JP3483090B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JP3483090B2
JP3483090B2 JP17723396A JP17723396A JP3483090B2 JP 3483090 B2 JP3483090 B2 JP 3483090B2 JP 17723396 A JP17723396 A JP 17723396A JP 17723396 A JP17723396 A JP 17723396A JP 3483090 B2 JP3483090 B2 JP 3483090B2
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film
insulating film
trench
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semiconductor substrate
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賀子 土屋
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  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
  • Element Separation (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、素子内分離または
素子間分離のためのトレンチを備えた半導体装置の製造
方法に関する。 【0002】 【従来の技術】近年、DRAM等のメモリ装置を初めと
する半導体装置の分野においては、素子微細化の進展に
よる装置性能の向上や集積度の向上が著しい。このよう
な高度の微細化および集積化がなされた半導体装置にお
いては、各半導体素子間あるいは半導体素子内における
所要部間の絶縁分離を行う場合に、分離用の溝(以下、
トレンチという。)に絶縁材料を充填して(埋め込ん
で)形成したトレンチ分離領域を用いる方法が知られて
いる。 【0003】一方、半導体基板に形成された素子活性領
域(例えば、MOS素子におけるソース・ドレイン領域
等)と上層配線層との接続は、一般に、半導体基板上の
層間絶縁膜に形成したコンタクト孔を介して行われるよ
うになっている。 【0004】図9は、上記したような従来のトレンチ分
離構造を備えた半導体装置の製造過程における断面構造
を表すものである。この装置は、半導体基板111の表
面側に設けられた素子間分離用のトレンチ115と、こ
のトレンチ115の内面を覆うようにして形成された酸
化膜116と、トレンチ115内を埋め込むように形成
された分離絶縁膜117とを備えている。トレンチ11
5に隣接する素子活性領域には、ゲート絶縁膜としての
酸化膜112と、この酸化膜112上に形成されたゲー
ト電極119と、このゲート電極119と自己整合的に
半導体基板111の表面近傍に形成された拡散層(ソー
ス領域121および図示しないドレイン領域)とからな
るMOSトランジスタが形成されている。このうち、ソ
ース領域121はトレンチ115に隣接している。 【0005】このような半導体装置では、ソース領域1
21と上層配線層との接続は次のようにして行われる。
すなわち、上記構造のMOSトランジスタを形成したの
ち、全面を覆うようにして層間絶縁膜122を形成し、
さらにその上にレジスト層120を全面に形成する。次
に、フォトリソグラフィ工程によってレジスト層120
のコンタクト孔形成部分に開口を形成した上で、レジス
ト層120をエッチングマスクとして異方性エッチング
法により層間絶縁膜122をエッチングし、コンタクト
孔124を形成する。次に、全面に配線層(図示せず)
を形成してコンタクト孔124内を配線材料で埋め込ん
だのち、その配線層を所定の配線パターンにパターニン
グする。 【0006】 【発明が解決しようとする課題】このように、コンタク
ト孔124はレジスト層120のコンタクトパターンに
応じて形成されるが、一般に、そのコンタクトパターン
が本来の設計位置から多少ずれて形成されることが多
い。このため、コンタクト孔124の設計位置とトレン
チ115との離間距離が十分でない場合には、図9に示
したように、コンタクト孔124の一部がトレンチ11
5にオーバラップし、これにより、層間絶縁膜122の
エッチング時において同時に分離絶縁膜117の一部も
削られ、溝130が形成される可能性がある。この場
合、トレンチ115内の分離絶縁膜117を挟んで隣接
する他の素子の拡散層(図示せず)と、コンタクト孔1
24内に埋め込まれた配線材(図示せず)との距離(す
なわち、実質的な分離距離)が短くなり、図に破線で示
すようなリーク電流131が増大して分離特性を著しく
劣化させる要因となる。 【0007】このような事態を回避するためには、コン
タクト孔124とトレンチ115との離間距離を十分大
きくするか、あるいはコンタクト孔124の形成位置を
極めて正確に制御する必要がある。しかしながら、前者
では半導体装置としての高集積化に支障をきたし、ま
た、後者は通常精度の制御方法では実現困難であり、仮
に実現できたとしてもコストアップの原因となりうる。 【0008】本発明はかかる問題点を解決するためにな
されたもので、その課題は、集積度の低下を防止しつ
つ、トレンチ構造による良好な素子分離特性を確保する
