JP3344397B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JP3344397B2 JP2000013430A JP2000013430A JP3344397B2 JP 3344397 B2 JP3344397 B2 JP 3344397B2 JP 2000013430 A JP2000013430 A JP 2000013430A JP 2000013430 A JP2000013430 A JP 2000013430A JP 3344397 B2 JP3344397 B2 JP 3344397B2
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    • H01L21/76Making of isolation regions between components
    • H01L21/762Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers
    • H01L21/76224Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using trench refilling with dielectric materials

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造方
法に関し、特に、STI(shallow−trenc
h−isolation)構造の素子分離領域の形成方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年の半導体装置の高集積化では、素子
分離領域の面積の縮小も必須になっている。このため、
素子分離領域は、LOCOS法に代って、STI構造の
ものが採用され始めている。しかしながら、STI構造
の素子分離領域では、(溝形成後に全面に絶縁膜を形成
し)溝を充填する絶縁膜のエッチバックに伴なって、溝
上端部近傍における半導体基板表面と充填絶縁膜との段
差による凹部が形成されて、これの存在によるゲート電
極材料の溝上端部に沿ったエッチング残り,逆狭チャネ
ル効果の発生等が問題になりつつある。
【0003】この問題に対しての代表的な対策技術が、
特開平10−50822号公報に開示されている。
【0004】半導体装置の素子分離領域の製造工程の断
面模式図である図7を参照すると、上記公開公報に記載
されたSTI構造の素子分離領域は、以下のとおりに形
成される。
【0005】まず、シリコン基板301の表面に熱酸化
によりパッド酸化膜302が形成され、続いて、CVD
により窒化シリコン膜321が全面に形成される。窒化
シリコン膜321の表面上にフォトレジスト膜パターン
322が形成される。フォトレジスト膜パターン322
をマスクにして、窒化シリコン膜321,パッド酸化膜
302およびシリコン基板301が順次異方性エッチン
グされて、シリコン基板301の表面に溝303が形成
される〔図7(a)〕。
【0006】次に、フォトレジスト膜パターン322が
除去される。その後、全面に酸化シリコン系の絶縁膜が
形成される。窒化シリコン膜321をストッパとして、
第1回目のCMPが行なわれ、溝303を充填する姿態
を有して絶縁膜305が残置形成される〔図7
(b)〕。
【0007】続いて、窒化シリコン膜321が選択的に
除去される〔図7(c)〕。
【0008】引き続いて、シリコン基板301をストッ
パとして、第2回目のCMPが行なわれ、絶縁膜305
およびパッド酸化膜302が除去され、溝303を充填
する姿態を有した絶縁膜305aが残置形成される。こ
れにより、STI構造の素子分離領域313が形成され
る〔図7(d)〕。
【0009】上記公開公報記載の素子分離領域の形成方
法によれば、溝303の上端において、絶縁膜305a
の上面とシリコン基板301の表面とは概ね一致して、
上記凹部の形成は回避される。その結果、ゲート電極材
料の溝上端部に沿ったエッチング残り,逆狭チャネル効
果の発生等の問題は解決される。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記特開
平10−50822号公報記載の製造方法では、第2回
目のCMPがシリコン基板をストッパにして行なわれて
いることから、シリコン基板の表面の活性領域となる部
分がこのCMPに晒されることになる。このため、CM
Pに使用されるスリラー中の金属イオンによりこの活性
領域が汚染されて、シリコン基板表面に形成する半導体
装置の電気特性に悪影響を与えるという問題が生じる。
さらには、この活性領域をなすシリコン基板表面が荒れ
ることになり、この表面有れを回復するための新たな平
坦化工程が必要になる。
【0011】したがって本発明の目的は、電気特性を損
なわず,新たな平坦化工程を必要としないSTI構造の
