JP3063686B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
法に関し、特にトレンチ素子分離の形成方法に関する。
法の一例を説明するための図であり、半導体基板の断面
を製造工程順に模式的に示した工程断面図である。
基板16上に熱酸化によりシリコン酸化膜17を膜厚3
00A(オングストローム)(30nm)形成し、シリ
コン酸化膜17上に、CMP(chemical mechanical
polishing;化学機械的研磨)のストッパー膜18とし
て、CMPによる研磨速度が素子分離に利用する絶縁膜
(シリコン酸化膜)より小さいシリコン窒化膜を、CV
D(chemical vapor deposition;化学気相成長)に
より膜厚1000A(100nm)で形成する。
は、ストッパー膜18であるシリコン窒化膜とシリコン
基板16間の応力を緩和するためのものである。
より、拡散層となる領域に選択的にマスク19を形成す
る。
われていない領域、すなわち素子分離領域のストッパー
膜18、シリコン酸化膜17を異方性エッチング技術に
より除去する。さらにシリコン基板16を、深さ300
0A(300nm)程、異方性エッチングし、素子分離
領域にトレンチ20を形成する。
除去し、半導体基板上全面に、絶縁膜21として、シリ
コン酸化膜を、膜厚4500A(450nm)程、CV
Dにより形成し、トレンチ20を埋め込む。
のストッパー膜18が完全に露出するまで、CMPによ
り平坦化を行う。CMP後には、ストッパー膜18も少
し研磨され、その膜厚は600A(60nm)程度にな
る。
とストッパー膜18の上面とは、ほぼ同じ高さになる。
によりストッパー膜18を除去する。エッチングには、
通常、シリコン酸化膜との選択比が高い、燐酸によるウ
ェットエッチが用いられる。
面より600A(60nm)程突き出した絶縁膜21a
ができる。
化膜の除去のため、膜厚300A(30nm)のシリコ
ン酸化膜17のウェットエッチングが行われる。このウ
ェットエッチングには、下地への影響が少ない、フッ
酸、もしくはフッ酸を含む液が用いられる。
あるのでエッチングされるが、CVDによるシリコン酸
化膜は、熱酸化によるシリコン酸化膜よりも粗であり、
ウェットエッチングによるエッチング速度は、典型的に
は、CVDによるものが熱酸化によるものよりも3倍程
度大きい。
分離領域の絶縁膜21aの周縁部には、半径300A
(30nm)の窪み22ができ、トレンチ20の側壁が
露出する。
照して説明する。図7は、図6(d)のトレンチ素子分
離領域周縁部分を拡大して示した断面図である。
シリコン酸化膜17のウェットエッチングを行うと、C
VDによるシリコン酸化膜である絶縁膜21aは約90
0A(90nm)エッチングされ、上面の高さはシリコ
ン基板16に等しくなる。
め、素子分離領域周縁部では、図7の破線1から破線3
の順に進行し、最終的には、図6(e)で示したような
窪み22が生じる。
極を形成し、トランジスタを作成した場合、Andre
s Bryant氏らが、論文(“Characteristics o
f CMOS Device Isolation for the ULSI Age.”
IEDM Tech.Dig.,p671,199
4)で述べているように、拡散層のトレンチ側壁部、特
に、電界の集中する角の部分に意図しないトランジスタ
が形成され、本来のトランジスタ特性にハンプ、キンク
等と呼ばれる悪影響を及ぼす。
みによる急峻な段差のため、ゲート電極材料が窪みにサ
イドウォール状に残り、例えば、ゲート電極間がショー
トする場合もある。
従来のトレンチ素子分離形成方法では、素子分離領域周
縁部に、窪みが生じるため、拡散層のトレンチ側壁部、
特に電界の集中する角の部分に、意図しないトランジス
タが形成され、本来のトランジスタ特性にハンプ、キン
ク等と呼ばれる悪影響を及ぼしやすい、という問題点を
有している。
る急峻な段差のため、ゲート電極材料が窪みにサイドウ
ォール状に残り、ゲート電極間がショートしやすいとい
う問題点もある。
てなされたものであって、その目的は、トレンチ素子分
離形成の際に、半導体基板上のシリコン酸化膜をウェッ
トエッチングする際に、トレンチ素子分離領域の第1の
絶縁膜がエッチングされて、素子分離端に窪みが形成さ