ことができる半導体装置の製造方法を提供することにあ
る。 【0009】 【0010】【課題を解決するための手段】 請求項記載の半導体装
置の製造方法は、各種の半導体素子が形成される半導体
基板の表面側に素子部用の分離溝を形成する工程と、分
離溝内に分離絶縁膜を埋め込む工程と、少なくとも、分
離溝と半導体基板との境界部に沿った分離絶縁膜上に、
エッチング阻止膜を形成する工程とを含んでいる。素子
部用の分離溝を形成する工程では、分離溝が、半導体基
板上に選択的に形成した耐酸化膜をエッチングマスクと
して行う異方性エッチングにより形成され、エッチング
阻止膜を形成する工程では、エッチング阻止膜が、分離
溝内に分離絶縁膜を埋め込む工程の後に、耐酸化膜の側
壁として形成される。 【0011】 【0012】本発明に係る半導体装置の製造方法では、
半導体基板に形成された分離溝内に分離絶縁膜が埋め込
まれた後、少なくとも分離溝と半導体基板との境界部に
沿った分離絶縁膜上にエッチング阻止膜が形成される。
すなわち、分離溝内の分離絶縁膜の上部周囲の全体にわ
たってエッチング阻止膜が延設され、これにより、その
後に行われるコンタクト孔形成のためのエッチングから
分離絶縁膜が保護される。 【0013】さらに、分離溝への分離絶縁膜の埋め込み
後、エッチング阻止膜を、分離溝の形成の際に用いた耐
酸化膜の側壁として形成するようにしたので、エッチン
グ阻止膜は耐酸化膜と自己整合的に形成される。このた
め、エッチング阻止膜は分離絶縁膜の上にのみ形成され
ることとなり、分離溝と半導体基板との境界部よりも外
側(半導体基板側)にはみ出すことがない。 【0014】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。 【0015】図1は本発明の一実施の形態に係る半導体
装置の要部断面構造を表すものである。なお、ここで
は、素子分離の対象としてNMOS素子を例にとって説
明するが、もちろんPMOS素子あるいはその他の素子
に対しても適用可能である。 【0016】図に示したように、この半導体装置は、p
型シリコン基板等からなる半導体基板11の表面側に設
けられた素子間分離用のトレンチ15と、このトレンチ
15の内面を覆うようにして形成された酸化膜16と、
トレンチ15内を埋め込むように形成されたシリコン酸
化膜(SiO2 )等からなる分離絶縁膜17とを備えて
いる。トレンチ15に隣接する素子活性領域には、ゲー
ト絶縁膜としての酸化膜12と、この酸化膜12上に、
不純物を含む多結晶シリコン(ポリシリコン)等によっ
て形成されたゲート電極19と、ゲート電極19と自己
整合的に半導体基板11の表面近傍に形成されたn型拡
散層(ソース領域21および図示しないドレイン領域)
とからなるMOSトランジスタが形成されている。 【0017】ソース領域21はトレンチ15に隣接して
いる。このトレンチ15に埋め込まれた分離絶縁膜17
の上には、半導体基板11(ソース領域21)との境界
部に沿ってトレンチ15内の分離絶縁膜17の上部周囲
を覆うようにして所定幅のエッチング阻止膜18形成さ
れている。 【0018】以上の構造を覆うようにしてシリコン酸化
膜等からなる層間絶縁膜22が形成され、さらにその上
には所定のパターンにパターニングされた導電性の密着
層25および配線層26が形成されている。ソース領域
21の真上部の層間絶縁膜22には、コンタクト孔24
が形成され、これによりソース領域21と配線層26と
が電気的に接続されている。密着層25は、例えばチタ
ン(Ti)およびチタンナイトライド(TiN)の2層
構造からなり、また、配線層26は例えばタングステン
(W)等により形成されている。 【0019】エッチング阻止膜18は、トレンチ15内
の分離絶縁膜17および層間絶縁膜22を形成するシリ
コン酸化膜に対してエッチング選択比の大きい(エッチ
ングされにくい)材料、例えば多結晶シリコンによって
形成されている。 【0020】次に、以上のような構造の半導体装置の作
用を説明する。 【0021】上記のように、ソース領域21と配線層2
6との接続は、コンタクト孔24によって行われるが、
このコンタクト孔24の形成位置はフォトリソグラフィ
工程におけるパターニングずれによって設計位置からず
れる場合が多く、さらに、トレンチ15の位置もまた設
計位置からわずかにずれる可能性がある。したがって、
高集積化の要請からトレンチ15とコンタクト孔24と
の離間距離を十分とれない場合には、図示のようにコン
タクト孔24の一部がトレンチ15の領域にオーバラッ
プする可能性がある。 【0022】ところが、トレンチ15内の分離絶縁膜1
7の上部周囲には、トレンチ15と半導体基板11との
境界部に沿って、エッチング選択比の高いエッチング阻
止膜18が延設されているので、コンタクト孔24の一
部がトレンチ15の領域とオーバラップしていたとして
も、層間絶縁膜22のエッチングの際に、そのオーバチ
ップ部分の下地の分離絶縁膜17がエッチング阻止膜1
8によって守られ、エッチングされるのを阻止すること
ができる。このため、従来のように不要な溝が形成され
ることがなく、素子分離特性の劣化を回避することがで
きる。 【0023】次に、図2〜図8を参照して、以上のよう
な構成の半導体装置の製造方法を説明する。 【0024】まず、図2に示したように、単結晶のシリ
コン基板にp型不純物を導入して形成した半導体基板1
1の表面に、熱酸化法によって例えば10nm程度のい
わゆるパッド酸化膜としての酸化膜12を形成したの