素子分離領域の形成方法を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法の第1の態様は、シリコン基板の表面に第1の熱
酸化によりパッド酸化膜を形成し、全面に窒化シリコン
膜を形成し、この窒化シリコン膜の表面に形成したフォ
トレジスト膜パターンをマスクにして、この窒化シリコ
ン膜およびパッド酸化膜を異方性エッチングし、さら
に、このシリコン基板の表面を所定の深さだけテーパー
・エッチングして溝を形成する工程と、第2の熱酸化に
より、上記溝の表面に所要の膜厚を有した表面保護酸化
膜を形成する工程と、全面に第1の酸化シリコン膜を形
成し、上記窒化シリコン膜の上面が露出するまでこの第
1の酸化シリコン膜に第1のCMPを行なう工程と、上
記窒化シリコン膜を選択的に除去し、LPCVDにより
全面に所望の膜厚を有したHTO膜を形成し、さらに、
全面に第2の酸化シリコン膜を形成する工程と、上記シ
リコン基板の表面の全面が上記パッド酸化膜の少なくと
も一部に覆われた姿態を有して、第2のCMPによる平
坦化を行なう工程と、上記シリコン基板の表面が露出す
るまで、弗酸系のエッチング液でウェット・エッチング
を行なう工程とを有することを特徴とする。
【0013】好ましくは、上記第1の酸化シリコン膜が
HD−PECVDにより形成される。上記第2の酸化シ
リコン膜はHD−PECVDにより形成される。また
は、上記第2の酸化シリコン膜は、オゾンとTEOSと
を原料として2.7×10 Pa程度の準常圧化学気相
成長法により形成された酸化シリコン膜,もしくは,水
素化無機SOG膜からなり、上記第2のCMPの前に上
記第2の酸化シリコン膜を酸化雰囲気で熱処理する工程
を有する。
【0014】あるいは、上記第1の酸化シリコン膜はオ
ゾンとTEOSとを原料として準常圧化学気相成長法に
より形成された酸化シリコン膜,もしくは,水素化無機
SOG膜からなり、上記第1のCMPと上記窒化シリコ
ン膜の選択除去との間に、上記第1の酸化シリコン膜を
酸化雰囲気で熱処理する工程を有し、上記第2の酸化シ
リコン膜が、オゾンとTEOSとを原料として準常圧化
学気相成長法により形成された酸化シリコン膜,もしく
は,水素化無機SOG膜からなり、上記第2のCMPの
前に、上記第2の酸化シリコン膜を酸化雰囲気で熱処理
する工程を有する。
【0015】本発明の半導体装置の製造方法の第2の態
様は、シリコン基板の表面に第1の熱酸化によりパッド
酸化膜を形成し、全面に窒化シリコン膜を形成し、この
窒化シリコン膜の表面に形成したフォトレジスト膜パタ
ーンをマスクにして、この窒化シリコン膜およびパッド
酸化膜を異方性エッチングし、さらに、このシリコン基
板の表面を所定の深さだけテーパー・エッチングして溝
を形成する工程と、第2の熱酸化により、上記溝の表面
に所要の膜厚を有した表面保護酸化膜を形成する工程
と、全面に第1の酸化シリコン膜を形成し、上記窒化シ
リコン膜の上面が露出するまでこの第1の酸化シリコン
膜に第1のCMPを行なう工程と、上記窒化シリコン膜
を選択的に除去し、熱酸化により上記パッド酸化膜を所
要の膜厚の熱酸化膜に変換する工程と、全面に第2の酸
化シリコン膜を形成する工程と、上記シリコン基板の表
面の全面が上記熱酸化膜の少なくとも一部に覆われた姿
態を有して、第2のCMPによる平坦化を行なう工程
と、上記シリコン基板の表面が露出するまで、弗酸系の
エッチング液でウェット・エッチングを行なう工程とを
有することを特徴とする。
【0016】好ましくは、上記第1の酸化シリコン膜は
HD−PECVDにより形成される。上記第2の酸化シ
リコン膜はHD−PECVDにより形成される。また
は、上記第2の酸化シリコン膜は、オゾンとTEOSと
を原料として準常圧化学気相成長法により形成された酸
化シリコン膜,もしくは,水素化無機SOG膜からな
り、上記第2のCMPの前に、上記第2の酸化シリコン
膜を酸化雰囲気で熱処理する工程を有する。
【0017】あるいは、上記第1の酸化シリコン膜は、
オゾンとTEOSとを原料として準常圧化学気相成長法
により形成された酸化シリコン膜,もしくは,水素化無
機SOG膜からなり、上記第2の酸化シリコン膜は、オ
ゾンとTEOSとを原料として準常圧化学気相成長法に
より形成された酸化シリコン膜,もしくは,水素化無機
SOG膜からなり、上記第2のCMPの前に、上記第2
の酸化シリコン膜を酸化雰囲気で熱処理する工程を有す
ることを特徴とする。
【0018】
【発明の実施の形態】次に、図面を参照して本発明につ
いて説明する。
【0019】半導体装置の素子分離領域の製造工程の断
面模式図である図1を参照すると、本発明の第1の実施
の形態の第1の実施例によるSTI構造の素子分離領域
は、以下のとおりに形成される。
【0020】まず、シリコン基板101の表面に、熱酸
化によりパッド酸化膜102が形成される。パッド酸化
膜102の膜厚は、8nm〜16nm程度である。CV
