JP2013247129A - Method of manufacturing semiconductor substrate having isolation, method of manufacturing semiconductor device, and semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、素子分離部を備えた半導体基板の製造方法、半導体装置の製造方法、及び半導体装置に係り、特に、同一半導体基板上にメモリ部及びロジック部等を形成する際に発生する素子分離膜の形成不良を回避するのに好適な素子分離部を備えた半導体基板の製造方法、半導体装置の製造方法、及び半導体装置に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor substrate having an element isolation portion, a method for manufacturing a semiconductor device, and a semiconductor device, and in particular, element isolation that occurs when a memory portion, a logic portion, and the like are formed on the same semiconductor substrate. The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor substrate having an element isolation portion suitable for avoiding film formation defects, a method for manufacturing a semiconductor device, and a semiconductor device.
半導体装置においては、例えばメモリ装置とロジック装置を1つのチップに形成することで、小型化、低電力化、高速化、及びEMI(Electro Magnetic Intererance)ノイズの低減化等が図られている。 In a semiconductor device, for example, a memory device and a logic device are formed on a single chip, so that downsizing, low power consumption, high speed, and EMI (Electro Magnetic Interference) noise are reduced.
同一半導体基板上にメモリ部とロジック部とを形成するには、例えば、特許文献1に記載のように、半導体基板にSTI(Shallow Trench Isolation)と呼ばれる半導体素子分離部を形成して、メモリ部とロジック部とを電気的に分離する必要がある。 In order to form the memory portion and the logic portion on the same semiconductor substrate, for example, as described in Patent Document 1, a semiconductor element isolation portion called STI (Shallow Trench Isolation) is formed on the semiconductor substrate, and the memory portion And the logic part must be electrically separated.
このようなSTIを形成するためには、各種膜形成工程とエッチング工程とが繰り返し行われる。さらに、このようなメモリの製造にあたっては、メモリ部を形成すると共に、同一基板上でメモリ形成領域以外のロジック部等の周辺回路の形成も行われる。 In order to form such an STI, various film forming steps and etching steps are repeatedly performed. Further, in manufacturing such a memory, a memory portion is formed and peripheral circuits such as a logic portion other than the memory formation region are formed on the same substrate.
この際、メモリ形成領域とロジック部形成領域との製造工程は必ずしも同じではないため、メモリ形成領域の形成のみ行う工程、及びロジック部形成領域の形成のみ行う工程が混在している。そのため、それぞれの部分のみを単独で形成する工程に比べて、メモリ部分と周辺回路の形成をまとめて行う工程では、その工程数が増加する。 At this time, since the manufacturing process of the memory formation region and the logic part formation region is not necessarily the same, a process of forming only the memory formation area and a process of forming only the logic part formation region are mixed. Therefore, the number of processes increases in the process of forming the memory part and the peripheral circuit together as compared to the process of forming each part alone.
メモリ部分の形成のためのエッチングを行なう際、STIの表面も当該エッチングにより削られて減少する。そして、繰り返しSTIがエッチングされる結果、基板よりもSTIの減少が顕著になった場合、ジャンクション部が露出するため、ジャンクションリーク電流の増加やショートが発生する。またそれに付随して、メモリの誤書き込みなども発生する。 When etching for forming the memory portion is performed, the surface of the STI is also reduced by the etching. As a result of repeated etching of the STI, when the decrease of the STI becomes more significant than that of the substrate, the junction portion is exposed, resulting in an increase in junction leakage current and a short circuit. Accompanying this, erroneous writing of the memory also occurs.
また、STI表面が基板表面より高い場合で、その段差が増加した場合、段差部分の膜が除去しきれず、後工程でごみになる可能性がある。すなわち、段差部分やディボット部にプロセス中の物質、例えばサイドウォールの酸化膜や窒化膜が残り、後工程で剥がれてくるとごみになるおそれがある。 Further, when the STI surface is higher than the substrate surface and the level difference is increased, the film at the level difference portion cannot be completely removed, and there is a possibility that it will become dust in a subsequent process. That is, a substance in process, for example, an oxide film or a nitride film on the sidewall, remains on the stepped part or the divot part, and there is a possibility that it will become dust if it is peeled off in a subsequent process.
また、先に述べたように、メモリ部分と周辺回路部分の形成を行なう場合、全体工程数が増加し、どちらかの部分のみを形成する工程の間も、その工程の影響が他の部分へも及ぶ。これによってSTIがエッチングされる工程数がさらに増加し、上記のような問題点がますます大きくなる。 Further, as described above, when the memory portion and the peripheral circuit portion are formed, the total number of processes is increased, and the influence of the process is transferred to other parts during the process of forming only one of the parts. It also extends. This further increases the number of steps in which the STI is etched, and the above problems are further increased.
このような問題を解決して、STI酸化膜が過剰に減少することを防止する技術が特許文献2に開示されている。 Patent Document 2 discloses a technique for solving such a problem and preventing the STI oxide film from excessively decreasing.
