JP6953224B2 - Manufacturing method of semiconductor devices and semiconductor devices - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置の製造方法及び半導体装置に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device and the semiconductor device.
半導体装置の素子分離構造として、シリコン基板の表面にトレンチを設け、当該トレンチにシリコン酸化膜等の絶縁材を充填したSTI(shallow trench isolation)が知られている。 As an element separation structure of a semiconductor device, STI (shallow trench isolation) is known in which a trench is provided on the surface of a silicon substrate and the trench is filled with an insulating material such as a silicon oxide film.
このような半導体装置を製造する場合、先ず、STIをシリコン基板に形成し、その後、熱酸化を行うことによってゲート酸化膜を形成する。そして、当該ゲート酸化膜上にゲート電極を形成した後に、不純物の注入及び熱処理工程を実行することによりトランジスタのソース及びドレインを形成する。 When manufacturing such a semiconductor device, first, STI is formed on a silicon substrate, and then thermal oxidation is performed to form a gate oxide film. Then, after forming the gate electrode on the gate oxide film, the source and drain of the transistor are formed by executing the injection of impurities and the heat treatment step.
ところで、上記した熱酸化及び熱処理工程を繰り返すことにより、シリコン基板が高熱(例えば800度)を繰り返し受けると、シリコン基板と絶縁材との間で熱応力の差が生じ、それに伴いシリコン基板に結晶欠陥が生じる虞があった。 By the way, when the silicon substrate is repeatedly subjected to high heat (for example, 800 degrees) by repeating the above-mentioned thermal oxidation and heat treatment steps, a difference in thermal stress is generated between the silicon substrate and the insulating material, and the silicon substrate is crystallized accordingly. There was a risk of defects.
そこで、このような不具合を回避する為に、以下の方法でゲート酸化膜を形成する半導体装置の製造方法が提案された(例えば、特許文献1参照)。 Therefore, in order to avoid such a problem, a method for manufacturing a semiconductor device for forming a gate oxide film by the following method has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
すなわち、先ず、パイロ酸化により酸化成長させたシリコン酸化膜を形成し、その上部に、SiH4ガスの熱分解による減圧気相成長により成長させたシリコン酸化膜を形成する。そして、これら2層のシリコン酸化膜を、N2OもしくはNOガス中での急速加熱によって酸化すると共に、微量に窒素を含むシリコン酸化膜を順次成長させることにより、ゲート酸化膜を得る。 That is, first, a silicon oxide film grown by oxidation by pyrolysis is formed, and a silicon oxide film grown by vacuum vapor deposition by thermal decomposition of SiH 4 gas is formed on the upper part of the silicon oxide film. Then, these two layers a silicon oxide film, as well as oxidized by rapid heating in N 2 O or NO gas, by sequentially growing a silicon oxide film containing nitrogen to trace, to obtain a gate oxide film.
かかる製造方法によると、ゲート酸化膜を形成する際の熱処理量を抑制できるので、シリコン基板と絶縁材との間で生じる熱応力の差が抑えられ、シリコン基板の結晶欠陥を防ぐことが可能となる。 According to such a manufacturing method, since the amount of heat treatment when forming the gate oxide film can be suppressed, the difference in thermal stress generated between the silicon substrate and the insulating material can be suppressed, and crystal defects of the silicon substrate can be prevented. Become.
ところで、上記したゲート酸化膜の形成後、トランジスタのソース及びドレインを担う高濃度拡散層を形成する為の熱工程でも、シリコン基板の表面が高熱に晒される。よって、当該熱工程により、シリコン基板と、STIのシリコン酸化材との境界部で、両者の熱膨張係数が異なることに起因する熱応力が生じて、結晶欠陥の発生を招く虞があった。 By the way, after the formation of the gate oxide film described above, the surface of the silicon substrate is also exposed to high heat in the thermal step for forming the high-concentration diffusion layer that bears the source and drain of the transistor. Therefore, due to the thermal step, thermal stress is generated at the boundary between the silicon substrate and the silicon oxide material of STI due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the two, which may lead to the occurrence of crystal defects.
本発明は、上記した点に鑑みてなされたものであり、結晶欠陥の発生を防いで歩留まりを向上させることが可能な半導体装置の製造方法及び半導体装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device capable of preventing the occurrence of crystal defects and improving the yield.
本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体の素子領域の境界にトレンチを形成する第1の工程と、前記トレンチ内に絶縁膜を充填する第2の工程と、前記素子領域の上面に第1のゲート電極を形成すると共に前記絶縁膜の上面に第2のゲート電極を形成する第3の工程と、前記絶縁膜の上面に形成された前記第2のゲート電極をマスクとして、前記トレンチに充填されている前記絶縁膜のうちで前記素子領域に接する部分を除去する第4の工程と、前記素子領域に不純物を注入して拡散層を形成する第5の工程と、前記素子領域に熱処理を施すことにより前記拡散層に含まれる前記不純物を活性化させる第6の工程と、を有する。 The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a first step of forming a trench at a boundary of a semiconductor device region, a second step of filling the trench with an insulating film, and a first step on the upper surface of the device region. A third step of forming the gate electrode of 1 and forming a second gate electrode on the upper surface of the insulating film, and using the second gate electrode formed on the upper surface of the insulating film as a mask in the trench. A fourth step of removing a portion of the filled insulating film in contact with the element region, a fifth step of injecting impurities into the element region to form a diffusion layer, and a heat treatment of the element region. It has a sixth step of activating the impurities contained in the diffusion layer by applying the above.
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体の素子領域の境界にトレンチを形成する第1の工程と、前記トレンチ内に絶縁膜を充填する第2の工程と、前記素子領域の上面に第1のゲート電極を形成すると共に前記絶縁膜の上面に第2のゲート電極を形成する第3の工程と、前記素子領域に不純物を注入して拡散層を形成する第4の工程と、前記絶縁膜の上面に形成された前記第2のゲート電極をマスクとして、前記トレンチに充填されている前記絶縁膜のうちで前記素子領域に接する部分を除去する第5の工程と、前記素子領域に熱処理を施すことにより前記拡散層に含まれる前記不純物を活性化させる第6の工程と、を有する。 Further, the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a first step of forming a trench at a boundary of a semiconductor device region, a second step of filling the trench with an insulating film, and an upper surface of the device region. A third step of forming a first gate electrode and a second gate electrode on the upper surface of the insulating film, and a fourth step of injecting impurities into the device region to form a diffusion layer. A fifth step of removing a portion of the insulating film filled in the trench that is in contact with the element region, using the second gate electrode formed on the upper surface of the insulating film as a mask, and the element region. It has a sixth step of activating the impurities contained in the diffusion layer by subjecting the device to a heat treatment.