ち、例えばシリコン窒化膜(Si3 4 ;一般にはSi
X Y )等からなる耐酸化膜13を全面に形成する。 【0025】次に、図3に示したように、トレンチ形成
領域に開口を有するようにパターニングされたレジスト
層14を形成したのち、このレジスト層14をエッチン
グマスクとして、耐酸化膜13および酸化膜12を例え
ばRIE(反応性イオンエッチング)法等の異方性エッ
チング法によってエッチングする。 【0026】次に、図4に示したように、レジスト層1
4をアッシングにより除去したのち、耐酸化膜13をエ
ッチングマスクとして半導体基板11をエッチングし、
半導体基板11に例えば200nm程度の深さの素子分
離用のトレンチ15を形成する。さらに、同図に示した
ように、熱酸化処理を行い、外部に露出した半導体基板
11の表面およびトレンチ15の内面に酸化膜16を形
成する。この場合の酸化処理は、例えば塩酸を1%含む
ドライ酸素雰囲気中での1000°C程度の加熱により
行い、酸化膜16は例えば20nm程度の膜厚とする。 【0027】次に、図5に示したように、例えばバイア
スECR−CVD(Electron Cyclotron Resonance −Ch
emical Vapor Deposition)法等により、トレンチ15を
埋め込むようにして全面にシリコン酸化膜等からなる分
離絶縁膜17を例えば500nm程度の膜厚に形成した
のち、いわゆるCMP(化学的機械的研磨)法により、
耐酸化膜13を研磨ストッパとして(耐酸化膜13が露
出するまで)、分離絶縁膜17を研磨除去し、さらに、
RIE法等の異方性エッチングにより、分離絶縁膜17
を半導体基板11の表面高さまでエッチングする。 【0028】次に、図6に示したように、例えばCVD
法によって全面にポリシリコン膜を100nm程度堆積
形成したのち、これをRIE法等の異方性エッチングに
よりエッチングすることにより、耐酸化膜13の側面か
ら分離絶縁膜17の表面にかけての領域に、高さ50n
m、幅100nm程度のサイドウォール(側壁)状のエ
ッチング阻止膜18を被着形成する。 【0029】次に、図7に示したように、例えばH3
4 (オルトリン酸)等のエッチング液を用いたウェッ
トエッチングによって耐酸化膜13を除去する。このよ
うにして、酸化膜16および分離絶縁膜17によって埋
め込まれたトレンチ15により電気的に分離された素子
形成領域が形成されると共に、トレンチ15と半導体基
板11との境界部に沿った分離絶縁膜17上に(すなわ
ち、トレンチ15の上部周囲全体にわたって)、エッチ
ング阻止膜18が形成される。このエッチング阻止膜1
8は、上記のようにポリシリコン膜等からなり、トレン
チ15に埋め込まれた分離絶縁膜17および次の工程で
形成する層間絶縁膜に比べて十分高いエッチング選択比
(エッチングされにくさを示す比)を有している。 【0030】次に、同じく図7に示したように、不純物
を導入したポリシリコン層をCVD法等により全面に形
成したのち、このポリシリコン層および酸化膜12をフ
ォトリソグラフィ法によって順次所定のパターンにパタ
ーニングすることにより、ゲート電極19を形成する。
さらに、このゲート電極19をマスクとして、例えばイ
オン注入および熱処理によって素子形成領域における半
導体基板11の表面近傍にn型不純物を導入することに
より、ゲート電極19と自己整合的にソース領域21お
よび図示しないドレイン領域を形成する。これにより、
酸化膜12からなるゲート酸化膜と、ゲート電極19
と、ソース領域21とドレイン領域(図示せず)からな
るNMOSトランジスタが形成される。 【0031】次に、図8に示したように、CVD法等に
より、全面にシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜22を
例えば400nm程度の膜厚に形成したのち、その上に
レジスト層23を塗布形成する。そして、このレジスト
層23をフォトリソグラフィ工程によってコンタクト孔
形成部に開口を有するようにパターニングしたのち、こ
のレジスト層23をエッチングマスクとして層間絶縁膜
22をRIE法等によってエッチングすることにより、
半導体基板11の表面のソース領域21に達するコンタ
クト孔24を形成する。このとき、レジスト層24のフ
ォトリソグラフィ工程によるパターニングずれによって
コンタクト孔24の一部がトレンチ15の領域にオーバ
ラップしたとしても、その部分の分離絶縁膜17上に
は、そのRIEに対するエッチング選択比の高いエッチ
ング阻止膜18が延設されているので、これがストッパ
となり、分離絶縁膜17がエッチングされることが防止
され、従来のようにトレンチ15と半導体基板11との
境界部に不要な溝が形成されることがない。 【0032】次に、図1に示したように、例えばチタン
およびチタンナイトライドからなる密着層25を全面に
形成したのち、その上にCVD法等により例えばタング
ステン等の導電性材料からなる配線層26を形成し、コ
ンタクト孔24をこれらの密着層25および配線層26
によって埋め込む。これにより、NMOSトランジスタ
のソース領域21と配線層26とを接続するコンタクト
が形成される。このとき、密着層25としてのTiおよ
びTiNの膜厚は、それぞれ例えば20nm、40nm
程度とし、配線層26としてのWの膜厚は例えば300
nm程度とする。その後、同図に示したように、配線層
26上にレジスト層(図示せず)を形成すると共に、こ
れをフォトリソグラフィ工程によりパターニングし、こ