特許文献2においては、ワードゲートとコントロールゲートとを含むスプリットゲートタイプのMONOS型フラッシュメモリの製造方法として、STIによって分離された半導体基板の不純物拡散層上に、酸化膜を挟んだワードゲートを形成する工程と、STIとワードゲートが形成された半導体基板の表面全体に酸化膜、窒化膜、及び酸化膜の順に成膜されるONO層を形成する工程と、ONO層の上にコントロールゲート用導電膜を形成する工程と、コントロールゲート用導電膜の表面全体にマスク用絶縁膜を形成する工程と、を含む製造方法が記載されている。そして、特許文献2では、STI酸化膜の高さを調整するに当たり、ドライエッチングを複数回使用することで調整を行なっている。 In Patent Document 2, as a method of manufacturing a split gate type MONOS type flash memory including a word gate and a control gate, a word gate sandwiching an oxide film is formed on an impurity diffusion layer of a semiconductor substrate separated by STI. A step of forming an ONO layer formed in the order of an oxide film, a nitride film, and an oxide film on the entire surface of the semiconductor substrate on which the STI and the word gate are formed, and a control gate conductive layer on the ONO layer. A manufacturing method including a step of forming a film and a step of forming a mask insulating film over the entire surface of the control gate conductive film is described. And in patent document 2, in adjusting the height of a STI oxide film, it adjusts by using dry etching in multiple times.
上述したように、特許文献2では、STI酸化膜の高さを調整するに当たり、ドライエッチングを複数回使用することで調整を行なっている。しかしながら、ドライエッチングでSTI酸化膜の高さ調整を行なう場合、時間調整でのハーフエッチングとなるため、高さ調整のばらつきを少なくするよう制御することは容易ではない。 As described above, in Patent Document 2, adjustment of the height of the STI oxide film is performed by using dry etching a plurality of times. However, when the height of the STI oxide film is adjusted by dry etching, it is half-etched by time adjustment, and therefore it is not easy to control so as to reduce variations in height adjustment.
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、ばらつきの少ないSTI酸化膜の高さ調整を少ない工数で容易に行なうことを可能とし、例えば、同一半導体基板上にメモリ部とロジック部とを形成する際にも素子分離膜の形成不良が発生するのを防ぐことにより、歩留まりの低下を回避させることを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and makes it possible to easily adjust the height of an STI oxide film with little variation with a small number of man-hours. An object of the present invention is to prevent a decrease in yield by preventing the formation of an element isolation film from occurring even when forming a logic portion.
上記目的を達成するため、本発明の素子分離部を備えた半導体基板の製造方法は、半導体基板上に第1の素子群を形成する第1の領域と第2の素子群を形成する第2の領域とで膜厚が異なる第1の絶縁膜を形成する成膜工程と、前記第1の絶縁膜に対し、前記半導体基板に素子分離部を形成するためのパターンを形成し、形成したパターンに応じて前記半導体基板に前記素子分離部を形成するための開口部を複数形成する開口部形成工程と、前記第1の絶縁膜を覆う第2の絶縁膜を形成して前記開口部の各々に前記第2の絶縁膜を埋め込む埋め込み工程と、前記第1の領域における前記第1の絶縁膜の表面にあわせて前記第2の絶縁膜を平坦化すると共に、前記第2の領域における前記第1の絶縁膜の表面にあわせて前記第2の絶縁膜を平坦化する平坦化工程と、前記第1の領域及び前記第2の領域における前記第1の絶縁膜の各々の表面にあわせて前記第2の絶縁膜を平坦化する平坦化工程と、平坦化された前記第2の絶縁膜を表面側から一様に除去して前記第1の絶縁膜を露出させる露出工程と、露出した前記第1の絶縁膜を除去する除去工程と、前記半導体基板の表面に対する前記第1の領域及び前記第2の領域の各々における前記第2の絶縁膜の高さを調整する調整工程と、を含む。 In order to achieve the above object, a method of manufacturing a semiconductor substrate having an element isolation portion according to the present invention includes a first region for forming a first element group and a second element group for forming a second element group on the semiconductor substrate. Forming a first insulating film having a thickness different from that of the region, and forming a pattern for forming an element isolation portion on the semiconductor substrate with respect to the first insulating film. And forming an opening for forming a plurality of openings for forming the element isolation portion in the semiconductor substrate, and forming a second insulating film covering the first insulating film to form each of the openings. And embedding the second insulating film, planarizing the second insulating film in accordance with the surface of the first insulating film in the first region, and the second region in the second region. Flatten the second insulating film to the surface of the first insulating film Flattening step, flattening step of flattening the second insulating film in accordance with each surface of the first insulating film in the first region and the second region, and flattening An exposure step of uniformly removing the second insulating film from the surface side to expose the first insulating film; a removing step of removing the exposed first insulating film; and a surface of the semiconductor substrate. Adjusting the height of the second insulating film in each of the first region and the second region.
一方、上記目的を達成するため、本発明の半導体装置の製造方法は、前記素子分離部を備えた半導体基板の製造方法により前記素子分離部を備えた半導体基板を形成する工程と、前記半導体基板上の前記第1の領域に前記第1の素子群を、前記第2の領域に第2の素子群を形成する工程と、を含む。 On the other hand, in order to achieve the above object, a method of manufacturing a semiconductor device of the present invention includes a step of forming a semiconductor substrate having the element isolation portion by a method of manufacturing a semiconductor substrate having the element isolation portion, and the semiconductor substrate. Forming the first element group in the first region and forming the second element group in the second region.
