JP2800692B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JP2800692B2
JP2800692B2 JP6203369A JP20336994A JP2800692B2 JP 2800692 B2 JP2800692 B2 JP 2800692B2 JP 6203369 A JP6203369 A JP 6203369A JP 20336994 A JP20336994 A JP 20336994A JP 2800692 B2 JP2800692 B2 JP 2800692B2
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film
insulating film
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gate electrode
element isolation
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【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法に
係わり、特に好ましい素子分離領域の形成法を有する半
導体装置の製造方法に関する。
The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method of manufacturing a semiconductor device having a preferable method of forming an element isolation region.

【0002】[0002]

【従来の技術】シリコンの絶縁ゲート電界効果型(以
下、MOS型、と称す)半導体素子は微細化が進み、そ
の設計ルールは0.2μm前後の開発が行われ、0.1
μm以下の設計ルールの検討も活発化している。このよ
うなサイズのMOS型半導体素子は物理的な限界に近づ
きつつあるため、構造的な改善が不可欠になっている。
2. Description of the Related Art Silicon insulated gate field effect type (hereinafter referred to as MOS type) semiconductor elements have been miniaturized, and their design rules have been developed around 0.2 μm.
The study of design rules of μm or less is also active. Since the MOS type semiconductor element of such a size is approaching a physical limit, structural improvement is indispensable.

【0003】その例として特開昭64−59861号公
報に開示されているようなMOS型トランジスタのソー
ス/ドレイン領域をせりあげた構造がある。この技術を
図5を参照して説明する。
As an example, there is a structure in which the source / drain regions of a MOS transistor are raised as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-59861. This technique will be described with reference to FIG.

【0004】まず図5(A)において、シリコン基板5
01上にLOCOSと呼ばれている選択酸化法により素
子分離領域502を形成し、この素子分離領域502に
より区画された素子領域にゲ−ト絶縁膜503,ゲート
電極504ならびにゲート電極504の側面および上面
を被覆するシリコン酸化膜505からなるゲート構造を
形成する。
First, in FIG. 5A, a silicon substrate 5 is formed.
An element isolation region 502 is formed on the semiconductor device 01 by a selective oxidation method called LOCOS, and the gate insulating film 503, the gate electrode 504, the side surfaces of the gate electrode 504, A gate structure composed of a silicon oxide film 505 covering the upper surface is formed.

【0005】次に図5(B)において、素子分離領域5
02とゲート構造で挟まれた溝型状空間506内のシリ
コン基板501の表面を露出させて、選択エピタキシャ
ル法によってシリコン層507を成長してソース/ドレ
イン領域にする。
[0005] Next, in FIG.
02, the surface of the silicon substrate 501 in the groove-shaped space 506 sandwiched between the gate structure and the gate structure is exposed, and a silicon layer 507 is grown by a selective epitaxial method to form a source / drain region.

【0006】次に図5(C)において多結晶シリコン膜
508を全面に形成し、その後、図5(D)において多
結晶シリコン膜508をパターニングしてソース/ドレ
イン電極配線509を形成する。
Next, a polycrystalline silicon film 508 is formed on the entire surface in FIG. 5C, and thereafter, the polycrystalline silicon film 508 is patterned to form a source / drain electrode wiring 509 in FIG. 5D.

【0007】あるいは、素子分離領域502とゲート構
造で挟まれた溝型状空間506に多結晶シリコン層を堆
積し、Siイオンを打ち込む事により多結晶シリコン層
とシリコン基板の界面を非晶質化させ、熱処理により非
晶質化シリコンを単結晶シリコンに変換してソース/ド
レイン領域とし、上部の多結晶シリコン層の部分をソー
ス/ドレイン電極配線とすることもできる。
Alternatively, a polycrystalline silicon layer is deposited in a trench-shaped space 506 sandwiched between the element isolation region 502 and the gate structure, and the interface between the polycrystalline silicon layer and the silicon substrate is made amorphous by implanting Si ions. Then, the amorphous silicon can be converted into single crystal silicon by heat treatment to form source / drain regions, and the upper polycrystalline silicon layer can be used as source / drain electrode wiring.

【0008】このようなシリコン基板の表面上に積重ね
たシリコン層にソース/ドレイン領域およびその電極配
線を形成する構造により、ソース/ドレイン電極配線を
コンタクト孔を必要としないで自己整合的に形成できる
からMOS型トランジスタの占有面積が縮小でき高集積
度の半導体装置となる。
[0008] With such a structure in which the source / drain region and its electrode wiring are formed in the silicon layer stacked on the surface of the silicon substrate, the source / drain electrode wiring can be formed in a self-aligned manner without requiring a contact hole. Therefore, the area occupied by the MOS transistors can be reduced, resulting in a highly integrated semiconductor device.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】上記した構造において
半導体基板501の主面からの素子分離領域502の高
さが低く過ぎると、図6(A)に示すように、隣接する
トランンジスタからの選択エピタキシャル成長したシリ
コン層509どうしが素子分離領域502上で接触して
しまい、素子の分離が不可能になる。またこの不都合の
接触を回避するためにシリコン層509が低くなるよう
に選択エピタキシャル成長するとソース/ドレイン領域
およびその電極配線を形成する所定の膜厚が得られな
い。
When the height of the element isolation region 502 from the main surface of the semiconductor substrate 501 is too low in the above-described structure, as shown in FIG. The epitaxially grown silicon layers 509 come into contact with each other on the element isolation region 502, making it impossible to separate the elements. Further, if selective epitaxial growth is performed so as to lower the silicon layer 509 in order to avoid such an inconvenient contact, a predetermined film thickness for forming the source / drain region and its electrode wiring cannot be obtained.