また、本発明に係る半導体装置は、第1のゲート電極及び拡散層が形成されている素子領域と、前記素子領域に隣接する素子分離領域と、を含む半導体基板を有し、前記素子分離領域は、前記素子分離領域に亘って形成されているトレンチと、前記トレンチ内に形成されており、前記トレンチの内面から離間している絶縁膜と、前記絶縁膜の上面に形成されている第2のゲート電極と、を含む。 Further, the semiconductor device according to the present invention has a semiconductor substrate including an element region in which the first gate electrode and the diffusion layer are formed and an element separation region adjacent to the element region, and the element separation region. Is a trench formed over the element separation region, an insulating film formed in the trench and separated from the inner surface of the trench, and a second insulating film formed on the upper surface of the insulating film. Includes gate electrodes and.
本発明は、隣接する素子領域同士を分離する素子分離領域を、以下の手順で形成する。すなわち、先ず、素子分離領域において、当該素子分離領域と素子領域との境界に絶縁膜を充填したトレンチを形成し、この絶縁膜の上面にゲート電極を形成する。 In the present invention, an element separation region for separating adjacent element regions is formed by the following procedure. That is, first, in the element separation region, a trench filled with an insulating film is formed at the boundary between the element separation region and the element region, and a gate electrode is formed on the upper surface of the insulating film.
そして、絶縁膜の上面に形成されたゲート電極をマスクとして、トレンチに充填されている絶縁膜のうちで素子領域に接する部分を除去し、その後で、不純物を素子領域に注入して拡散層を形成し、熱処理を施すことにより拡散層に含まれる不純物を活性化させる。 Then, using the gate electrode formed on the upper surface of the insulating film as a mask, the portion of the insulating film filled in the trench that is in contact with the element region is removed, and then impurities are injected into the element region to form a diffusion layer. By forming and heat-treating, impurities contained in the diffusion layer are activated.
これにより、上記した熱処理を施す時点では、素子領域の側壁と、絶縁膜の側壁とが離間している。 As a result, at the time of performing the above-mentioned heat treatment, the side wall of the element region and the side wall of the insulating film are separated from each other.
よって、かかる熱処理によって、熱膨張係数が異なる絶縁膜及び素子領域に高熱が加えられても、素子領域の側壁には絶縁膜の側壁からの応力が掛からない。したがって、本発明によれば、素子領域での結晶欠陥を防いで、歩留まりを向上させることが可能となる。 Therefore, even if high heat is applied to the insulating film and the element region having different coefficients of thermal expansion by such heat treatment, the stress from the side wall of the insulating film is not applied to the side wall of the element region. Therefore, according to the present invention, it is possible to prevent crystal defects in the device region and improve the yield.
以下、本発明の実施例について詳細に説明する。 Hereinafter, examples of the present invention will be described in detail.
図1(a)は、本発明に係る半導体装置100の一部を素子形成面の上方から眺めた上面図である。図1(b)は、図1(a)におけるX−X線に沿った断面図である。尚、図1(a)及び図1(b)では、互いに隣接するMOS(Metal Oxide Semiconductor)型のトランジスタTR1及びTR2と、STI構造の素子分離領域ISAとの構成を表す。
FIG. 1A is a top view of a part of the
図1(b)に示すように、トランジスタTR1は、例えばSi(シリコン)からなる半導体基板10上に形成されており、凸状の形態を有する第1導電型(例えばp型)のウェル11に形成されている。
As shown in FIG. 1 (b), the transistor TR1 is formed on a
ウェル11の上面部には、図1(b)に示すようにトランジスタTR1のドレインとしての第2導電型(例えばn型)の高濃度拡散層12dと、トランジスタTR1のソースとしての第2導電型の高濃度拡散層12sと、が互いに離間して形成されている。ウェル11の上面部における高濃度拡散層12dと12sとの間には、第2導電型の低濃度拡散層としてのLDD(Lightly Doped Drain)層13d及び13sが、互いに離間して形成されている。
As shown in FIG. 1B, a second conductive type (for example, n type) high-
ウェル11の上面部におけるLDD層13d及び13s間の領域の表面には、ゲート酸化膜14を介してポリシリコン等からなるゲート電極15が形成されている。ゲート電極15の側壁は、絶縁膜等からなるサイドウォール16で覆われている。
A
このように、ウェル11における凸部の領域、つまり図1(b)に示す第1の素子領域E1に、ドレイン(12d、13d)、ソース(12s、13s)、ゲート酸化膜14、ゲート電極15を有するトランジスタTR1が形成されている。
As described above, the drain (12d, 13d), the source (12s, 13s), the
また、トランジスタTR2は、上記した半導体基板10上に形成されており、凸状の形態を有する第2導電型(例えばn型)のウェル21に形成されている。
Further, the transistor TR2 is formed on the
ウェル21の上面部には、図1(b)に示すようにトランジスタTR2のドレインとしての第1導電型の高濃度拡散層22dと、トランジスタTR2のソースとしての第1導電型の高濃度拡散層22sと、が互いに離間して形成されている。ウェル21の上面部における高濃度拡散層22dと22sとの間には、第1導電型のLDD層23d及び23sが、互いに離間して形成されている。
As shown in FIG. 1B, a first conductive type high-
ウェル21の上面部におけるLDD層23d及び23s間の領域の表面には、ゲート酸化膜24を介してポリシリコン等からなるゲート電極25が形成されている。ゲート電極25の側壁は、絶縁膜等からなるサイドウォール26で覆われている。
A
このように、ウェル21における凸部の領域、つまり図1(b)に示す第2の素子領域E2に、ドレイン(22d、23d)、ソース(22s、23s)、ゲート酸化膜24、ゲート電極25を有する第2のトランジスタTR2が形成されている。
As described above, the drain (22d, 23d), the source (22s, 23s), the
素子分離領域ISAは、素子領域E1及びE2に隣接しており、当該素子領域E1及びE2と素子分離領域ISAとの境界部に形成されたトレンチ30を含む。トレンチ30の底部上には酸化膜31が形成されている。酸化膜31は、トレンチ30の底部から自身の上面までの膜厚が、ウェル11又は21の凸部の高さに相当する厚さを有する。酸化膜31の上面にはゲート電極35が形成されている。ゲート電極35の側壁は、絶縁膜等からなるサイドウォール36で覆われている。
The element separation region ISA is adjacent to the element regions E1 and E2, and includes a
尚、素子分離領域ISAに形成されているゲート電極35は、素子同士を接続する為の配線、或いはコンデンサの電極等の用途に用いる予備の電極である。
The
すなわち、素子分離領域ISAは、
素子領域E1及びE2同士を電気的に分離させると共に、素子同士を接続する為の配線、或いはコンデンサの電極等を備える。
That is, the element separation region ISA is
The element regions E1 and E2 are electrically separated from each other, and wiring for connecting the elements, an electrode of a capacitor, and the like are provided.