れをエッチングマスクとしてRIE法により配線層26
および密着層25をエッチングし、所定の配線パターン
を得る。 【0033】このように、本実施の形態の製造方法で
は、トレンチ15内の分離絶縁膜17の上部周囲の全体
にわたってエッチング阻止膜18が延設され、その後に
行われるコンタクト孔24の形成のためのエッチングか
ら分離絶縁膜17が保護されるので、トレンチ15内の
分離絶縁膜17が削られて不要な溝が形成されてしまう
ことを確実に防止することができ、素子分離特性の劣化
が防止される。特に、本実施の形態では、トレンチ15
に分離絶縁膜17を埋め込んだ後、エッチング阻止膜1
8を、トレンチ15の形成の際に用いた耐酸化膜13の
サイドウォールとして形成するようにしたので、エッチ
ング阻止膜18は耐酸化膜13と自己整合的に形成さ
れ、トレンチ15と半導体基板11との境界部よりも外
側(半導体基板11側)にはみ出すことがない。このた
め、コンタクト孔24における有効コンタクト面積を減
少させてしまうことがなく、コンタクト抵抗の増大を防
止することができる。 【0034】なお、上記の実施の形態では、便宜上、あ
る一方向における断面図を用い、その方向に存在するM
OS素子との素子分離関係についてのみ説明したが、こ
れに限らず、トレンチ15の周囲に接して存在するすべ
ての素子との分離関係においても同様の効果を奏するの
はいうまでもない。エッチング阻止膜18は、トレンチ
15と半導体基板11との境界部に沿って、トレンチ1
5内の分離絶縁膜17の上部周囲の全体にわたって形成
されているからである。この場合、分離対象となる素子
は、MOS素子には限られず、バイポーラトランジスタ
等の他のタイプの素子であってもよいのはもちろんであ
る。 【0035】以上、実施の形態を挙げて本発明を説明し
たが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではな
く、その均等の範囲で種々変形可能である。例えば、上
記の実施の形態では、エッチング阻止膜18は、半導体
基板11(ソース領域21)上に形成した耐酸化膜13
のサイドウォールとして分離絶縁膜17上に形成するよ
うにしたが(図6)、これに限ることはなく、他の方法
によって形成してもよい。また、エッチング阻止膜18
の幅および膜厚は、上記した値に限定されるものではな
く、耐酸化膜13の膜厚やRIEによるエッチング量等
の制御により、適宜変更することが可能である。 【0036】また、本実施の形態では、エッチング阻止
膜18として多結晶シリコンを用いることとしたが、分
離絶縁膜17および層間絶縁膜22として用いる材料
(ここでは、シリコン酸化膜)よりもRIEに対するエ
ッチング選択比の高い材料であれば他の材料を用いるこ
とも可能である。 【0037】 さらに、耐酸化膜13として窒化シリコ
ン膜を用いることとしたが、他の材料を用いることも可
能である。 【0038】 【発明の効果】以上説明したように、請求項1に記載の
半導体装置の製造方法によれば、半導体基板に形成した
分離溝内に分離絶縁膜を埋め込んだ後、少なくとも分離
溝と半導体基板との境界部に沿った分離絶縁膜上にエッ
チング阻止膜を形成するようにしたので、分離溝内の分
離絶縁膜の上部周囲の全体にわたってエッチング阻止膜
が延設される。これにより、その後に行われるコンタク
ト孔形成のためのエッチングから分離絶縁膜が保護さ
れ、素子分離特性の劣化が防止される。さらに、分離溝
への分離絶縁膜の埋め込み後、エッチング阻止膜を、分
離溝の形成の際に用いた耐酸化膜の側壁として形成する
ようにしたので、エッチング阻止膜を耐酸化膜と自己整
合的に形成することができる。このため、エッチング阻
止膜が分離溝と半導体基板との境界部よりも外側(半導
体基板側)にはみ出すことがなく、コンタクト面積の減
少によるコンタクト抵抗の増大という不都合を防止する
ことができる。 【0039】
BACKGROUND OF THE INVENTION [0001] [Technical Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor equipment provided with a trench for element in isolation or device isolation. 2. Description of the Related Art In recent years, in the field of semiconductor devices such as memory devices such as DRAMs, device performance and integration have been remarkably improved due to progress in miniaturization of elements. In such a highly miniaturized and integrated semiconductor device, when insulating isolation between semiconductor elements or between required parts in a semiconductor element is performed, an isolation groove (hereinafter, referred to as an isolation groove) is used.