【0010】一方、図6(B)は素子分離領域502の
高さが低く過ぎた場合に、多結晶シリコン層を堆積し、
Siイオンのイオン注入により界面を非晶質化し、非晶
質化シリコンの熱処理により単結晶シリコン化し、異方
性エッチングによりシリコン層509Aを形状形成した
様子を示すもので、急激な傾斜の形状となるからこの上
部をソース/ドレイン領域の電極配線とすることはでき
ない。また等方性エッチングでパターニングした場合
は、シリコン層の全体の膜厚が薄くなりソース/ドレイ
ン領域およびその電極配線を形成する所定の膜厚が得ら
れない。
On the other hand, FIG. 6B shows that when the height of the element isolation region 502 is too low, a polycrystalline silicon layer is deposited,
This shows that the interface is made amorphous by ion implantation of Si ions, the amorphous silicon is converted to single crystal silicon by heat treatment, and the silicon layer 509A is formed by anisotropic etching. Therefore, this upper part cannot be used as the electrode wiring of the source / drain region. When patterning is performed by isotropic etching, the entire thickness of the silicon layer is reduced, and a predetermined thickness for forming the source / drain region and its electrode wiring cannot be obtained.

【0011】これに対して、半導体基板501の主面か
らの素子分離領域502の高さが高過ぎると、図6
(A)および図6(B)のいずれの場合でも、素子分離
領域を形成した後にパターニングによりゲート電極を形
成するするから、素子分離領域の上面が高すぎて段差が
大きすぎることにより微細なゲート電極を精度よく形成
することは困難となる。
On the other hand, if the height of the element isolation region 502 from the main surface of the semiconductor substrate 501 is too high, FIG.
In both cases (A) and FIG. 6 (B), since the gate electrode is formed by patterning after forming the element isolation region, the fine gate is formed because the upper surface of the element isolation region is too high and the step is too large. It is difficult to form electrodes with high accuracy.

【0012】したがって、適確な素子機能および適確な
素子分離機能を得るために、素子分離領域の高さとゲー
ト電極の高さ(厚さ)との関係を適正な範囲にする必要
がある。
Therefore, in order to obtain an accurate element function and an accurate element isolation function, the relationship between the height of the element isolation region and the height (thickness) of the gate electrode needs to be within an appropriate range.

【0013】実際の半導体装置において、図6(A)や
図6(B)の問題点を回避するには、素子分離領域の上
面の高さをゲート電極構造の高さの半分より高くする必
要があり、一方、ゲート電極のパターニングを容易にす
るには素子分離領域の上面の高さをゲート絶縁膜上に形
成するゲート電極の上面程度に押さえることが実用的で
ある。
In an actual semiconductor device, in order to avoid the problems shown in FIGS. 6A and 6B, the height of the upper surface of the element isolation region must be higher than half the height of the gate electrode structure. On the other hand, in order to facilitate the patterning of the gate electrode, it is practical to reduce the height of the upper surface of the element isolation region to about the upper surface of the gate electrode formed on the gate insulating film.

【0014】しかしながら従来技術においては、素子分
離領域の高さ、すなわちシリコン基板の主面と素子分離
領域の上面との間の寸法が制御性よく得られないから、
ゲート電極もしくはゲート構造の高さと素子分離領域の
高さの相対関係も適正な値にならず、このために好まし
い積み上げシリコン層構造を再現性良く形成することが
困難であった。
However, in the prior art, the height of the element isolation region, that is, the dimension between the main surface of the silicon substrate and the upper surface of the element isolation region cannot be obtained with good controllability.
The relative relationship between the height of the gate electrode or the gate structure and the height of the element isolation region is not an appropriate value, which makes it difficult to form a preferable stacked silicon layer structure with good reproducibility.

【0015】したがって本発明の目的は、半導体基板の
主面からの埋込型素子分離領域の上面の高さを制御性よ
く所定の値にすることが可能な半導体装置の製造方法を
提供することである。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of controlling the height of the upper surface of a buried element isolation region from a main surface of a semiconductor substrate to a predetermined value with good controllability. It is.

