基板21中、前記素子領域21Aのゲート電極23GAの両側に、n型のソースエクステンション領域21a,21bを形成し、図4Oの構造を得る。その際、前記素子分離絶縁膜21IA,21IBには、同量のAs+あるいはP+のイオン注入がなされる。なお図4O以降、前記チャネルドープ領域21thA,21thBの図示は、図面が煩雑になるので省略する。 Further, a resist film R23B is formed on the structure of FIG. 4N, and the resist film R23B is exposed and developed using the first reticle used in the ion implantation process of FIG. 4G as a mask. At the same time as forming an opening R23Bo exposing the element isolation insulating film 21IA in the element isolation region to be formed, a resist opening R23b exposing the element isolation insulating film 21IB is formed in the resist film R23A. Further, using the resist film R23B as a mask, As + or P + is ion-implanted at a dose of 1 × 10 11 cm −2 to 1 × 10 14 cm −2 cm −2 under an acceleration voltage of 20 to 200 keV, for example. 21, n-type source extension regions 21a and 21b are formed on both sides of the gate electrode 23GA in the element region 21A to obtain the structure shown in FIG. At that time, the same amount of As + or P + ions is implanted into the element isolation insulating films 21IA and 21IB. From FIG. 4O, the channel dope regions 21thA and 21thB are not shown because the drawings are complicated.

次に前記図4Oの構造から、前記レジスト膜R23Bを硫酸過水あるいはアンモニア過水などを使ったウェットエッチングにより除去し、さらに前記シリコン基板21上にレジスト膜R23Aを形成する。さらに前記図4Hのイオン注入工程で使った第2のレチクルをマスクに前記レジスト膜R23Aを露光・現像し、前記素子領域21Bおよびこれを画成する素子分離領域の素子分離絶縁膜21IBを露出する開口部R23Aoを形成すると同時に、前記レジスト膜R23Aに、前記素子分離絶縁膜21IAを露出するレジスト開口部R23aを形成する。さらに前記レジスト膜R23BをマスクにB+を例えば5〜50keVの加速電圧下、1×1012cm-2〜1×1014cm-2のドーズ量でイオン注入し、前記シリコン基板21中、前記素子領域21Bのゲート電極23GBの両側に、n型のソースエクステンション領域21c,21dを形成し、図4Pの構造を得る。その際、前記素子分離絶縁膜21IA,21IBには、同量のB+によるイオン注入がなされる。 Next, from the structure shown in FIG. 4O, the resist film R23B is removed by wet etching using sulfuric acid / hydrogen peroxide or the like, and a resist film R23A is formed on the silicon substrate 21. Further, the resist film R23A is exposed and developed using the second reticle used in the ion implantation process of FIG. 4H as a mask to expose the element region 21B and the element isolation insulating film 21IB in the element isolation region defining this. Simultaneously with the formation of the opening R23Ao, a resist opening R23a exposing the element isolation insulating film 21IA is formed in the resist film R23A. Further, B + is ion-implanted with a dose of 1 × 10 12 cm −2 to 1 × 10 14 cm −2 under an acceleration voltage of, for example, 5 to 50 keV using the resist film R23B as a mask. N-type source extension regions 21c and 21d are formed on both sides of the gate electrode 23GB in the region 21B to obtain the structure shown in FIG. 4P. At that time, the element isolation insulating films 21IA and 21IB are ion-implanted with the same amount of B +.

さらに前記レジスト膜R23Aが硫酸過水あるいはアンモニア過水を使ったウェットエッチングにより除去され、さらにシリコン酸化膜(図示せず)を前記ゲート電極23GA,23GB上にCVD法により形成した後、反応性イオンエッチング(RIE)法を使ったドライエッチングによりエッチバックすることにより、図4Qに示すように前記ゲート電極23GAの両側壁面に側壁絶縁膜23GAwが、またゲート電極23GBの量側壁面に側壁絶縁膜23GBwが形成される。図4Qにおいても、前記エッチバック工程の後、素子分離絶縁膜21IAおよび21IBは同一の後退量を示す。   Further, the resist film R23A is removed by wet etching using sulfuric acid / hydrogen peroxide, and a silicon oxide film (not shown) is formed on the gate electrodes 23GA and 23GB by the CVD method. Etching back by dry etching using an etching (RIE) method, as shown in FIG. 4Q, sidewall insulating films 23GAw are formed on both side walls of the gate electrode 23GA, and sidewall insulating films 23GBw are formed on the side walls of the gate electrode 23GB. Is formed. Also in FIG. 4Q, after the etch-back process, the element isolation insulating films 21IA and 21IB show the same receding amount.

さらに前記図4Qの構造上にレジスト膜R24Bを形成し、前記図4Gのイオン注入工程で使った第1のレチクルをマスクに前記レジスト膜R24Bを露光・現像し、前記素子領域21Aおよびこれを画成する素子分離領域の素子分離絶縁膜21IAを露出する開口部R24Boを形成すると同時に、前記レジスト膜R24Bに、前記素子分離絶縁膜21IBを露出するレジスト開口部R24bを形成する。さらに前記レジスト膜R24BをマスクにAs+あるいはP+を例えば20〜200keVの加速電圧下、1×1011cm-2〜1×1014cm-2のドーズ量でイオン注入し、前記シリコン基板21中、前記素子領域21Aのゲート電極23GAの両側で側壁絶縁膜23GAwの外側に、n+型のソース領域21e,21fを形成し、図4Rの構造を得る。その際、前記素子分離絶縁膜21IA,21IBには、同量のAs+あるいはP+のイオン注入がなされる。 Further, a resist film R24B is formed on the structure shown in FIG. 4Q, and the resist film R24B is exposed and developed using the first reticle used in the ion implantation process shown in FIG. 4G as a mask. At the same time as forming the opening R24Bo exposing the element isolation insulating film 21IA in the element isolation region to be formed, the resist opening R24b exposing the element isolation insulating film 21IB is formed in the resist film R24B. Further, As + or P + is ion-implanted at a dose of 1 × 10 11 cm −2 to 1 × 10 14 cm −2 under an acceleration voltage of 20 to 200 keV, for example, using the resist film R24B as a mask. N + type source regions 21e and 21f are formed outside the sidewall insulating film 23GAw on both sides of the gate electrode 23GA in the element region 21A to obtain the structure of FIG. 4R. At that time, the same amount of As + or P + ions is implanted into the element isolation insulating films 21IA and 21IB.

次に前記レジスト膜R24Bを硫酸過水やアンモニア過水を使ったウェットエッチングにより除去し、さらに前記シリコン基板21上にレジスト膜R24Aを形成し、前記図4Hのイオン注入工程で使った第2のレチクルをマスクに前記レジスト膜R24Bを露光・現像し、前記素子領域21Bおよびこれを画成する素子分離領域の素子分離絶縁膜21IBを露出する開口部R24Aoを形成すると同時に、前記レジスト膜R24Aに、前記素子分離絶縁膜21IAを露出するレジスト開口部R24aを形成する。さらに前記レジスト膜R24AをマスクにAs+あるいはP+を例えば5〜50keVの加速電圧下、1×1012cm-2〜1×1014cm-2のドーズ量でイオン注入し、前記シリコン基板21中、前記素子領域21Aのゲート電極23GBの両側で側壁絶縁膜23GBwの外側に、p+型のソース領域21g,21hを形成し、図4Sの構造を得る。その際、前記素子分離絶縁膜21IA,21IBには、同量のB+のイオン注入がなされる。 Next, the resist film R24B is removed by wet etching using sulfuric acid / hydrogen peroxide and further, a resist film R24A is formed on the silicon substrate 21, and the second film used in the ion implantation process of FIG. 4H. Using the reticle as a mask, the resist film R24B is exposed and developed to form an opening R24Ao exposing the element region 21B and the element isolation insulating film 21IB in the element isolation region that defines the element region 21B, and at the same time, in the resist film R24A, A resist opening R24a exposing the element isolation insulating film 21IA is formed. Further, using the resist film R24A as a mask, As + or P + is ion-implanted at a dose of 1 × 10 12 cm −2 to 1 × 10 14 cm −2 under an acceleration voltage of 5 to 50 keV, for example, The p + -type source regions 21g and 21h are formed outside the sidewall insulating film 23GBw on both sides of the gate electrode 23GB in the element region 21A to obtain the structure of FIG. 4S. At this time, the same amount of B + ions are implanted into the element isolation insulating films 21IA and 21IB.

さらに前記図4Sの構造上に前記シリコン基板21の全面を覆う絶縁膜25が、例えば高密度プラズマCVD法により形成され、前記絶縁膜25に、それぞれ前記ソース領域21e、ドレイン領域21f、ソース領域21g、ドレイン領域21hにコンタクトするコンタクトプラグ25A,25B,25C,25Dが形成され、図4Tの構造の半導体装置が得られる。なお、図4Tの構造上に、さらに多層配線構造を形成することも可能である。   Further, an insulating film 25 covering the entire surface of the silicon substrate 21 is formed on the structure of FIG. 4S by, for example, a high density plasma CVD method, and the source region 21e, the drain region 21f, and the source region 21g are formed on the insulating film 25, respectively. Contact plugs 25A, 25B, 25C, and 25D that contact the drain region 21h are formed, and the semiconductor device having the structure of FIG. 4T is obtained. It is also possible to form a multilayer wiring structure on the structure of FIG. 4T.