れることを防ぎ、半導体装置の歩留り、信頼性、生産性
を向上する半導体装置の製造方法を提供することにあ
る。
明は、その概略を述べれば、絶縁膜を、予め窪みが生じ
やすいトレンチ周縁部に、選択的に形成し、窪みの形成
を防止する、あるいは、窪みが形成された後に窪みの中
に、選択的に絶縁膜を形成することにより、ゲート酸化
膜形成前に窪みを無くしたものである。
方法は、(a)半導体基板上に平坦化のためのストッパ
ー膜を形成する工程と、(b)素子分離領域の前記スト
ッパー膜をエッチングにより除去し、さらに前記半導体
基板をエッチングしトレンチを形成する工程と、(c)
前記半導体基板上に第1の絶縁膜を形成し前記トレンチ
を埋め込む工程と、(d)平坦化により前記ストッパー
膜上の前記第1の絶縁膜を除去する工程と、(e)前記
ストッパー膜を除去する工程と、(f)前記ストッパー
膜を除去した後、ゲート酸化膜を形成する前に、第2の
絶縁物を形成する工程と、(g)前記第2の絶縁膜をエ
ッチングする工程と、を含むことを特徴とする。
膜をCVD(化学気相成長)法により形成する、ことを
特徴とする。
CMP(化学機械的研磨)で行う、ことを特徴とする。
縁膜のエッチングを等方的なエッチングで行う、ことを
特徴とする。このエッチングは、好ましくは、ウェット
エッチングで行われる。
縁膜が、シリコン酸化膜である、ことを特徴とする。
に説明する。本発明の半導体装置の製造方法は、その好
ましい実施の形態において、半導体基板内に設けられる
トレンチに第1の絶縁膜を埋め込み平坦化してトレンチ
素子分離領域を形成するに際して、平坦化処理後におい
て、平坦化のためのストッパー膜を除去後、ゲート電極
形成工程前に、第2の絶縁膜を形成し、この第2の絶縁
膜をエッチングすることによりトレンチ素子分離領域の
基板表面よりも高い該第1の絶縁膜の側壁周辺部に、選
択的に前記第2の絶縁膜を残し、これにより、つづいて
行われるエッチング工程でトレンチ素子分離領域周辺部
に窪みが形成されることを防ぐ、ようにしたものであ
る。
方法は、その好ましい実施の形態において、(a)半導
体基板(図1の1)上に、応力緩和用の絶縁膜であるシ
リコン酸化膜(図1の2)を介して、平坦化のためのス
トッパー膜(図1の3)を形成する工程(図1(a)参
照)と、(b)素子分離領域の、ストッパー膜(図1の
3)及びシリコン酸化膜(図1の2)をエッチングによ
り除去し、さらに半導体基板(図1の1)をエッチング
してトレンチ(図1の5)を形成した後、基板上に、第
1の絶縁膜(図1の6)を形成し、トレンチを埋め込む
工程(図1(b)参照)と、(c)平坦化によりストッ
パー膜(図1の3)上の第1の絶縁膜(図1の6)を除
去する工程(図1(c)参照)と、(d)ストッパー膜
を除去する工程(図1(d)参照)と、(e)ストッパ
ー膜を除去した後、ゲート酸化膜を形成する前に、第2
の絶縁膜(図2の7)を形成する工程(図2(e)参
照)と、(f)第2の絶縁膜をエッチング除去する工程
(図2(f)参照)と、(g)シリコン酸化膜(図1の
2)をエッチング除去する工程(図2(g)参照)と、
を含む。
その好ましい実施の形態において、半導体基板内に設け
られるトレンチに第1の絶縁膜を埋め込み平坦化してト
レンチ素子分離領域を形成するに際して、平坦化処理後
において、平坦化のためのストッパー膜を除去後、ゲー
ト電極形成工程前に、該半導体基板と該ストッパー膜間
の応力緩和用の絶縁膜をエッチング除去し、つづいて第
2の絶縁膜を形成して該応力緩和用の絶縁膜のエッチン
グ除去の際に生じたトレンチ素子分離領域周辺部の窪み
を埋め込み、これにより、つづいて行われるエッチング
工程でトレンチ素子分離領域周辺部に窪みが形成される
ことを防ぐようにしたものである。
方法は、その好ましい実施の形態において、(a)半導
体基板(図4の8)上に、応力緩和用のシリコン酸化膜
(図4の9)を介して、平坦化のためのストッパー膜
(図4の10)を形成する工程(図4(a)参照)と、
(b)素子分離領域の、ストッパー膜及び前記シリコン
酸化膜をエッチングにより除去し、さらに半導体基板を
エッチングしてトレンチ(図4の12)を形成し、基板
上に第1の絶縁膜を形成しトレンチを埋め込む工程(図
4(b)参照)と、(c)平坦化により前記ストッパー
膜上の第1の絶縁膜を除去する工程(図4(c)参照)
と、(d)前記ストッパー膜を除去する工程(図4