Dにより、全面に膜厚50nm〜200nm程度の窒化
シリコン膜121が形成される。パッド酸化膜102を
設けるのは、後工程で行なう熱処理時を含めての応力緩
和のためであり、さらには、窒化シリコン膜122をウ
ェット・エッチングで除去する場合には、エッチング・
ストッパとして機能するとともに,活性領域となるシリ
コン基板101の表面を保護するためである。
【0021】次に、窒化シリコン膜121の表面上に
は、フォトレジスト膜パターン122が形成される。フ
ォトレジスト膜パターン122をマスクにして、窒化シ
リコン膜122,パッド酸化膜102が順次異方性エッ
チングされる。さらに引き続いて、フォトレジスト膜パ
ターン122をマスクにして、シリコン基板101が例
えばCl2 +O2 (+HBr)の混合ガスによる異方性
エッチングによりテーパー・エッチングされて、シリコ
ン基板101の表面に溝103が形成される。溝103
のテーパー角度,最小幅および深さは、それぞれ80°
〜85°程度,0.1μm〜0.25μm程度および1
50nm〜500nm程度である〔図1(a)〕。
【0022】上記フォトレジスト膜パターン122が除
去された後、熱酸化により、溝103の表面に、表面保
護酸化膜104aが形成される。表面保護酸化膜104
aの膜厚は、少なくとも30nmであり,好ましくは4
0nm程度である。
【0023】本第1の実施例において、表面保護酸化膜
104aを形成する目的は、溝103の上端をまるめる
ことと、後工程でのバイアス・スパッタリンクを伴なっ
た高密度プラズマ励起気相成長法(HD−PECVD)
による第1の酸化シリコン膜の形成の際に,このHD−
PECVDによる溝103表面のシリコン基板101を
アタックから保護するためである。このアタックからの
保護のために、表面保護酸化膜104aの膜厚は、少な
くとも30nm程度必要である。しかしながら、表面保
護酸化膜104aの膜厚が厚すぎると、溝103上端に
おけるバーズ・ビーク部が増大して活性領域の面積が目
的とする値より縮小(に伴なうチャネル幅の縮小)され
るとともに、ストレス等の増大が生じる。
【0024】次に、バイアス・スパッタリンクを伴なっ
たHD−PECVDにより、溝103を充填し,かつ,
窒化シリコン膜121の表面を覆う姿態を有して、第1
の酸化シリコン膜(図に明示せず)が形成される。この
第1の酸化シリコン膜は、熱酸化により形成された酸化
シリコン膜の特性に近い特性を有している。HD−PE
CVDとしては、ECR−PECVD,ICP(Ind
uctively−Coupled−Plasma)に
よるCVD,ヘリコン波PECVD等がある。続いて、
窒化シリコン膜121をストッパとして、第1回目のC
MPが行なわれ、溝103(並びに窒化シリコン膜12
1の空隙部)を充填する(第1の)酸化シリコン膜10
5aが残置形成される〔図1(b)〕。
【0025】次に、(熱燐酸を用いた)ウェット・エッ
チングもしくは、ドライ・エッチングにより、窒化シリ
コン膜121が選択的に除去される。SiH4 +N2
あるいはSiH2 Cl2 +N2 Oからなる混合ガスを用
いた減圧気相成長法(LPCVD)により、全面に所望
の膜厚を有した高温酸化膜(HTO膜)107aが形成
される。HTO膜107aの所望の膜厚としては、これ
とパッド酸化膜102との合計膜厚が少なくとも30n
m程度あればよい。このHTO膜107aは、表面保護
酸化膜104aと同じ理由で形成される。続いて、HD
−PECVDにより、全面に第2の酸化シリコン膜10
8aが形成される〔図1(c)〕。
【0026】次に、第2回目のCMPが行なわれて、例
えば酸化シリコン膜108aa,HTO膜107aa,
酸化シリコン膜105aaが残置する〔図1(d)〕。
このCMPは、シリコン基板101の表面がパッド酸化
膜102(の少なくとも一部)により覆われた状態(シ
リコン基板101の表面が露出しない状態)で、停止さ
れることが好ましい。これは、次工程におけるウェット
・エッチングを、目的とする精度で行なうためである。
この第2回目のCMP中でのシリコン基板101の表面
上での残膜の膜厚測定は、静電容量法,光学的計測法等
により行なわれる。
【0027】次に、バッファード弗酸あるいは稀弗酸に
よるウェット・エッチングが、シリコン基板101表面
の露出するまで行なわれて、溝103に表面保護酸化膜
104aa,酸化シリコン膜105abが残置形成され
てなるSTI構造の素子分離領域113aが、形成され
る〔図1(e)〕。
【0028】本第1の実施の形態の本第1の実施例にお
いて、第2回目のCMPの後にウェット・エッチングに
よりシリコン基板101の表面が露出されることから、
CMPによるの活性領域の汚染,表面の荒れの形成は解
消され、新たな平坦化工程を必要としない。さらに、本
第1の実施例によれば、素子分離領域113aを充填す
る表面保護酸化膜104aa並びに酸化シリコン膜10
