JPH0758194A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JPH0758194A
JPH0758194A JP20313693A JP20313693A JPH0758194A JP H0758194 A JPH0758194 A JP H0758194A JP 20313693 A JP20313693 A JP 20313693A JP 20313693 A JP20313693 A JP 20313693A JP H0758194 A JPH0758194 A JP H0758194A
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JP
Japan
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film
element isolation
trench
isolation region
region
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP20313693A
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Japanese (ja)
Inventor
Masaaki Takizawa
正明 滝沢
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
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  • Local Oxidation Of Silicon (AREA)
  • Element Separation (AREA)

Abstract

PURPOSE:To prevent dimensions of an element forming region from fluctuating in forming a wide element separation region and a narrow element separation region through combined use of trench isolation and selective oxidation separation. CONSTITUTION:The central part of a wide element separation region Iw, comprises a selective oxide separation film 5 due to the LOCOS method and its both ends comprise a trench 9b embedded in a CVD-SiOx film 10b. The narrow element separation region In comprises a trench 9a embedded in a CVD- oxide film 10a. This makes a design distance D (width of an element forming region) between both element separations regions Iw and In to be determined by a space between the trenches 9a and 9b and not subject to the effects a dimensional conversion difference due to LOCOS and mask matching discrepancy of the selective oxide separation pattern and a trench pattern. There is no need to make a pad oxide film an extremely thin film. As compared with the existing method, only a pattern change is adequate and economy and productivity will not deteriorate.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造工程
において行われる微細素子分離を精度良く行う方法に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of accurately performing fine element isolation in a semiconductor device manufacturing process.

【0002】[0002]

【従来の技術】トランジスタや抵抗等の素子が半導体基
板を通して他の素子と相互に干渉することを防止するた
め、各素子間を分離する素子分離技術が半導体製造分野
における重要な技術となっている。特に大容量メモリ素
子のメモリ・セル寸法を決定する鍵は、素子分離にある
と言っても過言ではない。
2. Description of the Related Art In order to prevent elements such as transistors and resistors from interfering with other elements through a semiconductor substrate, element isolation technology for isolating each element has become an important technology in the semiconductor manufacturing field. . It is no exaggeration to say that element isolation is the key to determining the memory cell size of a large capacity memory element.

【0003】従来、素子分離方法として最も信頼性が確
立され、一般的に採用されている方法は、LOCOS
(local oxidation of silicon) 法である。これは、S
iNx膜をマスクとしてSi基板を選択的に酸化して選
択酸化分離膜を形成する方法であり、改良法も数多く提
案されている。
Conventionally, the most reliable element isolation method has been established and the generally adopted method is LOCOS.
(Local oxidation of silicon) method. This is S
This is a method of forming a selective oxidation separation film by selectively oxidizing the Si substrate using the iN x film as a mask, and many improved methods have been proposed.

【0004】ところで、現状で量産段階にある4MSR
AM,16MDRAM等のハーフミクロン(0.5μ
m)・デバイスでは、0.6μm程度の素子分離幅が採
用されている。この寸法は、LOCOS法あるいはその
改良法により辛ろうじて達成可能であるが、諸条件を最
適化してもプロセス・マージンや電気特性に与える影響
を考慮すると、0.5μm程度が限界であると考えられ
ている。したがって、次世代の16MSRAM,64M
DRAM等のディープ・サブミクロン(0.3μm)・
デバイスで必要となる0.35μm程度の素子分離幅を
LOCOS法により達成することは、極めて困難であ
る。
By the way, 4MSR currently in mass production
Half-micron (0.5μ
m) The device has an element isolation width of about 0.6 μm. This size can be barely achieved by the LOCOS method or its improved method, but considering the influence on the process margin and the electrical characteristics even if the various conditions are optimized, the limit is about 0.5 μm. It is considered. Therefore, next generation 16MSRAM, 64M
Deep submicron (0.3 μm) such as DRAM
It is extremely difficult to achieve the element isolation width of about 0.35 μm required for the device by the LOCOS method.

