JP3547279B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、信頼性の高い溝分離構造を有する半導体装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体基板上で隣接した素子間を電気的に絶縁分離する構造としてLOCOS(Local Oxidation of Silicon)構造がある。この構造は基板表面を選択的に酸化して厚い酸化膜を形成したものであり、多くの半導体装置に採用されている。しかしながらこのLOCOS構造は、ディープサブミクロンデバイスのように加工寸法精度が要求される高集積化半導体装置の絶縁分離構造には適していない。これは,選択酸化に使用する窒化硅素膜に代表される酸化防止膜の直下で,膜端部から酸化種が拡散侵入し,結果的にバーズビークという厚い酸化膜領域が形成されてしまうためである.このため,高集積化を要求される半導体装置の絶縁分離構造としてLOCOS構造に代わり例えば特開昭63ー143835号公報に開示されているような基板表面に浅い溝を形成し、その溝部分を選択的に酸化して熱酸化膜を形成する、選択酸化法の溝分離構造が採用され始めている。
【0003】
この溝分離構造はLOCOS構造と比較して平面寸法の小さな素子分離酸化膜が形成できるという利点があることから0.5μm以下の加工寸法精度が要求されるディープサブミクロンデバイス製造に好適である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、半導体基板であるシリコン基板表面を酸化してシリコン熱酸化膜を形成する場合、形成された熱酸化膜とシリコン基板との界面に大きな機械的応力が発生する。これは、シリコン基板の一部が酸化されて熱酸化膜に変化する際に約2倍の体積膨張が生じるためである。この機械的応力が大きくなるとシリコン基板内に転位や積層欠陥等の結晶欠陥が発生しやすくなり、半導体装置の信頼性を劣化させる。また、酸化反応自体が応力の影響を受けて成長する酸化膜の形状が変化(圧縮応力により、酸化膜の成長が遅くなる)することが明らかとなっている。
【0005】
図1は、従来の選択酸化法における溝構造の製造工程の模式図である。図1に示したように従来の方法では、シリコン基板1の表面にパット酸化膜(シリコン酸化膜)2を介して酸化防止膜3を堆積した後、所望の位置の酸化防止膜3、パット酸化膜2及びシリコン基板1を部分的に除去して溝を形成(図1a〜b)し、その溝部分を酸化して素子分離熱酸化膜5を形成している(図1c)。
【0006】
本構造では特に溝上端部近傍の基板形状が図1(c)に示したように鋭角に尖った形状(基板鋭角部4)に酸化される場合がある。
【0007】
埋め込み絶縁膜6形成後、図1(d)に示すように酸化保護膜3に覆われていた素子形成領域にトランジスタ、容量等の電子回路を形成するが、このような基板鋭角部4が基板表面に残留すると、例えば、A.Bryant等が「Tecnical Digestof IEDM´94、pp.671−674」に公表しているように、回路動作中にこの部分に電界集中が発生し、回路を構成するトランジスタや容量の耐圧特性を劣化させる場合がある。このような耐圧劣化現象は,溝上端近傍の基板の角度が90度以上でも溝上端近傍の基板側の曲率半径が約3nm以下では同様に生じることが経験的に知られている.
そこで,本発明の目的は、溝分離構造を有する半導体装置において、回路を構成するトランジスタ容量の耐圧特性を劣化させることのない信頼性の高い半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、半導体基板表面の素子分離用溝上端部近傍の発生応力を低減させ、基板形状の鋭角化を防止することにより達成される。
上記目的を達成するために本発明に係る半導体装置の製造方法は次の工程を含んでいる。
(1)半導体基板の回路形成面にパット酸化膜を形成する工程
(2)パット酸化膜の上に酸化防止膜を形成する工程
(3)半導体基板の回路形成面の所望の位置に前記酸化防止膜及びパッド酸化膜を部分的に除去し,さらに半導体基板表面に所定の深さの溝を形成する工程
(4)パット酸化膜を残留している酸化防止膜の端部から5nm以上エッチング除去して後退させる工程
(5)半導体基板に形成した溝部分を、酸化雰囲気:H2/O2ガス比0.5以下、酸化量:後退させたパット酸化膜の空間(基板表面と酸化防止膜の間のすきま)が埋まるまでの範囲で酸化させる工程
(7)前記酸化させた溝内部に埋め込み絶縁膜を埋め込む工程
(8)前記酸化防止膜の上に形成された前記埋め込み絶縁膜を除去する工程
(9)前記半導体基板の回路形成面の上に形成された前記酸化防止膜を除去する工程
(10)前記半導体基板の回路形成面の上に形成された前記パット酸化膜を除去する工程
また、上記目的を達成するために本発明に係る半導体装置は、半導体基板の回路形成面に形成された素子分離酸化膜構造が溝分離構造である半導体装置において、前記溝分離構造の溝の中央部側面での酸化量が5〜70nmの範囲であり、また、溝の前記半導体基板の上端部の曲率半径が3〜35nmの範囲であるようにした。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態の実施例を図を参照して説明する。
【0010】
【実施例】
本発明の第一実施例である半導体装置の溝分離構造の製造工程を図2,図3を用いて説明する。
図2は本実施例における半導体装置の断面構造図,図3はその製造工程の概略を示すフローチャートである。以下,図3のフローチャートに添って製造工程を図2を参照しながら説明する。
【0011】
(1)シリコン基板1の表面を熱酸化して厚さ5〜数10nmのパット酸化膜2を形成する{図3(101)、(102)}。
(2)パット酸化膜2の上に窒化珪素膜12を厚さ10〜300nm程度堆積する。この窒化珪素膜12は、素子分離熱酸化膜5を形成する時の酸化防止膜として使用する{図3(103)}。
(3)窒化珪素膜12上にホトレジスト13を形成する{図3(104)}。
(4)通常の露光法を使用して、所望の位置のホトレジスト13を除去した後、窒化珪素膜12、パット酸化膜2及びシリコン基板1の一部をエッチング除去し、シリコン基板1の表面の側壁がシリコン基板1に対して所定の角度(例えば図中A部の角度が90〜110度)を有する浅溝を形成する{図3(105)〜(107)}。
(5)ホトレジスト13を除去した後、パット酸化膜2を5〜40nm程度エッチング除去して後退させる{図3(108)〜(109)}。
(6)その後、例えば900〜1100℃の酸化雰囲気H2/O2ガス比1ppm以下でシリコン基板1表面を熱酸化し、溝部分に厚さ30nm程度の熱酸化膜5を形成する{図3(110)}。
(7)この溝酸化では酸化膜の体積膨張起因応力を極力緩和するため,溝内部が完全に埋め尽くされない範囲で停止させる必要がある.結果として溝内に残留した空間は、例えば、化学気相蒸着(CVD)法、スパッタ法等でシリコン酸化膜等の絶縁膜を堆積し、埋め込む(以下、埋め込み絶縁膜6)。また、これら化学気相蒸着法、スパッタ法等で製作したシリコン酸化膜等は一般に粗な膜であることから、埋め込み絶縁膜6堆積後、緻密化を目的として,1000℃前後のアニールまたは酸化雰囲気中でシリコン基板1を酸化させてもよい{図3(111)}。
(8)埋め込み絶縁膜6を化学機械研磨法(CMP)法あるいはドライエッチング法を使用してエッチバックする。この場合、酸化防止膜として用いた窒化珪素膜12はエッチングストッパーとなり、窒化珪素膜12下のシリコン基板1がエッチングされることを防止する働きを持つ{図3(112)}。
(9)そして、窒化珪素膜12及びパット酸化膜2を除去することで溝埋め込み構造は完了する{図3(113)}。その後、トランジスタ構造製造に必要な,例えばゲート酸化膜,ゲート電極の形成,不純物の導入,配線,層間絶縁膜等,多層配線構造の形成,表面保護膜の形成等を経て、半導体装置が完成する。
【0012】
次に、本第一実施例の作用効果を図4、5を用いて説明する。