5abの上面と、シリコン基板101表面との段差を2
0nm以下に制御することは容易なことから、逆狭チャ
ネル効果の発生の抑制も容易になるとともに、例えばゲ
ート電極形成時におけるゲート電極材料の溝上端部に沿
った残留の回避も容易になる。
【0029】半導体装置の素子分離領域の主要製造工程
の断面模式図である図2を参照すると、本第1の実施の
形態の第2の実施例によるSTI構造の素子分離領域
は、以下のとおりに形成される。
【0030】まず、上記第1の実施例と同様に、シリコ
ン基板101の表面に、熱酸化によりパッド酸化膜10
2が形成される。パッド酸化膜102の膜厚は、8nm
〜16nm程度である。CVDにより、全面に膜厚50
nm〜200nm程度の窒化シリコン膜(図示せず)が
形成される。窒化シリコン膜の表面上にフォトレジスト
膜パターン(図示せず)が形成された後、このフォトレ
ジスト膜パターンをマスクにして窒化シリコン膜,パッ
ド酸化膜102およびシリコン基板101が順次異方性
エッチングされて、シリコン基板101の表面にはテー
パーを有した溝103が形成される。上記フォトレジス
ト膜パターンが除去された後、表面保護酸化膜104b
が溝103の表面に熱酸化により形成される。この表面
保護酸化膜104bの膜厚も、少なくとも30nmであ
り,好ましくは40nm程度である。
【0031】次に、上記第1の実施例と同様に、バイア
ス・スパッタリンクを伴なったHD−PECVDによ
り、溝103を充填し,かつ,上記窒化シリコン膜の表
面を覆う姿態を有して、第1の酸化シリコン膜(図に明
示せず)が形成される。続いて、上記窒化シリコン膜を
ストッパとして、第1回目のCMPが行なわれ、溝10
3(並びに上記窒化シリコン膜の空隙部)を充填する
(第1の)酸化シリコン膜105bが残置形成される。
上記窒化シリコン膜が選択的に除去される。LPCVD
により、全面に所望の膜厚を有したHTO膜107bが
形成される。HTO膜107bとパッド酸化膜102と
の合計膜厚も、少なくとも30nm程度あればよい。
【0032】次に、上記第1の実施例と相違した成膜方
法により、第2の酸化シリコン膜109bが形成される
〔図2(a)〕。酸化シリコン膜109bは、オゾン
(O3)+TEOSを原料とした(2.7×104 Pa
程度,400℃〜500℃での)準常圧気相成長法、あ
るいは、水素化無機SOG膜の塗布,ベークにより形成
される。水素化無機SOG膜は、カーボン・フリーのS
OG膜であり、他の無機SOG膜と相違してベークによ
る体積収縮が極めて少なく、(HSiO3/2nを原料
として形成される。
【0033】続いて、800℃〜1000℃の酸素雰囲
気で熱処理が施されて、酸化シリコン膜109bが、緻
密化された酸化シリコン膜109baに変化される〔図
2(b)〕。この処理が必要なのは、第2回目のCMP
において、下地の酸化シリコン膜とこの第2の酸化シリ
コン膜との研磨速度の差を減らしておくためである。ま
た、HTO膜107bとパッド酸化膜102との合計膜
厚を少なくとも30nm程度に設定するのは、この熱処
理に際して、活性領域となるシリコン基板101表面
へ、第2の酸化シリコン膜から水分等の不純物が侵入す
るのを防ぐためである。
【0034】その後、上記第1の実施例と同様に、第2
回目のCMPが行なわれて、例えば酸化シリコン膜10
9bb,HTO膜107ba,酸化シリコン膜105b
aが残置する〔図2(c)〕。
【0035】次に、上記第1の実施例と同様に、バッフ
ァード弗酸あるいは稀弗酸によるウェット・エッチング
が、シリコン基板101表面の露出するまで行なわれ
て、溝103に表面保護酸化膜104ba,酸化シリコ
ン膜105bbが残置形成されてなるSTI構造の素子
分離領域113bが、形成される〔図2(d)〕。
【0036】本第2の実施例は、上記第1の実施例の有
した効果を有している。
【0037】半導体装置の素子分離領域の主要製造工程
の断面模式図である図3を参照すると、本第1の実施の
形態の第3の実施例によるSTI構造の素子分離領域
は、以下のとおりに形成される。
【0038】まず、上記第1,2の実施例と同様に、シ
リコン基板101の表面に熱酸化によりパッド酸化膜1
02が形成され、CVDにより全面に窒化シリコン膜1
21が形成される。窒化シリコン膜121の表面上にフ
ォトレジスト膜パターン(図示せず)が形成された後、
このフォトレジスト膜パターンをマスクにして窒化シリ
コン膜121,パッド酸化膜102およびシリコン基板
101が順次異方性エッチングされて、シリコン基板1
01の表面には、テーパーを有した溝103が形成され
る。上記フォトレジスト膜パターンが除去された後、表
面保護酸化膜104cが溝103の表面に熱酸化により
形成される。表面保護酸化膜104cの膜厚も、少なく
とも30nmであり,好ましくは40nm程度である。
【0039】次に、上記第1,2の実施例と相違して、