【0016】本発明の他の目的は、上記埋込型素子分離
領域を用いて占有面積を縮小したMOS型トランジスタ
を有する半導体装置の製造方法を提供することである。
Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device having a MOS transistor whose occupied area is reduced by using the buried element isolation region.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、半導体
基板の主面上に所定の膜厚を有しかつ前記主面に達する
開口部を有するマスク膜を形成する工程と、前記マスク
膜をマスクにして前記開口部内に露出する前記半導体基
板に溝を形成する工程と、前記マスク膜と異なる材質の
絶縁膜で前記溝を充填し、かつ前記絶縁膜の上面を前記
マスク膜の上面に一致させる工程と、前記マスク膜を除
去する工程とを有し、これにより前記半導体基板に埋込
まれかつ前記主面から所定の高さ突出した埋込型素子分
離領域を前記絶縁膜から構成する半導体装置の製造方法
にある。
A feature of the present invention is a step of forming a mask film having a predetermined thickness on a main surface of a semiconductor substrate and having an opening reaching the main surface; Forming a groove in the semiconductor substrate exposed in the opening using a mask as a mask, filling the groove with an insulating film of a different material from the mask film, and placing the upper surface of the insulating film on the upper surface of the mask film. A matching step and a step of removing the mask film, thereby forming a buried element isolation region buried in the semiconductor substrate and protruding from the main surface by a predetermined height from the insulating film. A method for manufacturing a semiconductor device.

【0018】ここで前記マスク膜は第1のマスク部材と
第2のマスク部材から構成され、前記半導体基板の主面
上に前記所定の膜厚で形成した前記第1のマスク部材に
前記主面に達する開孔を形成し、異方性エッチング工程
を有して前記開孔の側面上に前記第2の部材によるサイ
ドウオールを形成し、このサイドウオールの内壁により
前記開口部を構成することができる。
Here, the mask film includes a first mask member and a second mask member, and the first mask member formed on the main surface of the semiconductor substrate with the predetermined thickness has the main surface. Forming an opening reaching the surface of the opening, forming an sidewall by the second member on a side surface of the opening having an anisotropic etching step, and forming the opening by an inner wall of the sidewall. it can.

【0019】また、前記埋込型素子分離領域となる前記
絶縁膜の前記半導体基板の主面より突出する部分の側面
上に第1の側壁絶縁膜を形成することができる。
Further, a first side wall insulating film can be formed on a side surface of a portion of the insulating film which becomes the buried type element isolation region from a main surface of the semiconductor substrate.

【0020】さらに、前記埋込型素子分離領域により区
画された前記半導体基板の主面上にゲート絶縁膜を形成
し、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成することが
できる。この場合、前記ゲート電極の側面上に第2の側
壁絶縁膜を形成することができる。そして、前記ゲート
電極と前記埋込型素子分離領域間に露出する前記半導体
基板の主面上にシリコン層を堆積することが好ましい。
Further, a gate insulating film can be formed on a main surface of the semiconductor substrate partitioned by the buried element isolation region, and a gate electrode can be formed on the gate insulating film. In this case, a second sidewall insulating film can be formed on the side surface of the gate electrode. Preferably, a silicon layer is deposited on the main surface of the semiconductor substrate exposed between the gate electrode and the buried element isolation region.

【0021】[0021]

【作用】このように本発明によれば、マスク膜の膜厚に
より埋込型素子分離領域の上面の高さが決定されるか
ら、制御性よく所定の高さの埋込型素子分離領域が得ら
れる。
As described above, according to the present invention, since the height of the upper surface of the buried element isolation region is determined by the thickness of the mask film, the buried element isolation region having a predetermined height can be controlled with good controllability. can get.

【0022】[0022]

【実施例】以下、図面を参照して本発明を説明する。
1は本発明の参考となる例の製造方法を工程順に示す断
面図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings. Figure
FIG. 1 is a sectional view showing a manufacturing method of an example serving as a reference of the present invention in the order of steps.

【0023】まず図1(A)において、単結晶のP型シ
リコン基板101の主面101M上にマスク膜となるリ
ンドープのシリコン酸化膜すなわちPSG膜102を所
定の膜厚T1 に形成し、そこに素子領域101A上を取
り囲む開口部103を形成する。そしてPSG膜102
をマスクにしてP型シリコン基板101に素子領域10
1Aを取り囲む溝104を形成する。溝104は基板内
の素子分離に必要な深さを有している。
First, in FIG. 1A, a phosphorus-doped silicon oxide film, ie, a PSG film 102 serving as a mask film is formed on a main surface 101M of a single-crystal P-type silicon substrate 101 to a predetermined thickness T 1. Then, an opening 103 surrounding the element region 101A is formed. And the PSG film 102
Is used as a mask to form an element region 10 on a P-type silicon substrate 101.
A groove 104 surrounding 1A is formed. The groove 104 has a depth necessary for element isolation in the substrate.

【0024】次に図1(B)において、溝104を充填
しかつPSG膜102上に堆積するシリコン酸化膜(N
型やP型の不純物を含有させないノンドープのシリコン
酸化膜)105を全体的に形成し、PSG膜102に対
してシリコン酸化膜105を優勢的にエッチングする条
件でエッチバックすることにより溝内のシリコン酸化膜
105の上面105MをPSG膜102の上面102M
と一致させる。
Next, referring to FIG. 1B, a silicon oxide film (N) that fills the trench 104 and is deposited on the PSG film 102 is formed.
A non-doped silicon oxide film 105 containing no type or P-type impurities is formed as a whole, and etched back under the condition that the silicon oxide film 105 is predominantly etched with respect to the PSG film 102, thereby forming silicon in the trench. The upper surface 105M of the oxide film 105 is replaced with the upper surface 102M of the PSG film 102.
To match.