本第一実施例で従来技術と異なる点は前記製造工程(5)のパット酸化膜2を後退させている点にある。図4は第一実施例で述べた製造工程(5)において,パッド酸化膜の後退量を変化させて溝上端近傍の基板側の曲率半径の変化を解析した結果であり、横軸にパット酸化膜2後退量、縦軸はシリコン基板1の溝上端部の曲率半径をそれぞれ示めしている。図4から、パット酸化膜2後退量を零から大きくするに従い基板上端の曲率半径が大きくなることがわかる.後退量を5nmとすると曲率半径は約25nmとなり,後退量を20nmとすると曲率半径は約35nmまで増加する。しかし,後退量をこれ以上増加させても、曲率半径の増加はほとんど認められない。これは以下の理由によるものと考えられる。溝酸化時、酸化膜は窒化珪素膜12とシリコン基板1の間に約2倍の体積膨張をしながら成長していく(図5(a)(b)参照)。パット酸化膜2の後退量が零の場合(図5(a))、この体積膨張により窒化珪素膜12端部は持ち上げられ,結果として凹状に反る.この窒化硅素膜12の反り変形の反力が生じる結果、窒化珪素膜12下の酸化膜(パット酸化膜2の一部を含む)とシリコン基板1には圧縮応力が発生する。課題の項で説明したように、圧縮応力が酸化膜中に発生すると,酸化種の拡散,すなわち酸化反応の進行が抑制されるため、溝上端部では酸化速度が著しく低下する。一方、溝側壁においては、酸化膜の成長方向(側面法線方向)には拘束が無いため,成長する酸化膜の体積膨張の阻害因子がないことから,側壁面では酸化が相対的に抑制されずに進行する.このため,シリコン基板1の溝上端部近傍では,図5(a)中に破線で示したように酸化の進行に伴い基板形状が先鋭化していく。しかし、パット酸化膜2を後退させる(図5(b)参照)と、シリコン基板1の溝端部の一部が露出する。この露出した部分においては,酸化初期には成長した酸化膜と上部窒化硅素膜12が接触しないため,図5(a)を用いて説明したような窒化珪素膜12の反り変形による圧縮応力の発生もほとんどないことから、酸化は抑制することなく進行する。その結果として溝上端部が丸まり、曲率半径が大きくなる。なお,前記製造工程(6)で酸化をさらに継続すると,該露出部分で成長した酸化膜が窒化硅素膜と接触してしまい,その後は先に述べたように圧縮応力が急激に発生するので,形成された曲率は再び減少してしまうので注意を要する。
【0013】
本第一実施例においては、溝分離構造の基板側上端近傍の曲率半径を3nmよりも十分大きくすることができるので,MOS型トランジスタの製造工程において、溝分離構造を形成する際にシリコン基板の溝上端部近傍に鋭角部が残留することを防止できるため、ゲート電極膜端部近傍の電界集中に起因したトランジスタのリーク電流増加あるいは耐圧特性の低下を防止でき、トランジスタの電気的信頼性を向上できるという効果がある。
【0014】
次に、本発明の第二実施例である半導体装置の溝分離構造の製造工程を図2,図6を使用して説明する。図6に示した第二実施例の半導体装置の溝埋め込み構造の製造方法(フローチャート)は,第一実施例の製造工程(本文中)の(6)を変更したものである.第一実施例と比較して大きく形状等は変わらないので、本実施例における半導体装置の断面図は図2を使用して説明する。以下,図4のフローチャートに添って本実施例の製造工程を説明する。
【0015】
(1)シリコン基板1の表面を熱酸化して厚さ5〜数10nmのパット酸化膜2を形成する{図6(201)、(202)}。
(2)パット酸化膜2の上に窒化珪素膜12を厚さ10〜300nm程度堆積する。この窒化珪素膜12は、素子分離熱酸化膜5を形成する時の酸化防止膜として使用する{図6(203)}。
(3)窒化珪素膜12上にホトレジスト13を形成する{図6(204)}。
(4)通常の露光法を使用して、所望の位置のホトレジスト13を除去した後、窒化珪素膜12、パット酸化膜2及びシリコン基板1の一部をエッチング除去し、シリコン基板1の表面の側壁がシリコン基板1に対して所定の角度(例えば図中A部の角度が90〜110度)を有する浅溝を形成する{図6(205)〜(207)}。
(5)ホトレジスト13を除去した後、パット酸化膜2を10〜40nm程度エッチング除去して後退させる{図6(208)〜(209)}。
(6)シリコン基板1に形成した溝部分をH2/O2ガス混合酸化雰囲気(ガス流量比r:0<r≦0.5)で熱酸化し、厚さ約30nmの素子分離熱酸化膜5を形成する{図6(210)}。
(7)この溝酸化では酸化膜の体積膨張起因応力を極力緩和するため,溝内部が完全に埋め尽くされない範囲で停止させる必要がある.結果として溝内に残留した空間は、例えば、化学気相蒸着(CVD)法、スパッタ法等でシリコン酸化膜等の絶縁膜を堆積し、埋め込む(以下、埋め込み絶縁膜6)。また、これら化学気相蒸着法、スパッタ法等で製作したシリコン酸化膜等は一般に粗な膜であることから、埋め込み絶縁膜6堆積後、緻密化を目的として,1000℃前後のアニールまたは酸化雰囲気中でシリコン基板1を酸化させてもよい{図6(211)}。
(8)埋め込み絶縁膜6を化学機械研磨法(CMP)法あるいはドライエッチング法を使用してエッチバックする。この場合、酸化防止膜として用いた窒化珪素膜12はエッチングストッパーとなり、窒化珪素膜12下のシリコン基板1がエッチングされることを防止する働きを持つ{図6(212)}。
(9)そして、窒化珪素膜12及びパット酸化膜2を除去することで溝埋め込み構造は完了する{図6(213)}。その後、トランジスタ構造製造に必要な,例えばゲート酸化膜,ゲート電極の形成,不純物の導入,配線,層間絶縁膜等,多層配線構造の形成,表面保護膜の形成等を経て、半導体装置が完成する。
【0016】
次に図7を参照して本実施例の作用効果を説明する。
酸化雰囲気のH2/O2ガス比rは0≦r<2まで変化することができる。rが2に達すると爆発的に反応が進行するので,安全を考慮すると,実質的にはr=1.8程度が上限となる。一般に、ガス比が前記範囲内においては,酸化温度を一定と仮定すると,この比が大きくなるに伴い、酸化速度が速くなり、小さいと酸化速度は遅くなる。そこで,この酸化速度の半導体基板の溝上端部の形状に及ぼす影響を解析した。その結果を図7に示す。横軸にはH2/O2ガス比、縦軸は半導体基板上端部の曲率半径を示す。図7より、酸化雰囲気の水素(H2)流量比が大きくなるほど,形成される曲率半径が急激に減少することがわかる。ガス比が0.5に達すると,曲率半径は約3nmにまで減少する。ガス比をこれ以上大きくすると,曲率半径はわずかずつではあるがさらに減少する。
【0017】
この原因は,以下のように説明できる。
酸化は,既に述べたように、シリコンとシリコン酸化膜の界面近傍でひずみ(応力)を発生させる。一方、シリコン酸化膜は高温(950℃以上)で顕著な粘性挙動を示すため、高温では時間と共に発生した応力が緩和されていく。したがって,酸化膜厚を一定と仮定すると,発生歪み(応力)の値は一定であるが,酸化速度が速い(H2/O2ガス比が大きい)ほど発生した応力が緩和される時間が短くなるので,結果的に残留応力が高くなる。酸化速度が遅い(H2/O2ガス比が小さい)場合には、シリコン酸化膜の粘性効果が働き、酸化膜厚一定条件で比較すると相対的に応力の緩和が進む。酸化誘起応力が高くなるほど,その近傍での酸化が抑制される。したがって,シリコン基板の溝上端部近傍は,上面と側面からの酸化膜の成長で応力が集中する場所であることから,残留応力が高くなるとこの近傍の酸化が抑制され,結果的に先端が尖る形状になっていく。以上のことから、H2/O2ガス比を小さくすることで、半導体基板の溝上端においては酸化がより低応力の状態で進行することになり、結果としてシリコン基板1の上端近傍の曲率化が図られたものである。
【0018】
上記理由により、本第二実施例によれば、溝分離構造の基板側上端近傍の曲率半径を3nmよりも十分大きくすることができるので,トランジスタの製造工程において、溝分離構造を形成する際にシリコン基板の溝上端部近傍の鋭角部が残留することを防止できるため、ゲート電極膜端部近傍の電界集中に起因したトランジスタのリーク電流増加あるいは耐圧特性の低下を防止でき、トランジスタの電気的信頼性を向上できるという効果がある。 次に、本発明の第三実施例である半導体装置の溝埋め込み構造の製造工程を図2,図8を使用して説明する。図8に示した第三実施例の半導体装置の溝埋め込み構造の製造方法(フローチャート)は,第一実施例(本文中)の製造工程の(6)を変更したものである。第一実施例と比較して大きく形状等は変わらないので、本実施例における半導体装置の断面図は図2を使用して説明する以下,図8のフローチャートに添って本実施例の製造工程を説明する。
【0019】
(1)シリコン基板1の表面を熱酸化して厚さ5〜数10nmのパット酸化膜2を形成する{図8(301)、(302)}。
(2)パット酸化膜2の上に窒化珪素膜12を厚さ10〜300nm程度堆積する。この窒化珪素膜12は、素子分離熱酸化膜5を形成する時の酸化防止膜として使用する{図8(303)}。
(3)窒化珪素膜12上にホトレジスト13を形成する{図8(304)}。