また、上記目的を達成するため、本発明の半導体装置の製造方法は、前記素子分離部を備えた半導体基板の製造方法により、前記第1の領域における前記第2の絶縁膜の膜厚が前記第2の領域における前記第2の絶縁膜の膜厚より厚くなるように薄膜化して前記素子分離部を備えた半導体基板を形成する工程と、前記半導体基板上の前記第1の領域にロジック回路を、前記第2の領域にメモリ回路を形成する工程と、を含む。 In order to achieve the above object, according to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the thickness of the second insulating film in the first region is determined by the method for manufacturing a semiconductor substrate having the element isolation portion. Forming a semiconductor substrate having the element isolation portion by making the film thinner than the thickness of the second insulating film in the second region; and a logic circuit in the first region on the semiconductor substrate. Forming a memory circuit in the second region.
一方、上記目的を達成するため、本発明の半導体装置は、前記半導体装置の製造方法で製造される。
製造される。
On the other hand, in order to achieve the above object, the semiconductor device of the present invention is manufactured by the manufacturing method of the semiconductor device.
Manufactured.
本発明によれば、半導体基板上にSTIを形成する工程において、半導体基板面に対するSTI面の高さを、領域毎に異なる高さで形成することが可能である。このことにより、例えば、エッジング処理等の工数が多いロジック部を形成する領域におけるSTI面の高さを、メモリ部を形成する領域におけるSTIの高さより高くすることが、少ない工数で容易に行なうことが可能となり、同一半導体基板上にメモリ部とロジック部とを形成する際に素子分離膜の形成不良が発生するのを防ぐことができ、歩留まりの低下を回避させることが可能となる。 According to the present invention, in the step of forming the STI on the semiconductor substrate, it is possible to form the STI surface with respect to the semiconductor substrate surface at different heights for each region. As a result, for example, the height of the STI surface in the region where the logic portion where the man-hour such as the edging process is large is made higher than the height of the STI in the region where the memory portion is formed can be easily performed with a small man-hour. Therefore, it is possible to prevent a formation defect of the element isolation film when the memory portion and the logic portion are formed on the same semiconductor substrate, and it is possible to avoid a decrease in yield.
以下、図を用いて本発明の実施の形態について説明する。図1及び図2は、本実施の形態に係る半導体装置に用いる素子分離部を備えた半導体基板の製造方法の工程例を示している。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 and 2 show a process example of a method for manufacturing a semiconductor substrate provided with an element isolation portion used in the semiconductor device according to the present embodiment.
本実施の形態に係る半導体装置は、1つの半導体基板上にメモリセル部とロジック回路部とを混在させて形成するものである。以下、半導体基板としてシリコン基板を用いた場合を例にして説明する。 The semiconductor device according to this embodiment is formed by mixing a memory cell portion and a logic circuit portion on one semiconductor substrate. Hereinafter, a case where a silicon substrate is used as a semiconductor substrate will be described as an example.
図1に示す第1の工程では、シリコン基板101上にシリコン酸化膜102を形成し、シリコン酸化膜102上にシリコン窒化膜103を形成する。
In the first step shown in FIG. 1, a
第2の工程では、シリコン窒化膜103上において、ロジック回路部のみを覆うようにホトレジスト104を形成する。
In the second step, a photoresist 104 is formed on the
第3の工程では、このホトレジスト104をマスクとし、シリコン窒化膜103をドライエッチングで薄膜化する。その後、ホトレジスト104をレジスト剥離液を用いて剥離する。
In the third step, the
ここで、ドライエッチングする膜厚は、メモリセル部やロジック回路部の素子形成後に、シリコン基板面とSTI面との段差が大きくなるロジック回路部の領域の段差分と、段差が小さいメモリセル部の領域の段差分との差分とする。 Here, the film thickness to be dry-etched is the amount of the step in the logic circuit region where the step between the silicon substrate surface and the STI surface becomes large after the formation of the memory cell portion or logic circuit portion, and the memory cell portion in which the step is small. The difference from the level difference of the area is.
例えば、ロジック回路部の領域の段差分が126nmで、メモリセル部の領域の段差分が40nmであれば、その差(126nm−40nm=86nm)を、ドライエッチングする膜厚とする。 For example, if the step in the logic circuit region is 126 nm and the step in the memory cell region is 40 nm, the difference (126 nm−40 nm = 86 nm) is the film thickness for dry etching.