このように図4A〜4Tのプロセスによれば、前記素子分離絶縁膜21IAおよび21IBの後退量が同じになり、ゲート電極23GAあるいは23GBのパターニングの際に、得られるパターンの幅が設計値からずれてしまう問題が回避され、また図4Tの構造上にさらに多層配線構造を形成する場合でも、前記素子分離絶縁膜21IAおよび21IBのシリコン基板21上における突出高さが異なることによる配線パターンの位置ずれやパターン幅のずれなどの問題を回避することができる。   As described above, according to the processes of FIGS. 4A to 4T, the retraction amounts of the element isolation insulating films 21IA and 21IB are the same, and the pattern width obtained when patterning the gate electrode 23GA or 23GB deviates from the design value. In addition, even when a multi-layer wiring structure is formed on the structure of FIG. 4T, the wiring pattern position shifts due to the different projecting heights of the element isolation insulating films 21IA and 21IB on the silicon substrate 21. And problems such as misalignment of the pattern width can be avoided.

なお本実施形態では、通常の半導体装置の製造方法に比べて追加のマスクプロセスが必要とされることはなく、半導体装置の製造費用が増大することはない。   In this embodiment, an additional mask process is not required as compared with a normal method for manufacturing a semiconductor device, and the manufacturing cost of the semiconductor device does not increase.

[第2の実施形態]
図5A〜図5Fは、本発明の第2の実施形態による半導体装置の製造方法を示す。ただし図5A〜図5F中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
[Second Embodiment]
5A to 5F show a method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. However, in FIGS. 5A to 5F, portions corresponding to the portions described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

本実施形態は先の実施形態の図4Fに引き続くもので、まず前記図4Fの構造上にSiN膜やポリシリコン膜など硫酸過水やアンモニア過水によるウェットエッチングに対する耐性を有する絶縁膜31が、前記犠牲酸化膜22Sおよび突出している素子分離絶縁膜21IA,21IBの表面を覆って形成され、図5Aの構造を得る。以下の説明では前記絶縁膜31はSiN膜よりなるものとする。前記絶縁膜31は、その後に実行される様々なイオン注入の際に不純物元素のイオンが通過するような膜厚に形成され、SiN膜を使う場合には例えば10〜50nmの膜厚に形成される。   This embodiment is a continuation of FIG. 4F of the previous embodiment. First, on the structure of FIG. 4F, an insulating film 31 having resistance to wet etching by sulfuric acid / hydrogen peroxide, such as SiN film or polysilicon film, The sacrificial oxide film 22S and the protruding element isolation insulating films 21IA and 21IB are formed to cover the surface, and the structure shown in FIG. 5A is obtained. In the following description, the insulating film 31 is made of a SiN film. The insulating film 31 is formed to have a film thickness that allows the impurity element ions to pass through during various ion implantations that are performed thereafter. For example, when the SiN film is used, the insulating film 31 is formed to have a film thickness of 10 to 50 nm. The

次に図5Aの構造上に、前記素子領域21Bを覆うようにレジスト膜R21Bを形成し、前記素子領域21Aおよび前記素子領域21Aを画成する素子分離領域の素子分離酸化膜21IAにホウ素イオン(B+)をイオン注入により導入し、前記素子領域21AにnチャネルMOSトランジスタのp型ウェル21WAおよびp型チャネルドープ領域21thAを形成し、図5Bの構造を得る。その際、前記レジスト膜R21Bには、前記素子領域21Bを画成する素子分離領域の素子分離絶縁膜21IBを露出するレジスト開口部R21bが形成されており、その結果、B+は、前記素子領域21Bを画成する素子分離絶縁膜21IBにも同時に導入される。前記レジスト開口部R21bは、前記領域21Aおよび素子分離絶縁膜21IA、21IBに対応するレチクルパターンを有する第1のレチクルを使ってレジスト膜R21Bを露光および現像することにより形成される。ここで前記ウェル21WAはB+を150kev〜300keVの加速電圧下、1×1013cm-2〜1×1014cm-2のドーズ量でイオン注入することにより形成され(ウェル注入)、一方前記チャネルドープ領域21thAはB+を40keV〜100keVの加速電圧下、1×1012cm-2〜1×1014cm-2のドーズ量でイオン注入することにより形成される(チャネル注入)。 Next, a resist film R21B is formed on the structure of FIG. 5A so as to cover the element region 21B, and boron ions (on the element isolation oxide film 21IA in the element isolation region defining the element region 21A and the element region 21A) are formed. B +) is introduced by ion implantation to form the p-type well 21WA and p-type channel doped region 21thA of the n-channel MOS transistor in the element region 21A, thereby obtaining the structure of FIG. 5B. At this time, the resist film R21B is formed with a resist opening R21b that exposes the element isolation insulating film 21IB in the element isolation region that defines the element region 21B. As a result, B + Are simultaneously introduced into the element isolation insulating film 21IB that defines the above. The resist opening R21b is formed by exposing and developing the resist film R21B using a first reticle having a reticle pattern corresponding to the region 21A and the element isolation insulating films 21IA and 21IB. Here, the well 21WA is formed by ion-implanting B + with a dose of 1 × 10 13 cm −2 to 1 × 10 14 cm −2 under an acceleration voltage of 150 to 300 keV (well implantation), while the channel The doped region 21thA is formed by ion-implanting B + with a dose of 1 × 10 12 cm −2 to 1 × 10 14 cm −2 under an acceleration voltage of 40 keV to 100 keV (channel implantation).

次に前記レジスト膜R21Bを硫酸過水あるいはアンモニア過水を使ったウェットエッチングにより除去し、さらに前記図5Bの構造上に、前記素子領域21Aを覆うようにレジスト膜R21Aを形成し、前記素子領域21Bおよび前記素子領域21Bを画成する素子分離領域の素子分離絶縁膜21IBにAs+あるいはP+をイオン注入により導入し、pチャネルMOSトランジスタのn型ウェル21WBおよびn型チャネルドープ領域21thBを形成し、図5Cの構造を得る。その際、前記レジスト膜R21Aには、前記素子領域21Aを画成する素子分離絶縁膜21IAを露出するレジスト開口部R21aが形成されており、その結果、As+あるいはP+は、前記素子領域21Bを画成する素子分離領域の素子分離絶縁膜21IBにも同時に導入される。前記レジスト開口部R21aは、前記素子領域21Bおよび素子分離絶縁膜21IA,21IBに対応するレチクルパターンを有する第2のレチクルを使ってレジスト膜R21Aを露光および現像することにより形成される。ここで前記ウェル21WBはリンイオン(P+)を200keV〜900keVの加速電圧下、5×1012cm-2〜1×1014cm-2のドーズ量でイオン注入することにより形成され(ウェル注入)、一方前記チャネルドープ領域21thBはP+またはヒ素イオン(As+)を50keV〜200keVの加速電圧下、1×1012cm-2〜1×1014cm-2のドーズ量でイオン注入することにより形成される(チャネル注入)。 Next, the resist film R21B is removed by wet etching using sulfuric acid / hydrogen peroxide, and a resist film R21A is formed on the structure of FIG. 5B so as to cover the element region 21A. As + or P + is introduced by ion implantation into the element isolation insulating film 21IB of the element isolation region that defines 21B and the element region 21B, thereby forming the n-type well 21WB and the n-type channel doped region 21thB of the p-channel MOS transistor, The structure of FIG. 5C is obtained. At this time, the resist film R21A is provided with a resist opening R21a that exposes the element isolation insulating film 21IA that defines the element region 21A. As a result, As + or P + defines the element region 21B. It is simultaneously introduced into the element isolation insulating film 21IB in the element isolation region to be formed. The resist opening R21a is formed by exposing and developing the resist film R21A using a second reticle having a reticle pattern corresponding to the element region 21B and the element isolation insulating films 21IA and 21IB. Here, the well 21WB is formed by ion implantation of phosphorus ions (P +) at a dose of 5 × 10 12 cm −2 to 1 × 10 14 cm −2 under an acceleration voltage of 200 keV to 900 keV (well implantation). On the other hand, the channel doped region 21thB is formed by ion-implanting P + or arsenic ions (As +) at a dose of 1 × 10 12 cm −2 to 1 × 10 14 cm −2 under an acceleration voltage of 50 keV to 200 keV. (Channel injection).

さらに前記図5Cの構造において前記レジスト膜R21Aを硫酸過水やアンモニア過水などを使ったウェットエッチングにより選択的に除去し、図5Dの構造を得る。本実施形態では、前記素子分離絶縁膜21IA,21IBの突出部はエッチング耐性の高いSiN膜31により保護されているため、前記レジスト膜R21BあるいはR21Aを上記ウェットエッチングにより除去した場合でも、前記素子分離絶縁膜21IA,21IBが、前記ウェットエッチングにより浸食されることがなく、前記突出部の後退も生じない。   Further, in the structure of FIG. 5C, the resist film R21A is selectively removed by wet etching using sulfuric acid-hydrogen peroxide or ammonia hydrogen peroxide to obtain the structure of FIG. 5D. In this embodiment, since the projecting portions of the element isolation insulating films 21IA and 21IB are protected by the SiN film 31 having high etching resistance, the element isolation even when the resist film R21B or R21A is removed by the wet etching. The insulating films 21IA and 21IB are not eroded by the wet etching, and the protrusion does not retreat.