(4)通常の露光法を使用して、所望の位置のホトレジスト13を除去した後、窒化珪素膜12、パット酸化膜2及びシリコン基板1の一部をエッチング除去し、シリコン基板1の表面の側壁がシリコン基板1に対して所定の角度(例えば図中A部の角度が90〜110度)を有する浅溝を形成する{図8(305)〜(307)}。
(5)ホトレジスト13を除去した後、パット酸化膜2を5〜40nm程度エッチング除去して後退させる{図8(308)〜(309)}。
(6)シリコン基板1に形成した溝部分をH2/O2ガス混合酸化雰囲気(ガス流量比r:0<r≦0.5)で熱酸化し、半導体基板1に形成した溝部分を、後退させたパット酸化膜の空間が埋まるまで酸化させる。{図8(310)}。
(7)この溝酸化では酸化膜の体積膨張起因応力を極力緩和するため,溝内部が完全に埋め尽くされない範囲で停止させる必要がある。結果として溝内に残留した空間は、例えば、化学気相蒸着(CVD)法、スパッタ法等でシリコン酸化膜等の絶縁膜を堆積し、埋め込む(以下、埋め込み絶縁膜6)。また、これら化学気相蒸着法、スパッタ法等で製作したシリコン酸化膜等は一般に粗な膜であることから、埋め込み絶縁膜6堆積後、緻密化を目的として,1000℃前後のアニールまたは酸化雰囲気中でシリコン基板1を酸化させてもよい{図8(311)}。
(8)埋め込み絶縁膜6を化学機械研磨法(CMP)法あるいはドライエッチング法を使用してエッチバックする。この場合、酸化防止膜として用いた窒化珪素膜12はエッチングストッパーとなり、窒化珪素膜12下のシリコン基板1がエッチングされることを防止する働きを持つ{図8(312)}。
(9)そして、窒化珪素膜12及びパット酸化膜2を除去することで溝埋め込み構造は完了する{図8(313)}。その後、トランジスタ構造製造に必要な,例えばゲート酸化膜,ゲート電極の形成,不純物の導入,配線,層間絶縁膜等,多層配線構造の形成,表面保護膜の形成等を経て、半導体装置が完成する。
【0020】
本実施例の作用効果は、先ほど第一実施例でも説明したように(図5参照)、後退させたパット酸化膜の空間が埋まった後では、窒化珪素膜12に反り変形が発生し、この膜の曲げによる力によって窒化珪素膜12下のパット酸化膜2及びシリコン基板1には圧縮応力が発生するため、この応力により酸化が抑制され、結果として、溝上端部近傍のシリコン基板形状が尖ったものになる。上記のように、酸化量を後退させたパット酸化膜の空間が埋まるまでとすることにより、反り変形による圧縮応力が発生しなくなるため、シリコン基板1の上端部の酸化が滑らかに進行し、結果としてシリコン基板1の上端近傍の曲率化が図られることになる。
【0021】
上記理由により、本第三実施例によれば、溝分離構造の基板側上端近傍の曲率半径を3nmよりも十分大きくすることができるので,トランジスタの製造工程において、溝分離構造を形成する際にシリコン基板の溝上端部近傍の鋭角部が残留することを防止できるため、ゲート電極膜端部近傍の電界集中に起因したトランジスタのリーク電流増加あるいは耐圧特性の低下を防止でき、トランジスタの電気的信頼性を向上できるという効果がある。 次に、本発明の第四実施例である半導体装置の溝埋め込み構造とその製造工程を図2,図9を用いて説明する。図2は本実施例における半導体装置の断面構造図,図9はその製造工程の概略を示すフローチャートである。以下,図9のフローチャートに添って製造工程を図2を参照しながら説明する。
【0022】
(1)シリコン基板1の表面を熱酸化して厚さ5〜50nmのパット酸化膜2を形成する{図9(401)、(402)}。
(2)パット酸化膜2の上に窒化珪素膜12を厚さ10〜300nm程度堆積する。この窒化珪素膜12は、素子分離熱酸化膜5を形成する時の酸化防止膜として使用する{図9(403)}。
(3)窒化珪素膜12上にホトレジスト13を形成する{図9(404)}。
(4)通常の露光法を使用して、所望の位置のホトレジスト13を除去した後、窒化珪素膜12、パット酸化膜2及びシリコン基板1の一部をエッチング除去し、シリコン基板1の表面の側壁がシリコン基板1に対して所定の角度(例えば図中A部の角度が90〜110度)を有する浅溝を形成する{図9(405)〜(407)}。
(5)ホトレジスト13を除去した後、パット酸化膜2を10〜40nm程度エッチング除去して後退させる{図9(408)〜(409)}。
(6)その後、例えば900〜1100℃で酸化雰囲気H2/O2ガス比1ppm以下でシリコン基板1表面を熱酸化し、熱酸化膜5を形成する{図9(410)}。
(7)この溝酸化では酸化膜の体積膨張起因応力を極力緩和するため,溝内部が完全に埋め尽くされない範囲で停止させる必要がある。結果として溝内に残留した空間は、例えば、化学気相蒸着(CVD)法、スパッタ法等でシリコン酸化膜等の絶縁膜を堆積し、埋め込む(以下、埋め込み絶縁膜6)。また、これら化学気相蒸着法、スパッタ法等で製作したシリコン酸化膜等は一般に粗な膜であることから、埋め込み絶縁膜6堆積後、緻密化を目的として,1000℃前後のアニールまたは酸化雰囲気中でシリコン基板1を酸化させてもよい{図9(411)}。
(8)埋め込み絶縁膜6を化学機械研磨法(CMP)法あるいはドライエッチング法を使用してエッチバックする。この場合、酸化防止膜として用いた窒化珪素膜12はエッチングストッパーとなり、窒化珪素膜12下のシリコン基板1がエッチングされることを防止する働きを持つ{図9(412)}。
(9)そして、窒化珪素膜12及びパット酸化膜2を除去することで溝埋め込み構造は完了する{図9(413)}。その後、トランジスタ構造製造に必要な,例えばゲート酸化膜,ゲート電極の形成,不純物の導入,配線,層間絶縁膜等,多層配線構造の形成,表面保護膜の形成等を経て、半導体装置が完成する。説明する。本実施例の半導体装置の溝分離構造は、溝の中央部側面での酸化量が5〜70nmの範囲であり、また、溝の半導体基板の上端部の曲率半径が3〜35nmの範囲にあるものである。
【0023】
次に図10を参照して本実施例の作用効果を説明する。
【0024】
図10は溝中央部側面での素子分離熱酸化膜の酸化量と曲率半径の関係を本実施例に沿ってシミュレーションした結果あり、図中のaはパット酸化膜厚を示している。図10より、シリコン基板上端部の曲率半径Rは,溝側壁の酸化量とともに大きくなり、その後、さらに最大値をとってほぼ一定値に飽和することがわかる。また、その極大値はパット酸化膜aが厚いほど大きくなるが,10nm以上ではほぼ一定値(約35nm)となっている。曲率半径が最大値をとる理由としては、溝の酸化と共に曲率半径は大きくなるが、徐々に、後退させたパット酸化膜の空間が埋まり、その後図5で示したように、酸化の進入とともに、窒化珪素膜の反り変形が発生(シリコン基板及び酸化膜には圧縮応力が発生)し、この圧縮応力により酸化が抑制されたものと考えられる。
【0025】
曲率半径Rは実験により、約3nm以上あればトランジスタ特性に悪影響を与えないことが我々の実験により判明している。そのため、この曲率半径を確保できる溝側壁の酸化量は図10より、5nm以上となり、また、30nm以上酸化させても曲率半径は大きくならない。したがって,曲率半径を最大にするためには,パッド酸化膜厚は10nm以上,側壁酸化量は30nm以上とすることが好ましい。
【0026】
本実施例においては,本構造,製造方法を採用することで,溝上端近傍の曲率半径を約35nmまで大きくすることが可能であり,ゲート電極膜端部近傍の電界集中に起因したトランジスタのリーク電流増加あるいは耐圧特性の低下を防止でき、トランジスタの電気的信頼性を向上できるという効果がある。
【0027】
【発明の効果】
本発明によれば、溝分離構造を有する半導体装置において、回路を構成するトランジスタや容量の耐圧特性を劣化させることのない半導体装置及び製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の選択酸化法における溝分離構造の製造工程の模式図である。
【図2】本願に係る第一実施例の溝分離構造の製造工程の模式図である。
【図3】本願に係る第一実施例の製造工程を示すフローチャートである。
【図4】本願に係る第一実施例の作用効果を説明する図である。
【図5】本願に係る第一実施例の作用効果を説明する図である。
【図6】本願に係る第二実施例の製造工程を示すフローチャートである。
【図7】本願に係る第二実施例の作用効果を説明する図である。
【図8】本願に係る第三実施例の製造工程を示すフローチャートである。
【図9】本願に係る第四実施例の製造工程を示すフローチャートである。