【0005】プロセス上の問題としてまず挙げられるの
は、寸法変換差の発生である。LOCOS法では、マス
クとなるSiNx 膜をSi基板上に直接成膜すると結晶
欠陥を誘発させる虞れが大きいので、このSiNx 膜の
下に薄いSiOx 膜(パッドSiOx 膜)を設ける。し
かし、このために選択酸化分離膜がSiNx 膜の下に侵
入してバーズ・ビーク(bird's beak) と呼ばれる遷移領
域を形成し、素子分離領域と素子形成領域の境界を不明
瞭とする。かかる寸法変換差の発生は、パッド酸化膜を
薄くするか、酸化膜厚を小さくすることで防止できるこ
とが知られているが、逆に結晶欠陥が増大したり、MO
S−FETのゲート電極を構成する1層目ポリシリコン
層とSi基板間との間の寄生容量が増大し、FETの動
作速度を低下させるという問題が生ずる。
The first problem in the process is the occurrence of a dimensional conversion difference. In the LOCOS method, if a SiN x film serving as a mask is directly formed on a Si substrate, there is a great possibility of inducing crystal defects. Therefore, a thin SiO x film (pad SiO x film) is provided under the SiN x film. However, for this reason, the selective oxidation isolation film penetrates under the SiN x film to form a transition region called a bird's beak, which obscures the boundary between the element isolation region and the element formation region. It is known that such a difference in size conversion can be prevented by thinning the pad oxide film or reducing the oxide film thickness. However, conversely, crystal defects increase or MO
There arises a problem that the parasitic capacitance between the first polysilicon layer forming the gate electrode of the S-FET and the Si substrate increases, and the operating speed of the FET decreases.

【0006】一方、電気特性上の問題としては、まず素
子分離幅の微細化に伴い、素子分離領域を挟んで隣接す
る素子間におけるパンチスルー耐性が低下することが挙
げられる。パンチスルーは、基板の表面近傍の不純物濃
度を高めることで防止できることが知られているが、反
面、接合容量が増大し、動作速度の低下を招く。この他
にも、ナローチャネル効果によるVTH(閾値電圧)の上
昇、フィールド反転、接合リークの増大等の問題が生ず
る。
On the other hand, as a problem in electrical characteristics, first, as the element isolation width is made finer, the punch-through resistance between the elements adjacent to each other with the element isolation region interposed therebetween is lowered. It is known that punch through can be prevented by increasing the impurity concentration in the vicinity of the surface of the substrate, but on the other hand, the junction capacitance increases and the operating speed decreases. In addition to this, problems such as an increase in V TH (threshold voltage), field inversion, and an increase in junction leakage occur due to the narrow channel effect.

【0007】そこで、トレンチを用いた素子分離により
これらの問題を解決することが提案されている。この方
法はトレンチ・アイソレーションと呼ばれ、RIE(反
応性イオン・エッチング)によりSi基板にトレンチ
(溝)を形成し、このトレンチの内部を典型的にはSi
x 膜で平坦に埋め込む方法である。この埋め込みは通
常、基板の全面に堆積されたSiOx 膜をエッチバック
することにより行われる。
Therefore, it has been proposed to solve these problems by element isolation using a trench. This method is called trench isolation, and a trench is formed in a Si substrate by RIE (reactive ion etching), and the inside of the trench is typically made of Si.
This is a method of burying it flat with an O x film. This filling is usually performed by etching back the SiO x film deposited on the entire surface of the substrate.

【0008】トレンチ・アイソレーションによれば、素
子分離用の酸化膜の膜厚をトレンチの深さの制御により
任意に設定できるため、フィールド反転電圧の確保が容
易となる他、素子分離領域間の実質的な距離が長くなる
ことからパンチスルー耐性も向上する。
According to the trench isolation, since the film thickness of the oxide film for element isolation can be arbitrarily set by controlling the depth of the trench, it becomes easy to secure the field inversion voltage and also the element isolation regions can be secured. Since the substantial distance becomes longer, punch-through resistance is also improved.

【0009】ただし、この方法ではIEDM92,p.
275〜278にも指摘されているように、広い素子分
離を行おうとする場合に素子分離特性が劣化する。すな
わち、開口幅の広いトレンチ上ではこれを被覆する酸化
シリコン膜がある程度のコンフォーマリティを持つた
め、この酸化シリコン膜をエッチバックでトレンチを埋
め込もうとしても中央部が凹んでしまい、十分なパンチ
スルー耐圧を得ることができないからである。
However, according to this method, IEDM 92, p.
As pointed out in Nos. 275 to 278, element isolation characteristics deteriorate when wide element isolation is attempted. In other words, since the silicon oxide film covering the trench with a wide opening has a certain conformality, even if an attempt is made to bury the trench by etching back the silicon oxide film, the central portion is dented, and it is not enough. This is because the punch-through breakdown voltage cannot be obtained.