さらに前記SiN膜31を、リン酸を使ったウェットエッチングにより除去し、図5Eの構造を得、さらに前記犠牲酸化膜22Sを、HFを使ったウェットエッチングにより除去し、図5Fの構造を得る。本実施形態でも、前記素子分離絶縁膜21IAおよび21IBで、PあるいはAsのドーズ量、すなわちイオン注入量が等しく、またBのドーズ量、すなわちイオン注入量も等しく、前記素子分離絶縁膜21IA,21IBは、前記HFを使ったウェットエッチングの際に同一の後退量δを示す。また前記図5Eに示すように前記SiN膜31をウェットエッチングで除去する場合には、前記素子領域21A,21Bが犠牲酸化膜22Sにより覆われているため、チャネル領域となるシリコン基板21の表面に損傷が入ることはない。   Further, the SiN film 31 is removed by wet etching using phosphoric acid to obtain the structure of FIG. 5E, and the sacrificial oxide film 22S is further removed by wet etching using HF to obtain the structure of FIG. 5F. Also in this embodiment, in the element isolation insulating films 21IA and 21IB, the dose amount of P or As, that is, the ion implantation amount is equal, and the dose amount of B, that is, the ion implantation amount is also equal, and the element isolation insulating films 21IA and 21IB. Indicates the same amount of recession δ during wet etching using HF. Further, when the SiN film 31 is removed by wet etching as shown in FIG. 5E, the element regions 21A and 21B are covered with the sacrificial oxide film 22S, so that the surface of the silicon substrate 21 serving as a channel region is formed. There is no damage.

図5Fの工程の後、引き続き図4J以降で説明したプロセスを実行することにより、所望の半導体装置を得ることができる。   After the step of FIG. 5F, a desired semiconductor device can be obtained by executing the processes described in FIG. 4J and subsequent steps.

[第3の実施形態]
図6A〜図6Eは、本発明の第3の実施形態による半導体装置の製造方法を示す。な本実施形態は先の第1の実施形態の図4Fの工程に引き続くものであり、以下の説明では、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
[Third Embodiment]
6A to 6E show a method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. This embodiment is a continuation of the process of FIG. 4F of the first embodiment, and in the following description, the same reference numerals are given to the portions described above, and the description is omitted.

図6Aを参照するに、前記図4Fに示す構造上には素子分離酸化膜21IAおよび21IBをそれぞれ露出するレジスト開口部R31AおよびR31Bを有するレジスト膜R31が形成されており、前記レジスト膜R31をマスクに、その後のイオン注入工程で遣われるBやAs,Pなどよりも原子量の大きいインジウム(In)などの重い不純物元素がイオン注入され、これにより、前記素子分離絶縁膜21IAおよび21IBの上部、例えば深さが40nmまでの範囲に、前記Inにより、意図的に損傷が与えられる。例えば前記Inのイオン注入は、70keVの加速電圧下、3.0×1013cm-2のドーズ量で実行することができる。 Referring to FIG. 6A, a resist film R31 having resist openings R31A and R31B exposing element isolation oxide films 21IA and 21IB, respectively, is formed on the structure shown in FIG. 4F, and the resist film R31 is masked. Then, a heavy impurity element such as indium (In) having a larger atomic weight than B, As, P, etc. used in the subsequent ion implantation process is ion-implanted, so that the upper portions of the element isolation insulating films 21IA and 21IB, for example, Damage is intentionally caused by the In to a depth of up to 40 nm. For example, the In ion implantation can be performed under an acceleration voltage of 70 keV and a dose of 3.0 × 10 13 cm −2 .

次に図6Bに示すように前記レジスト膜R31が硫酸過水あるいはアンモニア過水を使ったウェットエッチングにより除去され、さらに前記図6Bの構造上に、前記素子領域21Aを、その周辺の素子分離酸化膜21IAも含めて露出するレジスト開口部R32Aを有するレジスト膜R32が形成され、前記レジスト膜R32をマスクにB+を最初100〜300keVの加速電圧下、1×1013cm-2〜1×1014cm-2のドーズ量でイオン注入し、前記素子領域21Aにp型ウェル21WAを形成し、図6Cの構造を得る。 Next, as shown in FIG. 6B, the resist film R31 is removed by wet etching using sulfuric acid / hydrogen peroxide, and further, the element region 21A is formed on the structure of FIG. A resist film R32 having an exposed resist opening R32A including the film 21IA is formed, and B + is initially applied under an acceleration voltage of 100 to 300 keV with the resist film R32 as a mask, 1 × 10 13 cm −2 to 1 × 10 14. Ions are implanted at a dose of cm −2 to form a p-type well 21WA in the element region 21A, thereby obtaining the structure of FIG. 6C.

さらに図6Cの工程では前記レジスト膜R32をマスクにB+を10keVの加速電圧下、2×1013cm-2のドーズ量でイオン注入し、前記素子領域21Aにおいて前記基板21の表面に沿ってp型チャネルドープ領域21thAを形成する。 Further, in the step of FIG. 6C, B + is ion-implanted with a dose of 2 × 10 13 cm −2 under an acceleration voltage of 10 keV using the resist film R32 as a mask, and p along the surface of the substrate 21 in the element region 21A. A type channel doped region 21thA is formed.

先の実施形態と異なり、図6Cにおいて前記レジスト膜R32は、前記素子領域21Aおよび素子分離絶縁膜21IAを除き、前記シリコン基板21の表面を、前記素子分離絶縁膜21IBおよび素子領域21Bを含め、連続的に覆っていることに注意すべきである。   Unlike the previous embodiment, in FIG. 6C, the resist film R32 includes the element isolation insulating film 21IB and the element region 21B on the surface of the silicon substrate 21 except for the element region 21A and the element isolation insulating film 21IA. Note that it covers continuously.

次に前記レジスト膜R32が硫酸過水あるいはアンモニア過水を使ったウェットエッチングにより除去され、さらにシリコン基板21上に、前記素子領域21Bを、その周辺の素子分離酸化膜21IBも含めて露出するレジスト開口部R33Bを有するレジスト膜R33が形成され、前記レジスト膜R33をマスクにAs+を最初200〜900keVの加速電圧下、5×1012cm-2〜1×1014cm-2のドーズ量でイオン注入し、前記素子領域21Bにn型ウェル21WBを形成し、図6Dの構造を得る。 Next, the resist film R32 is removed by wet etching using sulfuric acid / hydrogen peroxide, and the element region 21B is exposed on the silicon substrate 21 including the peripheral element isolation oxide film 21IB. A resist film R33 having an opening R33B is formed. As + is ionized at a dose of 5 × 10 12 cm −2 to 1 × 10 14 cm −2 under an acceleration voltage of 200 to 900 keV at first using the resist film R33 as a mask. The n-type well 21WB is formed in the element region 21B to obtain the structure of FIG. 6D.

さらに図6Dの工程では前記レジスト膜R33をマスクにP+を50keVの加速電圧下、2×1013cm-2のドーズ量でイオン注入し、前記素子領域21Bにおいて基板表面に沿ってn型チャネルドープ領域21thBを形成する。 6D, P + is ion-implanted at a dose of 2 × 10 13 cm −2 under an acceleration voltage of 50 keV using the resist film R33 as a mask, and n-type channel doping is performed along the substrate surface in the element region 21B. Region 21thB is formed.

先の実施形態と異なり、図6Dにおいて前記レジスト膜R33は、前記素子領域21Bおよび素子分離絶縁膜21IBを除き、前記シリコン基板21の表面を、前記素子分離絶縁膜21IAおよび素子領域21Aを含め、連続的に覆っていることに注意すべきである。   Unlike the previous embodiment, in FIG. 6D, the resist film R33 includes the element isolation insulating film 21IA and the element region 21A on the surface of the silicon substrate 21 except for the element region 21B and the element isolation insulating film 21IB. Note that it covers continuously.

さらに前記図6Dの構造において前記レジスト膜R33を硫酸過水あるいはアンモニア過水を使ったウェットエッチングにより除去し、さらに前記犠牲酸化膜22SをHFを使ったウェットエッチングにより除去し、図6Eの構造を得る。   Further, in the structure of FIG. 6D, the resist film R33 is removed by wet etching using sulfuric acid / hydrogen peroxide, and the sacrificial oxide film 22S is removed by wet etching using HF. obtain.