【図10】本願に係る第四実施例の作用効果を説明する図である。
【符号の説明】
1・・・シリコン基板、2・・・パット酸化膜、3・・・酸化防止膜、4・・・基板鋭角部、5・・・素子分離熱酸化膜、6・・・埋め込み絶縁膜、7・・・ゲート酸化膜、8・・・ゲート電極膜、9・・・絶縁膜、10・・・配線、11・・・層間絶縁膜、12・・・窒化珪素膜、13・・・ホトレジスト。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device having a highly reliable trench isolation structure and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
As a structure for electrically insulating and separating adjacent elements on a semiconductor substrate, there is a LOCOS (Local Oxidation of Silicon) structure. In this structure, a thick oxide film is formed by selectively oxidizing the substrate surface, and is employed in many semiconductor devices. However, this LOCOS structure is not suitable for an insulation isolation structure of a highly integrated semiconductor device requiring processing dimensional accuracy like a deep submicron device. This is because the oxidizing species diffuses and invades from the edge of the film just below the antioxidant film typified by the silicon nitride film used for selective oxidation, resulting in the formation of a thick oxide film region called a bird's beak. . For this reason, a shallow groove is formed on the substrate surface as disclosed in, for example, JP-A-63-143835, instead of a LOCOS structure as an insulating isolation structure of a semiconductor device required to be highly integrated. A groove separation structure of a selective oxidation method for selectively oxidizing to form a thermal oxide film has begun to be adopted.
[0003]
This groove isolation structure has an advantage that an element isolation oxide film having a small planar dimension can be formed as compared with the LOCOS structure, and is therefore suitable for manufacturing a deep submicron device requiring a processing dimensional accuracy of 0.5 μm or less.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
For example, when a silicon thermal oxide film is formed by oxidizing the surface of a silicon substrate which is a semiconductor substrate, a large mechanical stress is generated at an interface between the formed thermal oxide film and the silicon substrate. This is because when a part of the silicon substrate is oxidized and changes into a thermal oxide film, the volume expansion is approximately doubled. When the mechanical stress is increased, crystal defects such as dislocations and stacking faults are likely to occur in the silicon substrate, thereby deteriorating the reliability of the semiconductor device. In addition, it has been clarified that the shape of an oxide film that grows under the influence of stress in the oxidation reaction itself changes (the growth of the oxide film is slowed down by compressive stress).
[0005]
FIG. 1 is a schematic diagram of a manufacturing process of a groove structure in a conventional selective oxidation method. As shown in FIG. 1, in the conventional method, an
[0006]
In this structure, in particular, the substrate shape near the upper end of the groove may be oxidized to an acutely sharp shape (substrate acute angle portion 4) as shown in FIG.
[0007]
After the buried
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a semiconductor device having a trench isolation structure, which has high reliability without deteriorating withstand voltage characteristics of a transistor capacitor constituting a circuit, and a method of manufacturing the same.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The above object is achieved by reducing the stress generated near the upper end of the element isolation groove on the surface of the semiconductor substrate and preventing the substrate shape from being sharpened.
In order to achieve the above object, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes the following steps.