【0010】このように、選択酸化分離膜のみでは微細
化に限度が生じ、トレンチのみでは広い素子分離領域を
形成できないことから、今後のLSI製造においてはこ
れら両者を併用し、相対的に広い素子分離領域では選択
酸化分離膜、相対的に狭い素子分離領域ではトレンチを
用いることが必要になるものと考えられる。
As described above, since the miniaturization is limited only by the selective oxidation isolation film and the wide element isolation region cannot be formed only by the trench, both of them will be used together in the future LSI manufacturing, and a relatively wide element will be formed. It is considered necessary to use a selective oxidation isolation film in the isolation region and a trench in the relatively narrow element isolation region.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
選択酸化分離膜とトレンチは互いに別のマスクを用いて
形成されるため、相対的に広い素子分離領域と狭い素子
分離領域との間隔、すなわち素子形成領域の幅がマスク
合わせの精度に依存して大きく変動するという問題があ
る。この問題を、図4を参照しながら説明する。
However, since the selective oxidation isolation film and the trench are formed by using different masks from each other, the distance between the relatively wide element isolation region and the relatively narrow element isolation region, that is, the element isolation region. There is a problem that the width of the formation region varies greatly depending on the accuracy of mask alignment. This problem will be described with reference to FIG.

【0012】図4の上段の図はウェハの一部の模式的断
面図、下段の図はそのパターンの平面図である。たとえ
ば、図4の上段の図に示されるように、Si基板11上
に狭い素子分離領域In (添字nは narrow の意。) と
広い素子分離領域iw (添字wは wide の意。) とが距
離dをおいて配置されている場合を考える。上記狭い素
子分離領域in は、Si基板11に形成されたトレンチ
12内にCVD−SiOx 膜14が埋め込まれてなるも
のである。一方、上記広い素子分離領域iw は、LOC
OS法によりSi基板11の表面を選択酸化することに
より形成された選択酸化分離膜13からなるものであ
る。
The upper part of FIG. 4 is a schematic sectional view of a part of the wafer, and the lower part is a plan view of the pattern. For example, as shown in the upper diagram of FIG. 4, a narrow element isolation region I n (subscript n means narrow) and a wide element isolation region i w (subscript w means wide) on the Si substrate 11. Consider the case where and are placed at a distance d. The narrow isolation region i n are those in which the CVD-SiO x film 14 formed by buried in the trench 12 formed on the Si substrate 11. On the other hand, the wide element isolation region i w is LOC
The selective oxidation separation film 13 is formed by selectively oxidizing the surface of the Si substrate 11 by the OS method.

【0013】ここで、上記距離dは、素子形成領域の幅
に相当するものであるが、本来の設計位置Bとの間の距
離Dにマスクの合わせ誤差eが加わって生じたものであ
る。図示される例とは逆に、設計寸法Dから合わせ誤差
eが差し引かれた場合もあり得る。これは、トレンチ1
2の形成と選択酸化分離膜13の形成が別のマスク・パ
ターンにもとづいて行わることから、ある程度は避けら
れない問題である。仮に、上記設計寸法Dに0.25μ
mの最小加工寸法を適用すると、ウェハ上におけるマス
ク合わせ精度0.08μmのステッパ(縮小投影露光装
置)を用いてパターニングした場合、合わせ誤差eだけ
でも設計上の距離Dの32%に達する計算となる。
Here, the distance d corresponds to the width of the element forming region, but it is generated by adding the mask alignment error e to the distance D from the original design position B. Contrary to the illustrated example, the alignment error e may be subtracted from the design dimension D. This is trench 1
Since the formation of 2 and the formation of the selective oxidation separation film 13 are performed based on different mask patterns, this is an unavoidable problem to some extent. If the above design dimension D is 0.25 μ
When the minimum processing size of m is applied, when patterning is performed using a stepper (reduction projection exposure apparatus) with a mask alignment accuracy of 0.08 μm on the wafer, the alignment error e alone reaches 32% of the designed distance D. Become.