3 +TEOSを原料とした準常圧気相成長法、あるい
は、水素化無機SOG膜の塗布,ベークにより、溝10
3を充填し,かつ,窒化シリコン膜121の表面を覆う
姿態を有して、第1の酸化シリコン膜106が形成され
る〔図3(a)〕。
【0040】続いて、窒化シリコン膜121をストッパ
として、第1回目のCMPが行なわれ、溝103(並び
に窒化シリコン膜121の空隙部)を充填する(第1
の)酸化シリコン膜106cが残置形成される〔図3
(b)〕。
【0041】次に、800℃〜1000℃の酸素雰囲気
で熱処理が施されて、酸化シリコン膜106cが緻密化
された酸化シリコン膜106caになる〔図3
(c)〕。
【0042】続いて、窒化シリコン膜121が選択的に
除去される。LPCVDにより、全面に所望の膜厚を有
したHTO膜107cが形成される。HTO膜107c
とパッド酸化膜102との合計膜厚も、少なくとも30
nm程度あればよい。次に、上記第2の実施例と同様の
方法により、第2の酸化シリコン膜109cが形成され
る〔図3(d)〕。図示は省略するが、その後、上記第
2の実施例と同様の方法により、本第3の実施例による
STI構造の素子分離領域が形成される。
【0043】本第3の実施例も、上記第1,第2の実施
例の有した効果を有している。
【0044】上記第1の実施の形態では、第1のCMP
により溝に第1の酸化シリコン膜が残置形成され、窒化
シリコン膜が除去された後、全面にHTO膜が形成され
ている。本発明の半導体装置の製造方法は、これに限定
されるものではない。
【0045】半導体装置の素子分離領域の主要製造工程
の断面模式図である図4を参照すると、本発明の第2の
実施の形態の第1の実施例によるSTI構造の素子分離
領域は、以下のとおりに形成される。
【0046】まず、シリコン基板201の表面に、熱酸
化によりパッド酸化膜202が形成される。パッド酸化
膜202の膜厚は、8nm〜16nm程度である。CV
Dにより、全面に膜厚50nm〜200nm程度の窒化
シリコン膜(図示せず)が形成される。次に、上記窒化
シリコン膜の表面上には、フォトレジスト膜パターン
(図示せず)が形成される。このフォトレジスト膜パタ
ーンをマスクにして、上記窒化シリコン膜,パッド酸化
膜202が順次異方性エッチングされる。さらに引き続
いて、フォトレジスト膜パターンをマスクにして、シリ
コン基板201が例えばCl2 +O2 (+HBr)の混
合ガスによる異方性エッチングによりテーパー・エッチ
ングされて、シリコン基板201の表面に溝203が形
成される。溝203のテーパー角度,最小幅および深さ
は、それぞれ80°〜85°程度,0.1μm〜0.2
5μm程度および150nm〜500nm程度である。
上記フォトレジスト膜パターンが除去された後、熱酸化
により、表面保護酸化膜204aが溝203の表面に形
成される。表面保護酸化膜104aの膜厚は、少なくと
も30nmであり,好ましくは40nm程度である。
【0047】次に、バイアス・スパッタリンクを伴なっ
たHD−PECVDにより、溝203を充填し,かつ,
上記窒化シリコン膜の表面を覆う姿態を有して、第1の
酸化シリコン膜(図に明示せず)が形成される。続い
て、上記窒化シリコン膜をストッパとして、第1回目の
CMPが行なわれ、溝203(並びに上記窒化シリコン
膜の空隙部)を充填する(第1の)酸化シリコン膜20
5aが残置形成される。次に、(熱燐酸を用いた)ウェ
ット・エッチングもしくは、ドライ・エッチングによ
り、上記窒化シリコン膜が選択的に除去される〔図4
(a)〕。
【0048】次に、上記第1の実施の形態と相違して、
熱酸化が施されて、パッド酸化膜202は、膜厚が少な
くとも30nm程度の熱酸化膜212aに変換される。
続いて、上記第1の実施の形態の上記第1の実施例と同
様に、HD−PECVDにより、全面に第2の酸化シリ
コン膜208aが形成される〔図4(b)〕。
【0049】次に、上記第1の実施の形態の上記第1の
実施例と同様に、第2回目のCMPが行なわれて、例え
ば酸化シリコン膜208aa,酸化シリコン膜205a
aが残置する〔図4(c)〕。このCMPも、上記第1
の実施の形態の上記第1の実施例と同様に、シリコン基
板201の表面が熱酸化膜212a(の少なくとも一
部)により覆われた状態(シリコン基板201の表面が
露出しない状態)で、停止される。この第2回目のCM
P中でのシリコン基板201の表面上での残膜の膜厚測
定は、例えば静電容量法,光学的計測法等により行なわ
れる。
【0050】次に、上記第1の実施の形態の上記第1の
実施例と同様に、バッファード弗酸あるいは稀弗酸によ
るウェット・エッチングが、シリコン基板201表面の
露出するまで行なわれて、溝203に表面保護酸化膜2
04aa,酸化シリコン膜205abが残置形成されて
なるSTI構造の素子分離領域213aが、形成される
〔図4(d)〕。