(1) Step of forming a pad oxide film on a circuit formation surface of a semiconductor substrate
(2) Step of forming antioxidant film on pad oxide film
(3) a step of partially removing the antioxidant film and the pad oxide film at desired positions on the circuit formation surface of the semiconductor substrate, and forming a groove of a predetermined depth on the surface of the semiconductor substrate;
(4) A step of etching and removing the pad oxide film from the end of the remaining antioxidant film by 5 nm or more to retract it.
(5) The space of the pad oxide film (gap between the substrate surface and the antioxidant film) in which the groove portion formed in the semiconductor substrate is oxidized atmosphere: H2 / O2 gas ratio is 0.5 or less, and the amount of oxidation is recessed is filled. Oxidation process up to
(7) A step of burying a buried insulating film inside the oxidized groove
(8) removing the buried insulating film formed on the antioxidant film
(9) removing the antioxidant film formed on the circuit formation surface of the semiconductor substrate;
(10) removing the pad oxide film formed on the circuit formation surface of the semiconductor substrate
According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device according to the present invention, wherein the element isolation oxide film structure formed on the circuit formation surface of the semiconductor substrate has a trench isolation structure. The amount of oxidation on the side surface of the portion was in the range of 5 to 70 nm, and the radius of curvature of the groove at the upper end of the semiconductor substrate was in the range of 3 to 35 nm.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, examples of embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0010]
【Example】
A manufacturing process of a trench isolation structure of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 2 is a sectional structural view of the semiconductor device according to the present embodiment, and FIG. 3 is a flowchart showing an outline of the manufacturing process. Hereinafter, the manufacturing process will be described with reference to FIG. 2 along the flowchart of FIG.
[0011]
(1) The surface of the
(2) A
(3) A
(4) After removing the
(5) After removing the
(6) Thereafter, for example, an oxidizing atmosphere H at 900 to 1100 ° C. 2 / O 2 The surface of the
(7) In this groove oxidation, it is necessary to stop as far as the inside of the groove is not completely filled, in order to reduce the stress caused by the volume expansion of the oxide film as much as possible. As a result, an insulating film such as a silicon oxide film is deposited and buried in the space remaining in the groove by, for example, a chemical vapor deposition (CVD) method or a sputtering method (hereinafter, buried insulating film 6). In addition, since silicon oxide films and the like manufactured by the chemical vapor deposition method, the sputtering method, and the like are generally rough films, after deposition of the buried insulating
(8) The embedded insulating
(9) Then, the trench filling structure is completed by removing the
[0012]
Next, the operation and effect of the first embodiment will be described with reference to FIGS.
The first embodiment differs from the prior art in that the
[0013]
In the first embodiment, since the radius of curvature near the upper end of the trench isolation structure near the substrate can be made sufficiently larger than 3 nm, in forming the trench isolation structure in the MOS transistor manufacturing process, Since an acute angle portion can be prevented from remaining near the upper end portion of the groove, an increase in leak current or a decrease in breakdown voltage characteristics of the transistor due to electric field concentration near the end portion of the gate electrode film can be prevented, and the electrical reliability of the transistor can be improved. There is an effect that can be.
[0014]
Next, a manufacturing process of a trench isolation structure of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The manufacturing method (flowchart) of the trench filling structure of the semiconductor device of the second embodiment shown in FIG. 6 is a modification of the manufacturing process (in the text) (6) of the first embodiment. Since the shape and the like do not largely change as compared with the first embodiment, a cross-sectional view of the semiconductor device in this embodiment will be described with reference to FIG. Hereinafter, the manufacturing process of this embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
[0015]
(1) The surface of the
(2) A
(3) A
(4) After removing the
(5) After removing the
(6) The groove formed in the
(7) In this groove oxidation, it is necessary to stop as far as the inside of the groove is not completely filled, in order to reduce the stress caused by the volume expansion of the oxide film as much as possible. As a result, an insulating film such as a silicon oxide film is deposited and buried in the space remaining in the groove by, for example, a chemical vapor deposition (CVD) method or a sputtering method (hereinafter, buried insulating film 6). In addition, since silicon oxide films and the like manufactured by the chemical vapor deposition method, the sputtering method, and the like are generally rough films, after deposition of the buried insulating
(8) The embedded insulating
(9) Then, the trench filling structure is completed by removing the
[0016]
Next, the operation and effect of this embodiment will be described with reference to FIG.
H in oxidizing atmosphere 2 / O 2 The gas ratio r can vary from 0 ≦ r <2. When r reaches 2, the reaction proceeds explosively, so in consideration of safety, the upper limit is substantially r = 1.8. Generally, assuming that the oxidation temperature is constant when the gas ratio is within the above range, the oxidation rate increases as the ratio increases, and the oxidation rate decreases as the ratio decreases. Therefore, the effect of this oxidation rate on the shape of the upper end of the groove of the semiconductor substrate was analyzed. FIG. 7 shows the result. H on the horizontal axis 2 / O 2 The gas ratio and the vertical axis indicate the radius of curvature of the upper end of the semiconductor substrate. FIG. 7 shows that the larger the flow rate ratio of hydrogen (H2) in the oxidizing atmosphere, the sharper the radius of curvature formed decreases. When the gas ratio reaches 0.5, the radius of curvature decreases to about 3 nm. As the gas ratio is increased further, the radius of curvature decreases slightly but slightly.
[0017]
The cause can be explained as follows.
Oxidation generates strain (stress) near the interface between silicon and the silicon oxide film, as described above. On the other hand, since the silicon oxide film exhibits a remarkable viscous behavior at a high temperature (950 ° C. or higher), the stress generated with time is relaxed at a high temperature. Therefore, assuming that the oxide film thickness is constant, the value of the generated strain (stress) is constant, but the oxidation rate is high (H 2 / O 2 The larger the gas ratio), the shorter the time during which the generated stress is relieved, resulting in a higher residual stress. Slow oxidation rate (H 2 / O 2 When the gas ratio is small), the viscous effect of the silicon oxide film acts, and the stress is relatively relaxed when compared under the condition of a constant oxide film thickness. The higher the oxidation-induced stress, the more the oxidation in the vicinity is suppressed. Therefore, the vicinity of the upper end of the groove of the silicon substrate is a place where the stress is concentrated by the growth of the oxide film from the upper surface and the side surface. If the residual stress is increased, the oxidation in the vicinity is suppressed, and as a result, the tip becomes sharp. It takes shape. From the above, H 2 / O 2 By reducing the gas ratio, oxidation proceeds at a lower stress at the upper end of the groove of the semiconductor substrate, and as a result, a curvature near the upper end of the
[0018]
For the above reasons, according to the second embodiment, the radius of curvature near the upper end of the trench isolation structure on the substrate side can be made sufficiently larger than 3 nm, and therefore, when forming the trench isolation structure in the transistor manufacturing process. Since it is possible to prevent an acute angle portion near the upper end portion of the groove of the silicon substrate from remaining, it is possible to prevent an increase in leakage current or a decrease in withstand voltage characteristics of the transistor due to electric field concentration near the end portion of the gate electrode film, and to improve the electrical reliability of the transistor. There is an effect that the property can be improved. Next, a manufacturing process of a trench filling structure of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The manufacturing method (flowchart) of the semiconductor device according to the third embodiment shown in FIG. 8 in which the trench is filled is a modification of the manufacturing process (6) of the first embodiment (in the text). Since the shape and the like are not largely changed as compared with the first embodiment, a cross-sectional view of the semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. explain.