【0014】実際には、上述のマスク合わせ誤差にLO
COS法における寸法変換差が加わり、素子形成領域の
幅が変動することになる。かかる変動は、たとえばこの
領域に形成されるMOS−FETのドレイン電流値の予
測を困難とする等、デバイス設計上の不確定要素を生ず
る原因となる。そこで本発明は、相対的に狭い素子分離
領域と広い素子分離領域とが混在する半導体装置の素子
分離領域の幅を正確に規定することができ、優れたデバ
イス特性を達成することが可能な半導体装置の製造方法
を提供することを目的とする。
In practice, the above-mentioned mask alignment error is affected by LO.
The dimension conversion difference in the COS method is added, and the width of the element formation region is changed. Such a variation causes an uncertain factor in device design, such as making it difficult to predict the drain current value of the MOS-FET formed in this region. Therefore, the present invention is capable of accurately defining the width of an element isolation region of a semiconductor device in which a relatively narrow element isolation region and a relatively wide element isolation region coexist, and is capable of achieving excellent device characteristics. An object is to provide a method for manufacturing a device.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、上述の目的を達するために提案されるもので
あり、相対的に狭い第1の素子分離領域と相対的に広い
第2の素子分離領域とを有する半導体装置を製造する際
に、前記第1の素子分離領域はトレンチにて構成し、前
記第2の素子分離領域は、その幅を規定する両端部をト
レンチ、該トレンチに挟まれる領域を選択酸化分離膜に
て各々構成するものである。
A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is proposed in order to achieve the above-mentioned object, and includes a relatively narrow first element isolation region and a relatively wide second element isolation region. When manufacturing a semiconductor device having an element isolation region of the above, the first element isolation region is formed by a trench, and the second element isolation region is a trench having both ends defining the width thereof. The regions sandwiched by are formed by selective oxidation separation films.

【0016】このとき、前記第2の素子分離領域に選択
酸化分離膜を形成した後、該第2の素子分離領域と前記
第1の素子分離領域の双方にトレンチを一括して形成す
ることが可能である。
At this time, after forming the selective oxidation isolation film in the second element isolation region, trenches may be collectively formed in both the second element isolation region and the first element isolation region. It is possible.

【0017】[0017]

【作用】本発明では、相対的に狭い第1の素子分領域と
相対的に広い第2の素子分離領域との間の距離、すなわ
ち素子形成領域の幅を規定する要素は、トレンチ同士の
間の距離となる。トレンチは、基板をRIEで加工する
ことにより異方的に形成され、たとえデバイス特性上の
理由からテーパー状に加工される場合であっても、その
開口端の位置はほぼ不変である。つまり、トレンチはL
OCOS法による選択酸化分離膜のような横方向の寸法
の不確定性をほとんど持たない。
In the present invention, the distance between the relatively narrow first element isolation region and the relatively wide second element isolation region, that is, the element that defines the width of the element formation region is between the trenches. It becomes the distance. The trench is formed anisotropically by processing the substrate by RIE, and even if the trench is processed into a taper shape for reasons of device characteristics, the position of the opening end is almost unchanged. That is, the trench is L
It has almost no uncertainty in the lateral dimension unlike the selective oxidation separation film by the OCOS method.

【0018】また、第2の素子分離領域においては、両
端部のトレンチに挟まれる領域が従来どおり、別マスク
にもとづく選択酸化分離膜にて構成される。しかし、こ
のときのマスク合わせ誤差や寸法変換差はすべて第2の
素子分離領域の内部で吸収され、第1の素子分離領域と
の間の距離には全く影響しない。このため、本発明によ
れば、素子分離領域の幅を正確に規定することができ
る。
Further, in the second element isolation region, the region sandwiched by the trenches at both ends is constituted by a selective oxidation isolation film based on another mask as in the conventional case. However, at this time, all the mask alignment error and the dimension conversion difference are absorbed inside the second element isolation region and have no influence on the distance to the first element isolation region. Therefore, according to the present invention, the width of the element isolation region can be accurately defined.

【0019】以上はプロセス上のメリットであるが、か
かる構成には電気特性上のメリットもある。すなわち、
狭い第1の素子分離領域がトレンチ・アイソレーション
により形成されていることから、パンチスルー耐性が向
上し、ナローチャネル効果、フィールド反転、接合リー
ク等を抑制することができる。
Although the above is the merit in the process, such a constitution also has the merit in the electric characteristics. That is,
Since the narrow first element isolation region is formed by trench isolation, punch-through resistance is improved, and narrow channel effect, field inversion, junction leak, etc. can be suppressed.