【0025】次に図1(C)において、PSG膜102
をエッチング除去する。このエッチングはフッ酸系のエ
ッチング液で比較的高い選択性を保ってシリコン酸化膜
105をエッチングしないでPSG膜102のみをエッ
チング除去することが出来る。あるいは、例えばIED
M 92−259の10.1.1−10.1.4に記載
されているようなドライ処理法、すなわち減圧下におい
てフッ酸蒸気を用いることで、不純物を含まないシリコ
ン酸化膜105を殆どエッチングすることなくPSG膜
102を全部除去することができる。
Next, in FIG. 1C, the PSG film 102
Is removed by etching. This etching can remove only the PSG film 102 without etching the silicon oxide film 105 while maintaining relatively high selectivity with a hydrofluoric acid-based etchant. Or, for example, IED
M 92-259, 10.1.1-10.1.4, a dry treatment method, that is, the use of hydrofluoric acid vapor under reduced pressure substantially etches the silicon oxide film 105 containing no impurities. The PSG film 102 can be entirely removed without performing.

【0026】これにより、素子領域101Aを取り囲ん
で素子領域101Bおよび素子領域101Cと分離し、
基板の主面101Mから所定の高さT1 だけ突出した埋
込型素子分離領域105がシリコン酸化膜105から構
成される。
As a result, the element region 101A is surrounded and separated from the element region 101B and the element region 101C.
Buried isolation region 105 that protrudes from the substrate principal surface 101M by a predetermined height T 1 is composed of a silicon oxide film 105.

【0027】次に図2(A)において、シリコン酸化膜
105の基板の主面101Mから突出した側面に異方性
エッチングにより第1の側壁絶縁膜106を、例えばシ
リコン酸化膜で形成することもできる。この第1の側壁
絶縁膜106は形成しなくてもよい。すなわち、第1の
側壁絶縁膜106の存在は微細化に逆行するが、主面よ
り突出する埋込型素子分離領域105の端部を被覆する
ことによってリーク電流を低減することができるので、
必要な素子特性(微細化優先か、信頼性向上やリーク電
流の低減を優先するか)によって選択することになる。
Next, in FIG. 2A, a first side wall insulating film 106 may be formed by, for example, a silicon oxide film on the side surface of the silicon oxide film 105 protruding from the main surface 101M of the substrate by anisotropic etching. it can. This first sidewall insulating film 106 may not be formed. That is, although the presence of the first sidewall insulating film 106 goes against miniaturization, the leakage current can be reduced by covering the end of the buried type element isolation region 105 protruding from the main surface.
The selection is made according to the required element characteristics (whether to give priority to miniaturization or to give priority to improvement of reliability and reduction of leak current).

【0028】その後、ゲート酸化膜201を素子領域1
01A,101B,101Cの主面101Mに熱酸化に
より形成し、ゲート電極形成用の多結晶シリコン膜20
2をCVD法で全体に堆積しその上にシリコン酸化膜2
03を熱酸化により形成し、多結晶シリコン膜202と
シリコン酸化膜203を併せてパターニングして、シリ
コンゲート電極202および上面絶縁膜203を形状形
成する。
After that, the gate oxide film 201 is formed in the element region 1.
A polycrystalline silicon film 20 for forming a gate electrode is formed on the main surface 101M of the first electrode 101A, 101B, 101C by thermal oxidation.
2 is entirely deposited by a CVD method, and a silicon oxide film 2 is
03 is formed by thermal oxidation, and the polycrystalline silicon film 202 and the silicon oxide film 203 are patterned together to form the silicon gate electrode 202 and the upper surface insulating film 203.

【0029】ここでゲート絶縁膜201の膜厚とシリコ
ンゲート電極202の膜厚と上面絶縁膜203の膜厚と
を加算した値、すなわち基板の主面101Mからの上面
絶縁膜の上面107Mの高さをT2 とすると、T2 ≧T
1 〉(1/2)×T2 の関係を満足させる必要がある。
例えば、T2 が0.2μmの場合、T1 は0.1μmよ
り大で0.2以下の値である。ここで絶縁膜201,2
03の膜厚はシリコンゲート電極202と比較して非常
に薄いので、実際的にはシリコンゲート電極形成用の多
結晶シリコン膜202の膜厚でT2 が定められる。
Here, the value obtained by adding the thickness of the gate insulating film 201, the thickness of the silicon gate electrode 202, and the thickness of the upper insulating film 203, that is, the height of the upper surface 107M of the upper insulating film from the main surface 101M of the substrate. When T 2 a is, T 2 ≧ T
1 > (1/2) × T 2 needs to be satisfied.
For example, when T 2 is 0.2 μm, T 1 is a value larger than 0.1 μm and 0.2 or less. Here, the insulating films 201 and
Since the film thickness of 03 is very thin as compared with the silicon gate electrode 202, T 2 is actually determined by the film thickness of the polycrystalline silicon film 202 for forming the silicon gate electrode.

【0030】このパターニングでは段差部におけるエッ
チング残りをなくすためにハロゲンを含んだガス(例え
ば、HBrとSF6 との混合ガス、Cl2 とO2 との混
合ガス)を用いて選択的に行う必要がある。
This patterning must be selectively performed using a gas containing halogen (for example, a mixed gas of HBr and SF 6 or a mixed gas of Cl 2 and O 2 ) in order to eliminate the etching residue at the step. There is.