尚、酸化膜31の側壁は、図1(b)に示すように、ウェル11及び12のいずれの側壁とも距離的に離れている。
As shown in FIG. 1B, the side wall of the
上記したウェル(11、21)、高濃度拡散層(12d、12s、22d、22s)、ゲート電極(15、25、35)、サイドウォール(16、26、36)及び酸化膜31各々の表面は、図1(b)に示すように、マスク酸化膜41で覆われている。マスク酸化膜41上には、半導体装置100に形成されている各素子を保護する絶縁層51が形成されている。
The surfaces of the wells (11, 21), the high-concentration diffusion layer (12d, 12s, 22d, 22s), the gate electrodes (15, 25, 35), the sidewalls (16, 26, 36) and the
高濃度拡散層12d、12s、22d及び22sの各々は、図1(b)に示すように絶縁層51を貫通するコンタクト65を介して、絶縁層51の上面に形成されているメタル配線層70と結合されている。また、ゲート電極15及び25の各々は、絶縁層51を貫通するコンタクト65を介して、絶縁層51の上面に形成されているメタル配線層70と結合されている(図示せず)。更に、ゲート電極35も、絶縁層51を貫通するコンタクト65を介して、絶縁層51の上面に形成されているメタル配線層70と結合されている(図示せず)。
Each of the high-
尚、コンタクト65は、コンタクトホールの側面と底面とに形成されたバリアメタル61と、コンタクトホールを充填する金属プラグ60と、を含む。
The
図1(b)に示すように、コンタクト65は、絶縁層51の上面に形成されているメタル配線層70と結合されている。尚、メタル配線層70は、上層バリアメタル71と、例えばAl(アルミ)−Cu(銅)等の合金からなる導電部材72と、例えばTi(チタン)又はTiN(窒化チタン)等からなる下層バリアメタル73と、による積層構造を有する。下層バリアメタル73はコンタクト65と結合されている。
As shown in FIG. 1B, the
以下に、図1に示される半導体装置100の製造方法について、図2及び図3に示す製造フローに沿って説明する。
Hereinafter, the manufacturing method of the
半導体装置100を製造するにあたり、図4に示すように、第1導電型のウェル11及び第2導電型のウェル21が形成されている半導体基板10の主面に、酸化膜301及び窒化膜302が積層されたウェハを用意する。尚、酸化膜301は、例えばウェル11及び21のシリコンの上面部を熱酸化して得られたシリコン熱酸化膜であり、窒化膜302は、例えばCVD(chemical vapor deposition)法により形成された窒化シリコンである。
In manufacturing the
先ず、図4に示すウェハに対してトレンチエッチング工程S1を実行する。 First, the trench etching step S1 is executed on the wafer shown in FIG.
トレンチエッチング工程S1では、素子分離領域ISA以外の窒化膜302の上面にフォトレジストを形成する。そして、例えばCl2(塩素)及びO2(酸素)、或いはHBr(臭化水素)及びO2の混合ガスを用いたドライエッチングによって、素子分離領域ISAに図5に示すようなトレンチ300を形成する。
In the trench etching step S1, a photoresist is formed on the upper surface of the
ここで、ウェル11の凸状の領域が第1の素子領域E1、ウェル21の凸状の領域が第2の素子領域E2となる。更に、これら素子領域E1及びE2に隣接している領域が素子分離領域ISAとなる。 Here, the convex region of the well 11 is the first element region E1, and the convex region of the well 21 is the second element region E2. Further, the region adjacent to these element regions E1 and E2 is the element separation region ISA.
次に、図5に示すウェハに対してトレンチ酸化膜形成工程S2を実行する。 Next, the trench oxide film forming step S2 is executed on the wafer shown in FIG.
トレンチ酸化膜形成工程S2では、先ず、トレンチ300によって形成されたウェル11及び21各々の側壁、つまりトレンチ300による内壁に熱酸化膜を形成する。そして、CVD法によってトレンチ300内及び窒化膜302上面に、例えばSiO2(酸化シリコン)等からなる酸化膜をCVD法により形成する。その後、窒化膜302の上面に形成された酸化膜を、CMP(chemical mechanical polishing)による研磨で除去することで、図6に示すような酸化膜303を形成する。
In the trench oxide film forming step S2, first, a thermal oxide film is formed on the side walls of the
次に、図6に示すウェハに対してSTI形成工程S3を実行する。 Next, the STI forming step S3 is executed on the wafer shown in FIG.
STI形成工程S3では、先ず、HF(フッ化水素酸)を用いたウェットエッチングにより、トレンチ300内の酸化膜303の上部を除去して、酸化膜303の高さを調整する。次に、リン酸溶液を用いたウェットエッチングによって、ウェハの上面に露出する窒化膜302を除去することにより、図7に示すように、トレンチ300内に酸化膜303が埋設されたSTIを形成する。
In the STI forming step S3, first, the upper portion of the
次に、図7に示すウェハに対してポリシリコン形成工程S4を実行する。 Next, the polysilicon forming step S4 is executed on the wafer shown in FIG. 7.