図6Eの構造では、前記素子分離酸化膜21IAおよび21IBがはじめに重いInなどの元素を深くイオン注入されているため、Inで損傷した部分が上記硫酸過水あるいはアンモニア過水を使ったウェットエッチング、あるいはHFを使ったウェットエッチングにより除去されるが、そのエッチング量δは前記素子分離酸化膜21IAと素子分離酸化膜21IBとで、前記図4Iの場合と同じく、ほぼ同一となる。これは、上記のB+およびAs+のイオン注入工程において、B+イオンおよびAs+イオンの投影飛程が約40nmであり、前記In+のイオン注入工程におけるIn+イオンの投影飛程とほぼ重なるためである。   In the structure of FIG. 6E, since the element isolation oxide films 21IA and 21IB are first deeply ion-implanted with an element such as heavy In, the portion damaged by In is wet etching using the above-described sulfuric acid / hydrogen peroxide, Alternatively, it is removed by wet etching using HF, but the etching amount δ of the element isolation oxide film 21IA and the element isolation oxide film 21IB is substantially the same as in the case of FIG. 4I. This is because in the B + and As + ion implantation process, the projected range of B + ions and As + ions is about 40 nm, and almost overlaps with the projected range of In + ions in the In + ion implantation process.

そこで前記図6Eの工程の後、先の実施形態において図4J〜4Tを参照して説明した工程を実行することにより、図4Tと同様な構成の半導体装置を得ることができる。   Therefore, after the process of FIG. 6E, by performing the process described with reference to FIGS. 4J to 4T in the previous embodiment, a semiconductor device having the same configuration as that of FIG. 4T can be obtained.

本実施形態においても、前記素子分離絶縁膜21IAおよび21IBの後退量が同じになり、ゲート電極23GAあるいは23GBのパターニングの際に、得られるパターンの幅が設計値からずれてしまう問題が回避され、また図1Tの構造上にさらに多層配線構造を形成する場合でも、前記素子分離絶縁膜21IAおよび21IBのシリコン基板21上における突出高さが異なることによる配線パターンの位置ずれやパターン幅のずれなどの問題を回避することができる。   Also in this embodiment, the retraction amounts of the element isolation insulating films 21IA and 21IB are the same, and the problem that the width of the obtained pattern deviates from the design value when the gate electrode 23GA or 23GB is patterned is avoided. Further, even when a multilayer wiring structure is formed on the structure of FIG. 1T, the positional deviation of the wiring pattern and the deviation of the pattern width due to the different projecting heights of the element isolation insulating films 21IA and 21IB on the silicon substrate 21. The problem can be avoided.

なお本実施形態では、通常の半導体装置の製造方法に比べて図6Aのマスクプロセスが余計に必要とされるが、その見返りとして、図6C、図6Dの工程で従来使われているのと同じマスクプロセスを使うことができ、半導体装置の製造費用の増大を極力抑制することができる。   In the present embodiment, the mask process of FIG. 6A is required more than the ordinary method for manufacturing a semiconductor device. In return, the same process as that conventionally used in the steps of FIGS. 6C and 6D is used. A mask process can be used, and an increase in manufacturing cost of the semiconductor device can be suppressed as much as possible.

なお本実施形態では図6Aの工程においてIn+の代わりにAs+を使うことも可能である。Inの代わりにAsを使う場合には、前記図6Aの工程においてAs+を、50keVの加速電圧下、4.5×1013cm-2以上のドーズ量でイオン注入すればよい。 In this embodiment, As + can be used instead of In + in the process of FIG. 6A. When As is used in place of In, As + may be ion-implanted at a dose of 4.5 × 10 13 cm −2 or more under an acceleration voltage of 50 keV in the process of FIG. 6A.

また前記図6AのInのイオン注入工程は、図6Cあるいは図6Dのイオン注入工程の後で行うことも可能である。   Further, the In ion implantation step of FIG. 6A can be performed after the ion implantation step of FIG. 6C or FIG. 6D.

[第4の実施形態]
ところで前記第1の実施形態の場合、例えば図4Gあるいは図4Hの工程においてレジスト開口部R21bあるいはR21aに位置ずれが生じる場合がある。このようなレジスト開口部R21bあるいはR21aに位置ずれが生じると、素子領域21Aあるいは素子領域21Bに不要なイオン注入がなされてしまい、nチャネルMOSトランジスタあるいはpチャネルMOSトランジスタの電気特性が所望値からずれてしまう恐れがある。
[Fourth Embodiment]
By the way, in the case of the first embodiment, for example, in the step of FIG. 4G or 4H, there may be a positional deviation in the resist opening R21b or R21a. If the resist opening R21b or R21a is misaligned, unnecessary ion implantation is performed in the element region 21A or the element region 21B, and the electrical characteristics of the n-channel MOS transistor or the p-channel MOS transistor deviate from the desired values. There is a risk that.

図7A〜図7Gは、上記の課題を解決する、本発明の第4の実施形態による半導体装置の製造方法を示す。ただし、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。   7A to 7G show a method of manufacturing a semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention, which solves the above problems. However, the same reference numerals are given to portions corresponding to the portions described above, and the description thereof is omitted.

本実施形態は、前記図4Cの工程に引き続くもので、前記図4Cの構造上に最初にCVD法によりBSGあるいはPSGよりなるライナ膜24Lを、前記素子分離溝21Tの側壁面および底面を覆うように、例えば10nm〜50nmの膜厚に形成し、さらにその後、高密度プラズマCVD法により、前記素子分離溝21Tを非ドープシリカガラスよりなるシリコン酸化膜24で埋め込み、図7Aの構造を得る。ここで前記ライナ膜24LをBSG膜より構成する場合には、膜中のB23成分のSiO2成分に対する比率(B23/SiO2)をモル比で0.1以上とし、また前記ライナ膜24LをPSG膜より構成する場合には、膜中のP25成分のSiO2成分に対する比率(P25/SiO2)をモル比で0.008以上とするのが好ましい。 This embodiment is a continuation of the step of FIG. 4C. First, a liner film 24L made of BSG or PSG is covered on the structure of FIG. 4C by the CVD method so as to cover the side wall surface and the bottom surface of the element isolation trench 21T. For example, the film is formed to a thickness of, for example, 10 nm to 50 nm, and then the element isolation trench 21T is filled with the silicon oxide film 24 made of undoped silica glass by a high density plasma CVD method to obtain the structure of FIG. 7A. Here, when the liner film 24L is formed of a BSG film, the ratio (B 2 O 3 / SiO 2 ) of the B 2 O 3 component to the SiO 2 component in the film is 0.1 or more in terms of molar ratio, When the liner film 24L is composed of a PSG film, the ratio (P 2 O 5 / SiO 2 ) of the P 2 O 5 component to the SiO 2 component in the film is preferably 0.008 or more in molar ratio. .

いずれの場合でも、前記ライナ膜24L中におけるBあるいはPの濃度は、前記ライナ膜24を形成するCVD工程において、原料ガスの組成を調整して実現する。例えば前記ライナ膜24LをB23膜とする場合には、原料としてシラン(SiH4)ガスと窒素ガスと酸素ガスとジボラン(B26)ガスを使い、その際、ジボランガスのシランガスに対する流量比(B26/SiH4)を例えば0.05以上に設定する。また例えば前記ライナ膜24LをP25膜とする場合には、原料としてシランガスと窒素ガスと酸素ガスとホスフィン(PH3)ガスを使い、その際、ホスフィンガスのシランガスに対する流量比(PH3/SiH4)を例えば0.02以上に設定する。このようにして形成したライナ膜24Lでは、イオン注入の際の損傷によるエッチング速度の増加を5%以下に抑制することができる。このため、後で説明するレジストマスクの位置ずれにより、前記ライナ膜24Lに不純物元素のイオン注入が生じても、これに伴いライナ膜24Lに大きなエッチング速度の変化は生じない。 In any case, the concentration of B or P in the liner film 24L is realized by adjusting the composition of the source gas in the CVD process for forming the liner film 24. For example, when the liner film 24L is a B 2 O 3 film, silane (SiH 4 ) gas, nitrogen gas, oxygen gas, and diborane (B 2 H 6 ) gas are used as raw materials. The flow rate ratio (B 2 H 6 / SiH 4 ) is set to 0.05 or more, for example. Also for example, the liner film 24L if the P 2 O 5 film, using a silane gas and nitrogen gas and oxygen gas and phosphine (PH 3) gas as a raw material, the flow rate ratio for the case, silane gas phosphine gas (PH 3 / SiH 4 ) is set to 0.02 or more, for example. In the liner film 24L thus formed, an increase in etching rate due to damage during ion implantation can be suppressed to 5% or less. For this reason, even if ion implantation of an impurity element occurs in the liner film 24L due to a positional shift of a resist mask, which will be described later, a large change in etching rate does not occur in the liner film 24L.

前記シリコン酸化膜24の成膜は、先の第1の実施形態の場合と同様に実行することができる。   The formation of the silicon oxide film 24 can be performed in the same manner as in the first embodiment.

次に前記シリコン酸化膜24を、その下のライナ膜24Lも含めてCMP法により、前記シリコン窒化膜23が露出するまで研磨し、図7Bの構造を得る。   Next, the silicon oxide film 24 including the liner film 24L below it is polished by CMP until the silicon nitride film 23 is exposed to obtain the structure of FIG. 7B.

さらに前記シリコン窒化膜23を、例えばH3PO4を使ったウェットエッチングにより除去し、さらにHFを使ったウェットエッチングにより、前記パッド酸化膜22を除去し、シリコン基板21の表面を露出する。 Further, the silicon nitride film 23 is removed by wet etching using, for example, H 3 PO 4, and the pad oxide film 22 is removed by wet etching using HF, so that the surface of the silicon substrate 21 is exposed.