【0031】その後、ゲート電極203の側面に第2の
側壁絶縁膜204を形成することにより、ゲート酸化膜
201,ゲート電極202,上面絶縁膜203および第
2の側壁絶縁膜204からなるゲート構造107が構成
される。
Thereafter, a second side wall insulating film 204 is formed on the side surface of the gate electrode 203, thereby forming a gate structure 107 including the gate oxide film 201, the gate electrode 202, the upper surface insulating film 203, and the second side wall insulating film 204. Is configured.

【0032】第2の側壁絶縁膜204の形成は、全面へ
の絶縁膜の形成と異方性エッチングのエッチバックによ
って行われるため、上面絶縁膜203と第2の側壁絶縁
膜204の材質を変える。例えば上面絶縁膜203がシ
リコン酸化膜であったから、第2の側壁絶縁膜204を
シリコン窒化膜で構成して選択性を持たせる必要があ
る。また全面堆積後の基板に垂直方向からの異方性エッ
チングによるエッチバックで第2の側壁絶縁膜を形成す
るから、第1の側壁絶縁膜の存在はあまり影響されな
い。
Since the second sidewall insulating film 204 is formed by forming an insulating film on the entire surface and etching back by anisotropic etching, the materials of the upper insulating film 203 and the second sidewall insulating film 204 are changed. . For example, since the upper surface insulating film 203 is a silicon oxide film, it is necessary to configure the second sidewall insulating film 204 with a silicon nitride film to have selectivity. Further, since the second sidewall insulating film is formed on the substrate after the entire surface is deposited by etch back by anisotropic etching in the vertical direction, the presence of the first sidewall insulating film is not significantly affected.

【0033】第1の側壁絶縁膜106と第2の側壁絶縁
膜204の間隔、すなわち素子領域における基板の主面
101Mが露出する溝型状空間110の幅は、例えば
0.2μmである。
The distance between the first sidewall insulating film 106 and the second sidewall insulating film 204, that is, the width of the groove-shaped space 110 in which the main surface 101M of the substrate is exposed in the element region is, for example, 0.2 μm.

【0034】次に図2(B)において、全面に多結晶シ
リコン層109を堆積して溝型状空間110を充填し、
リンドープ(多結晶シリコン層109の堆積時リンを含
有させてもよい)を行い、異方性のあまり無いガス(例
えば、SF6 などを主成分とするガス)でゲート電極構
造107上および埋込型素子分離領域のシリコン酸化膜
105上からエッチング除去して、溝型状空間110の
内部にのみ多結晶シリコン層109を残余させる。ま
た、多結晶シリコン層109からリンがシリコン基板1
01に導入されてN型のソース/ドレイン拡散層108
が形成される。
Next, in FIG. 2B, a polycrystalline silicon layer 109 is deposited on the entire surface to fill the groove-shaped space 110.
Phosphorus doping (which may contain phosphorus at the time of depositing the polycrystalline silicon layer 109) is performed, and a gas having little anisotropy (for example, a gas containing SF 6 or the like as a main component) is formed on the gate electrode structure 107 and buried. The polycrystalline silicon layer 109 is left only inside the groove-shaped space 110 by etching away from the silicon oxide film 105 in the mold element isolation region. Phosphorous is transferred from the polycrystalline silicon layer 109 to the silicon substrate 1.
01 and an N-type source / drain diffusion layer 108
Is formed.

【0035】この多結晶シリコン層のエッチング除去は
溝型状空間110内部以外の不要箇所を完全に除去する
必要があるから多少オーバーエッチングの条件で行う。
したがって溝型状空間110内部で基板の主面101M
上の多結晶シリコン層109の膜厚は、例示した上記T
1 ,T2 の場合、例えば0.05μm〜0.15μmと
なる。
The polycrystalline silicon layer is removed by etching under unnecessary over etching conditions since unnecessary portions other than the inside of the groove-shaped space 110 need to be completely removed.
Therefore, the main surface 101M of the substrate is formed inside the groove-shaped space 110.
The thickness of the upper polycrystalline silicon layer 109 is equal to the above-described T
1, the case of T 2, for example, a 0.05Myuemu~0.15Myuemu.

【0036】この溝型状空間110内部の多結晶シリコ
ン層109の上部分はソース/ドレイン引出し電極とな
る。
The upper portion of the polycrystalline silicon layer 109 inside the groove-shaped space 110 serves as a source / drain extraction electrode.

【0037】上記例では多結晶シリコン層109により
空間110を充填してそこからN型不純物のリンを単結
晶のP型シリコン基板101に導入していた。
In the above example, the space 110 is filled with the polycrystalline silicon layer 109, and the N-type impurity phosphorus is introduced into the single-crystal P-type silicon substrate 101 therefrom.

【0038】しかしながら溝型状空間110内部の多結
晶シリコン層に堆積し、Siイオンを打ち込む事により
多結晶シリコン層とシリコン基板の界面を非晶質化さ
せ、熱処理により非晶質化シリコンを単結晶シリコンに
変換してソース/ドレイン領域とし、上部の多結晶シリ
コンの部分をソース/ドレイン引出し電極とすることも
できる。
However, the interface between the polycrystalline silicon layer and the silicon substrate is made amorphous by implanting Si ions into the polycrystalline silicon layer inside the groove-shaped space 110, and the amorphous silicon is made simple by heat treatment. The source / drain regions may be converted into crystalline silicon, and the upper polycrystalline silicon portion may be used as a source / drain extraction electrode.