【0051】本第2の実施の形態の本第1の実施例も、
上記第1の実施の形態の上記第1の実施例の有したい効
果を有している。
【0052】半導体装置の素子分離領域の主要製造工程
の断面模式図である図5を参照すると、本第2の実施の
形態の第2の実施例によるSTI構造の素子分離領域
は、以下のとおりに形成される。
【0053】まず、本第2の実施の形態の上記第1の実
施例と同様に、シリコン基板201の表面に、熱酸化に
よりパッド酸化膜202が形成される。パッド酸化膜2
02の膜厚は、8nm〜16nm程度である。CVDに
より、全面に膜厚50nm〜200nm程度の窒化シリ
コン膜(図示せず)が形成される。窒化シリコン膜の表
面上にフォトレジスト膜パターン(図示せず)が形成さ
れた後、このフォトレジスト膜パターンをマスクにして
窒化シリコン膜,パッド酸化膜202およびシリコン基
板201が順次異方性エッチングされて、シリコン基板
201の表面にはテーパーを有した溝203が形成され
る。上記フォトレジスト膜パターンが除去された後、表
面保護酸化膜204bが溝203の表面に熱酸化により
形成される。表面保護酸化膜204bの膜厚も、少なく
とも30nmであり,好ましくは40nm程度である。
【0054】次に、本第2の実施の形態の上記第1の実
施例と同様に、バイアス・スパッタリンクを伴なったH
D−PECVDにより、溝203を充填し,かつ,上記
窒化シリコン膜の表面を覆う姿態を有して、第1の酸化
シリコン膜(図に明示せず)が形成される。続いて、上
記窒化シリコン膜をストッパとして、第1回目のCMP
が行なわれ、溝203(並びに上記窒化シリコン膜の空
隙部)を充填する(第1の)酸化シリコン膜205bが
残置形成される。上記窒化シリコン膜が選択的に除去さ
れる。
【0055】次に、本第1の実施の形態の上記第1の実
施例と同様に、熱酸化が施されて、パッド酸化膜202
は、膜厚が少なくとも30nm程度の熱酸化膜212b
に変換される。続いて、上記第1の実施の形態の上記第
2の実施例と同様に、O3 +TEOSを原料とした準常
圧気相成長法、あるいは、水素化無機SOG膜の塗布,
ベークにより、全面に第2の酸化シリコン膜209bが
形成される〔図5(a)〕。水素化無機SOG膜は、カ
ーボン・フリーのSOG膜であり、他の無機SOG膜と
相違してベークによる体積収縮が極めて少なく、(HS
iO3/2n を原料として形成される。
【0056】続いて、800℃〜1000℃の酸素雰囲
気で熱処理が施されて、酸化シリコン膜209bが、緻
密化された酸化シリコン膜109baに変化される〔図
5(b)〕。この処理が必要なのは、第2回目のCMP
において、下地の酸化シリコン膜とこの第2の酸化シリ
コン膜との研磨速度の差を減らしておくためである。ま
た、熱酸化膜212bの膜厚を少なくとも30nm程度
に設定するのは、この熱処理に際して、活性領域となる
シリコン基板201表面へ、第2の酸化シリコン膜から
水分等の不純物が侵入するのを防ぐためである。
【0057】その後、本第2の実施の形態の上記第1の
実施例等と同様に、第2回目のCMPが行なわれて、例
えば酸化シリコン膜209bb,酸化シリコン膜205
baが残置する〔図5(c)〕。
【0058】次に、本第2の実施の形態の上記第1の実
施例等と同様に、バッファード弗酸あるいは稀弗酸によ
るウェット・エッチングが、シリコン基板201表面の
露出するまで行なわれて、溝203に表面保護酸化膜2
04ba,酸化シリコン膜205bbが残置形成されて
なるSTI構造の素子分離領域213bが、形成される
〔図5(d)〕。
【0059】本第2の実施の形態の本第2の実施例も、
本第2の実施の形態の上記第1の実施例の有した効果を
有している。
【0060】半導体装置の素子分離領域の主要製造工程
の断面模式図である図6を参照すると、本第2の実施の
形態の第3の実施例によるSTI構造の素子分離領域
は、以下のとおりに形成される。
【0061】まず、本第2の実施の形態の上記第1,2
の実施例と同様に、シリコン基板201の表面に熱酸化
によりパッド酸化膜202が形成され、CVDにより全
面に窒化シリコン膜(図示せず)が形成される。この窒
化シリコン膜の表面上にフォトレジスト膜パターン(図
示せず)が形成された後、このフォトレジスト膜パター
ンをマスクにしてこの窒化シリコン膜,パッド酸化膜2
02およびシリコン基板201が順次異方性エッチング
されて、シリコン基板201の表面にはテーパーを有し
た溝203が形成される。上記フォトレジスト膜パター
ンが除去された後、表面保護酸化膜204cが溝203
の表面に熱酸化により形成される。表面保護酸化膜20
4cの膜厚も、少なくとも30nmであり,好ましくは
40nm程度である。
【0062】次に、上記第1の実施の形態の上記第3の
実施例と同様に、O3 +TEOSを原料とした準常圧気
相成長法、あるいは、水素化無機SOG膜の塗布,ベー
クにより、溝203を充填し,かつ,上記窒化シリコン