このように、第3の工程では、シリコン窒化膜103の膜厚を、シリコン基板101上のロジック回路部を形成する第1の領域とメモリセル部を形成する第2の領域とで異なるように薄膜化する。ここでは、第1の領域におけるシリコン窒化膜103の膜厚を第2の領域におけるシリコン窒化膜103の膜厚より厚くする。
Thus, in the third step, the film thickness of the
第4の工程では、シリコン窒化膜103に対し、シリコン基板101にSTI(素子分離部)を形成するためのパターンを形成し、さらに、形成したパターンに応じてシリコン基板101にSTI(素子分離部)を形成するための開口部を複数形成してトレンチパターン105を形成する。なお、ここでは、トレンチパターン105が形成されたシリコン基板101をシリコン基板106と記載している。
In the fourth step, a pattern for forming an STI (element isolation portion) is formed on the
第5の工程では、シリコン基板106のトレンチパターン105部分を酸化させてシリコン基板106上及びシリコン窒化膜103上にシリコン酸化膜107を形成する。
In the fifth step, the
次に、図2に示す第6の工程では、HDP−CVD(High Density Plasma −Chemical Vapor Deposition)法によりシリコン酸化膜108を、ロジック回路部とメモリセル部を覆うようにして、トレンチパターン内に埋め込む。図2における斜線部分がトレンチパターン内に埋め込まれたシリコン酸化膜108である。
Next, in the sixth step shown in FIG. 2, the
第7の工程では、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法により、シリコン窒化膜103上のシリコン酸化膜108を除去する。この際、シリコン窒化膜103をストッパ膜として平坦化する。
In the seventh step, the
この第7の工程での処理の結果、第3の工程でエッチングされたシリコン窒化膜103の膜厚差異により、メモリセル部とロジック回路部の、シリコン酸化膜108で充填された各々のSTI面に段差が生じる。
As a result of the processing in the seventh step, each STI surface filled with the
第8の工程では、HF処理によりシリコン酸化膜107及びシリコン酸化膜108をエッチングすることで、シリコン窒化膜103を露出させる。
In the eighth step, the
第9の工程では、露出されたシリコン窒化膜103に対して、熱燐酸処理を行い、シリコン窒化膜103を除去する。なお、シリコン窒化膜103を除去した後のシリコン基板101,106をシリコン基板109と記載し、シリコン酸化膜108をシリコン酸化膜110と記載する。
In the ninth step, the exposed
そして、第10の工程において、再びHF処理により、シリコン酸化膜110をエッチングすることで、第1の領域及び第2の領域の各々におけるシリコン酸化膜110の表面の、シリコン基板109の表面に対する高さを調整する。ここでは、メモリセル部が形成される第2の領域におけるシリコン酸化膜110の表面111がシリコン基板109の表面と同じになるように調整され、また、ロジック回路部が形成される第1の領域におけるシリコン酸化膜110の表面112は、シリコン基板109の表面より高くなるように調整されている。
In the tenth step, the
以上の製造工程により、シリコン基板109に、シリコン酸化膜110で充填された素子分離部、すなわちSTIが形成され、隣接する素子同士を電気的に分離することができる。
Through the above manufacturing process, an element isolation portion, that is, an STI filled with the
なお、第3の工程においてシリコン窒化膜103のエッチング膜厚を調整すること、及び第10の工程においてHF処理時間を調整することで、メモリセル部におけるシリコン酸化膜110の表面111とロジック回路部におけるシリコン酸化膜110の表面112の、シリコン基板109の表面に対する高さは、各々制御可能である。
The
以上のように、本実施の形態の半導体素子分離部の製造工程では、メモリセル部とロジック回路部の各々におけるCMPのストッパとなるシリコン窒化膜103に、エッチングにて膜厚差を付けることができ、メモリセル部とロジック回路部におけるシリコン基板面に対する酸化膜で充填されたSTI面の高さを各々制御することが可能となる。
As described above, in the manufacturing process of the semiconductor element isolation portion of the present embodiment, the
このようにして、上述の第10の工程により、メモリセル部が形成される第2の領域におけるシリコン酸化膜110、すなわちSTIの表面111がシリコン基板109の表面と等しく、また、ロジック回路部が形成される第1の領域におけるシリコン酸化膜110(STI)の表面112がシリコン基板109の表面より高く形成されたシリコン基板109上には、メモリセルとロジック回路が形成される。
In this manner, the
次に、図3A、図3B、及び図4を用いて、本実施の形態に係る半導体装置に用いる素子分離部を備えた半導体基板の製造方法の他の工程例を説明する。以下、半導体基板としてシリコン基板を用いた場合を例にして説明する。 Next, referring to FIGS. 3A, 3B, and 4, another example of the manufacturing method of the semiconductor substrate provided with the element isolation portion used in the semiconductor device according to the present embodiment will be described. Hereinafter, a case where a silicon substrate is used as a semiconductor substrate will be described as an example.
本実施の形態に係る半導体装置は、1つの半導体基板上にメモリセル部とロジック回路部を混在させて形成するものである。 The semiconductor device according to this embodiment is formed by mixing a memory cell portion and a logic circuit portion on one semiconductor substrate.