ポリシリコン形成工程S4では、先ず、HF(フッ化水素酸)を用いたウェットエッチングにより、半導体基板10の主面の酸化膜301を除去し、露出した半導体基板10の主面を熱酸化することでゲート酸化膜140を形成する。そして、熱CVD法により、図8に示すように、ゲート酸化膜140及び酸化膜303各々の上面にポリシリコン膜304を形成する。
In the polysilicon forming step S4, first, the
次に、図8に示すウェハに対してゲート電極エッチング工程S5を実行する。 Next, the gate electrode etching step S5 is executed on the wafer shown in FIG.
ゲート電極エッチング工程S5では、ポリシリコン膜304の上面におけるゲート電極の形成予定領域にフォトレジストを形成する。そして、ドライエッチングによって、図9に示すように、ウェル11上にゲート電極15、ウェル21上にゲート電極25、酸化膜303上にゲート電極35を形成する。
In the gate electrode etching step S5, a photoresist is formed in the region where the gate electrode is to be formed on the upper surface of the
次に、図9に示すウェハに対して第1LDD形成工程S6を実行する。 Next, the first LDD forming step S6 is executed on the wafer shown in FIG.
第1LDD形成工程S6では、図10に示すように、ウェル21の素子形成領域、酸化膜303の上面及びゲート電極35をレジスト305で被覆する。そして、イオン注入装置により、ウェハ表面の全域に第2導電型の不純物としての例えばP+(リン)或いはAs+(ヒ素)を注入する。これにより、図10に示すように、ウェル11の上面部において、レジスト305及びゲート電極15で覆われていない領域に、第2導電型の低濃度拡散層としてのLDD層306を形成する。
In the first LDD forming step S6, as shown in FIG. 10, the element forming region of the well 21, the upper surface of the
次に、図10に示すウェハからレジスト305を除去したウェハに対して第2LDD形成工程S7を実行する。 Next, the second LDD forming step S7 is executed on the wafer from which the resist 305 has been removed from the wafer shown in FIG.
第2LDD形成工程S7では、図11に示すように、ウェル11の素子形成領域をレジスト307で被覆し、イオン注入装置により、ウェハ表面の全域に第1導電型の不純物としての例えばB+(ボロン)を注入する。これにより、図11に示すように、ウェル21の上面部において、レジスト307及びゲート電極25で覆われていない領域に、第1導電型の低濃度拡散層としてのLDD層308を形成する。
In the second LDD forming step S7, as shown in FIG. 11, the element forming region of the well 11 is covered with resist 307, and the entire surface of the wafer is covered with, for example, B + (boron) as a first conductive type impurity by an ion implanter. ) Is injected. As a result, as shown in FIG. 11, the
次に、図11に示すウェハからレジスト307を除去したウェハに対して絶縁膜形成工程S8を実行する。 Next, the insulating film forming step S8 is executed on the wafer from which the resist 307 has been removed from the wafer shown in FIG.
絶縁膜形成工程S8では、例えばSiH2Cl2(ジクロロシラン)及びNH3(アンモニア)を含む混合ガスを用いたCVD法により、図12に示すように、ウェハ表面の全域に窒化シリコンを含む絶縁膜309を形成する。
In the insulating film forming step S8, for example, by a CVD method using a mixed gas containing SiH 2 Cl 2 (dichlorosilane) and NH 3 (ammonia), as shown in FIG. 12, insulation containing silicon nitride over the entire surface of the wafer is performed. It forms a
次に、図12に示すウェハに対してサイドウォールエッチング工程S9を実行する。 Next, the sidewall etching step S9 is executed on the wafer shown in FIG.
サイドウォールエッチング工程S9では、当該ウェハに対して異方性ドライエッチによる全面エッチバックを行う。これにより、図13に示すように、ゲート電極15の側壁にサイドウォール16、ゲート電極25の側壁にサイドウォール26、ゲート電極35の側壁にサイドウォール36が夫々形成される。
In the sidewall etching step S9, the entire surface of the wafer is etched back by anisotropic dry etching. As a result, as shown in FIG. 13, a
次に、図13に示すウェハに対してトレンチ内酸化膜除去工程S10を実行する。 Next, the oxide film removal step S10 in the trench is executed on the wafer shown in FIG.
トレンチ内酸化膜除去工程S10では、図13に示すウェハに対して、例えばC4F8(オクタフルオロシクロブタン)、Ar(アルゴン)及びO2(酸素)からなる混合ガスを用いた異方性ドライエッチングを施す。この異方性ドライエッチングにより、ゲート電極35及びサイドウォール36をマスクとして、トレンチ300に埋設されている酸化膜303のうちで、ウェル11及び21、並びにLDD層306及び308に接している部分を除去する。更に、この異方性ドライエッチングにより、酸化膜140のうちで、ゲート電極15、25、サイドウォール16及び26によってマスクされていない部分が除去される。
In the trench oxide film removing step S10, the wafer shown in FIG. 13 is anisotropically dried using a mixed gas composed of , for example, C 4 F 8 (octafluorocyclobutane), Ar (argon) and O 2 (oxygen). Etch. By this anisotropic dry etching, the portions of the
これにより、図14に示すように、トレンチ300に埋設された酸化膜303のうちで、上記した異方性ドライエッチングによって除去された部分が図14に示すように新たなトレンチ30となり、残された部分が酸化膜31となる。この際、酸化膜31の側壁と、ウェル11及び21各々の側壁とが、トレンチ30を介して互いに距離的に隔てられている。
As a result, as shown in FIG. 14, the portion of the
次に、図14に示すウェハに対してマスク酸化膜形成工程S11を実行する。 Next, the mask oxide film forming step S11 is executed on the wafer shown in FIG.
マスク酸化膜形成工程S11では、CVD法に基づき、図15に示すように、ウェハの表面全体に例えばSiO2等からなる膜厚100〜200オングストロームのマスク酸化膜41を形成する。尚、マスク酸化膜41は、後述する有機絶縁膜に含まれるカーボンによる汚染から素子を保護する。
In the mask oxide film forming step S11, as shown in FIG. 15, a
次に、図15に示すウェハに対してトレンチ埋設工程S12を実行する。 Next, the trench burying step S12 is executed on the wafer shown in FIG.