(d)参照)と、(e)前記ストッパー膜を除去した後
に、シリコン酸化膜(図4の9)をエッチングにより除
去する工程(図5(e)参照)と、(f)前記工程
(e)で生じたトレンチ周辺部の窪みを覆うように第2
の絶縁膜(図5の15)を形成する工程(図5(f)参
照)と、(g)第2の絶縁膜をエッチング除去する工程
(図5(g))と、を含む。
第2の絶縁膜は、好ましくはCVDにより形成される。
また平坦化はCMP(化学機械的研磨)で行われる。前
記第2の絶縁膜のエッチングは、好ましくは、ウェット
エッチングで行われる。
膜形成前にトレンチ素子分離領域周辺部の窪みを無くし
たことにより、トランジスタ特性のハンプ、ゲート電極
エッチの際の段残りの発生を防止することができる。
細に説明すべく、本発明の実施例について図面を参照し
て以下に説明する。
を参照して説明する。図1及び図2は、本発明の第一実
施例の製造方法を説明するための図であり、半導体基板
の断面を製造工程順に模式的に示した工程断面図であ
る。なお、図1及び図2は、単に図面作成の都合で分図
されたものである。
基板1上に、熱酸化により、シリコン酸化膜2を膜厚3
00A(オングストローム)(30nm)形成し、シリ
コン酸化膜2上に、CMPのストッパー膜3として、C
MPによる研磨速度が、素子分離に利用する絶縁膜(本
実施例ではシリコン酸化膜を用いる)よりも小さいシリ
コン窒化膜を、CVDにより、膜厚1000A(100
nm)形成する。最初に、形成するシリコン酸化膜2の
役割は、ストッパー膜3であるシリコン窒化膜とシリコ
ン基板1間の応力を緩和するためのものである。
により、拡散層となる領域に選択的にマスク4を形成す
る。
で覆われていない領域、すなわち素子分離領域のストッ
パー膜4、シリコン酸化膜2を、異方性エッチング技術
により除去する。さらに、素子分離領域のシリコン基板
1を、深さ3000A(300nm)、異方性エッチン
グし、素子分離領域にトレンチ5を形成する。
4を除去し、半導体基板上全面に、第1の絶縁膜6とし
て、シリコン酸化膜を、膜厚4500A(450n
m)、CVDにより形成し、トレンチ5を埋め込む。
のストッパー膜4が完全に露出するまで、CMPにより
平坦化を行う。
れ、膜厚600A(60nm)程度になる。また、当
然、素子分離領域上の第1の絶縁膜6aの上面と、スト
ッパー膜3の上面とは、ほぼ同じ高さになる。
グにより、ストッパー膜3を除去する。このエッチング
には、通常、シリコン酸化膜との選択比が高い、燐酸に
よるウェットエッチが用いられる。
(基板)表面よりも高さが600A(60nm)突き出
した第1の絶縁膜6aができる。
縁膜7として、シリコン酸化膜を半導体基板上に、膜厚
600A(60nm)成長する。
グにより、膜厚600A(60nm)の第2の絶縁膜7
を除去する。その際、エッチング方法として、本実施例
では、下地に与えるダメージが少ない、フッ酸系のエッ
チング液によるウェットエッチングを用いる。
なり、最初のシリコン酸化膜2のみが残るが、素子分離
領域端(第1の絶縁膜6aの側壁部)では、シリコン酸
化膜2の上に、絶縁膜7aが残る。
領域端を拡大して示した図3を参照して説明する。
を除き、平面部には、膜厚600A(60nm)の第2
の絶縁膜7が形成されているが、素子分離領域端の角の
部分からは、水平から45度の角度に、(√2)×60
0≒850A(85nm)の第2の絶縁膜7が形成され
ていることになる。
エッチを行うと、平面部の第2の絶縁膜7は無くなる
が、素子分離領域端の角の部分では、 (√2)×600−600A≒250A(25nm) の絶縁膜7aが残る。
化膜2をウェットエッチングで除去する。この時、第1
の絶縁膜6aは、600A(60nm)エッチングされ
るが、第1の絶縁膜6aの窪みは、半径50A(5n
m)程度であり、問題にならない。
の形成を行っても、トランジスタ特性のハンプや、ゲー
ト電極材料の残りの問題は発生しない。
ったん素子分離領域端部に第2の絶縁膜7aを残してか
ら、シリコン酸化膜2をエッチング除去するように、説
明したが、本実施例においては、第2の絶縁膜7aも酸
化膜であり、実際の製造への適用に当たっては、この二
つのエッチングを一度に行っても、本質的な違いはない
のはもちろんである。
図面を参照して説明する。図4及び図5は、本発明の第