図3Aに示す第1の工程では、シリコン基板301上にシリコン酸化膜302を形成し、シリコン酸化膜302上にシリコン窒化膜303を形成する。
In the first step shown in FIG. 3A, a
なお、シリコン窒化膜303の膜厚は、シリコン基板301上にメモリセルやロジック回路等の素子を形成した後の、シリコン基板面と酸化膜で充填されたSTI面との段差に差異が大きい領域(ここではロジック回路部用の領域)と、素子形成後の、シリコン基板面と酸化膜で充填されたSTI面の段差に差異が小さい領域(ここではメモリセル部用の領域)の段差分とする。
Note that the thickness of the
次の第2の工程では、マスクを用いて、ロジック回路部用の第1の領域のみを覆うようにホトレジスト304を形成する。
In the next second step, a
第3の工程では、ホトレジスト304をマスクとし、シリコン基板301上のシリコン酸化膜302をストッパとして、ウェットエッチングもしくはドライエッチングにより、メモリセル回路用の第2の領域におけるシリコン窒化膜303を除去する。その後、ホトレジスト304をレジスト剥離液を用いて剥離する。
In the third step, the
次の図3Bに示す第4の工程では、全面に再度、シリコン窒化膜305を形成する。この際、第1の領域におけるシリコン窒化膜303の膜厚とシリコン窒化膜305の膜厚とを合算した膜厚は、所定の膜厚になるように設定される。
In the next fourth step shown in FIG. 3B, a
第5の工程では、シリコン窒化膜303,305に対し、シリコン基板301にSTI(素子分離部)を形成するためのパターンを形成し、さらに、形成したパターンに応じてシリコン基板301にSTI(素子分離部)を形成するための開口部を複数形成してトレンチパターン306を形成する。なお、ここでは、トレンチパターン305が形成されたシリコン基板301をシリコン基板307と記載している。
In the fifth step, a pattern for forming an STI (element isolation portion) is formed on the
第6の工程では、シリコン基板307におけるトレンチパターン306部分を酸化させてシリコン基板307上及びシリコン窒化膜305上にシリコン酸化膜308を形成する。
In the sixth step, the
次に、図4に示す第7の工程では、HDP−CVD法により、シリコン酸化膜309を、ロジック回路部とメモリセル部を覆うようにして、トレンチパターン内に埋め込む。
Next, in a seventh step shown in FIG. 4, a
第8の工程では、CMP法により、シリコン窒化膜303,305上のシリコン酸化膜309を、シリコン窒化膜303をストッパ膜として除去し平坦化する。
In the eighth step, the
その際、シリコン窒化膜303のみのエリア(第2の領域)と、シリコン窒化膜303,305の合算エリア(第1の領域)との各々の膜厚の差異により、メモリセル部(第2の領域)とロジック回路部(第1の領域)の、シリコン酸化膜309で充填された各々のSTI面に段差が生じる。
At that time, due to the difference in film thickness between the area of only the silicon nitride film 303 (second region) and the combined area of the
第9の工程では、HF処理によりシリコン酸化膜308及びシリコン酸化膜309をエッチングすることにより、シリコン酸化膜303,305を露出させる。
In the ninth step, the
第10の工程では、露出されたシリコン酸化膜303,305に対して、熱燐酸処理を行い、当該シリコン窒化膜303,305を除去する。なお、シリコン窒化膜303,305を除去した後のシリコン基板301,307をシリコン基板310と記載し、シリコン酸化膜309をシリコン酸化膜311と記載する。
In the tenth step, the exposed
そして、第11の工程において、再びHF処理により、シリコン酸化膜311をエッチングすることで、第1の領域及び第2の領域の各々におけるシリコン酸化膜311の表面のシリコン基板310の表面に対する高さを調整する。ここでは、メモリセル部が形成される第2の領域におけるシリコン酸化膜311の表面312がシリコン基板310の表面と同じになるように調整され、また、ロジック回路部が形成される第1の領域におけるシリコン酸化膜311の表面313は、シリコン基板310の表面より高くなるように調整されている。
In the eleventh step, the
以上の製造工程により、シリコン基板310上に、シリコン酸化膜311で充填された素子分離部(STI)が形成され、隣接する素子同士を電気的に分離することができる。
Through the above manufacturing process, an element isolation portion (STI) filled with the
図3,4において、なお、第2〜第4の工程によりシリコン窒化膜303,305のエッチング膜厚を調整すること、及び第11の工程においてHF処理時間を調整することで、メモリセル部におけるシリコン酸化膜311の表面312とロジック回路部におけるシリコン酸化膜311の表面313の、シリコン基板310表面に対する高さは、各々制御可能である。
In FIGS. 3 and 4, the etching film thickness of the
以上のように、図3及び図4で示した本実施の形態の半導体素子分離部の製造工程では、メモリセル部とロジック回路部の各々におけるCMPのストッパとなるシリコン窒化膜303,305を二度に分けて成膜することで、第1の領域と第2の領域に膜厚差を付けることができ、メモリセル部とロジック回路部におけるシリコン基板面に対する酸化膜で充填されたSTI面の高さを各々制御することが可能となる。
As described above, in the manufacturing process of the semiconductor element isolation portion according to the present embodiment shown in FIGS. 3 and 4, the
このようにして、上述の第11の工程により、メモリセル部が形成される第2の領域におけるシリコン酸化膜311(STI)の表面312がシリコン基板310の表面と等しく、また、ロジック回路部が形成される第1の領域におけるシリコン酸化膜311(STI)の表面313がシリコン基板310の表面より高く形成されたシリコン基板310上には、メモリセルとロジック回路が形成される。
In this way, the
図5では、図2における第10の工程または図4における第11の工程で形成されたシリコン基板上にロジック回路とメモリセルを形成した半導体装置の構成例を示している。 FIG. 5 shows a configuration example of a semiconductor device in which logic circuits and memory cells are formed over the silicon substrate formed in the tenth step in FIG. 2 or the eleventh step in FIG.