トレンチ埋設工程S12では、先ず、コータ等の塗布装置を用いて、カーボンを含む有機絶縁物をウェハの全面に塗布する。次に、ドライエッチングによるエッチバックによって、ウェハ表面に堆積した有機絶縁物のうちで、トレンチ30に堆積した有機絶縁物以外の有機絶縁物を除去する。これにより、図16に示すように、トレンチ30内に有機絶縁材料からなる有機絶縁膜311が形成される。トレンチ30内に形成された有機絶縁膜311により、以下の第1高濃度拡散層形成工程S13及び第2高濃度拡散層形成工程S14で不純物の注入処理が行われた際に、トレンチ30の側壁及び底面への不純物の注入が阻止される。
In the trench burying step S12, first, an organic insulating material containing carbon is coated on the entire surface of the wafer by using a coating device such as a coater. Next, among the organic insulators deposited on the wafer surface, the organic insulators other than the organic insulators deposited on the
次に、図16に示すウェハに対して第1高濃度拡散層形成工程S13を実行する。 Next, the first high-concentration diffusion layer forming step S13 is executed on the wafer shown in FIG.
第1高濃度拡散層形成工程S13では、図17に示すように、ウェル21の素子形成領域をレジスト312で被覆し、イオン注入装置により、ウェハ表面の全域に第2導電型の不純物としての例えばP+(リン)或いはAs+(ヒ素)を注入する。これにより、ウェル11に形成されているLDD層306の形成領域中において、図17に示すように、サイドウォール16でマスクされていない部分に高濃度不純物が注入され、その部分が高濃度拡散層12d及び12sとなる。一方、LDD層306の形成領域中において、サイドウォール16でマスクされている部分には不純物の注入がなされないので、その部分は低濃度拡散層としてのLDD層13d及び13sとなる。
In the first high-concentration diffusion layer forming step S13, as shown in FIG. 17, the element forming region of the well 21 is coated with the resist 312, and the entire surface of the wafer is covered with the ion implanter, for example, as a second conductive type impurity. Inject P + (phosphorus) or As + (arsenic). As a result, in the formed region of the
次に、図17に示すウェハからレジスト312を除去したウェハに対して第2高濃度拡散層形成工程S14を実行する。 Next, the second high-concentration diffusion layer forming step S14 is executed on the wafer from which the resist 312 is removed from the wafer shown in FIG.
第2高濃度拡散層形成工程S14では、図18に示すように、ウェル11の素子形成領域をレジスト313で被覆し、イオン注入装置により、ウェハ表面の全域に第1導電型の不純物としての例えばB+(ボロン)を注入する。これにより、ウェル21に形成されているLDD層308の形成領域中において、図18に示すように、サイドウォール26でマスクされていない部分に高濃度不純物が注入され、その部分が高濃度拡散層22d及び22sとなる。一方、LDD層308の形成領域中において、サイドウォール26でマスクされている部分には不純物の注入がなされないので、その部分は低濃度拡散層としてのLDD層23d及び23sとなる。
In the second high-concentration diffusion layer forming step S14, as shown in FIG. 18, the element forming region of the well 11 is coated with the resist 313, and the entire surface of the wafer is covered with the ion implanter, for example, as a first conductive type impurity. Inject B + (boron). As a result, in the formed region of the
次に、図18に示すウェハからレジスト313を除去したウェハに対して有機絶縁膜除去工程S15を実行する。 Next, the organic insulating film removing step S15 is executed on the wafer from which the resist 313 has been removed from the wafer shown in FIG.
有機絶縁膜除去工程S15では、このウェハの表面をO2プラズマでアッシングすることにより、トレンチ30内に埋設されている有機絶縁膜311を図19に示すように除去する。
In the organic insulating film removing step S15, the organic insulating
次に、図19に示すウェハに対してアニール工程S16を実行する。 Next, the annealing step S16 is executed on the wafer shown in FIG.
アニール工程S16では、例えばランプアニール等によりウェハに例えば1000度程度の熱を加える。これにより、不純物の注入によって損傷した高濃度拡散層12d、12s、22d及び22s、LDD層13d、13s、23d及び23s各々の回復、及び不純物の活性化を図る。
In the annealing step S16, heat of, for example, about 1000 degrees is applied to the wafer by, for example, lamp annealing. Thereby, the recovery of each of the high-
次に、当該アニール工程S16が施されたウェハに対して絶縁層形成工程S17を実行する。 Next, the insulating layer forming step S17 is executed on the wafer subjected to the annealing step S16.
絶縁層形成工程S17では、CVD法に基づき、NSG(None-doped Silicate Glass)膜等のノンドープのプラズマ酸化膜からなる絶縁層51を、図20に示すようにトレンチ30内を含むウェハの表面全体に形成する。
In the insulating layer forming step S17, based on the CVD method, the insulating
次に、図20に示すウェハに対してコンタクトホール形成工程S18を実行する。 Next, the contact hole forming step S18 is executed on the wafer shown in FIG.
コンタクトホール形成工程S18では、絶縁層51の上面において図1に示すコンタクト65の領域以外の領域を覆うレジストをマスクとして絶縁層51にドライエッチングを施す。これにより、ゲート電極15、25、35、高濃度拡散層12d、12s、22d及び22sを露出させるコンタクトホール314を図21に示すように形成する。
In the contact hole forming step S18, the insulating
次に、図21に示すウェハに対してコンタクトプラグ形成工程S19を実行する。 Next, the contact plug forming step S19 is executed on the wafer shown in FIG.