【0020】かかる構成を得るには、前記第2の素子分
離領域に選択酸化分離膜を形成した後、該第2の素子分
離領域と前記第1の素子分離領域の双方にトレンチを一
括して形成すると極めて好都合である。つまり、双方の
領域のトレンチが1枚のマスク・パターンの転写により
形成されるため、従来のマスク・パターンの変更のみで
対処することができ、工程数が増加しない。
In order to obtain such a structure, after forming a selective oxidation isolation film in the second element isolation region, trenches are collectively formed in both the second element isolation region and the first element isolation region. It is extremely convenient to form. That is, since the trenches in both regions are formed by transferring one mask pattern, it can be dealt with only by changing the conventional mask pattern, and the number of steps does not increase.

【0021】[0021]

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について、図
1ないし図3を参照しながら説明する。本実施例は、ま
ず広い素子分離領域IW の選択酸化分離膜をLOCOS
法により形成し、続いてこの選択酸化分離膜の両端、お
よびこれと設計上の距離Dを隔てて形成される狭い素子
分離領域In の双方において、計3個のトレンチを一括
形成した例である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Specific embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. In the present embodiment, first, the selective oxidation isolation film of the large element isolation region I W is formed by LOCOS.
Formed by law, followed by both ends of the selective oxidation separation membrane, and in both narrow isolation region I n which is formed at a distance D on the design and this, in the example collectively form a total of three trenches is there.

【0022】まず、図1(a)に示されるように、Si
基板1上の表面に熱酸化により厚さ約10nmのパッド
SiOx 膜2を形成し、この上にたとえばプラズマCV
D法により厚さ約100nmのSiNx 膜3を堆積さ
せ、さらにこのSiNx 膜3を選択酸化用のマスクとす
るためにパターニングを行って開口部4を形成した。こ
の開口部4は、広い素子分離領域IW のほぼ中央に開口
されているが、若干のマスク合わせ誤差が発生している
可能性がある。
First, as shown in FIG. 1 (a), Si
A pad SiO x film 2 having a thickness of about 10 nm is formed on the surface of the substrate 1 by thermal oxidation, and plasma CV is formed on the pad SiO x film 2.
A SiN x film 3 having a thickness of about 100 nm was deposited by the D method, and patterning was performed to use this SiN x film 3 as a mask for selective oxidation to form the opening 4. Although the opening 4 is opened substantially at the center of the large element isolation region I W , a slight mask alignment error may occur.

【0023】次に、一例として950℃にて通常のウェ
ット酸化を行い、図1(b)に示されるように上記開口
部4の内部において厚さ約600nmの選択酸化分離膜
5を形成した。このとき、選択酸化分離膜5の両端はバ
ーズ・ビークとなってSiN x 膜3の下へもぐり込み、
パッドSiOx 膜2の厚さに応じた若干の寸法変換差が
発生する。
Next, as an example, a normal wafer at 950 ° C.
And then oxidize it to form the opening as shown in FIG. 1 (b).
A selective oxidation separation film having a thickness of about 600 nm inside the portion 4
5 was formed. At this time, both ends of the selective oxidation separation membrane 5 are burred.
Become beak and SiN xCrawl under the membrane 3,
Pad SiOxThere is a slight dimensional conversion difference depending on the thickness of the film 2.
Occur.

【0024】次に、エッチングにより図1(c)に示さ
れるようにSiNx 膜3およびパッドSiOx 膜2を除
去した。このエッチングは、まずウェット酸化時にSi
x膜3の表面に形成されたSiOx 膜(図示せず。)
をSiOx に対する選択比の低い条件で除去した後、下
地のパッドSiOx 膜2に対する選択比の高い条件でS
iNx 膜3を除去し、さらに希フッ酸溶液を用いたウェ
ットエッチングによりパッドSiOx 膜2を除去すると
いった、Si基板1にダメージを与えない方法で行っ
た。
Next, the SiN x film 3 and the pad SiO x film 2 were removed by etching as shown in FIG. 1 (c). This etching is performed by first etching Si during wet oxidation.
A SiO x film (not shown) formed on the surface of the N x film 3.
After being removed under the condition that the selection ratio to SiO x is low, S is removed under the condition that the selection ratio to the underlying pad SiO x film 2 is high.
The iN x film 3 was removed, and the pad SiO x film 2 was removed by wet etching using a dilute hydrofluoric acid solution, so that the Si substrate 1 was not damaged.