図5の例では、シリコン基板500の第1の領域501に、ロジックゲート501aとサイドウォール501bを含むロジック回路501cが形成され、第2の領域502に、ワードゲート502a、コントロールゲート502b、及びサイドウォール502cを含むメモリセル502dが形成された半導体装置503の構造が示されている。なお、図5では、シリコン基板500の第1の領域501におけるSTI(シリコン酸化膜)は除去されて平坦化されている。
In the example of FIG. 5, a
以下、図1〜図4で示した各工程により形成されたシリコン基板500の第1の領域501と第2の領域502にロジック回路とメモリセルを形成する工程を説明する。
Hereinafter, a process of forming a logic circuit and a memory cell in the
なお、このように、シリコン基板500上にロジック回路とメモリセルとを形成する工程は、例えば、前述の特許文献1,2等に記載の公知の技術を用いることができる。ここでは、前述の特許文献2に記載の技術で説明する。
In this way, for the process of forming the logic circuit and the memory cell on the
まず、STIにより素子分離したシリコン基板上の第2の領域で、スプリットゲートタイプのフラッシュメモリを形成する場合について説明する。なお、スプリットゲートタイプのフラッシュメモリとは、ゲートをワードゲートとコントロールゲートの2つに分割したタイプのフラッシュメモリである。 First, a case where a split gate type flash memory is formed in a second region on a silicon substrate, in which elements are separated by STI, will be described. The split gate type flash memory is a type of flash memory in which a gate is divided into a word gate and a control gate.
STIにより素子分離したシリコン基板上の第2の領域で当該フラッシュメモリを形成する場合、まず、STIによって分離されたシリコン基板上の表面の全体に酸化膜及びワードゲート(WG)用ポリシリコンを成膜し、これをエッチングしてワードゲートを形成する。 When the flash memory is formed in the second region on the silicon substrate separated by STI, first, an oxide film and polysilicon for word gate (WG) are formed on the entire surface of the silicon substrate separated by STI. Film and etch to form the word gate.
次に、全面に酸化膜、窒化膜、及び酸化膜を順に積層したONO層を成膜し、さらにコントロールゲート(CG)用のポリシリコン膜を成膜する。その後、ポリシリコン膜をエッチングしてコントロールゲートを形成する。そして、サイドウォール(SW)用の酸化膜を成膜し、それをエッチバックしてサイドウォールを形成する。 Next, an ONO layer in which an oxide film, a nitride film, and an oxide film are sequentially stacked is formed on the entire surface, and a polysilicon film for a control gate (CG) is further formed. Thereafter, the polysilicon film is etched to form a control gate. Then, an oxide film for sidewall (SW) is formed and etched back to form a sidewall.
なお、ポリシリコン膜をエッチングする際、及び、サイドウォール(SW)用の酸化膜をエッチバックする際のいずれにおいても、STIがエッチングされる。 Note that the STI is etched both when the polysilicon film is etched and when the sidewall (SW) oxide film is etched back.
次に、図1,2の工程で形成されたSTIにより素子分離したシリコン基板上の第1の領域で、周辺回路としてのロジック回路を形成する場合について説明する。 Next, a case where a logic circuit as a peripheral circuit is formed in the first region on the silicon substrate, which is element-isolated by the STI formed in the steps of FIGS.
STIにより素子分離したシリコン基板上で当該ロジック回路を形成する場合、まず、STIによって分離されたシリコン基板に、ロジック回路のゲート加工のためのレジストを形成してエッチングを行う。 When the logic circuit is formed on a silicon substrate separated by STI, a resist for gate processing of the logic circuit is first formed and etched on the silicon substrate separated by STI.
次に、ロジック回路のサイドウォール用酸化膜を成膜したのち、これをエッチングしてサイドウォールを形成する。なお、この工程では、ロジック回路周辺のSTIがエッチングされる。そして、電極用シリサイドを形成したのち、コンタクトを形成して構造部分が完成する。その後、配線工程が行なわれる。 Next, after forming an oxide film for a side wall of the logic circuit, this is etched to form a side wall. In this step, the STI around the logic circuit is etched. Then, after forming an electrode silicide, a contact is formed to complete the structural portion. Thereafter, a wiring process is performed.
このような工程により、図5に示す半導体装置505が製造される。 Through such steps, the semiconductor device 505 shown in FIG. 5 is manufactured.
以上、説明したように、本実施の形態では、半導体基板上にSTIを形成する工程において、STI構造形成時に、CMPのストップ膜に使用するシリコン窒化膜を、ホトレジストをマスクとしたドライエッチングにより部分的に薄膜化することで、シリコン基板面に対する酸化膜で充填されたSTI面の高さを各々制御可能としている。 As described above, in this embodiment, in the step of forming the STI on the semiconductor substrate, the silicon nitride film used as the CMP stop film is partially etched by dry etching using a photoresist as a mask when forming the STI structure. By making the film thinner, the height of the STI surface filled with the oxide film with respect to the silicon substrate surface can be controlled.