この工程では、特にBあるいはPを含むライナ膜24Lの部分が、非ドープシリコン酸化膜よりなる前記素子分離酸化膜21IAあるいは21IBよりも大きな後退量δLで後退し、図7Cに示す構造が得られる。   In this step, in particular, the portion of the liner film 24L containing B or P recedes with a receding amount δL larger than the element isolation oxide film 21IA or 21IB made of an undoped silicon oxide film, and the structure shown in FIG. 7C is obtained. .

次に図7Cの構造を熱酸化し、露出したシリコン基板21の表面に厚さが5〜20nmの熱酸化膜により、犠牲酸化膜22Sを形成し、図7Dの構造を得る。   Next, the structure of FIG. 7C is thermally oxidized, and a sacrificial oxide film 22S is formed on the exposed surface of the silicon substrate 21 with a thermal oxide film having a thickness of 5 to 20 nm to obtain the structure of FIG. 7D.

次に図7Dの構造上に前記レジスト膜R21Bを、前記素子領域21Aにおいては素子分離絶縁膜21IAまで含めて露出されるように、また前記素子領域21Bにおいては前記レジスト開口部R21bが素子分離絶縁膜21IBのみを露出するように形成し、B+のイオン注入を行い、図7Eに示すように前記素子領域21Aにおいてp型ウェル21Aおよびp型チャネルドープ領域21thAを形成すると同時に、前記素子分離絶縁膜21IBにBを導入する。   Next, the resist film R21B is exposed on the structure of FIG. 7D including the element isolation insulating film 21IA in the element region 21A, and the resist opening R21b is element isolation insulating in the element region 21B. Only the film 21IB is exposed, and B + ion implantation is performed to form the p-type well 21A and the p-type channel doped region 21thA in the element region 21A as shown in FIG. 7E, and at the same time, the element isolation insulating film Introduce B into 21IB.

この際、前記レジスト膜R21Bがずれて、レジスト開口部R21bが前記素子分離絶縁膜21IBからずれても、ずれの程度が小さく、前記ライナ膜21Lが露出する程度で、素子領域21Bが露出しない場合には、Bが素子領域21Bに導入されることはなく、後の工程で素子領域21Bに形成されるpチャネルMOSトランジスタの電気特性が所望値から変調されることはない。   At this time, even if the resist film R21B is displaced and the resist opening R21b is displaced from the element isolation insulating film 21IB, the degree of displacement is small, and the element region 21B is not exposed to the extent that the liner film 21L is exposed. In this case, B is not introduced into the element region 21B, and the electrical characteristics of the p-channel MOS transistor formed in the element region 21B in a later step are not modulated from a desired value.

次に図7Eの構造上に前記レジスト膜R21Aを、前記素子領域21Bにおいては素子分離絶縁膜21IBまで含めて露出されるように、また前記素子領域21Aにおいては前記レジスト開口部R21aが素子分離絶縁膜21IAのみを露出するように形成し、As+のイオン注入を行い、図7Fに示すように前記素子領域21Bにおいてp型ウェル21Bおよびp型チャネルドープ領域21thBを形成すると同時に、前記素子分離絶縁膜21IAにAsあるいはPを導入する。   Next, the resist film R21A is exposed on the structure of FIG. 7E including the element isolation insulating film 21IB in the element region 21B, and the resist opening R21a is element isolation insulating in the element region 21A. Only the film 21IA is formed to be exposed, As + ion implantation is performed, and the p-type well 21B and the p-type channel doped region 21thB are formed in the element region 21B as shown in FIG. As or P is introduced into 21IA.

この際、前記レジスト膜R21Aがずれて、レジスト開口部R21aが前記素子分離絶縁膜21IAからずれても、ずれの程度が小さく、前記ライナ膜21Lが露出する程度で、素子領域21Aが露出しない場合には、AsあるいはPが素子領域21Aに導入されることはなく、後の工程で素子領域21Aに形成されるnチャネルMOSトランジスタの電気特性が所望値から変調されることはない。   At this time, even if the resist film R21A is displaced and the resist opening R21a is displaced from the element isolation insulating film 21IA, the degree of displacement is small, and the element region 21A is not exposed to the extent that the liner film 21L is exposed. In this case, As or P is not introduced into the element region 21A, and the electrical characteristics of the n-channel MOS transistor formed in the element region 21A in a later step are not modulated from a desired value.

さらに前記レジスト膜R21Aを除去した後、前記犠牲酸化膜22SをHFによるウェットエッチングにより除去し、図7Gに示す構造を得る。その際、前記素子分離絶縁膜21IAおよび21IBはいずれもBおよびPあるいはAsを同量だけ導入されているため、同一のエッチング後退量δを示す。また前記ライナ膜24Lは先に図7Cの工程で後退しており、図7Gの工程で素子分離酸化膜21IA,21IBが後退するため、素子分離酸化膜21IAあるいは21IBとライナ膜24Lとの間の段差は比較的小さく抑えることができる。   Further, after removing the resist film R21A, the sacrificial oxide film 22S is removed by wet etching with HF to obtain a structure shown in FIG. 7G. At that time, since the element isolation insulating films 21IA and 21IB are introduced with the same amount of B and P or As, both show the same etching recession amount δ. Further, the liner film 24L has been previously retracted in the process of FIG. 7C, and the element isolation oxide films 21IA and 21IB are retracted in the process of FIG. 7G, and therefore, the element isolation oxide film 21IA or 21IB and the liner film 24L are separated. The step can be kept relatively small.

さらに図7Gの工程の後、先に図4J〜4Tで説明した工程を実行することにより、所望の半導体装置を得ることができる。本実施形態による半導体装置では、素子分離領域が素子分離溝の側壁面および底面を覆うライナ絶縁膜24Lと、その内側を充填する素子分離酸化膜21IAあるいは21IBよりなることが特徴である。   Furthermore, after the process of FIG. 7G, a desired semiconductor device can be obtained by executing the processes described above with reference to FIGS. The semiconductor device according to the present embodiment is characterized in that the element isolation region includes the liner insulating film 24L that covers the side wall surface and the bottom surface of the element isolation trench, and the element isolation oxide film 21IA or 21IB that fills the inside.

なお本実施形態において前記ライナ膜24Lの代わりに熱酸化膜を使い、非ドープシリコン酸化膜24の代わりにBドープガラス(BSG)あるいはPドープガラス(PSG)を使うことも可能である。また前記ライナ膜24Lとして熱酸化膜を使い、前記シリコン酸化膜24として非ドープシリコン酸化膜24を使うことも可能である。   In this embodiment, a thermal oxide film can be used instead of the liner film 24L, and B-doped glass (BSG) or P-doped glass (PSG) can be used instead of the undoped silicon oxide film 24. It is also possible to use a thermal oxide film as the liner film 24L and an undoped silicon oxide film 24 as the silicon oxide film 24.