It is called a trench. ) Is filled with an insulating material (buried) to use a trench isolation region. On the other hand, a connection between an element active region (eg, a source / drain region in a MOS device) formed on a semiconductor substrate and an upper wiring layer is generally made by contact holes formed in an interlayer insulating film on the semiconductor substrate. Is to be done through. FIG. 9 shows a cross-sectional structure in a manufacturing process of a semiconductor device having a conventional trench isolation structure as described above. This device is formed so as to bury the trench 115 for isolation between elements provided on the front surface side of the semiconductor substrate 111, an oxide film 116 formed so as to cover the inner surface of the trench 115, and the trench 115. Separated insulating film 117. Trench 11
An oxide film 112 as a gate insulating film, a gate electrode 119 formed on the oxide film 112, and a self-alignment with the gate electrode 119 near the surface of the semiconductor substrate 111 A MOS transistor including the formed diffusion layer (the source region 121 and the drain region (not shown)) is formed. The source region 121 is adjacent to the trench 115. In such a semiconductor device, the source region 1
The connection between 21 and the upper wiring layer is performed as follows.
That is, after forming the MOS transistor having the above structure, the interlayer insulating film 122 is formed so as to cover the entire surface.
Further, a resist layer 120 is formed on the entire surface. Next, the resist layer 120 is formed by a photolithography process.
After the opening is formed in the contact hole forming portion, the interlayer insulating film 122 is etched by an anisotropic etching method using the resist layer 120 as an etching mask to form the contact hole. Next, a wiring layer (not shown) is formed on the entire surface.
After the contact hole 124 is filled with a wiring material, the wiring layer is patterned into a predetermined wiring pattern. As described above, the contact hole 124 is formed in accordance with the contact pattern of the resist layer 120. Generally, the contact pattern is formed with a slight deviation from the original design position. Often. Therefore, when the distance between the designed position of the contact hole 124 and the trench 115 is not sufficient, as shown in FIG.
Therefore, when the interlayer insulating film 122 is etched, a part of the isolation insulating film 117 may be simultaneously removed, and a groove 130 may be formed. In this case, a diffusion layer (not shown) of another element adjacent to the isolation insulating film 117 in the trench 115 and the contact hole 1 are formed.
The distance (that is, the substantial separation distance) from the wiring member (not shown) embedded in the wiring 24 is shortened, and the leakage current 131 as shown by the broken line in the figure increases, causing a significant deterioration in the separation characteristics. It becomes. In order to avoid such a situation, it is necessary to make the separation distance between the contact hole 124 and the trench 115 sufficiently large, or to control the formation position of the contact hole 124 very accurately. However, the former hinders high integration as a semiconductor device, and the latter is usually difficult to achieve with a precision control method, and even if it could be achieved, it may cause an increase in cost. [0008] The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof while preventing deterioration of the degree of integration of semiconductor equipment, which can ensure a good isolation characteristic by a trench structure It is to provide a manufacturing method. Method for producing [0009] [0010] Means for Solving the Problems] claim 1 semiconductor device according form separation grooves for element portion on the surface side of the semiconductor substrate on which various semiconductor devices are formed The step and the step of embedding the isolation insulating film in the isolation groove, at least, on the isolation insulating film along the boundary between the isolation groove and the semiconductor substrate,
Forming an etching stopper film. element
In the step of forming the separation groove for the part, the separation groove is
The oxidation resistant film selectively formed on the plate is used as an etching mask.
Formed by anisotropic etching
In the step of forming a stop film, the etching stop film is separated.
After the step of embedding the isolation insulating film in the groove, the side of the oxidation-resistant film
Formed as a wall. In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention,
After the isolation insulating film is buried in the isolation trench formed in the semiconductor substrate, an etching stopper film is formed on at least the isolation insulating film along the boundary between the isolation trench and the semiconductor substrate.
That is, the etching stopper film extends over the entire periphery of the upper portion of the isolation insulating film in the isolation trench, and thereby the isolation insulating film is protected from the subsequent etching for forming the contact hole. Furthermore, after implantation isolation insulating film to the separation grooves, the etch stop layer, since in order to form a side wall of the oxidation resistant film used for the formation of the separation grooves, the etching stop layer is oxidation resistant film Is formed in a self-aligned manner. Therefore, the etching stopper film is formed only on the isolation insulating film, and does not protrude beyond the boundary between the isolation trench and the semiconductor substrate (on the side of the semiconductor substrate). Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a sectional structure of a main part of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. Here, an NMOS element will be described as an example of an element to be separated, but the present invention can be applied to a PMOS element or other elements. As shown in FIG. 1, this semiconductor device has a
A trench 15 for element isolation provided on the surface side of the semiconductor substrate 11 made of a silicon substrate or the like, and an oxide film 16 formed so as to cover the inner surface of the trench 15.