【0039】あるいは溝型状空間110内部のシリコン
基板上にシリコン層を設ける手段として、シリコン基板
501の露出した表面を種(seed)にして選択エピ
タキシャル法によってN型シリコン層を溝型状空間の内
部にのみに成長して、その下部をソース/ドレイン領域
にし、上部をソース/ドレイン引出し電極としてもよ
い。
Alternatively, as a means for providing a silicon layer on the silicon substrate inside the groove-shaped space 110, the exposed surface of the silicon substrate 501 is seeded, and the N-type silicon layer is formed by selective epitaxial method. It may be grown only inside, the lower part may be a source / drain region, and the upper part may be a source / drain extraction electrode.

【0040】半導体装置内の複数のゲート電極202の
導電型が単一(N型もしくはP型)にするならばゲート
電極用として多結晶シリコン膜202を成膜する際に単
一型の不純物をドープする方法が望ましい。一方、半導
体装置内の複数のゲート電極の導電型がN型とP型が存
在する場合は、後の工程でそれぞれイオン注入法により
それぞれの導電型不純物を導入する。
If the plurality of gate electrodes 202 in the semiconductor device have a single conductivity type (N-type or P-type), a single type impurity may be removed when forming the polycrystalline silicon film 202 for the gate electrode. The doping method is desirable. On the other hand, when the conductivity types of the plurality of gate electrodes in the semiconductor device are N-type and P-type, each conductivity-type impurity is introduced by an ion implantation method in a later step.

【0041】図3は本発明の実施例による埋込型素子分
離領域の製造方法を工程順に示した断面図である。図3
において図1と同一もしくは類似の機能の箇所は同じ符
号で示してあるから重複する説明はなるべく省略する。
FIG. 3 is a sectional view showing a method of manufacturing a buried element isolation region according to an embodiment of the present invention in the order of steps. FIG.
In FIG. 7, the portions having the same or similar functions as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and therefore, duplicate description will be omitted as much as possible.

【0042】図1においては埋込型素子分離領域105
の幅W1 を縮小しようとした場合、マスク膜を構成する
PSG膜102に開口部103を形成するためのPR工
程で形成可能な最小寸法が決定される。
In FIG. 1, the buried type element isolation region 105
If you try to reduce the width W 1 of the smallest dimension that can be formed in the PR process for forming the opening 103 in the PSG film 102 constituting the mask film is determined.

【0043】しかし図3の製造方法では、マスク膜は第
1のマスク部材のPSG膜102と第2のマスク部材の
ボロンドープのシリコン酸化膜すなわちBSG膜302
の側壁絶縁膜から構成されている。
However, in the manufacturing method shown in FIG. 3, the mask films are the PSG film 102 of the first mask member and the boron-doped silicon oxide film, ie, the BSG film 302 of the second mask member.
Of the side wall insulating film.

【0044】したがって埋込型素子分離領域105の幅
1 を縮小しようとした場合、PSG膜102に、例え
ばPR工程で形成可能な最小寸法の開口部103を形成
した後、BSG膜を全面堆積し、これを異方性エッチン
グすることによりBSG膜の側壁絶縁膜202を形成し
その内壁を埋込型素子分離領域105の幅W2 を決定す
る開口部303とするから、埋込型素子分離領域105
の幅W2 はPR工程で形成可能な最小寸法より縮小する
ことができる。図3(B)においてノンドープのシリコ
ン酸化膜105で溝104を充填し、エッチバックによ
り上面を一致させた後、BSG膜302は不純物のボロ
ンを含んでいるからPSG膜102ともに、図1(C)
におけるエッチング除去方法と同様な方法により、ノン
ドープのシリコン酸化膜105をエッチングしないでエ
ッチング除去することにより図3(C)の構造となる。
Therefore, when the width W 1 of the buried element isolation region 105 is to be reduced, the BSG film is deposited on the entire surface after forming the opening 103 having the minimum size that can be formed by, for example, the PR process in the PSG film 102. Then, this is anisotropically etched to form the sidewall insulating film 202 of the BSG film, and the inner wall thereof is used as the opening 303 for determining the width W 2 of the buried element isolation region 105. Area 105
The width W 2 of the can be reduced than the minimum dimension that can be formed by PR process. After the trench 104 is filled with a non-doped silicon oxide film 105 in FIG. 3B and the upper surfaces thereof are made to coincide with each other by etch-back, the BSG film 302 contains boron as an impurity. )
3C, the non-doped silicon oxide film 105 is removed without etching by the same method as the etching removal method described in FIG.

【0045】また、図3(A)の後、熱処理によりBS
G膜302からボロンをP型シリコン基板101に拡散
させてP+ 型チャネルストッパー領域304を形成する
こともできる。
After the heat treatment shown in FIG.
Boron can be diffused from the G film 302 into the P-type silicon substrate 101 to form the P + -type channel stopper region 304.