【0025】次に、図1(d)に示されるように、再び
熱酸化を行ってウェハの全面に厚さ約10nmのSiO
x 膜2aを形成し、次に一例としてCVD法によりポリ
シリコン層6を約60nmの厚さに堆積させ、さらにフ
ォトリソグフィにより次工程のトレンチ・エッチングの
マスクとなるレジスト・マスク7を形成した。ここで、
上記ポリシリコン層6は、後工程でトレンチを埋め込む
CVD−SiOx 膜10〔図2(f)参照。〕をエッチ
バックする際のエッチング停止層として用いられるもの
である。
Next, as shown in FIG. 1D, thermal oxidation is performed again to form SiO 2 with a thickness of about 10 nm on the entire surface of the wafer.
The x film 2a was formed, and then, as an example, a polysilicon layer 6 was deposited to a thickness of about 60 nm by a CVD method, and a resist mask 7 which became a mask for trench etching in the next step was formed by photolithography. here,
The polysilicon layer 6 is a CVD-SiO x film 10 that fills a trench in a later step [see FIG. 2 (f)]. ] Is used as an etching stop layer when etching back.

【0026】上記レジスト・マスク7には、狭い素子分
離領域In に対応した開口部8aと、広い素子分離領域
W の両端部に対応する開口部8bが設けられている。
これら開口部8a,8bは共通のマスクでパターニング
されるため、これらのウェハ上における絶対位置がマス
ク合わせ精度の限界から全体的に若干ずれることはあっ
ても、両開口部8a,8bの相互位置関係が崩れること
はない。したがって、開口部8aと図中向かって左側の
開口部8bとの間隔により規定される素子形成領域の設
計寸法Dは、マスクの合わせずれの影響を全く受けるこ
とがない。
The resist mask 7 is provided with an opening 8a corresponding to the narrow element isolation region I n and openings 8b corresponding to both ends of the wide element isolation region I W.
Since the openings 8a and 8b are patterned by a common mask, the absolute positions on the wafer may slightly deviate from the limit of the mask alignment accuracy as a whole, but the mutual positions of the openings 8a and 8b. The relationship will not be broken. Therefore, the design dimension D of the element forming region defined by the distance between the opening 8a and the opening 8b on the left side in the drawing is not affected by the misalignment of the mask.

【0027】次に、上記開口部8a,8b内に表出する
ポリシリコン層6、SiOx 膜2a、Si基板1を順次
ドライエッチングし、図2(e)に示されるように、上
記開口部8a,8bにそれぞれ対応する深さ約0.3μ
mのトレンチ9a,9bを形成した。ここで、Si基板
1のドライエッチング時にたとえばCl2 /N2 混合ガ
スを用い、堆積物による側壁保護を効率良く行うと、図
示されるように順テーパー状の断面形状を有するトレン
チ9a,9bを形成することができる。トレンチ9a,
9bのかかる形状は、後工程でCVD−SiOx 膜10
による埋め込みを容易とするのみならず、素子形成領域
の端部における電界を緩和し、また側壁面におけるフィ
ールド反転を防止する観点からも有利である。
Next, the polysilicon layer 6, the SiO x film 2a, and the Si substrate 1 exposed in the openings 8a and 8b are sequentially dry-etched to form the openings as shown in FIG. 2 (e). Depth of about 0.3μ corresponding to 8a and 8b respectively
m trenches 9a and 9b were formed. Here, when the Si substrate 1 is dry-etched, for example, Cl 2 / N 2 mixed gas is used to effectively perform sidewall protection by deposits, trenches 9a and 9b having a forward tapered cross-sectional shape as shown in the drawing are formed. Can be formed. Trench 9a,
The shape of 9b is obtained by the CVD-SiO x film 10 in a later step.
This is advantageous not only for facilitating the embedding by means of, but also for relaxing the electric field at the end of the element formation region and preventing field inversion on the side wall surface.

【0028】次に、図2(f)に示されるように、一例
としてステップ・カバレッジ(段差被覆性)に優れるO
2 /TEOS系プラズマCVD法によりCVD−SiO
x 膜10をウェハ全面に約400nmの厚さに堆積さ
せ、トレンチ9a,9bをほぼ平坦に埋め込んだ。
Next, as shown in FIG. 2F, as an example, O which is excellent in step coverage (step coverage)
2 / TEOS-based plasma CVD method CVD-SiO
The x film 10 was deposited on the entire surface of the wafer to a thickness of about 400 nm, and the trenches 9a and 9b were buried almost flatly.