An isolation insulating film 17 made of a silicon oxide film (SiO 2 ) or the like formed so as to fill the trench 15 is provided. An oxide film 12 serving as a gate insulating film is formed in the element active region adjacent to the trench 15.
A gate electrode 19 made of polycrystalline silicon (polysilicon) containing impurities and an n-type diffusion layer (source region 21 and drain not shown) formed near the surface of semiconductor substrate 11 in self-alignment with gate electrode 19. region)
Are formed. The source region 21 is adjacent to the trench 15. Isolation insulating film 17 embedded in trench 15
An etching stopper film 18 having a predetermined width is formed on the semiconductor substrate 11 so as to cover the periphery of the upper part of the isolation insulating film 17 in the trench 15 along the boundary with the semiconductor substrate 11 (source region 21). An interlayer insulating film 22 made of a silicon oxide film or the like is formed so as to cover the above structure, and a conductive adhesive layer 25 and a wiring layer 26 patterned in a predetermined pattern are further formed thereon. ing. A contact hole 24 is formed in the interlayer insulating film 22 just above the source region 21.
Is formed, whereby the source region 21 and the wiring layer 26 are electrically connected. The adhesion layer 25 has a two-layer structure of, for example, titanium (Ti) and titanium nitride (TiN), and the wiring layer 26 is formed of, for example, tungsten (W). The etching stopper film 18 is formed of a material having a large etching selectivity (hard to be etched) with respect to the silicon oxide film forming the isolation insulating film 17 and the interlayer insulating film 22 in the trench 15, for example, polycrystalline silicon. ing. Next, the operation of the semiconductor device having the above structure will be described. As described above, the source region 21 and the wiring layer 2
6 is made by a contact hole 24,
The formation position of the contact hole 24 often shifts from the design position due to patterning shift in the photolithography process, and the position of the trench 15 may also slightly shift from the design position. Therefore,
If a sufficient separation distance between the trench 15 and the contact hole 24 cannot be obtained due to a demand for high integration, there is a possibility that a part of the contact hole 24 overlaps with the region of the trench 15 as illustrated. However, the isolation insulating film 1 in the trench 15
7, an etching stop film 18 having a high etching selectivity extends along the boundary between the trench 15 and the semiconductor substrate 11, so that a portion of the contact hole 24 is Even if they are overlapped, when the interlayer insulating film 22 is etched, the isolation insulating film 17 underlying the over-chip portion is etched.
8 and can be prevented from being etched. For this reason, unnecessary grooves are not formed unlike the related art, and deterioration of element isolation characteristics can be avoided. Next, with reference to FIGS. 2 to 8, a method of manufacturing the semiconductor device having the above-described configuration will be described. First, as shown in FIG. 2, a semiconductor substrate 1 formed by introducing a p-type impurity into a single crystal silicon substrate
An oxide film 12 as a so-called pad oxide film having a thickness of, for example, about 10 nm is formed on the surface of the substrate 1 by a thermal oxidation method, and then a silicon nitride film (Si 3 N 4 ;
An oxidation resistant film 13 made of XN Y ) is formed on the entire surface. Next, as shown in FIG. 3, after forming a resist layer 14 patterned so as to have an opening in the trench formation region, the resist layer 14 is used as an etching mask to form an oxidation resistant film 13 and an oxide film. 12 is etched by an anisotropic etching method such as RIE (reactive ion etching). Next, as shown in FIG.
After removing 4 by ashing, the semiconductor substrate 11 is etched using the oxidation resistant film 13 as an etching mask,
A trench 15 for element isolation having a depth of, for example, about 200 nm is formed in the semiconductor substrate 11. Further, as shown in the figure, a thermal oxidation process is performed to form an oxide film 16 on the surface of the semiconductor substrate 11 exposed to the outside and on the inner surface of the trench 15. The oxidation treatment in this case is performed by heating at, for example, about 1000 ° C. in a dry oxygen atmosphere containing 1% of hydrochloric acid, and the oxide film 16 has a thickness of, for example, about 20 nm. Next, as shown in FIG. 5, for example, bias ECR-CVD (Electron Cyclotron Resonance-Ch)
An isolation insulating film 17 made of a silicon oxide film or the like is formed to a thickness of, for example, about 500 nm on the entire surface so as to fill the trench 15 by an emical vapor deposition (CVD) method or the like. ,
Using the oxidation-resistant film 13 as a polishing stopper (until the oxidation-resistant film 13 is exposed), the isolation insulating film 17 is polished and removed.
The isolation insulating film 17 is formed by anisotropic etching such as RIE.
Is etched to the surface height of the semiconductor substrate 11. Next, as shown in FIG.