以上、本発明を好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
(付記1)
シリコン基板上にSTI構造を有する素子分離領域を形成する工程と、
前記シリコン基板の第1の領域に第1の不純物元素を、前記シリコン基板の第2の領域を第1のレジストパターンで覆った状態で第1のイオン注入工程により導入し、前記第1の領域に第1導電型を有する第1のウェルを形成する工程と、
前記シリコン基板の第2の領域に、前記第1の不純物元素に対して逆導電型の不純物元素である第2の不純物元素を、前記素子領域を第2のレジストパターンで覆った状態で第2のイオン注入工程により導入し、前記第2の領域に前記第1導電型と逆の第2導電型を有する第2のウェルを形成する工程と、
を含み、
前記第1のレジストパターンには、前記素子分離領域のうち前記第2の領域に含まれる素子分離領域を露出する第1の開口部が形成されており、
前記第1のウェルを形成する工程では、前記素子分離領域のうち、前記第1の開口部で露出された部分に前記第1の不純物元素が前記第1のイオン注入工程により導入され、
前記第2のレジストパターンには、前記素子分離領域のうち前記第1の領域に含まれる素子分離領域を露出する第2の開口部が形成されており、
前記第2のウェルを形成する工程では、前記素子分離領域のうち、前記第2の開口部で露出された部分に前記第2の不純物元素が前記第2のイオン注入工程により導入されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記2)
さらに前記第1および第2のウェルの形成の後、前記シリコン基板の前記第1の領域において前記素子分離領域により画成される第1の素子領域、および前記シリコン基板の前記第2の領域において前記素子分離領域により画成される第2の素子領域に、それぞれ第1および第2のゲート電極を形成する工程と、
前記シリコン基板を、前記第1の領域を露出する第3のレジストパターンで覆い、前記第1の素子領域に前記第2導電型の第3の不純物元素を、前記第3のレジストパターンをマスクとした第3のイオン注入工程により導入し、前記第1の素子領域中、前記第1のゲート電極の左右に隣接して、前記第2導電型を有する第1および第2の拡散領域をそれぞれ形成する工程と、
前記シリコン基板を、前記第2の領域を露出する第4のレジストパターンで覆い、前記第2の素子領域に前記第2導電型の第4の不純物元素を、前記第4のレジストパターンをマスクとした第4のイオン注入工程により導入し、前記第2の素子領域中、前記第2のゲート電極の左右に隣接して、前記第1導電型を有する第1および第2の拡散領域をそれぞれ形成する工程と、
を含み、
前記第3のレジストパターンには、前記素子分離領域のうち前記第2の素子領域を画成する素子分離領域を露出する第3の開口部が形成されており、
前記第1および第2の拡散領域を形成する工程では、前記素子分離領域のうち、前記第3の開口部で露出された部分に前記第3の不純物元素が前記第3のイオン注入工程により導入され、
前記第4のレジストパターンには、前記素子分離領域のうち前記第1の素子領域を画成する素子分離領域を露出する第4の開口部が形成されており、
前記第3および第4の拡散領域を形成する工程では、前記素子分離領域のうち、前記第4の開口部で露出された部分に前記第4の不純物元素が前記第4のイオン注入工程により導入されることを特徴とする付記1記載の半導体装置の製造方法。
(付記3)
前記第1のレジストパターンと前記第3のレジストパターンは第1の露光マスクにより露光され、前記第2のレジストパターンと前記第4のレジストパターンは、第2の露光マスクにより露光されることを特徴とする付記2記載の半導体装置の製造方法。
(付記4)
前記第1のレジストパターンは、前記第2の領域に含まれる個々の素子分離領域の周辺部を覆い中央部を露出し、前記第2のレジストパターンは、前記第1の領域に含まれる個々の素子分離領域の周辺部を覆い中央部を露出することを特徴とする付記1〜4のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
(付記5)
前記個々の素子分離領域のうち、前記中央部と前記周辺部は、組成が異なることを特徴とする付記4記載の半導体装置の製造方法。
(付記6)
シリコン基板上にSTI構造を有する素子分離領域を形成する工程と、
前記シリコン基板を、前記素子分離領域を露出する第1のレジストパターンで覆い、前記第1のレジストパターンをマスクに、前記素子分離領域に選択的に第1の不純物元素をイオン注入により導入する工程と、
前記シリコン基板の第1の領域に第2の不純物元素を、前記シリコン基板の第2の領域を第2のレジストパターンで覆った状態でイオン注入により導入し、前記第1の領域に第1導電型を有する第1のウェルを形成する工程と、
前記シリコン基板の第2の領域に、前記第1の不純物元素に対して逆導電型の第3の不純物元素を、前記素子領域を第3のレジストパターンで覆った状態でイオン注入により導入し、前記第2の領域に前記第1導電型と逆の第2導電型を有する第2のウェルを形成する工程と、を含み、
前記第1の不純物元素は、前記第2および第3の不純物元素のうち、より大きな原子量を有する不純物元素の原子量に等しいか、より大きな原子量を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記7)
前記素子分離領域を形成する工程は、前記シリコン基板上に前記素子分離領域の形成部分を露出する第4のレジストパターンを形成する工程と、前記第4のレジストパターンをマスクに前記シリコン基板をエッチングし、素子分離溝を形成する工程と、前記素子分離溝を絶縁膜で充填する工程と、前記絶縁膜を化学機械研磨し、前記素子分離溝中に素子分離絶縁膜を形成する工程と、を含み、前記第4のレジストパターンは、前記第1のレジストパターンと同一の露光マスクを使って形成されることを特徴とする付記6記載の半導体装置の製造方法。
(付記8)
前記第1の不純物元素は、InまたはAsであることを特徴とする付記6または7記載の半導体装置の製造方法。
(付記9)
さらに前記第1および第2のウェルの形成の後、前記シリコン基板の第1の領域において前記素子分離領域により画成される第1の素子領域、および前記シリコン基板の前記第2の領域において前記素子分離領域により画成される第2の素子領域に、それぞれ第1および第2のゲート電極を形成する工程と、
前記シリコン基板を、前記第1の領域を露出する第5のレジストパターンで覆い、前記第1の素子領域に前記第2導電型の第4の不純物元素を、前記第3のレジストパターンをマスクとしたイオン注入により導入し、前記第1の素子領域中、前記第1のゲート電極の左右に隣接して、前記第2導電型を有する第1および第2の拡散領域をそれぞれ形成する工程と、
前記シリコン基板を、前記第2の領域を露出する第6のレジストパターンで覆い、前記第2の素子領域に前記第2導電型の第5の不純物元素を、前記第4のレジストパターンをマスクとしたイオン注入により導入し、前記第2の素子領域中、前記第2のゲート電極の左右に隣接して、前記第1導電型を有する第1および第2の拡散領域をそれぞれ形成する工程と、
を含むことを特徴とする付記6〜8のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
As mentioned above, although this invention was described about preferable embodiment, this invention is not limited to this specific embodiment, A various deformation | transformation and change are possible within the summary described in the claim.
(Appendix 1)
Forming an element isolation region having an STI structure on a silicon substrate;
A first impurity element is introduced into the first region of the silicon substrate by a first ion implantation process in a state where the second region of the silicon substrate is covered with a first resist pattern, and the first region is introduced. Forming a first well having a first conductivity type in
In the second region of the silicon substrate, a second impurity element which is an impurity element having a conductivity opposite to that of the first impurity element is applied to the second region in a state where the element region is covered with a second resist pattern. Forming a second well having a second conductivity type opposite to the first conductivity type in the second region,
Including
The first resist pattern has a first opening that exposes an element isolation region included in the second region of the element isolation regions,
In the step of forming the first well, the first impurity element is introduced into the portion of the element isolation region exposed in the first opening by the first ion implantation step,
The second resist pattern has a second opening that exposes an element isolation region included in the first region of the element isolation regions,
In the step of forming the second well, the second impurity element is introduced into the portion of the element isolation region exposed at the second opening by the second ion implantation step. A method of manufacturing a semiconductor device.
(Appendix 2)
Further, after the formation of the first and second wells, in the first element region defined by the element isolation region in the first region of the silicon substrate, and in the second region of the silicon substrate Forming first and second gate electrodes respectively in a second element region defined by the element isolation region;
The silicon substrate is covered with a third resist pattern that exposes the first region, the second impurity element of the second conductivity type is formed in the first element region, and the third resist pattern is used as a mask. The first and second diffusion regions having the second conductivity type are formed in the first element region adjacent to the left and right sides of the first gate electrode, respectively. And a process of
The silicon substrate is covered with a fourth resist pattern that exposes the second region, the second element region is filled with the fourth impurity element of the second conductivity type, and the fourth resist pattern is used as a mask. In the second element region, first and second diffusion regions having the first conductivity type are formed adjacent to the left and right sides of the second gate electrode, respectively. And a process of
Including
In the third resist pattern, a third opening that exposes an element isolation region that defines the second element region of the element isolation region is formed,
In the step of forming the first and second diffusion regions, the third impurity element is introduced into the portion of the element isolation region exposed at the third opening by the third ion implantation step. And
The fourth resist pattern is formed with a fourth opening that exposes an element isolation region that defines the first element region of the element isolation region.
In the step of forming the third and fourth diffusion regions, the fourth impurity element is introduced into the portion of the element isolation region exposed at the fourth opening by the fourth ion implantation step. The method of manufacturing a semiconductor device according to appendix 1, wherein:
(Appendix 3)
The first resist pattern and the third resist pattern are exposed by a first exposure mask, and the second resist pattern and the fourth resist pattern are exposed by a second exposure mask. The method for manufacturing a semiconductor device according to appendix 2.
(Appendix 4)
The first resist pattern covers a peripheral portion of each element isolation region included in the second region and exposes a central portion, and the second resist pattern includes individual portions included in the first region. 5. The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 1 to 4, wherein the peripheral portion of the element isolation region is covered and the central portion is exposed.
(Appendix 5)
5. The method of manufacturing a semiconductor device according to appendix 4, wherein in the individual element isolation regions, the central portion and the peripheral portion have different compositions.
(Appendix 6)
Forming an element isolation region having an STI structure on a silicon substrate;
Covering the silicon substrate with a first resist pattern that exposes the element isolation region, and selectively introducing a first impurity element into the element isolation region by ion implantation using the first resist pattern as a mask; When,
A second impurity element is introduced into the first region of the silicon substrate by ion implantation in a state where the second region of the silicon substrate is covered with a second resist pattern, and a first conductive element is introduced into the first region. Forming a first well having a mold;
A third impurity element having a conductivity type opposite to that of the first impurity element is introduced into the second region of the silicon substrate by ion implantation in a state where the element region is covered with a third resist pattern; Forming a second well having a second conductivity type opposite to the first conductivity type in the second region,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the first impurity element has an atomic weight equal to or larger than an atomic weight of an impurity element having a larger atomic weight among the second and third impurity elements.
(Appendix 7)
The step of forming the element isolation region includes a step of forming a fourth resist pattern that exposes a portion where the element isolation region is formed on the silicon substrate, and etching the silicon substrate using the fourth resist pattern as a mask. A step of forming an element isolation groove, a step of filling the element isolation groove with an insulating film, a step of chemically mechanically polishing the insulating film, and forming an element isolation insulating film in the element isolation groove. The method for manufacturing a semiconductor device according to appendix 6, wherein the fourth resist pattern is formed using the same exposure mask as the first resist pattern.
(Appendix 8)
8. The method of manufacturing a semiconductor device according to appendix 6 or 7, wherein the first impurity element is In or As.
(Appendix 9)
Further, after the formation of the first and second wells, the first element region defined by the element isolation region in the first region of the silicon substrate, and the second region of the silicon substrate in the second region Forming first and second gate electrodes respectively in a second element region defined by the element isolation region;
The silicon substrate is covered with a fifth resist pattern that exposes the first region, the fourth impurity element of the second conductivity type is formed in the first element region, and the third resist pattern is used as a mask. Forming the first and second diffusion regions having the second conductivity type in the first element region adjacent to the left and right of the first gate electrode, respectively,
The silicon substrate is covered with a sixth resist pattern that exposes the second region, the fifth impurity element of the second conductivity type is formed in the second element region, and the fourth resist pattern is used as a mask. Forming the first and second diffusion regions having the first conductivity type in the second element region adjacent to the left and right sides of the second gate electrode, respectively.
The manufacturing method of the semiconductor device as described in any one of the supplementary notes 6-8 characterized by including.