【0029】続いてこのCVD−SiOx 膜10をRI
Eによりエッチバックし、図2(g)に示されるように
上記トレンチ9a,9bの内部にそれぞれCVD−Si
x膜10a,10bを残した。このエッチバックは、
たとえば発光スペクトルをモニタしながら行い、ウェハ
の全面にポリシリコン層6が露出した後、できるだけ早
い時期に終了させた。これは、CVD−SiOx 膜10
a,10bのSi基板1の表面からの突出高さをなるべ
く大きく確保するためである。かかる突出形状は、実効
的な素子分離距離を長く確保する他、MOS−FETの
チャネル端部における電界を緩和し、側壁部におけるフ
ィールド反転を抑制する観点からも有効である。
Subsequently, the CVD-SiO x film 10 is RI
Etch back with E, and as shown in FIG. 2 (g), CVD-Si is formed inside the trenches 9a and 9b, respectively.
The O x films 10a and 10b are left. This etch back is
For example, it was carried out while monitoring the emission spectrum, and after the polysilicon layer 6 was exposed on the entire surface of the wafer, it was finished as early as possible. This is a CVD-SiO x film 10
This is to ensure that the protrusion heights of a and 10b from the surface of the Si substrate 1 are as large as possible. Such a projecting shape is effective from the viewpoint of securing a long effective element separation distance, relaxing the electric field at the channel end portion of the MOS-FET, and suppressing field inversion at the side wall portion.

【0030】次に、図2(h)に示されるように、RI
Eによりポリシリコン層6を除去し、続いてチャネル・
ストップ用の不純物を導入するために一例としてB(ホ
ウ素)をイオン加速電圧150keV、ドース量4×1
12/cm2 の条件でイオン注入した。
Next, as shown in FIG. 2 (h), RI
The polysilicon layer 6 is removed by E, and the channel
As an example, B (boron) is used as an ion accelerating voltage of 150 keV and a dose of 4 × 1 in order to introduce impurities for stopping.
Ions were implanted under the condition of 0 12 / cm 2 .

【0031】さらに、希フッ酸溶液を用いたウェットエ
ッチングにより、SiOx 膜2aを除去し、図3の模式
的断面図およびその上面図に示されるような素子分離を
完成した。このように本発明によれば、広い素子分離領
域Iw は、選択酸化分離膜5とその両側に配される2個
のトレンチ9b,9bに埋め込まれたCVD−SiOx
膜10bから構成される。
Further, the SiO x film 2a was removed by wet etching using a dilute hydrofluoric acid solution, and element isolation as shown in the schematic sectional view of FIG. 3 and its top view was completed. As described above, according to the present invention, the large element isolation region I w is formed by CVD-SiO x embedded in the selective oxidation isolation film 5 and the two trenches 9b, 9b arranged on both sides thereof.
It is composed of the membrane 10b.

【0032】ここで図示されている状態は、選択酸化分
離膜5が一点鎖線で示される設計位置Aから合わせ誤差
Eだけ向かって右側へずれている場合である。あるいは
逆に、トレンチ9b,9bが向かって左側へずれたと考
えても良い。しかし、いずれにしても、かかる選択酸化
分離パターンとトレンチ・パターンのマスクの合わせず
れ、あるいはLOCOS法により選択酸化分離膜5を形
成する過程で発生する寸法変換差は広い素子分離領域の
内部で吸収される。したがって、これらの要因により図
4に示した従来例のような素子分離領域の幅(距離d)
の変動が生ずる虞れは、全くない。
The state shown here is a case where the selective oxidation separation film 5 is displaced to the right by the alignment error E from the design position A indicated by the alternate long and short dash line. Alternatively, on the contrary, it may be considered that the trenches 9b and 9b are displaced to the left side. In any case, however, the misalignment of the masks of the selective oxidation isolation pattern and the trench pattern, or the dimensional conversion difference generated in the process of forming the selective oxidation isolation film 5 by the LOCOS method is absorbed in the wide element isolation region. To be done. Therefore, due to these factors, the width (distance d) of the element isolation region as in the conventional example shown in FIG.
There is no risk of fluctuations in

【0033】なお、本発明は上述の実施例に何ら限定さ
れるものではなく、プロセスの細部においては種々の変
更が可能である。たとえば、トレンチ9a,9bの形成
およびそのCVD−SiOx 膜10a,10bによる埋
め込みを、IEDM92,p.275〜278に述べら
れているように、ゲート電極形成用の1層目ポリシリコ
ン層を形成した後に行うこともできる。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment, and various changes can be made in the details of the process. For example, the formation of the trenches 9a and 9b and the filling of the trenches 9a and 9b with the CVD-SiO x films 10a and 10b are described in IEDM 92, p. As described in Nos. 275 to 278, it can also be performed after forming the first polysilicon layer for forming the gate electrode.