After a polysilicon film is deposited on the entire surface to a thickness of about 100 nm by an etching method, this is etched by anisotropic etching such as an RIE method, so that a region from the side surface of the oxidation-resistant film 13 to the surface of the isolation insulating film 17 is formed. 50n
Then, an etching stopper film 18 in the form of a side wall (side wall) having a width of about 100 nm is formed. Next, as shown in FIG. 7, for example, H 3 P
The oxidation-resistant film 13 is removed by wet etching using an etching solution such as O 4 (orthophosphoric acid). In this manner, an element formation region electrically isolated by the trench 15 buried by the oxide film 16 and the isolation insulating film 17 is formed, and the isolation insulation along the boundary between the trench 15 and the semiconductor substrate 11 is formed. An etch stop film 18 is formed on film 17 (ie, over the entire perimeter of trench 15). This etching stopper film 1
Numeral 8 is made of a polysilicon film or the like as described above, and has a sufficiently high etching selectivity (a ratio showing difficulty in etching) as compared with the isolation insulating film 17 buried in the trench 15 and the interlayer insulating film formed in the next step. )have. Next, as also shown in FIG. 7, after a polysilicon layer into which impurities are introduced is formed on the entire surface by a CVD method or the like, the polysilicon layer and the oxide film 12 are sequentially formed in a predetermined pattern by a photolithography method. The gate electrode 19 is formed by patterning.
Further, by using this gate electrode 19 as a mask, an n-type impurity is introduced into the vicinity of the surface of semiconductor substrate 11 in the element forming region by, for example, ion implantation and heat treatment, so that source region 21 and self-aligned source region 21 are not shown. Forming a drain region; This allows
A gate oxide film made of an oxide film 12 and a gate electrode 19
Then, an NMOS transistor including the source region 21 and the drain region (not shown) is formed. Next, as shown in FIG. 8, an interlayer insulating film 22 made of a silicon oxide film is formed on the entire surface to a thickness of, for example, about 400 nm by a CVD method or the like, and a resist layer 23 is coated thereon. Form. Then, the resist layer 23 is patterned by a photolithography process so as to have an opening in a contact hole forming portion, and then the interlayer insulating film 22 is etched by RIE or the like using the resist layer 23 as an etching mask.
A contact hole reaching the source region on the surface of the semiconductor substrate is formed. At this time, even if a part of the contact hole 24 overlaps with the region of the trench 15 due to the patterning misalignment of the resist layer 24 by the photolithography process, the etching selectivity for the RIE is not formed on the isolation insulating film 17 at that part. Since the high etching stopper film 18 is extended, it serves as a stopper, preventing the isolation insulating film 17 from being etched, and forming an unnecessary groove at the boundary between the trench 15 and the semiconductor substrate 11 as in the conventional case. Never be. Next, as shown in FIG. 1, after an adhesion layer 25 made of, for example, titanium and titanium nitride is formed on the entire surface, a wiring layer made of a conductive material such as tungsten is formed thereon by a CVD method or the like. 26, and the contact hole 24 is formed in the contact layer 25 and the wiring layer 26.
Embed by Thereby, a contact connecting the source region 21 of the NMOS transistor and the wiring layer 26 is formed. At this time, the thicknesses of Ti and TiN as the adhesion layer 25 are, for example, 20 nm and 40 nm, respectively.
And the thickness of W as the wiring layer 26 is, for example, 300
nm. Thereafter, as shown in the figure, a resist layer (not shown) is formed on the wiring layer 26, is patterned by a photolithography process, and is used as an etching mask by the RIE method.
Then, the adhesive layer 25 is etched to obtain a predetermined wiring pattern. As described above, in the manufacturing method of the present embodiment, the etching stopper film 18 is extended all over the upper part of the isolation insulating film 17 in the trench 15, and the contact hole 24 is formed thereafter. Since the isolation insulating film 17 is protected from the above etching, it is possible to reliably prevent the isolation insulating film 17 in the trench 15 from being shaved to form an unnecessary groove, and prevent the element isolation characteristics from deteriorating. Is done. In particular, in the present embodiment, the trench 15
After the isolation insulating film 17 is embedded in the etching stopper film 1
8 is formed as a sidewall of the oxidation-resistant film 13 used in forming the trench 15, the etching stopper film 18 is formed in a self-aligned manner with the oxidation-resistant film 13, and the trench 15 and the semiconductor substrate 11 are formed. Does not protrude outside the semiconductor substrate 11 side. Therefore, the effective contact area in the contact hole 24 is not reduced, and an increase in contact resistance can be prevented. In the above embodiment, for convenience, a cross-sectional view in a certain direction is used, and the M
Although only the element isolation relationship with the OS element has been described, it is needless to say that the same effect is exerted also in the isolation relation with all the elements existing in contact with the periphery of the trench 15. The etching stopper film 18 is formed along the boundary between the trench 15 and the semiconductor substrate 11 along the trench 1.