2の実施例の製造方法を説明するための図であり、半導
体基板の断面を製造工程順に模式的に示した工程断面図
である。なお、図4及び図5は、単に図面作成の都合で
分図されたものである。
基板8上に熱酸化によりシリコン酸化膜9を膜厚300
A(30nm)形成し、シリコン酸化膜9上に、CMP
のストッパー膜10として、CMPによる研磨速度が素
子分離に利用する絶縁膜(本実施例ではシリコン酸化
膜)よりも小さいシリコン窒化膜を、CVDにより、膜
厚1000A(100nm)形成する。最初に形成する
シリコン酸化膜9の役割は、ストッパー膜10であるシ
リコン窒化膜とシリコン基板8間の応力を緩和するため
のものである。
より、拡散層となる領域に選択的にマスク11を形成す
る。
1で覆われていない領域、すなわち素子分離領域のスト
ッパー膜10、シリコン酸化膜9を異方性エッチング技
術により除去する。さらにシリコン基板8を、3000
A(300nm)異方性エッチングし、素子分離領域に
トレンチ12を形成する。
去し、半導体基板上全面に、第1の絶縁膜13としてシ
リコン酸化膜を膜厚4500A(450nm)、CVD
により形成し、トレンチ12を埋め込む。
ストッパー膜10が完全に露出するまでCMPにより平
坦化を行う。CMP後にはストッパー膜10も研磨さ
れ、600A(60nm)程度になる。また当然、素子
分離領域上の第1の絶縁膜13aの上面とストッパー膜
10の上面はほぼ同じ高さになる。
によりストッパー膜10を除去する。エッチングには通
常、シリコン酸化膜との選択比が高い、燐酸によるウェ
ットエッチが用いられる。この結果、素子分離領域には
ウェハー表面より600A(60nm)突き出した第1
の絶縁膜13aができる。
化膜9の除去のため、300A(30nm)のウェット
エッチングを行う。
素子分離領域の第1の絶縁膜13aの周縁部には、半径
約300A(30nm)の窪み14ができ、トレンチの
側壁が露出する。
第2の絶縁膜15として、好ましくはシリコン酸化膜
を、CVDにより膜厚1000A(100nm)成長さ
せ、窪みを埋める。
膜15をエッチングにより1000A(100nm)除
去する。このエッチングは、本実施例では、下地に対す
る影響の少ない、フッ酸系のエッチング液によるウェッ
トエッチで行う。
部の窪み14があった場所には、第2の絶縁膜15aが
残り、これにより、窪みのないトレンチ素子分離が実現
できる。したがって、本実施例によっても、ハンプ、ゲ
ート電極の段残りを防止できる。
トレンチ素子分離周縁部の窪みを無くすことができるた
め、トランジスタの電気特性にハンプ、キンク等の悪影
響がでることを防ぎ、またゲートエッチングの際のサイ
ドウォール状のエッチング残りを防ぐことができ、歩留
り、及び信頼性を向上する、という効果を奏する。
程断面図である。
程断面図である。
た半導体基板の断面図である。
程断面図である。
程断面図である。
する工程断面図である。
た半導体基板の断面図である。
Claims (13)
- 【請求項1】(a)半導体基板上に平坦化のためのスト
ッパー膜を形成する工程と、 (b)素子分離領域の前記ストッパー膜をエッチングに
より除去し、さらに前記半導体基板をエッチングしトレ
ンチを形成する工程と、 (c)前記半導体基板上に第1の絶縁膜を形成し前記ト
レンチを埋め込む工程と、 (d)平坦化により前記ストッパー膜上の前記第1の絶
縁膜を除去する工程と、 (e)前記ストッパー膜を除去する工程と、 (f)前記ストッパー膜を除去した後、ゲート酸化膜を
形成する前に、第2の絶縁物を形成する工程と、 (g)前記第2の絶縁膜をエッチングし、前記トレンチ
の側壁に前記第2の絶縁膜を残す工程と、(h)つづいて前記トレンチ側壁の第2の絶縁膜と前記
トレンチ上部とを同時にエッチングする工程と、 を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項2】前記第1、及び第2の絶縁膜をCVD(化
学気相成長)法により形成する、ことを特徴とする請求
項1に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項3】前記平坦化を、CMP(化学機械的研磨)
で行う、ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置