膜の表面を覆う姿態を有して、第1の酸化シリコン膜
(図示は省略する)が形成される。
【0063】次に、上記窒化シリコン膜をストッパとし
て、第1回目のCMPが行なわれ、溝203(並びに上
記窒化シリコン膜の空隙部)を充填する(第1の)酸化
シリコン膜206cが、残置形成される。続いて、上記
第1の実施の形態の上記第3の実施例と同様に、上記窒
化シリコン膜が選択的に除去される〔図6(a)〕。
【0064】次に、本第2の実施の形態の上記第1,2
の実施例と同様に、熱酸化が施されて、パッド酸化膜2
02は、膜厚が少なくとも30nm程度の熱酸化膜21
2bに変換される。それと同時に、酸化シリコン膜20
6cは緻密化された酸化シリコン膜206caになる
〔図6(b)〕。
【0065】図示は省略するが、その後、本第2の実施
の形態の上記第2の実施例と同様の製法により、本第3
の実施例による素子分離領域が完成する。
【0066】本第2の実施の形態の本第3の実施例も、
本第2の実施の形態の上記第1,第2の実施例の有した
効果を有している。
【0067】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体装
置の製造方法では、シリコン基板の表面にパッド酸化
膜,窒化シリコン膜を形成してから溝を形成し、熱酸化
により溝の表面に表面保護酸化膜を形成し、窒化シリコ
ン膜をストッパにして全面に形成した第1の酸化シリコ
ン膜に第1のCMPを行ない、窒化シリコン膜を除去
し、HTO膜の形成,もしくは,再酸化によりシリコン
基板表面の酸化膜の膜厚を増大させてから第2の酸化シ
リコン膜を形成し、シリコン基板表面が露出しない程度
に第2のCMPを行ない、最後に弗酸系でのウェット・
エッチングを行なって、STI構造の素子分離領域を形
成している。
【0068】このため、活性領域となるシリコン基板の
表面に新たな平坦化工程を加える必要がなく、(逆狭チ
ャネル効果の増大等の)電気特性の劣化を抑制したST
I構造の素子分離領域の形成が容易になるとともに、例
えばゲート電極形成時におけるゲート電極材料の溝上端
部に沿った残留の回避も容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の第1の実施例の製
造工程の断面模式図である。
【図2】上記第1の実施の形態の第2の実施例の主要製
造工程の断面模式図である。
【図3】上記第1の実施の形態の第3の実施例の主要製
造工程の断面模式図である。
【図4】本発明の第2の実施の形態の第1の実施例の主
要製造工程の断面模式図である。
【図5】上記第2の実施の形態の第2の実施例の主要製
造工程の断面模式図である。
【図6】上記第2の実施の形態の第3の実施例の主要製
造工程の断面模式図である。
【図7】従来の半導体装置の製造方法を説明するための
断面模式図である。
【符号の説明】
101,201,301 シリコン基板 102,202,302 パッド酸化膜 103,203,303 溝 104a,104aa,104b,104ba,104
c,204a,204aa,204b,204ba,2
04c 表面保護酸化膜 105a,105aa,105ab,105b,105
ba,105bb,106,106c,106ca,1
08a,108aa,109b,109ba,109
c,205a,205aa,205aa,205b,2
05ba,205bb,206c,206ca,208
b,208ba,209b,209ba,209bb
酸化シリコン膜 107a,107aa,107b,107ba,107
c HTO膜 113a,113b,213a,213b,313
素子分離領域 121,321 窒化シリコン膜 122,322 フォトレジスト膜パターン 212a,212b 熱酸化膜

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリコン基板の表面に第1の熱酸化によ
    りパッド酸化膜を形成し、全面に窒化シリコン膜を形成
    し、該窒化シリコン膜の表面に形成したフォトレジスト
    膜パターンをマスクにして、該窒化シリコン膜およびパ
    ッド酸化膜を異方性エッチングし、さらに、該シリコン
    基板の表面を所定の深さだけテーパー・エッチングして
    溝を形成する工程と、 第2の熱酸化により、前記溝の表面に所要の膜厚を有し
    た表面保護酸化膜を形成する工程と、 全面に第1の酸化シリコン膜を形成し、前記窒化シリコ
    ン膜の上面が露出するまで該第1の酸化シリコン膜に第
    1の化学機械研磨(CMP)を行なう工程と、 前記窒化シリコン膜を選択的に除去し、減圧気相成長法
    (LPCVD)により全面に所望の膜厚を有した高温酸
    化膜(HTO膜)を形成し、さらに、全面に第2の酸化
    シリコン膜を形成する工程と、 前記シリコン基板の表面の全面が前記パッド酸化膜の少