【0046】図4(A)は、図2(B)に示した構造に
おいて、素子領域101Aを取り囲む埋込型素子分離領
域105の幅を広く形成した場合を示す平面図であり、
図4(B)は図4(A)のB−B部の断面図である。
尚、図4において図2と同一もしくは類似の箇所は同じ
符号を付けてあるから重複する説明は省略する。
FIG. 4A is a plan view showing a case where the buried element isolation region 105 surrounding the element region 101A is formed to have a large width in the structure shown in FIG. 2B.
FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG.
In FIG. 4, the same or similar parts as those in FIG.

【0047】フィ−ルド領域である埋込型素子分離領域
のシリコン酸化膜105の上面105M上にゲート電極
202が乗り上げた部分の幅方向の端部、すなわち第2
の側壁絶縁膜204の側面には多結晶シリコン層109
が厚く(垂直方向に)形成される。従って、異方性の強
いガスでその部分の多結晶シリコン層109を除去する
ためには、多結晶シリコンの残余109Rが発生しない
ように、充分なオーバーエッチングが必要になる。一
方、溝型状空間110内の多結晶シリコン層109はあ
まりエッチングされないように制御する必要がある。
The end in the width direction of the portion where the gate electrode 202 rides on the upper surface 105M of the silicon oxide film 105 in the buried element isolation region, which is the field region, ie, the second end.
Polycrystalline silicon layer 109 on the side surface of side wall insulating film 204 of FIG.
Is formed thickly (in the vertical direction). Therefore, in order to remove the polycrystalline silicon layer 109 at that portion with a highly anisotropic gas, sufficient over-etching is required so that the residual polycrystalline silicon 109R does not occur. On the other hand, it is necessary to control so that the polycrystalline silicon layer 109 in the groove-shaped space 110 is not etched too much.

【0048】このために多結晶シリコン層109の内の
不要な部分を除去するには、ゲート電極202を形状形
成する際に用いたような異方性の強いガスを用いること
ができず、図2(B)の工程で説明したように、異方性
のあまり無いガスを用いることが必要である。
For this reason, in order to remove an unnecessary portion in the polycrystalline silicon layer 109, a highly anisotropic gas used when forming the gate electrode 202 cannot be used. As described in the step 2 (B), it is necessary to use a gas having little anisotropy.

【0049】すなわち、埋込型素子分離領域にゲート電
極が乗り上げた部分で、ゲート電極側面に形成された多
結晶シリコン層を除去するためには、側面からのエッチ
ング作用を活用する必要がある。
That is, in order to remove the polycrystalline silicon layer formed on the side surface of the gate electrode at the portion where the gate electrode runs over the buried element isolation region, it is necessary to utilize the etching action from the side surface.

【0050】また溝型状空間110は外側に矩形の突出
部を設けそこに充填された多結晶シリコン膜109をそ
れぞれソース/ドレイン領域の引出部109C,109
Cとしている。
The groove-shaped space 110 is provided with a rectangular projection on the outside, and the polycrystalline silicon film 109 filled therein is connected to the lead-out portions 109C and 109 of the source / drain regions, respectively.
C.

【0051】[0051]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、マ
スク膜102の膜厚により埋込型素子分離領域105の
上面105Mの高さT1 が決定されるから、制御性よく
所定高さの埋込型素子分離領域が得られる。
According to the present invention as described in the foregoing, since the height T 1 of the upper surface 105M of the buried isolation region 105 is determined by the thickness of the mask layer 102, good controllability predetermined height Embedded element isolation region is obtained.

【0052】したがって下部がソース/ドレイン領域と
なり上部がソース/ドレイン電極配線となるシリコン層
109を、急激な傾斜の形状となることなくかつ不所望
の短絡を生じることなく、所定の膜厚に形成することが
できる。
Therefore, the silicon layer 109 having a lower portion as a source / drain region and an upper portion as a source / drain electrode wiring is formed to have a predetermined thickness without a sharp inclination and without an undesirable short circuit. can do.

【0053】また、ゲート電極の形状形成のためのパタ
ーニングに支障を生じることもなくなる。
Further, a pattern for forming the shape of the gate electrode is formed.
There is no hindrance to training .

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例の半導体装置の製造方法を工
程順に示した断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention in the order of steps.

【図2】図1の続きの工程を順に示した断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a step subsequent to FIG. 1 in order;

【図3】図1の工程に対応した本発明の他の実施例の半
導体装置の製造方法を工程順に示した断面図である。
FIG. 3 is a sectional view showing a method of manufacturing a semiconductor device according to another embodiment of the present invention corresponding to the step of FIG. 1 in the order of steps;

【図4】本発明の実施例による半導体装置の一例を示す
図であり、(A)は平面図、(B)は(A)のB−B部
の断面図である。
FIGS. 4A and 4B are views showing an example of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, wherein FIG. 4A is a plan view and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG.

【図5】従来技術の半導体装置の製造方法を工程順に示
した断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a method of manufacturing a conventional semiconductor device in the order of steps.