コンタクトプラグ形成工程S19では、先ず、図21に示すウェハの表面の全域に例えばTi(チタン)、TiN(窒化チタン)等のバリアメタルを形成する。これにより、各コンタクトホール314による絶縁層51の内壁とコンタクトホール314により露出したゲート電極15、25、35、高濃度拡散層12d、12s、22d及び22sに、バリアメタル61が形成される。次に、このウェハの表面の全域に例えば高融点金属であるタングステンを形成する。これにより、コンタクトホール314にタングステンが形成され、各コンタクトホール314内に、バリアメタル61と金属プラグ60との積層膜が形成される。その後、CMPによる研磨、或いはエッチバックにより、絶縁層51の上面に形成されているタングステン及びチタンを除去する。これにより、図22に示すようにコンタクトホール314内にコンタクトプラグが形成される。
In the contact plug forming step S19, first, a barrier metal such as Ti (titanium) or TiN (titanium nitride) is formed over the entire surface of the wafer shown in FIG. As a result, the
次に、図22に示すウェハに対して配線層形成工程S20を実行する。 Next, the wiring layer forming step S20 is executed on the wafer shown in FIG.
配線層形成工程S20では、スパッタリングにより、図23に示すように絶縁層51の上面に、例えばTi(チタン)又はTiN(窒化チタン)等からなる下層バリアメタル73、例えばAl−Cu(アルミ、銅)等の合金からなる導電部材72及び上層バリアメタル層71を積層する。
In the wiring layer forming step S20, as shown in FIG. 23, a
次に、図23に示すウェハに対して配線層エッチング工程S21を実行する。 Next, the wiring layer etching step S21 is executed on the wafer shown in FIG. 23.
配線層エッチング工程S21では、バリアメタル層71の上面においてメタル配線に相当する領域をレジストでマスクして、上層バリアメタル層71、導電部材72及び下層バリアメタル73をエッチングする。これにより、図24に示すように、絶縁層51の上面に、上層バリアメタル層71、導電部材72及び下層バリアメタル73の積層構造を有するメタル配線層70が形成される。
In the wiring layer etching step S21, the region corresponding to the metal wiring is masked with a resist on the upper surface of the
このように、図2及び図3に示す一連の工程(S1〜S21)をウェハに施すことにより、図1(a)及び図1(b)に示す半導体装置100を製造する。
By performing the series of steps (S1 to S21) shown in FIGS. 2 and 3 on the wafer in this way, the
かかる製造方法によると、アニール工程S16の実行時には、図19に示すように、素子分離領域ISAに形成されている絶縁膜31の側壁と、ウェル11及び21各々の側壁との間は、トレンチ30によって空間的に隔てられている。
According to such a manufacturing method, when the annealing step S16 is executed, as shown in FIG. 19, a
よって、アニール工程S16において、互いに熱膨張係数が異なる絶縁膜31と、ウェル11及び12とに高熱が加えられても、ウェル11及び21各々の側壁には、絶縁膜31の側壁からの応力が掛からない。したがって、ウェル11及び12の結晶欠陥を防ぐことができるので、歩留まりを向上させることが可能となる。
Therefore, in the annealing step S16, even if high heat is applied to the insulating
尚、上記実施例では、サイドウォール(16、26、36)の形成(図13、S9)後、トレンチ30を形成(図14、S10)してから、高濃度拡散層を形成(図17、図18、S13、S14)する。
In the above embodiment, the sidewalls (16, 26, 36) are formed (FIGS. 13, S9), the
しかしながら、上記したサイドウォール(16、26、36)の形成後、高濃度拡散層を形成してからトレンチ30の形成を行うようにしても良い。
However, after the above-mentioned sidewalls (16, 26, 36) are formed, the high-concentration diffusion layer may be formed before the
図25は、かかる点に鑑みて為された、半導体装置100の製造方法の他の一例を表す製造フロー図である。尚、この他の一例では、図3に示す工程S10〜S15に代えて以下に説明する工程S101〜S105を実行するものであり、その他の工程S1〜S9、S16〜S21については、前述したものと同一である。
FIG. 25 is a manufacturing flow chart showing another example of the manufacturing method of the
よって、以下に図25に示す工程S101〜S105を抜粋して半導体装置100の製造方法の他の一例について説明する。
Therefore, steps S101 to S105 shown in FIG. 25 are extracted below to explain another example of the method for manufacturing the
すなわち、図2に示すサイドウォールエッチング工程S9の実行後、図13に示すウェハに対して第1マスク酸化膜形成工程S101を実行する。 That is, after executing the sidewall etching step S9 shown in FIG. 2, the first mask oxide film forming step S101 is executed on the wafer shown in FIG.
第1マスク酸化膜形成工程S101では、CVD法に基づき、図26に示すように、ウェハの表面全体に例えばSiO2等からなるマスク酸化膜401を形成する。尚、マスク酸化膜401は、後述する高濃度拡散層形成工程での不純物注入に伴う結晶欠陥を防止する。
In the first mask oxide film forming step S101, as shown in FIG. 26, a
次に、図26に示すウェハに対して第1高濃度拡散層形成工程S102を実行する。 Next, the first high-concentration diffusion layer forming step S102 is executed on the wafer shown in FIG. 26.
第1高濃度拡散層形成工程S102では、図27に示すように、ウェル21の素子形成領域をレジスト402で被覆し、イオン注入装置により、ウェハ表面の全域に第2導電型の不純物として例えばP+(リン)或いはAs+(ヒ素)を注入する。これにより、ウェル11に形成されているLDD層306の形成領域中において、図27に示すようにサイドウォール16でマスクされていない部分に高濃度不純物が注入され、その部分が高濃度拡散層12d及び12sとなる。一方、LDD層306の形成領域中において、サイドウォール16でマスクされている部分には不純物の注入がなされないので、その部分は低濃度拡散層としてのLDD層13d及び13sとなる。
In the first high-concentration diffusion layer forming step S102, as shown in FIG. 27, the element forming region of the well 21 is coated with the resist 402, and the entire surface of the wafer is covered with, for example, P as a second conductive type impurity by an ion implanter. Inject + (phosphorus) or As + (arsenic). As a result, in the formed region of the
次に、図27に示すウェハからレジスト402を除去したウェハに対して第2高濃度拡散層形成工程S103を実行する。 Next, the second high-concentration diffusion layer forming step S103 is executed on the wafer from which the resist 402 has been removed from the wafer shown in FIG. 27.