[0019]
(1) The surface of the
(2) A
(3) A
(4) After removing the
(5) After removing the
(6) The groove formed in the
(7) In this groove oxidation, it is necessary to stop the groove in a range where the inside of the groove is not completely filled in order to minimize the stress caused by the volume expansion of the oxide film. As a result, an insulating film such as a silicon oxide film is deposited and buried in the space remaining in the groove by, for example, a chemical vapor deposition (CVD) method or a sputtering method (hereinafter, buried insulating film 6). In addition, since silicon oxide films and the like manufactured by the chemical vapor deposition method, the sputtering method, and the like are generally rough films, after deposition of the buried insulating
(8) The embedded insulating
(9) Then, the trench filling structure is completed by removing the
[0020]
As described in the first embodiment (see FIG. 5), after the space of the recessed pad oxide film is filled, the
[0021]
For the above reasons, according to the third embodiment, the radius of curvature near the upper end of the trench isolation structure on the substrate side can be made sufficiently larger than 3 nm. Since it is possible to prevent an acute angle portion near the upper end portion of the groove of the silicon substrate from remaining, it is possible to prevent an increase in a leak current or a decrease in a breakdown voltage characteristic of the transistor due to an electric field concentration near an end portion of the gate electrode film. There is an effect that the property can be improved. Next, a trench embedding structure of a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention and a manufacturing process thereof will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a sectional structural view of the semiconductor device according to the present embodiment, and FIG. 9 is a flowchart showing an outline of the manufacturing process. Hereinafter, the manufacturing process will be described with reference to FIG. 2 along the flowchart of FIG.
[0022]
(1) The surface of the
(2) A
(3) A
(4) After removing the
(5) After removing the
(6) Then, for example, at 900 to 1100 ° C. in an oxidizing atmosphere H 2 / O 2 The surface of the
(7) In this groove oxidation, it is necessary to stop the groove in a range where the inside of the groove is not completely filled in order to minimize the stress caused by the volume expansion of the oxide film. As a result, an insulating film such as a silicon oxide film is deposited and buried in the space remaining in the groove by, for example, a chemical vapor deposition (CVD) method or a sputtering method (hereinafter, buried insulating film 6). Further, since the silicon oxide film or the like manufactured by the chemical vapor deposition method, the sputtering method or the like is generally a rough film, after the buried insulating
(8) The embedded insulating
(9) Then, the trench filling structure is completed by removing the
[0023]
Next, the operation and effect of this embodiment will be described with reference to FIG.
[0024]
FIG. 10 shows a result of simulating the relationship between the amount of oxidation of the element isolation thermal oxide film and the radius of curvature on the side surface of the central portion of the groove in accordance with the present embodiment, and a in FIG. From FIG. 10, it can be seen that the radius of curvature R at the upper end of the silicon substrate increases with the amount of oxidation of the trench side wall, and then reaches a maximum value and saturates to a substantially constant value. The maximum value increases as the thickness of the pad oxide film a increases, but is substantially constant (about 35 nm) at 10 nm or more. The reason why the radius of curvature takes the maximum value is that the radius of curvature increases with oxidation of the groove, but gradually fills the space of the recessed pad oxide film, and then, as shown in FIG. It is considered that the silicon nitride film was warped (compression stress was generated in the silicon substrate and the oxide film), and oxidation was suppressed by the compression stress.
[0025]
Through experiments, it has been found by experiments that the radius of curvature R does not adversely affect transistor characteristics if the radius of curvature is about 3 nm or more. Therefore, the oxidation amount of the groove side wall that can secure this radius of curvature becomes 5 nm or more from FIG. 10, and the radius of curvature does not become large even if it is oxidized to 30 nm or more. Therefore, in order to maximize the radius of curvature, it is preferable that the pad oxide film thickness is 10 nm or more and the side wall oxidation amount is 30 nm or more.
[0026]
In this embodiment, by employing this structure and the manufacturing method, it is possible to increase the radius of curvature near the upper end of the groove to about 35 nm, and to reduce the transistor leakage caused by the electric field concentration near the end of the gate electrode film. This has the effect of preventing an increase in current or a decrease in breakdown voltage characteristics, and improving the electrical reliability of the transistor.
[0027]
【The invention's effect】
According to the present invention, in a semiconductor device having a trench isolation structure, it is possible to provide a semiconductor device and a manufacturing method which do not deteriorate the withstand voltage characteristics of transistors and capacitors constituting a circuit.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of a manufacturing process of a trench isolation structure in a conventional selective oxidation method.
FIG. 2 is a schematic view of a manufacturing process of the groove separation structure of the first embodiment according to the present invention.
FIG. 3 is a flowchart showing a manufacturing process of the first embodiment according to the present application.
FIG. 4 is a diagram illustrating the operation and effect of the first embodiment according to the present application.
FIG. 5 is a diagram illustrating the operation and effect of the first embodiment according to the present application.
FIG. 6 is a flowchart showing a manufacturing process of a second embodiment according to the present application.
FIG. 7 is a diagram illustrating the operation and effect of the second embodiment according to the present application.
FIG. 8 is a flowchart showing a manufacturing process of a third embodiment according to the present application.
FIG. 9 is a flowchart showing a manufacturing process of a fourth embodiment according to the present application.
FIG. 10 is a diagram illustrating the operation and effect of the fourth embodiment according to the present application.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (16)
(1)半導体基板の回路形成面にパット酸化膜を形成し、前記パット酸化膜の上に酸化防止膜を形成する工程
(2)前記半導体基板の回路形成面の所望の位置に形成された前記酸化防止膜と前記パット酸化膜を除去し、所定の深さを有すると共に、前記パット酸化膜を5nm以上40nm以下後退させた溝を形成する工程
(3)前記後退させたパット酸化膜が形成された前記半導体基板に、曲率半径が3nm以上の前記半導体基板の上端部を備える前記溝の表面に酸化膜が形成されるよう酸化し、前記酸化させた溝内部に埋め込み絶縁膜を埋め込む工程
(4)前記酸化防止膜の上に形成された前記埋め込み絶縁膜を除去し、前記半導体基板の回路形成面の上に形成された前記酸化防止膜を除去する工程
(5)前記半導体基板の回路形成面の上に形成された前記パット酸化膜を除去する工程
(6)前記パッド酸化膜が除去された前記半導体基板の回路形成面にゲート絶縁膜及びゲート電極を形成する工程A method of manufacturing a semiconductor device including the following steps.