従来の半導体装置の製造工程を示す図(その1)である。It is FIG. (1) which shows the manufacturing process of the conventional semiconductor device. 従来の半導体装置の製造工程を示す図(その2)である。It is FIG. (2) which shows the manufacturing process of the conventional semiconductor device. 従来の半導体装置の製造工程を示す図(その3)である。It is FIG. (3) which shows the manufacturing process of the conventional semiconductor device. 従来の半導体装置の製造工程を示す図(その4)である。It is FIG. (4) which shows the manufacturing process of the conventional semiconductor device. 従来の半導体装置の製造工程を示す図(その5)である。It is FIG. (5) which shows the manufacturing process of the conventional semiconductor device. 従来の半導体装置の製造工程を示す図(その6)である。It is FIG. (6) which shows the manufacturing process of the conventional semiconductor device. 従来の半導体装置の製造工程を示す図(その7)である。It is FIG. (7) which shows the manufacturing process of the conventional semiconductor device. 従来の半導体装置の製造工程を示す図(その8)である。It is FIG. (The 8) which shows the manufacturing process of the conventional semiconductor device. 従来の半導体装置の製造工程を示す図(その9)である。It is FIG. (9) which shows the manufacturing process of the conventional semiconductor device. 従来の半導体装置の製造工程を示す図(その10)である。It is FIG. (10) which shows the manufacturing process of the conventional semiconductor device. 従来の半導体装置の製造工程を示す図(その11)である。It is FIG. (11) which shows the manufacturing process of the conventional semiconductor device. 従来の半導体装置の製造工程を示す図(その12)である。It is FIG. (12) which shows the manufacturing process of the conventional semiconductor device. 従来の半導体装置の製造工程を示す図(その13)である。It is FIG. (13) which shows the manufacturing process of the conventional semiconductor device. 従来の半導体装置の製造工程を示す図(その14)である。It is FIG. (14) which shows the manufacturing process of the conventional semiconductor device. 一実施形態の課題を説明する図である。It is a figure explaining the subject of one Embodiment. 一実施形態の課題を説明する別の図である。It is another figure explaining the subject of one Embodiment. 第1の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図(その1)である。FIG. 6 is a diagram (part 1) illustrating a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment; 第1の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図(その2)である。FIG. 9 is a diagram (part 2) illustrating a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment; 第1の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図(その3)である。FIG. 6 is a diagram (No. 3) for illustrating a manufacturing step of the semiconductor device according to the first embodiment; 第1の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図(その4)である。FIG. 6 is a diagram (part 4) illustrating a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment; 第1の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図(その5)である。FIG. 8 is a diagram (No. 5) for illustrating a manufacturing step of the semiconductor device according to the first embodiment; 第1の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図(その6)である。FIG. 6 is a view (No. 6) illustrating a manufacturing step of the semiconductor device according to the first embodiment; 第1の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図(その7)である。FIG. 7 is a view (No. 7) for illustrating a manufacturing step of the semiconductor device according to the first embodiment; 第1の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図(その8)である。FIG. 8 is a diagram (No. 8) for illustrating a manufacturing step of the semiconductor device according to the first embodiment; 第1の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図(その9)である。FIG. 9 is a diagram (No. 9) for illustrating a manufacturing step of the semiconductor device according to the first embodiment; 第1の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図(その10)である。FIG. 10 is a diagram (No. 10) for illustrating a manufacturing step of the semiconductor device according to the first embodiment; 第1の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図(その11)である。FIG. 11 is a view (No. 11) showing a manufacturing step of the semiconductor device according to the first embodiment; 第1の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図(その12)である。FIG. 12 is a view (No. 12) showing a manufacturing step of the semiconductor device according to the first embodiment; 第1の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図(その13)である。FIG. 13 is a view (No. 13) showing a manufacturing step of the semiconductor device according to the first embodiment; 第1の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図(その14)である。It is FIG. (14) which shows the manufacturing process of the semiconductor device by 1st Embodiment. 第1の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図(その15)である。FIG. 15 is a view (No. 15) showing a manufacturing step of the semiconductor device according to the first embodiment; 第1の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図(その16)である。It is FIG. (16) which shows the manufacturing process of the semiconductor device by 1st Embodiment. 第1の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図(その17)である。FIG. 17 is a view (No. 17) showing a manufacturing step of the semiconductor device according to the first embodiment; 第1の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図(その18)である。It is FIG. (18) which shows the manufacturing process of the semiconductor device by 1st Embodiment. 第1の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図(その19)である。FIG. 19 is a diagram (19) illustrating the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment; 第1の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図(その20)である。FIG. 20 is a view (No. 20) illustrating the process for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment; 第2の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図(その1)である。FIG. 10 is a diagram (part 1) illustrating a manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment; 第2の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図(その2)である。FIG. 11 is a diagram (part 2) illustrating a manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment; 第2の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図(その3)である。FIG. 11 is a diagram (No. 3) for illustrating a manufacturing step of the semiconductor device according to the second embodiment; 第2の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図(その4)である。FIG. 14 is a diagram (No. 4) for illustrating a manufacturing step of the semiconductor device according to the second embodiment; 第2の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図(その5)である。It is FIG. (5) which shows the manufacturing process of the semiconductor device by 2nd Embodiment. 第2の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図(その6)である。It is FIG. (6) which shows the manufacturing process of the semiconductor device by 2nd Embodiment. 第3の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図(その1)である。It is FIG. (1) which shows the manufacturing process of the semiconductor device by 3rd Embodiment. 第3の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図(その2)である。It is FIG. (2) which shows the manufacturing process of the semiconductor device by 3rd Embodiment. 第3の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図(その3)である。FIG. 10 is a diagram (No. 3) for illustrating a manufacturing step of the semiconductor device according to the third embodiment; 第3の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図(その4)である。It is FIG. (4) which shows the manufacturing process of the semiconductor device by 3rd Embodiment. 第3の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図(その5)である。It is FIG. (5) which shows the manufacturing process of the semiconductor device by 3rd Embodiment. 第4の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図(その1)である。It is FIG. (1) which shows the manufacturing process of the semiconductor device by 4th Embodiment. 第4の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図(その2)である。It is FIG. (2) which shows the manufacturing process of the semiconductor device by 4th Embodiment. 第4の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図(その3)である。It is FIG. (The 3) which shows the manufacturing process of the semiconductor device by 4th Embodiment. 第4の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図(その4)である。It is FIG. (4) which shows the manufacturing process of the semiconductor device by 4th Embodiment. 第4の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図(その5)である。It is FIG. (5) which shows the manufacturing process of the semiconductor device by 4th Embodiment. 第4の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図(その6)である。It is FIG. (6) which shows the manufacturing process of the semiconductor device by 4th Embodiment. 第4の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図(その7)である。It is FIG. (The 7) which shows the manufacturing process of the semiconductor device by 4th Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

11,21 シリコン基板
11A,11B,21A,21B 素子領域
11T,21T 素子分離溝
12,22 パッド酸化膜
13,23 シリコン窒化膜
13A,23A 開口部
14,24 シリコン酸化膜
14IA,14IB,21A,21B 素子分離酸化膜
15,22G ゲート絶縁膜
16G,23 ポリシリコン膜
17,24 反射防止膜
18,R1,R2,R21A,R21B,R22 レジスト膜
21a,21c ソースエクステンション領域
21b,21d ドレインエクステンション領域
21e,21g ソース領域
21f,21h ドレイン領域
21WA p型ウェル
21WB n型ウェル
21thA p型チャネルドープ領域
21thB n型チャネルドープ領域
22S 犠牲酸化膜
23GA,23GB ゲート電極
23GAw,23GBw ゲート電極側壁絶縁膜
25 絶縁膜
25A,25B,25C,25D コンタクトプラグ
24L ライナ膜
31 シリコン窒化膜
R21a,R21b,R23Ao,R23Bo,R23a,R23b レジスト開口部
11, 21 Silicon substrate 11A, 11B, 21A, 21B Element region 11T, 21T Element isolation groove 12, 22 Pad oxide film 13, 23 Silicon nitride film 13A, 23A Opening 14, 24 Silicon oxide film 14IA, 14IB, 21A, 21B Element isolation oxide film 15, 22G Gate insulating film 16G, 23 Polysilicon film 17, 24 Antireflection film 18, R1, R2, R21A, R21B, R22 Resist film 21a, 21c Source extension region 21b, 21d Drain extension region 21e, 21g Source region 21f, 21h Drain region 21WA p-type well 21WB n-type well 21thA p-type channel doped region 21thB n-type channel doped region 22S sacrificial oxide film 23GA, 23GB gate electrode 23GAw, 2 GBw gate electrode side wall insulating film 25 insulating film 25A, 25B, 25C, 25D contact plugs 24L liner film 31 a silicon nitride film R21a, R21b, R23Ao, R23Bo, R23a, R23b resist opening