第2高濃度拡散層形成工程S103では、図28に示すように、ウェル11の素子形成領域をレジスト403で被覆し、イオン注入装置により、ウェハ表面の全域に第1導電型の不純物として例えばB+(ボロン)を注入する。これにより、ウェル21に形成されているLDD層308の形成領域中において、図28に示すように、サイドウォール26でマスクされていない部分に高濃度不純物が注入され、その部分が高濃度拡散層22d及び22sとなる。一方、LDD層308の形成領域中において、サイドウォール26でマスクされている部分には不純物の注入がなされないので、その部分は低濃度拡散層としてのLDD層23d及び23sとなる。
In the second high-concentration diffusion layer forming step S103, as shown in FIG. 28, the element forming region of the well 11 is coated with the resist 403, and the entire surface of the wafer is covered with, for example, B as a first conductive type impurity by an ion implanter. + Inject (boron). As a result, in the formed region of the
次に、図28に示すウェハからレジスト403を除去したウェハに対してトレンチ内酸化膜除去工程S104を実行する。 Next, the oxide film removal step S104 in the trench is executed on the wafer from which the resist 403 has been removed from the wafer shown in FIG. 28.
トレンチ内酸化膜除去工程S104では、このウェハに対して、例えばC4F8(オクタフルオロシクロブタン)、Ar(アルゴン)及びO2(酸素)からなる混合ガスを用いたドライエッチングを施す。この異方性ドライエッチングにより、ゲート電極35及びサイドウォール36をマスクとして、トレンチ300に埋設されている酸化膜303のうちで、ウェル11及び21、並びにLDD層306及び308に接している部分を除去する。更に、当該異方性ドライエッチングにより、マスク酸化膜401と共に、酸化膜140の一部、つまりゲート電極15、25、サイドウォール16及び26によってマスクされていない部分が除去される。
In the trench oxide film removing step S104, the wafer is dry-etched using, for example, a mixed gas composed of C 4 F 8 (octafluorocyclobutane), Ar (argon) and O 2 (oxygen). By this anisotropic dry etching, the portions of the
これにより、図29に示すように、トレンチ300に埋設されている酸化膜303のうちで、上記した異方性ドライエッチングによって除去された部分が、図29に示すように新たなトレンチ30となり、残された部分が酸化膜31となる。この際、酸化膜31の側壁と、ウェル11及び21各々の側壁とが、トレンチ30を介して互いに距離的に隔てられている。
As a result, as shown in FIG. 29, the portion of the
次に、図29に示すウェハに対して第2マスク酸化膜形成工程S105を実行する。 Next, the second mask oxide film forming step S105 is executed on the wafer shown in FIG. 29.
第2マスク酸化膜形成工程S105では、CVD法に基づき、図30に示すように、ウェハの表面全体に例えばSiO2等からなる膜厚100〜200オングストロームのマスク酸化膜41を形成する。
In the second mask oxide film forming step S105, as shown in FIG. 30, a
そして、第2マスク酸化膜形成工程S105の実行後、図3と同様に、前述したアニール工程S16、絶縁層形成工程S17、コンタクトホール形成工程S18、コンタクトプラグ形成工程S19、及び配線層形成工程S20を順次実行する。 Then, after the execution of the second mask oxide film forming step S105, the annealing step S16, the insulating layer forming step S17, the contact hole forming step S18, the contact plug forming step S19, and the wiring layer forming step S20 described above are similarly performed in FIG. Are executed sequentially.
よって、図25に示す製造方法でも、図3に示す製造方法と同様に、アニール工程S16の実行時には、図30に示すように、絶縁膜31の側壁とウェル11及び21各々の側壁との間はトレンチ30によって空間的に隔てられている。
Therefore, also in the manufacturing method shown in FIG. 25, as in the manufacturing method shown in FIG. 3, when the annealing step S16 is executed, as shown in FIG. 30, between the side wall of the insulating
したがって、アニール工程S16において、互いに熱膨張係数が異なる絶縁膜31と、ウェル11及び12とに高熱が加えられても、ウェル11及び21各々の側壁には、絶縁膜31の側壁からの応力が掛からない。これにより、ウェル11及び12の結晶欠陥を防ぐことができるので、歩留まりを向上させることが可能となる。
Therefore, in the annealing step S16, even if high heat is applied to the insulating
更に、図25に示す製造方法では、トレンチ300に埋め込んだ酸化膜303を除去するトレンチ内酸化膜除去工程S104を、高濃度拡散層を形成する第1及び第2高濃度拡散層形成工程S102及びS103の後に実行している。
Further, in the manufacturing method shown in FIG. 25, the oxide film removing step S104 in the trench for removing the
これにより、図3に示す製造方法で必要となる有機絶縁膜の311の埋設及び除去処理(S12、S15)が不要となり、且つ高濃度拡散層形成工程(S102、S103)までは、従来の製造方法を採用することが可能となる。よって、従来の製造方法から図25に示す製造方法への変更に費やされる時間を短縮することが可能となる。 This eliminates the need for burying and removing 311 of the organic insulating film (S12, S15) required by the manufacturing method shown in FIG. 3, and up to the high-concentration diffusion layer forming step (S102, S103), conventional manufacturing. It becomes possible to adopt the method. Therefore, it is possible to reduce the time required for changing from the conventional manufacturing method to the manufacturing method shown in FIG. 25.
尚、上記実施例では、例えば酸化シリコンからなる酸化膜303をトレンチ300に充填しているが、酸化シリコン以外の絶縁材料からなる絶縁膜をトレンチ300に充填するようにしても良い。
In the above embodiment, for example, the
要するに、本発明に係る半導体装置の製造方法としては、以下の第1〜第6の工程を実行するものであれば良い。 In short, the method for manufacturing the semiconductor device according to the present invention may be any one that executes the following first to sixth steps.