(1) forming a pad oxide film on the circuit formation surface of the semiconductor substrate and forming an antioxidant film on the pad oxide film; and (2) forming the oxidation prevention film on a desired position of the circuit formation surface of the semiconductor substrate. Removing the antioxidant film and the pad oxide film to form a groove having a predetermined depth and recessing the pad oxide film by 5 nm or more and 40 nm or less (3) forming the recessed pad oxide film; Oxidizing the semiconductor substrate so that an oxide film is formed on a surface of the groove having an upper end portion of the semiconductor substrate having a radius of curvature of 3 nm or more, and embedding a buried insulating film in the oxidized groove (4). A) removing the buried insulating film formed on the antioxidant film and removing the antioxidant film formed on the circuit formation surface of the semiconductor substrate; and (5) a circuit formation surface of the semiconductor substrate. upon Step the pad oxide film is removed step (6) the pad oxide film formed to form a gate insulating film and a gate electrode on a circuit forming surface of the semiconductor substrate which is removed
(1)半導体基板の回路形成面にパット酸化膜を形成し、前記パット酸化膜の上に酸化防止膜を形成する工程
(2)前記半導体基板の回路形成面の所望の位置の前記酸化防止膜と前記パット酸化膜を除去して所定の深さを有し、周囲に向かって前記パット酸化膜を5nm以上40nm以下後退させた溝を形成する工程
(3)前記後退させたパット酸化膜が形成された前記半導体基板に形成した溝部分をH2/O2ガス比0.5以下の酸化雰囲気中で酸化し、前記酸化された溝内部に埋め込み絶縁膜を埋め込む工程
(4)前記酸化防止膜の上に形成された前記埋め込み絶縁膜を除去し、前記半導体基板の回路形成面の上に形成された前記酸化防止膜を除去する工程
(5)前記半導体基板の回路形成面の上に形成された前記パット酸化膜を除去する工程
(6)前記パッド酸化膜が除去された前記半導体基板の回路形成面にゲート絶縁膜及びゲート電極を形成する工程A method of manufacturing a semiconductor device including the following steps.
(1) forming a pad oxide film on a circuit forming surface of the semiconductor substrate and forming an antioxidant film on the pad oxide film; and (2) forming the antioxidant film at a desired position on the circuit forming surface of the semiconductor substrate. Forming a groove having a predetermined depth by removing the pad oxide film and recessing the pad oxide film toward the periphery by 5 nm or more and 40 nm or less (3) forming the recessed pad oxide film Oxidizing the groove portion formed in the semiconductor substrate in an oxidizing atmosphere having a H 2 / O 2 gas ratio of 0.5 or less, and burying a buried insulating film in the oxidized groove (4) the antioxidant film Removing the buried insulating film formed on the semiconductor substrate and removing the antioxidant film formed on the circuit formation surface of the semiconductor substrate. (5) Forming the semiconductor device on the circuit formation surface of the semiconductor substrate. Removing the pad oxide film Step (6) forming a gate insulating film and a gate electrode on a circuit forming surface of the semiconductor substrate to the pad oxide film is removed
前記第一の酸化膜の上に窒化珪素膜を形成する工程と、
前記所望のパターンを有するホトレジストに従って前記窒化シリコン膜を選択的に除去する工程と、
前記所望のパターンに従って前記第一の酸化膜を選択的に除去し、前記半導体基板表面を選択的に露出する工程と、
露出された半導体基板表面を選択的に除去することにより、前記所望のパターンに従った溝を前記半導体基板表面に形成する工程と、
前記溝周辺の前記第一の酸化膜を前記溝の縁から5nm以上40nm以下後退させた状態で上記窒化シリコン層をマスクとして前記溝内表面と前記後退部分の半導体基板表面を選択的に酸化して3nm以上の曲率半径を有する前記半導体基板の溝上端部を備えた前記溝を形成する工程と、
前記酸化により形成された前記溝内に絶縁膜を堆積する工程と、
前記溝の外の半導体基板上に形成された前記窒化珪素膜を除去する工程と、
前記溝の外の半導体基板上に形成された前記第一の酸化膜を除去する工程と、
前記第一の酸化膜が除去された半導体基板上にゲート絶縁膜及びゲート電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。Forming a first oxide film on the semiconductor substrate;
Forming a silicon nitride film on the first oxide film;
Selectively removing the silicon nitride film according to the photoresist having the desired pattern;
Selectively removing the first oxide film according to the desired pattern, selectively exposing the semiconductor substrate surface;
Forming a groove in the semiconductor substrate surface according to the desired pattern by selectively removing the exposed semiconductor substrate surface;
The silicon nitride layer of the semiconductor substrate surface of the retraction portion and said groove surface selectively oxidized as a mask in a state where the first oxide film retracted 5nm or 40nm or less from the edge of the groove around the groove Forming the groove having a groove upper end portion of the semiconductor substrate having a radius of curvature of 3 nm or more ;
Depositing an insulating film in the trench formed by the oxidation,
Removing the silicon nitride film formed on the semiconductor substrate outside the trench;
Removing the first oxide film formed on the semiconductor substrate outside the groove,
Forming a gate insulating film and a gate electrode on the semiconductor substrate from which the first oxide film has been removed,
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記第二の領域の前記半導体基板表面を除去して基板表面より低く形成され、前記第一の領域の前記第一の酸化膜を前記第二の領域との境界から5nm以上40nm以下狭めた領域を上端周囲に備えた凹領域を形成する工程と、
前記酸化防止膜を備えた状態で、前記第二の領域の凹領域表面と前記狭めた部分の半導体基板表面とを選択的に熱酸化し、3nm以上の曲率半径を有する前記半導体基板の凹領域端を備えた前記凹領域を形成する工程と、
前記凹領域の前記熱酸化により形成された第二の酸化膜上の空間を絶縁膜で埋める工程と、
前記溝の外の半導体基板上に形成された前記酸化防止膜及び前記第一の酸化膜を除去する工程と、
前記第一の酸化膜が除去された半導体基板上にゲート絶縁膜及びゲート電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。A step of forming a plurality of first regions on which a first oxide film and an antioxidant film are stacked on a semiconductor substrate via a second region where the semiconductor substrate is exposed,
A region formed to be lower than the substrate surface by removing the semiconductor substrate surface in the second region, wherein the first oxide film in the first region is narrowed by 5 nm or more and 40 nm or less from a boundary with the second region; Forming a concave region provided around the upper end ,
In a state with the oxide barrier layer, and selectively thermally oxidizing the semiconductor substrate surface of the concave region surface and the narrowed portion of the second region, concave region of the semiconductor substrate having the above curvature radius 3nm Forming the concave region with an edge ;
Filling a space on the second oxide film formed by the thermal oxidation of the concave region with an insulating film;
Removing the antioxidant film and the first oxide film formed on the semiconductor substrate outside the trench,
Forming a gate insulating film and a gate electrode on the semiconductor substrate from which the first oxide film has been removed,
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記第一の酸化膜の上に酸化防止膜を形成する工程と、
素子分離領域を形成する所望の位置の酸化防止膜と前記第一の酸化膜とを除去する工程と、
前記前記第一の酸化膜と前記酸化防止膜が除去されて露出した半導体基板表面に前記第一の酸化膜をエッチングして前記第一の酸化膜が除去され、前記第一の酸化防止膜端から5nm以上40nm以下後退した空間を上端周囲に備えた溝を形成する工程と、
前記空間及び前記溝内壁を熱酸化して、第二の酸化膜を有する前記空間及び3nm以上の曲率半径の前記半導体基板の溝上端部を備えた前記溝を形成する工程と、
前記溝の第二の酸化膜上に第三の酸化膜を堆積して溝を埋める工程と、
前記半導体基板上の前記酸化防止膜及び前記第一の酸化膜を除去する工程と、
前記第一の酸化膜を除去した前記半導体基板上にゲート絶縁膜及びゲート電極を形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。Forming a first oxide film on one main surface of the semiconductor substrate;
Forming an antioxidant film on the first oxide film;