また、半導体基板上にSTIを形成する工程において、STI構造形成時に、CMPのストップ膜に使用するシリコン窒化膜を二度に分けて形成することで、シリコン基板面に対する酸化膜で充填されたSTI面の高さを各々制御可能としている。 In addition, in the step of forming the STI on the semiconductor substrate, the silicon nitride film used for the CMP stop film is formed twice at the time of forming the STI structure, so that the STI filled with the oxide film with respect to the silicon substrate surface is formed. The height of each surface can be controlled.
すなわち、半導体基板上にSTIを形成する工程において、CMP処理のストップ膜として使用するシリコン窒化膜を、領域毎に部分的に薄膜化することで、半導体基板面に対するSTI面の高さを、部分的に異なる高さで形成することが可能である。 That is, in the step of forming the STI on the semiconductor substrate, the silicon nitride film used as the CMP process stop film is partially thinned for each region, so that the height of the STI surface with respect to the semiconductor substrate surface is reduced. It is possible to form at different heights.
このことにより、例えば、エッジング処理等の工数が多いロジック部を形成する領域におけるSTI面の高さを、メモリ部を形成する領域におけるSTIの高さより高くすることを、少ない工数で容易に行なうことが可能となり、同一半導体基板上にメモリ部とロジック部を形成する際に素子分離膜の形成不良が発生するのを防ぐことができ、歩留まりの低下を回避させることが可能となる。 As a result, for example, the height of the STI surface in the region where the logic part where the man-hours such as the edging process are formed is higher than the height of the STI in the area where the memory part is formed can be easily performed with less man-hours. Therefore, it is possible to prevent a formation defect of the element isolation film from occurring when the memory portion and the logic portion are formed on the same semiconductor substrate, and it is possible to avoid a decrease in yield.
そして、半導体基板面に対するSTI面の高さを、素子形成後にチップ内全面で揃えることで、この段差の差異に起因としたトランジスタ特性への影響、例えば、NMOS CoreTrにおいてメモリ混載品がピュアロジック品よりオフリークが約1桁以上度高くなるとの問題、あるいは、消費電力が大きくなるとの問題を解消することができる。 Then, by aligning the height of the STI surface with respect to the semiconductor substrate surface over the entire surface of the chip after element formation, the influence on the transistor characteristics due to the difference in level difference, for example, the memory mixed product in the NMOS CoreTr is a pure logic product The problem that the off-leak becomes higher by about one digit or more or the problem that the power consumption increases can be solved.
なお、本発明は、各図を用いて説明した実施の形態例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。例えば、本例では、STI形成時のマスク膜としてシリコン酸化膜、シリコン窒化膜を用いたが、STI形成時のマスク膜として成りうる膜種であれば種類を問わない。 The present invention is not limited to the embodiments described with reference to the drawings, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. For example, in this example, a silicon oxide film and a silicon nitride film are used as a mask film at the time of STI formation, but any type can be used as long as it can be a mask film at the time of STI formation.
また、図3及び図4で示した例では、シリコン窒化膜を2度成膜することで2エリア(第1の領域、第2の領域)におけるシリコン基板面と酸化膜で充填されたSTI面の段差調整をしているが、第2の工程〜第4の工程を繰り返し実施することで、段差調整が可能な面を3箇所以上とすることが可能である。 In the example shown in FIGS. 3 and 4, the silicon substrate film and the STI surface filled with the oxide film in the two areas (first region and second region) are formed by forming the silicon nitride film twice. However, by repeatedly performing the second to fourth steps, it is possible to provide three or more surfaces on which the step can be adjusted.