すなわち、第1の工程(S1)では、半導体の素子領域(11、21)の境界にトレンチ(300)を形成する。第2の工程(S2)では、トレンチ内に絶縁膜(303)を充填する。第3の工程(S4、S5)では、素子領域の上面に第1のゲート電極(15、25)を形成すると共に絶縁膜の上面に第2のゲート電極(35)を形成する。第4の工程(S10)では、絶縁膜の上面に形成された第2のゲート電極(35)をマスクとして、トレンチに充填されている絶縁膜のうちで素子領域に接する部分を除去する。第5の工程(S13、S14)では、素子領域に不純物を注入して拡散層(12d、12s、22s、22d)を形成する。第6の工程(S16)では、素子領域に熱処理を施すことにより拡散層に含まれる不純物を活性化させる。 That is, in the first step (S1), a trench (300) is formed at the boundary of the element regions (11, 21) of the semiconductor. In the second step (S2), the trench is filled with the insulating film (303). In the third step (S4, S5), the first gate electrode (15, 25) is formed on the upper surface of the element region, and the second gate electrode (35) is formed on the upper surface of the insulating film. In the fourth step (S10), the portion of the insulating film filled in the trench that is in contact with the element region is removed by using the second gate electrode (35) formed on the upper surface of the insulating film as a mask. In the fifth step (S13, S14), impurities are injected into the device region to form a diffusion layer (12d, 12s, 22s, 22d). In the sixth step (S16), impurities contained in the diffusion layer are activated by heat-treating the element region.
また、上記第4の工程(S10)に代えて、素子領域に不純物を注入して拡散層(12d、12s、22s、22d)を形成する第4の工程(S102、S103)を実行し、上記第5の工程(S13、S14)に代えて、トレンチに充填されている絶縁膜のうちで素子領域に接する部分(30)を除去する第5の工程(S104)を実行する。 Further, instead of the fourth step (S10), the fourth step (S102, S103) of injecting impurities into the element region to form the diffusion layer (12d, 12s, 22s, 22d) is executed, and the above. Instead of the fifth step (S13, S14), the fifth step (S104) of removing the portion (30) of the insulating film filled in the trench in contact with the element region is executed.
11、21 ウェル
12d、12s、22d、22s 高濃度拡散層
15、25、35 ゲート電極
30、300 トレンチ
31、303 酸化膜
100 半導体装置
ISA 素子分離領域
TR1、TR2 トランジスタ
11, 21
Claims (7)
前記トレンチ内に絶縁膜を充填する第2の工程と、
前記素子領域の上面に第1のゲート電極を形成すると共に前記絶縁膜の上面に第2のゲート電極を形成する第3の工程と、
前記絶縁膜の上面に形成された前記第2のゲート電極をマスクとして、前記トレンチに充填されている前記絶縁膜のうちで前記素子領域に接する部分を除去する第4の工程と、
前記素子領域に不純物を注入して拡散層を形成する第5の工程と、
前記素子領域に熱処理を施すことにより前記拡散層に含まれる前記不純物を活性化させる第6の工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 The first step of forming a trench at the boundary of the semiconductor device region,
The second step of filling the trench with the insulating film and
A third step of forming the first gate electrode on the upper surface of the element region and forming the second gate electrode on the upper surface of the insulating film.
A fourth step of removing a portion of the insulating film filled in the trench that is in contact with the element region, using the second gate electrode formed on the upper surface of the insulating film as a mask.
The fifth step of injecting impurities into the device region to form a diffusion layer, and
A method for manufacturing a semiconductor device, which comprises a sixth step of activating the impurities contained in the diffusion layer by subjecting the element region to heat treatment.
前記第5の工程に引き続き、前記有機絶縁材料を除去してから前記第6の工程を実行することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 Following the fourth step, the organic insulating material is embedded in the region containing a part of the insulating film removed in the fourth step in the trench, and then the fifth step is executed.
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein following the fifth step, the organic insulating material is removed and then the sixth step is executed.
前記第4の工程では、前記第1のゲート電極と、前記第2のゲート電極と、前記サイドウォールの各々とをマスクとして異方性エッチングを施して、前記絶縁膜のうちで前記素子領域に接する部分を除去することを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法。 Following the third step, the fourth step is executed after forming sidewalls on each of the first gate electrode and the second gate electrode.
In the fourth step, anisotropic etching is performed using each of the first gate electrode, the second gate electrode, and the sidewall as a mask, and the element region in the insulating film is subjected to anisotropic etching. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein the contacting portion is removed.
前記サイドウォールは窒化シリコンを含むことを特徴とする請求項3に記載の半導体装置の製造方法。 The first gate electrode and the second gate electrode contain polysilicon.
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the sidewall contains silicon nitride.
前記第2の工程では、前記絶縁膜として酸化シリコンを前記トレンチ内に充填することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1に記載の半導体装置の製造方法。 The device region contains silicon and
The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 4, wherein in the second step, silicon oxide is filled in the trench as the insulating film.
前記トレンチ内に絶縁膜を充填する第2の工程と、
前記素子領域の上面に第1のゲート電極を形成すると共に前記絶縁膜の上面に第2のゲート電極を形成する第3の工程と、
前記素子領域に不純物を注入して拡散層を形成する第4の工程と、
前記絶縁膜の上面に形成された前記第2のゲート電極をマスクとして、前記トレンチに充填されている前記絶縁膜のうちで前記素子領域に接する部分を除去する第5の工程と、
前記素子領域に熱処理を施すことにより前記拡散層に含まれる前記不純物を活性化させる第6の工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 The first step of forming a trench at the boundary of the semiconductor device region,
The second step of filling the trench with the insulating film and
A third step of forming the first gate electrode on the upper surface of the element region and forming the second gate electrode on the upper surface of the insulating film.
The fourth step of injecting impurities into the device region to form a diffusion layer, and
A fifth step of removing a portion of the insulating film filled in the trench that is in contact with the element region, using the second gate electrode formed on the upper surface of the insulating film as a mask.
A method for manufacturing a semiconductor device, which comprises a sixth step of activating the impurities contained in the diffusion layer by subjecting the element region to heat treatment.
前記素子領域に隣接する素子分離領域と、を含む半導体基板を有し、
前記素子分離領域は、
前記素子分離領域に亘って形成されているトレンチと、
前記トレンチ内に形成されており、前記トレンチの内面から離間している絶縁膜と、
前記絶縁膜の上面に形成されている第2のゲート電極と、を含むことを特徴とする半導体装置。 The element region where the first gate electrode and diffusion layer are formed, and
It has a semiconductor substrate including an element separation region adjacent to the element region.
The element separation region is
A trench formed over the element separation region and
An insulating film formed in the trench and separated from the inner surface of the trench,
A semiconductor device including a second gate electrode formed on the upper surface of the insulating film.
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