This is because it is formed over the entire periphery of the upper part of the isolation insulating film 17 in FIG. In this case, the element to be separated is not limited to the MOS element, but may be another type of element such as a bipolar transistor. Although the present invention has been described with reference to the embodiment, the present invention is not limited to this embodiment, and can be variously modified within an equivalent range. For example, in the above embodiment, the etching stopper film 18 is formed on the oxidation-resistant film 13 formed on the semiconductor substrate 11 (source region 21).
Is formed on the isolation insulating film 17 as the side wall (FIG. 6). However, the present invention is not limited to this and may be formed by another method. Also, the etching stopper film 18
Is not limited to the values described above, and can be changed as appropriate by controlling the thickness of the oxidation-resistant film 13 and the amount of etching by RIE. In this embodiment, polycrystalline silicon is used as the etching stopper film 18. However, the material used for the isolation insulating film 17 and the interlayer insulating film 22 (here, silicon oxide film) is more suitable for RIE. Other materials having a high etching selectivity can be used. Furthermore, it is assumed that a silicon nitride film as the anti-oxidation film 13, Ru possible der possible to use other materials. [0038] As has been described in the foregoing, according to the method of manufacturing the semiconductor device according to claim 1, after filling the isolation insulating film isolation grooves formed in a semiconductor substrate, at least the separation grooves Since the etching stopper film is formed on the isolation insulating film along the boundary with the semiconductor substrate, the etching stopper film extends over the entire upper periphery of the isolation insulating film in the isolation trench. As a result, the isolation insulating film is protected from subsequent etching for forming a contact hole, and deterioration of element isolation characteristics is prevented. In addition, separation grooves
After embedding the isolation insulating film in the
Formed as sidewalls of oxidation-resistant film used in forming separation grooves
As a result, the etching stop film is self-aligned with the oxidation resistant film.
They can be formed together. For this reason, etching
The stop film is located outside the boundary between the separation groove and the semiconductor substrate (semiconductor
The contact area is reduced without protruding from the
Prevents the disadvantage of increased contact resistance
be able to. [0039]

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の一実施の形態に係る半導体装置の要部
構造を表す断面図である。 【図2】この半導体装置の製造方法における一工程を表
す断面図である。 【図3】図2に続く工程を表す断面図である。 【図4】図3に続く工程を表す断面図である。 【図5】図4に続く工程を表す断面図である。 【図6】図5に続く工程を表す断面図である。 【図7】図6に続く工程を表す断面図である。 【図8】図7に続く工程を表す断面図である。 【図9】従来の半導体装置の構造を表す断面図である。 【符号の説明】 11…半導体基板、12…酸化膜、13…耐酸化膜、1
5…トレンチ(分離溝)、16…酸化膜、17…分離絶
縁膜、18…エッチング阻止膜、19…ゲート電極、2
1…ソース領域、22…層間絶縁膜、24…コンタクト
孔、25…密着層、26…配線層
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a main structure of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating one process in a method for manufacturing the semiconductor device. FIG. 3 is a sectional view illustrating a step following the step of FIG. 2; FIG. 4 is a sectional view illustrating a step following FIG. 3; FIG. 5 is a sectional view illustrating a step following FIG. 4; FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a process following the process in FIG. FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a process following the process in FIG. FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a process following FIG. FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a structure of a conventional semiconductor device. [Description of Signs] 11: semiconductor substrate, 12: oxide film, 13: oxidation-resistant film, 1
5: trench (isolation groove), 16: oxide film, 17: isolation insulating film, 18: etching stopper film, 19: gate electrode, 2
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Source region, 22 ... Interlayer insulating film, 24 ... Contact hole, 25 ... Adhesion layer, 26 ... Wiring layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/768 H01L 21/76 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/768 H01L 21/76

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 各種の半導体素子が形成される半導体基
板の表面側に素子部用の分離溝を形成する工程と、 前記分離溝内に分離絶縁膜を埋め込む工程と、 少なくとも、前記分離溝と前記半導体基板との境界部に
沿った前記分離絶縁膜上に、エッチング阻止膜を形成す
る工程と を含み、 前記分離溝を、半導体基板上に選択的に形成した耐酸化
膜をエッチングマスクとして行う異方性エッチングによ
り形成し、 前記エッチング阻止膜を、前記分離溝内に分離絶縁膜を
埋め込む工程の後に、前記耐酸化膜の側壁として形成す
ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
(57) [Claims] 1. A semiconductor substrate on which various semiconductor elements are formed.
A step of forming an isolation groove for an element portion on the surface side of the plate, a step of embedding an isolation insulating film in the isolation groove, and at least a boundary between the isolation groove and the semiconductor substrate.
Forming an etching stopper film on the isolation insulating film along
That comprises the step, oxidation of the separation groove, and selectively formed on a semiconductor substrate
Anisotropic etching using the film as an etching mask
Forming an etching stopper film and an isolation insulating film in the isolation trench.
After the step of embedding, it is formed as a sidewall of the oxidation resistant film.
A method of manufacturing a semiconductor device.
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