101,301 シリコン基板
102,302 シリコン酸化膜
103,303,305 シリコン窒化膜
104,304 ホトレジスト
105,306 トレンチパターン
106,307 シリコン基板
107,308 シリコン酸化膜
108,309 シリコン酸化膜
109,310 シリコン基板
110,311シリコン酸化膜
111,112,312,313 表面
500 シリコン基板
501 第1の領域
501a ロジックゲート
501b サイドウォール
501c ロジック回路
502 第2の領域
502a ワードゲート
502b コントロールゲート
502c サイドウォール
502d メモリセル
503 半導体装置
101, 301
Claims (8)
前記第1の絶縁膜に対し、前記半導体基板に素子分離部を形成するためのパターンを形成し、形成したパターンに応じて前記半導体基板に前記素子分離部を形成するための開口部を複数形成する開口部形成工程と、
前記第1の絶縁膜を覆う第2の絶縁膜を形成して前記開口部の各々に前記第2の絶縁膜を埋め込む埋め込み工程と、
前記第1の領域における前記第1の絶縁膜の表面にあわせて前記第2の絶縁膜を平坦化すると共に、前記第2の領域における前記第1の絶縁膜の表面にあわせて前記第2の絶縁膜を平坦化する平坦化工程と、
前記第1の領域及び前記第2の領域における前記第1の絶縁膜の各々の表面にあわせて前記第2の絶縁膜を平坦化する平坦化工程と、
平坦化された前記第2の絶縁膜を表面側から一様に除去して前記第1の絶縁膜を露出させる露出工程と、
露出した前記第1の絶縁膜を除去する除去工程と、
前記半導体基板の表面に対する前記第1の領域及び前記第2の領域の各々における前記第2の絶縁膜の高さを調整する調整工程と、
を含む素子分離部を備えた半導体基板の製造方法。 A film forming step of forming a first insulating film having a different thickness between a first region for forming a first element group and a second region for forming a second element group on a semiconductor substrate;
A pattern for forming an element isolation portion in the semiconductor substrate is formed in the first insulating film, and a plurality of openings for forming the element isolation portion in the semiconductor substrate are formed according to the formed pattern. An opening forming step,
Forming a second insulating film covering the first insulating film and embedding the second insulating film in each of the openings;
The second insulating film is planarized according to the surface of the first insulating film in the first region, and the second insulating film is aligned with the surface of the first insulating film in the second region. A planarization step of planarizing the insulating film;
A planarization step of planarizing the second insulating film in accordance with each surface of the first insulating film in the first region and the second region;
An exposing step of uniformly removing the planarized second insulating film from the surface side to expose the first insulating film;
A removing step of removing the exposed first insulating film;
An adjusting step of adjusting the height of the second insulating film in each of the first region and the second region with respect to the surface of the semiconductor substrate;
The manufacturing method of the semiconductor substrate provided with the element isolation part containing.
前記半導体基板上に前記第1の絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の領域における前記第1の絶縁膜上にフォトレジストを形成した後エッチングすることで前記第1の領域と前記第2の領域との膜厚を異なるように形成する工程と、
を含む請求項1記載の素子分離部を備えた半導体基板の製造方法。 The film forming step includes
Forming the first insulating film on the semiconductor substrate;
Forming a photoresist on the first insulating film in the first region and then etching to form different thicknesses of the first region and the second region;
The manufacturing method of the semiconductor substrate provided with the element separation part of Claim 1 containing this.
前記半導体基板上に前記第1の絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の領域に形成されている前記第1の絶縁膜上にフォトレジストを形成した後エッチングすることで前記半導体基板上の前記第2の領域に形成されている前記第1の絶縁膜を除去する工程と、
前記半導体基板上及び前記第1の絶縁膜上に該第1の絶縁膜を形成して、該第1の絶縁膜の膜厚を、前記半導体基板上の前記第1の領域と前記第2の領域とで異なるようにする工程と、
を含む請求項1記載の素子分離部を備えた半導体基板の製造方法。 The film forming step includes
Forming the first insulating film on the semiconductor substrate;
The first insulating film formed in the second region on the semiconductor substrate is etched by forming a photoresist on the first insulating film formed in the first region and then etching. Removing, and
The first insulating film is formed on the semiconductor substrate and the first insulating film, and the film thickness of the first insulating film is set so that the first region and the second region on the semiconductor substrate are formed. A process of making the area different,
The manufacturing method of the semiconductor substrate provided with the element separation part of Claim 1 containing this.
前記第2の絶縁膜はシリコン酸化膜からなり、
前記平坦化工程では、CMP法により、前記第1の絶縁膜をストッパ膜として、前記第2の絶縁膜を除去することで前記第2の絶縁膜を平坦化し、
前記除去工程では、熱燐酸処理により、前記第1の絶縁膜を除去する
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の素子分離部を備えた半導体基板の製造方法。 The first insulating film is made of a silicon nitride film,
The second insulating film comprises a silicon oxide film;
In the planarization step, the second insulating film is planarized by removing the second insulating film by CMP using the first insulating film as a stopper film,
The method for manufacturing a semiconductor substrate having an element isolation portion according to any one of claims 1 to 3, wherein, in the removing step, the first insulating film is removed by a thermal phosphoric acid treatment.
前記半導体基板上の前記第1の領域に前記第1の素子群を、前記第2の領域に第2の素子群を形成する工程と、
を含む半導体装置の製造方法。 Forming a semiconductor substrate provided with the element isolation part by a method of manufacturing a semiconductor substrate provided with the element isolation part according to any one of claims 1 to 4,
Forming the first element group in the first region on the semiconductor substrate and forming the second element group in the second region;
A method of manufacturing a semiconductor device including:
前記半導体基板上の前記第1の領域にロジック回路を、前記第2の領域にメモリ回路を形成する工程と、
を含む半導体装置の製造方法。 The film thickness of the second insulating film in the first region is the thickness of the second region in the second region by the method of manufacturing a semiconductor substrate having the element isolation portion according to any one of claims 1 to 4. Forming a semiconductor substrate having the element isolation portion by reducing the thickness to be thicker than the thickness of the second insulating film;
Forming a logic circuit in the first region on the semiconductor substrate and a memory circuit in the second region;
A method of manufacturing a semiconductor device including:
を含む請求項6記載の半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6, further comprising: removing the second insulating film in the first region where the logic circuit is formed on the semiconductor substrate.
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