Claims (6)

シリコン基板上にSTI構造を有する素子分離領域を形成する工程と、
前記シリコン基板の第1の領域に第1の不純物元素を、前記シリコン基板の第2の領域を第1のレジストパターンで覆った状態で第1のイオン注入工程により導入し、前記第1の領域に第1導電型を有する第1のウェルを形成する工程と、
前記シリコン基板の第2の領域に、前記第1の不純物元素に対して逆導電型の不純物元素である第2の不純物元素を、前記素子領域を第2のレジストパターンで覆った状態で第2のイオン注入工程により導入し、前記第2の領域に前記第1導電型と逆の第2導電型を有する第2のウェルを形成する工程と、
を含み、
前記第1のレジストパターンには、前記素子分離領域のうち前記第2の領域に含まれる素子分離領域を露出する第1の開口部が形成されており、
前記第1のウェルを形成する工程では、前記素子分離領域のうち、前記第1の開口部で露出された部分に前記第1の不純物元素が前記第1のイオン注入工程により導入され、
前記第2のレジストパターンには、前記素子分離領域のうち前記第1の領域に含まれる素子分離領域を露出する第2の開口部が形成されており、
前記第2のウェルを形成する工程では、前記素子分離領域のうち、前記第2の開口部で露出された部分に前記第2の不純物元素が前記第2のイオン注入工程により導入されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming an element isolation region having an STI structure on a silicon substrate;
A first impurity element is introduced into the first region of the silicon substrate by a first ion implantation process in a state where the second region of the silicon substrate is covered with a first resist pattern, and the first region is introduced. Forming a first well having a first conductivity type in
In the second region of the silicon substrate, a second impurity element which is an impurity element having a conductivity opposite to that of the first impurity element is applied to the second region in a state where the element region is covered with a second resist pattern. Forming a second well having a second conductivity type opposite to the first conductivity type in the second region,
Including
The first resist pattern has a first opening that exposes an element isolation region included in the second region of the element isolation regions,
In the step of forming the first well, the first impurity element is introduced into the portion of the element isolation region exposed in the first opening by the first ion implantation step,
The second resist pattern has a second opening that exposes an element isolation region included in the first region of the element isolation regions,
In the step of forming the second well, the second impurity element is introduced into the portion of the element isolation region exposed at the second opening by the second ion implantation step. A method of manufacturing a semiconductor device.
さらに前記第1および第2のウェルの形成の後、前記シリコン基板の前記第1の領域において前記素子分離領域により画成される第1の素子領域、および前記シリコン基板の前記第2の領域において前記素子分離領域により画成される第2の素子領域に、それぞれ第1および第2のゲート電極を形成する工程と、
前記シリコン基板を、前記第1の領域を露出する第3のレジストパターンで覆い、前記第1の素子領域に前記第2導電型の第3の不純物元素を、前記第3のレジストパターンをマスクとした第3のイオン注入工程により導入し、前記第1の素子領域中、前記第1のゲート電極の左右に隣接して、前記第2導電型を有する第1および第2の拡散領域をそれぞれ形成する工程と、
前記シリコン基板を、前記第2の領域を露出する第4のレジストパターンで覆い、前記第2の素子領域に前記第2導電型の第4の不純物元素を、前記第4のレジストパターンをマスクとした第4のイオン注入工程により導入し、前記第2の素子領域中、前記第2のゲート電極の左右に隣接して、前記第1導電型を有する第1および第2の拡散領域をそれぞれ形成する工程と、
を含み、
前記第3のレジストパターンには、前記素子分離領域のうち前記第2の素子領域を画成する素子分離領域を露出する第3の開口部が形成されており、
前記第1および第2の拡散領域を形成する工程では、前記素子分離領域のうち、前記第3の開口部で露出された部分に前記第3の不純物元素が前記第3のイオン注入工程により導入され、
前記第4のレジストパターンには、前記素子分離領域のうち前記第1の素子領域を画成する素子分離領域を露出する第4の開口部が形成されており、
前記第3および第4の拡散領域を形成する工程では、前記素子分離領域のうち、前記第4の開口部で露出された部分に前記第4の不純物元素が前記第4のイオン注入工程により導入されることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
Further, after the formation of the first and second wells, in the first element region defined by the element isolation region in the first region of the silicon substrate, and in the second region of the silicon substrate Forming first and second gate electrodes respectively in a second element region defined by the element isolation region;
The silicon substrate is covered with a third resist pattern that exposes the first region, the second impurity element of the second conductivity type is formed in the first element region, and the third resist pattern is used as a mask. The first and second diffusion regions having the second conductivity type are formed in the first element region adjacent to the left and right sides of the first gate electrode, respectively. And a process of
The silicon substrate is covered with a fourth resist pattern that exposes the second region, the second element region is filled with the fourth impurity element of the second conductivity type, and the fourth resist pattern is used as a mask. In the second element region, first and second diffusion regions having the first conductivity type are formed adjacent to the left and right sides of the second gate electrode, respectively. And a process of
Including
In the third resist pattern, a third opening that exposes an element isolation region that defines the second element region of the element isolation region is formed,
In the step of forming the first and second diffusion regions, the third impurity element is introduced into the portion of the element isolation region exposed at the third opening by the third ion implantation step. And
The fourth resist pattern is formed with a fourth opening that exposes an element isolation region that defines the first element region of the element isolation region.
In the step of forming the third and fourth diffusion regions, the fourth impurity element is introduced into the portion of the element isolation region exposed at the fourth opening by the fourth ion implantation step. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein:
前記第1のレジストパターンと前記第3のレジストパターンは第1の露光マスクにより露光され、前記第2のレジストパターンと前記第4のレジストパターンは、第2の露光マスクにより露光されることを特徴とする請求項2記載の半導体装置の製造方法。   The first resist pattern and the third resist pattern are exposed by a first exposure mask, and the second resist pattern and the fourth resist pattern are exposed by a second exposure mask. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2. 前記第1のレジストパターンは、前記第2の領域に含まれる個々の素子分離領域の周辺部を覆い中央部を露出し、前記第2のレジストパターンは、前記第1の領域に含まれる個々の素子分離領域の周辺部を覆い中央部を露出することを特徴とする請求項1〜4のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。   The first resist pattern covers a peripheral portion of each element isolation region included in the second region and exposes a central portion, and the second resist pattern includes individual portions included in the first region. 5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a peripheral portion of the element isolation region is covered and a central portion is exposed. シリコン基板上にSTI構造を有する素子分離領域を形成する工程と、
前記シリコン基板を、前記素子分離領域を露出する第1のレジストパターンで覆い、前記第1のレジストパターンをマスクに、前記素子分離領域に選択的に第1の不純物元素をイオン注入により導入する工程と、
前記シリコン基板の第1の領域に第2の不純物元素を、前記シリコン基板の第2の領域を第2のレジストパターンで覆った状態でイオン注入により導入し、前記第1の領域に第1導電型を有する第1のウェルを形成する工程と、
前記シリコン基板の第2の領域に、前記第1の不純物元素に対して逆導電型の第3の不純物元素を、前記素子領域を第3のレジストパターンで覆った状態でイオン注入により導入し、前記第2の領域に前記第1導電型と逆の第2導電型を有する第2のウェルを形成する工程と、を含み、
前記第1の不純物元素は、前記第2および第3の不純物元素のうち、より大きな原子量を有する不純物元素の原子量に等しいか、より大きな原子量を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming an element isolation region having an STI structure on a silicon substrate;
Covering the silicon substrate with a first resist pattern that exposes the element isolation region, and selectively introducing a first impurity element into the element isolation region by ion implantation using the first resist pattern as a mask; When,
A second impurity element is introduced into the first region of the silicon substrate by ion implantation in a state where the second region of the silicon substrate is covered with a second resist pattern, and a first conductive element is introduced into the first region. Forming a first well having a mold;
A third impurity element having a conductivity type opposite to that of the first impurity element is introduced into the second region of the silicon substrate by ion implantation in a state where the element region is covered with a third resist pattern; Forming a second well having a second conductivity type opposite to the first conductivity type in the second region,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the first impurity element has an atomic weight equal to or larger than an atomic weight of an impurity element having a larger atomic weight among the second and third impurity elements.
前記第1の不純物元素は、InまたはAsであることを特徴とする請求項5記載の半導体装置の製造方法。   6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the first impurity element is In or As.
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