    なくとも一部に覆われた姿態を有して、第2のCMPに
    よる平坦化を行なう工程と、 前記シリコン基板の表面が露出するまで、弗酸系のエッ
    チング液でウェット・エッチングを行なう工程とを有す
    ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記第1の酸化シリコン膜が、高密度プ
    ラズマ励起気相成長法(HD−PECVD)により形成
    される請求項1記載の半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記第2の酸化シリコン膜が、HD−P
    ECVDにより形成される請求項2記載の半導体装置の
    製造方法。
  4. 【請求項4】 前記第2の酸化シリコン膜が、オゾンと
    TEOSとを原料として2.7×10 Pa程度の準常
    圧化学気相成長法により形成された酸化シリコン膜,も
    しくは,水素化無機SOG膜からなり、 前記第2のCMPの前に、前記第2の酸化シリコン膜を
    酸化雰囲気で熱処理する工程を有する請求項2記載の半
    導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記第1の酸化シリコン膜が、オゾンと
    TEOSとを原料として2.7×10 Pa程度の準常
    圧化学気相成長法により形成された酸化シリコン膜,も
    しくは,水素化無機SOG膜からなり、 前記第1のCMPと前記窒化シリコン膜の選択除去との
    間に、前記第1の酸化シリコン膜を酸化雰囲気で熱処理
    する工程を有し、 前記第2の酸化シリコン膜が、オゾンとTEOSとを原
    料として準常圧化学気相成長法により形成された酸化シ
    リコン膜,もしくは,水素化無機SOG膜からなり、 前記第2のCMPの前に、前記第2の酸化シリコン膜を
    酸化雰囲気で熱処理する工程を有す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。
  6. 【請求項6】 シリコン基板の表面に第1の熱酸化によ
    りパッド酸化膜を形成し、全面に窒化シリコン膜を形成
    し、該窒化シリコン膜の表面に形成したフォトレジスト
    膜パターンをマスクにして、該窒化シリコン膜およびパ
    ッド酸化膜を異方性エッチングし、さらに、該シリコン
    基板の表面を所定の深さだけテーパー・エッチングして
    溝を形成する工程と、 第2の熱酸化により、前記溝の表面に所要の膜厚を有し
    た表面保護酸化膜を形成する工程と、 全面に第1の酸化シリコン膜を形成し、前記窒化シリコ
    ン膜の上面が露出するまで該第1の酸化シリコン膜に第
    1のCMPを行なう工程と、 前記窒化シリコン膜を選択的に除去し、熱酸化により前
    記パッド酸化膜を所要の膜厚の熱酸化膜に変換する工程
    と、 全面に第2の酸化シリコン膜を形成する工程と、 前記シリコン基板の表面の全面が前記熱酸化膜の少なく
    とも一部に覆われた姿態を有して、第2のCMPによる
    平坦化を行なう工程と、 前記シリコン基板の表面が露出するまで、弗酸系のエッ
    チング液でウェット・エッチングを行なう工程とを有す
    ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  7. 【請求項7】 前記第1の酸化シリコン膜が、HD−P
    ECVDにより形成される請求項6記載の半導体装置の
    製造方法。
  8. 【請求項8】 前記第2の酸化シリコン膜が、HD−P
    ECVDにより形成される請求項7記載の半導体装置の
    製造方法。
  9. 【請求項9】 前記第2の酸化シリコン膜が、オゾンと
    TEOSとを原料として2.7×10 Pa程度の準常
    圧化学気相成長法により形成された酸化シリコン膜,も
    しくは,水素化無機SOG膜からなり、 前記第2のCMPの前に、前記第2の酸化シリコン膜を
    酸化雰囲気で熱処理する工程を有する請求項7記載の半
    導体装置の製造方法。
  10. 【請求項10】 前記第1の酸化シリコン膜が、オゾン
    とTEOSとを原料として2.7×10 Pa程度の
    常圧化学気相成長法により形成された酸化シリコン膜,
    もしくは,水素化無機SOG膜からなり、 前記第2の酸化シリコン膜が、オゾンとTEOSとを原
    料として準常圧化学気相成長法により形成された酸化シ
    リコン膜,もしくは,水素化無機SOG膜からなり、 前記第2のCMPの前に、前記第2の酸化シリコン膜を
    酸化雰囲気で熱処理する工程を有することを特徴とする
    請求項6記載の半導体装置の製造方法。
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