【図6】従来技術の問題点を示した断面図であり、
(A)は選択エピタキシャル法によりシリコン層を成長
した場合、(B)は多結晶シリコンを堆積しパターニン
グによりシリコン層を形状形成した場合である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a problem of the related art;
(A) shows a case where a silicon layer is grown by a selective epitaxial method, and (B) shows a case where a polycrystalline silicon is deposited and a silicon layer is formed by patterning.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 P型シリコン基板 101M シリコン基板の主面 101A,101B,101C シリコン基板の素子
領域 102 PSG膜 102M PSG膜の上面 103 開口部 104 溝 105 埋込み型素子分離領域となるシリコン酸化膜 105M シリコン酸化膜の上面 106 第1の側壁絶縁膜 107 ゲート構造 107M ゲート構造の上面(上面絶縁膜の上面) 108 ソース/ドレイン拡散層 109 埋込みシリコン層(多結晶シリコン層) 109C ソース/ドレイン領域の引出部 109R 多結晶シリコンの残余 110 溝型状空間 201 ゲート酸化膜 202 ゲート電極 203 上面絶縁膜 204 第2の側壁絶縁膜 302 BSG膜 303 開口部 304 P+ 型チャネルストッパー領域 501 シリコン基板 502 素子分離領域 503 ゲート絶縁膜 504 ゲート電極 505 シリコン酸化膜 506 溝型状空間 507 シリコン層 508 多結晶シリコン膜 509 ソース/ドレイン電極配線
Reference Signs List 101 P-type silicon substrate 101M Main surface of silicon substrate 101A, 101B, 101C Element region of silicon substrate 102 PSG film 102M Upper surface of PSG film 103 Opening 104 Groove 105 Silicon oxide film to be buried element isolation region 105M Silicon oxide film Upper surface 106 First sidewall insulating film 107 Gate structure 107M Upper surface of gate structure (upper surface of upper insulating film) 108 Source / drain diffusion layer 109 Embedded silicon layer (polycrystalline silicon layer) 109C Source / drain region extraction portion 109R Polycrystalline residual 110 trench-like space 201 a gate oxide film of the silicon 202 gate electrode 203 top insulating film 204 second sidewall insulating film 302 BSG film 303 opening 304 P + -type channel stopper region 501 silicon substrate 502 element isolation region 50 The gate insulating film 504 gate electrode 505 silicon oxide film 506 trench-like space 507 silicon layer 508 polysilicon film 509 source / drain electrode wiring

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】半導体基板の主面上に所定の膜厚を有しか
つ前記主面に達する開口部を有する第1の材質のマスク
膜を形成する工程と、全面に第1のマスク部材と異なる
第2の材質の膜を堆積した後に異方性エッチングを加え
ることによって第1のマスク膜の開口部の側壁だけに第
2の材質のサイドウォールを形成する工程と、上記方法
で形成されたマスク膜をマスクにして、前記第1の材質
のマスク膜の開口部が第2の材質のサイドウォールで縮
小されている開口部内に露出する前記半導体基板に溝を
形成する工程と、前記第1及び第2の材質とは異なる第
3の材質の絶縁膜で前記溝を充填し、かつ前記絶縁膜の
上面を前記マスク膜の上面に一致させる工程と、前記
1の材質のマスク膜及び第2の材質のサイドウォールか
らなるマスク膜を除去する工程とを有し、これにより前
記半導体基板に埋込まれかつ前記主面から所定の高さ突
出した埋込型素子分離領域を前記第3の絶縁膜から構成
したことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A step of forming a mask film of a first material having a predetermined thickness on the main surface of the semiconductor substrate and having an opening reaching the main surface ; different
After depositing a film of the second material, anisotropic etching is performed.
By doing so, only the side wall of the opening of the first mask film is
Forming a sidewall of the second material and the above method
Using the mask film formed in step 1 as a mask ,
Opening of the mask film is reduced by the sidewall of the second material.
Forming a groove in said semiconductor substrate which is exposed to small is to have the opening, different from the first from the first and second materials
Filling the groove with an insulating film of a material of No. 3 and matching the upper surface of the insulating film with the upper surface of the mask film;
Whether the mask film of the first material and the sidewall of the second material
And a step of removing the Ranaru mask film, which by the embedded in the semiconductor substrate and the buried isolation region that protrudes a predetermined height from the main surface was constructed from the third insulating film A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項2】前記埋込型素子分離領域により区画された
前記半導体基板の主面上にゲート絶縁膜を形成し、前記
ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成することを特徴とす
請求項1記載の半導体装置の製造方法。
Wherein a gate insulating film on the main surface of the semiconductor substrate which is defined by the buried isolation region, claim 1, characterized in that forming a gate electrode on the gate insulating film The manufacturing method of the semiconductor device described in the above.
【請求項3】前記ゲート電極の側面上に第2の側壁絶縁
膜を形成することを特徴とする請求項記載の半導体装
置の製造方法。
3. The method according to claim 2 , wherein a second sidewall insulating film is formed on a side surface of the gate electrode.
【請求項4】前記ゲート電極と前記素子分離領域間に露
出する前記半導体基板の主面上にシリコン層を堆積する
工程を有することを特徴とする請求項3もしくは請求項
記載の半導体装置の製造方法。
Claim 3 or claim, characterized by comprising the step of depositing a silicon layer on a major surface of said semiconductor substrate which is exposed between the gate electrode and the device isolation region
5. The method for manufacturing a semiconductor device according to item 4 .
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