Removing the antioxidant film and the first oxide film at a desired position to form an element isolation region;
Wherein said first and oxide film using the first oxide film on the semiconductor substrate surface oxidation film is exposed is removed by etching the first oxide film is removed, the first anti-oxidation film end Forming a groove provided around the upper end with a space recessed from 5 nm to 40 nm from
Thermally oxidizing the space and the inner wall of the groove to form the space having a second oxide film and the groove having a groove upper end of the semiconductor substrate having a radius of curvature of 3 nm or more ;
Depositing a third oxide film on the second oxide film of the groove to fill the groove,
Removing the antioxidant film and the first oxide film on the semiconductor substrate;
Forming a gate insulating film and a gate electrode on the semiconductor substrate from which the first oxide film has been removed,
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記パット酸化膜の上に酸化防止膜を形成する工程と、
素子分離領域を形成する領域の前記酸化防止膜及びパット酸化膜を部分的に除去する工程と、
前記酸化防止膜とパット酸化膜が除去された領域の前記半導体基板表面に溝を形成する工程と、
前記パット酸化膜をエッチングして前記パット酸化膜が5nm以上40nm以下後退された空間を前記溝の外に形成する工程と、
前記半導体基板の第二の熱酸化により、熱酸化膜を有する前記空間及び3nm以上の曲率半径の前記半導体基板の溝上端部を備えた前記溝を形成する工程と、
前記溝の前記熱酸化膜上に埋め込み絶縁膜を埋める工程と、
前記半導体基板の回路形成面上に形成された前記酸化防止膜及び前記パット酸化膜を除去する工程と、
前記パット酸化膜が除去された前記半導体基板の回路形成面上にゲート絶縁膜及びゲート電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。A step of forming a pad oxide film on the circuit formation surface by first thermal oxidation of the semiconductor substrate,
Forming an antioxidant film on the pad oxide film;
A step of partially removing the antioxidant film and the pad oxide film in a region where an element isolation region is formed;
Forming a groove on the surface of the semiconductor substrate in a region where the antioxidant film and the pad oxide film have been removed;
Etching the pad oxide film to form a space in which the pad oxide film is recessed by 5 nm or more and 40 nm or less outside the groove;
Forming, by a second thermal oxidation of the semiconductor substrate, the space having a thermal oxide film and the groove having a groove upper end portion of the semiconductor substrate having a radius of curvature of 3 nm or more ;
Filling a buried insulating film on the thermal oxide film in the groove;
Removing the antioxidant film and the pad oxide film formed on the circuit formation surface of the semiconductor substrate;
Forming a gate insulating film and a gate electrode on the circuit formation surface of the semiconductor substrate from which the pad oxide film has been removed;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記パット酸化膜の上に前記パット酸化膜厚さ以上厚い窒化珪素膜を形成する工程と、
前記窒化珪素膜の上にホトレジストを形成する工程と、
露光により所望の位置のホトレジストを除去する工程と、
前記位置の前記窒化珪素膜を除去する工程と、
前記位置の前記パット酸化膜を除去する工程と、
前記位置に露出されたシリコン基板表面を除去して溝を形成する工程と、
前記窒化珪素膜上に位置するホトレジストを除去する工程と、
前記パット酸化膜の除去により形成された前記パット酸化膜の縁から前記溝側から5nm以上40nm以下後退させる工程と、
前記後退させた領域及び形成された溝を第二の熱酸化して、熱酸化膜を有する前記後退させた領域及び3nm以上の曲率半径の前記半導体基板の溝上端部を備えた前記溝を形成する工程と、
前記溝の前記熱酸化膜上及び前記窒化珪素膜上に埋め込み絶縁膜を堆積する工程と、
前記埋め込み絶縁膜が形成された前記シリコン基板を熱処理する工程と、
前記窒化珪素膜上に形成された前記埋め込み絶縁膜と前記窒化珪素の一部を除去する工程と、
前記パット酸化膜上の残りの窒化珪素膜を除去する工程と、
前記窒化珪素膜が除去された領域に位置するパット酸化膜を除去する工程と、
前記パット酸化膜が除去されたシリコン基板上にゲート絶縁膜及びゲート電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。A step of forming a pad oxide film by first thermally oxidizing the surface of the silicon substrate,
Forming a silicon nitride film thicker than the pad oxide film thickness on the pad oxide film;
Forming a photoresist on the silicon nitride film;
Removing the photoresist at a desired position by exposure,
Removing the silicon nitride film at the position;
Removing the pad oxide film at the position;
Forming a groove by removing the silicon substrate surface exposed at the position,
Removing the photoresist located on the silicon nitride film;
Retreating from the groove side by 5 nm or more and 40 nm or less from the edge of the pad oxide film formed by removing the pad oxide film;
A second thermal oxidation of the recessed region and the formed groove is performed to form the recessed region having a thermal oxide film and the groove having a groove upper end of the semiconductor substrate having a radius of curvature of 3 nm or more. The process of
Depositing a buried insulating film on the thermal oxide film and the silicon nitride film in the trench;
Heat-treating the silicon substrate on which the buried insulating film is formed,
Removing a part of the buried insulating film and the silicon nitride formed on the silicon nitride film;
Removing the remaining silicon nitride film on the pad oxide film;
Removing the pad oxide film located in the region where the silicon nitride film has been removed;
Forming a gate insulating film and a gate electrode on the silicon substrate from which the pad oxide film has been removed;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記パット酸化膜の上に酸化防止膜を形成する工程と、
素子分離を形成する領域の前記酸化防止膜及びパット酸化膜を部分的に除去する工程と、
前記酸化防止膜とパット酸化膜が除去された領域の前記半導体基板表面に溝を形成する工程と、
前記パット酸化膜をエッチングして前記パット酸化膜が5−40nm後退された空間を前記溝の外に形成する工程と、
前記半導体基板の第二の熱酸化により前記空間及び前記溝内に熱酸化膜を形成し、前記熱酸化膜で覆われた曲率半径が3nm以上の前記半導体基板の上端部を備える前記溝を形成する工程と、
前記溝の前記熱酸化膜上及び前記酸化防止膜上に埋め込み絶縁膜を堆積する工程と、
化学機械研磨により前記酸化防止膜上に形成された前記埋め込み絶縁膜及び前記酸化防止膜の一部を除去する工程と、
前記除去されずに残った前記パット酸化膜上の前記酸化防止膜を除去する工程と、
前記酸化防止膜が除去された領域の前記パット酸化膜を除去する工程と、
前記パット酸化膜が除去された領域の半導体基板の回路形成面上にゲート絶縁膜及びゲート電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。A step of forming a pad oxide film on the circuit formation surface by first thermal oxidation of the semiconductor substrate,
Forming an antioxidant film on the pad oxide film;
Partially removing the antioxidant film and the pad oxide film in the region where the element isolation is to be formed;
Forming a groove on the surface of the semiconductor substrate in a region where the antioxidant film and the pad oxide film have been removed;
Etching the pad oxide film to form a space in which the pad oxide film is recessed by 5 to 40 nm outside the groove;
Forming a thermal oxide film in the space and the trench by the second thermal oxidation of the semiconductor substrate, and forming the trench having an upper end portion of the semiconductor substrate having a radius of curvature of 3 nm or more covered with the thermal oxide film ; The process of
Depositing a buried insulating film on the thermal oxide film and the antioxidant film in the groove;
Removing a part of the buried insulating film and the antioxidant film formed on the antioxidant film by chemical mechanical polishing,
Removing the antioxidant film on the pad oxide film remaining without being removed;
Removing the pad oxide film in the region where the antioxidant film has been removed;
Forming a gate insulating film and a gate electrode on the circuit formation surface of the semiconductor substrate in the region where the pad oxide film has been removed;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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