の製造方法。 - 【請求項4】前記第2の絶縁膜のエッチングを等方的な
エッチングで行う、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。 - 【請求項5】前記エッチングが、ウェットエッチングで
ある、ことを特徴とする請求項3記載の半導体装置の製
造方法。 - 【請求項6】前記第2の絶縁膜が、シリコン酸化膜であ
る、ことを特徴とする請求項4記載の半導体装置の製造
方法。 - 【請求項7】半導体基板内に設けられるトレンチに第1
の絶縁膜を埋め込み平坦化してトレンチ素子分離領域を
形成するに際して、平坦化処理後において、平坦化のス
トッパー膜を除去後、ゲート電極形成工程前に、第2の
絶縁膜を形成し、この第2の絶縁膜をエッチングするこ
とにより、トレンチ素子分離領域の基板表面よりも突き
出した表面前記第1の絶縁膜の側壁周辺部に、選択的に
前記第2の絶縁膜を残し、つづいて行われるエッチング
工程でトレンチ素子分離領域周辺部に窪みが形成される
ことを防ぐようにしたことを特徴とする半導体装置の製
造方法。 - 【請求項8】半導体基板内に設けられるトレンチに第1
の絶縁膜を埋め込み平坦化してトレンチ素子分離領域を
形成するに際して、平坦化処理後において、平坦化のト
ッパー膜を除去後、ゲート電極形成工程前に、前記半導
体基板と前記ストッパー膜間の応力緩和用の絶縁膜をエ
ッチング除去し、 つづいて第2の絶縁膜を形成して前記応力緩和用の絶縁
膜のエッチング除去の際に生じたトレンチ素子分離領域
周辺部の窪みを埋め込み、つづいて行われるエッチング
工程でトレンチ素子分離領域周辺部に窪みが形成される
ことを防ぐようにしたことを特徴とする半導体装置の製
造方法。 - 【請求項9】(a)半導体基板上に、応力緩和用の絶縁
膜を介して、平坦化のためのストッパー膜を形成する工
程と、 (b)素子分離領域の、前記ストッパー膜及び応力緩和
用絶縁膜をエッチングにより除去し、さらに前記半導体
基板をエッチングしてトレンチを形成する工程と、 (c)前記半導体基板上に第1の絶縁膜を形成し前記ト
レンチを埋め込む工程と、 (d)平坦化により前記ストッパー膜上の前記第1の絶
縁膜を除去する工程と、 (e)前記ストッパー膜を除去する工程と、 (f)前記ストッパー膜を除去した後、ゲート酸化膜を
形成する前に、第2の絶縁膜を形成する工程と、 (g)前記第2の絶縁膜をエッチング除去し、素子分離
領域端の前記第1の絶縁膜の角部に前記第2の絶縁膜を
一部残す工程と、 (h)前記応力緩和用絶縁膜をエッチング除去する工程
と、 を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項10】(a)半導体基板上に、応力緩和用の絶
縁膜を介して、平坦化のためのストッパー膜を形成する
工程と、 (b)素子分離領域の、前記ストッパー膜及び前記応力
緩和用絶縁膜をエッチングにより除去し、さらに前記半
導体基板をエッチングしてトレンチを形成する工程と、 (c)前記半導体基板上に第1の絶縁膜を形成し前記ト
レンチを埋め込む工程と、 (d)平坦化により前記ストッパー膜上の前記第1の絶
縁膜を除去する工程と、 (e)前記ストッパー膜を除去する工程と、 (f)前記ストッパー膜を除去した後に、前記応力緩和
用絶縁膜をエッチングにより除去する工程と、 (g)基板全面に第2の絶縁膜を形成し、素子分離領域
端の窪みを埋め込む工程と、 (h)前記第2の絶縁膜をエッチング除去する工程と、 を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項11】前記第1、第2の絶縁膜をCVD(化学
気相成長)法により形成する、ことを特徴とする請求項
7、8、9、10のいずれか一に記載の半導体装置の製
造方法。 - 【請求項12】前記平坦化を、CMP(化学機械的研
磨)で行う、ことを特徴とする請求項7、8、9、10
のいずれか一に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項13】前記第2の絶縁膜のエッチングをウェッ
トエッチングで行う、ことを特徴とする請求項7、8、
9、10のいずれか一に記載の半導体装置の製造方法。
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