【0034】また、CVD−SiOx 膜10を、その表
面をBPSG膜等の平坦化膜を用いて一旦平坦化した後
にエッチバックすれば、トレンチ9a,9bに埋め込ま
れるCVD−SiOx 膜10a,10bの表面を平坦化
することができる。さらに、チャネル・ストップ用のイ
オン注入のタイミングをトレンチ9a,9bを形成した
直後とすれば、Si基板1中のより深い領域にまで不純
物を導入することができる。
If the surface of the CVD-SiO x film 10 is once flattened by using a flattening film such as a BPSG film and then etched back, the CVD-SiO x films 10a, 10b filled in the trenches 9a, 9b are etched. The surface of 10b can be flattened. Furthermore, if the timing of ion implantation for channel stop is set immediately after forming the trenches 9a and 9b, the impurities can be introduced into a deeper region in the Si substrate 1.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明を適用すれば、広い素子分離領域と狭い素子分離領域
を形成するためにトレンチと選択酸化分離膜を併用する
必要のある半導体装置の製造において、選択酸化分離膜
の寸法変換差やマスク合わせ精度に依存せずに正確に素
子形成領域の寸法を規定することができる。また、上述
のようにLOSOS法における寸法変換差を広い素子分
離領域の内部で吸収できることから、パッドSiOx
の薄膜化をそれほど高度に追求する必要がなくなる。こ
の結果、後工程で形成されるゲート電極形成用の1層目
ポリシリコン層とSi基板間との間の寄生容量を減少さ
せ、素子形成領域に形成されるFETの動作速度を向上
させることが可能となる。
As is apparent from the above description, when the present invention is applied, it is necessary to use a trench and a selective oxide isolation film together to form a wide element isolation region and a narrow element isolation region. In the manufacturing of, the size of the element formation region can be accurately defined without depending on the size conversion difference of the selective oxidation separation film and the mask alignment accuracy. Further, as described above, since the dimensional conversion difference in the ROSOS method can be absorbed inside the wide element isolation region, it is not necessary to pursue the thinning of the pad SiO x film so highly. As a result, it is possible to reduce the parasitic capacitance between the Si substrate and the first polysilicon layer for forming the gate electrode formed in the subsequent step, and improve the operating speed of the FET formed in the element formation region. It will be possible.

【0036】本発明は、従来の選択酸化分離膜とトレン
チのマスク・パターンを変更するのみで実施できるた
め、何ら工程増を伴うものではなく、生産性、経済性に
も極めて優れている。
Since the present invention can be carried out only by changing the mask pattern of the conventional selective oxidation separation film and trench, it does not involve any additional steps and is extremely excellent in productivity and economy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明を適用したプロセス例をその工程順にし
たがって示す模式的断面図であり、(a)はSi基板上
にパッドSiOx 膜とSiNx 膜が順次形成された状
態、(b)はSiNx 膜をマスクとして選択酸化分離膜
を形成した状態、(c)はSiNx 膜とパッドSiOx
膜を除去した状態、(d)はポリシリコン層の全面堆積
とレジスト・マスクの形成を行った状態をそれぞれ表
す。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a process example to which the present invention is applied in the order of steps, (a) showing a state in which a pad SiO x film and a SiN x film are sequentially formed on a Si substrate, (b). Is a state in which the selective oxidation separation film is formed using the SiN x film as a mask, and (c) is the SiN x film and the pad SiO x.
The state where the film is removed, and (d) shows the state where the polysilicon layer is entirely deposited and the resist mask is formed.

【図2】図1のプロセスの続きを示す模式的断面図であ
り、(e)はRIEによりトレンチを形成した状態、
(f)はCVD−SiOx 膜を全面堆積させた状態、
(g)はCVD−SiOx 膜をエッチバックした状態、
(h)はポリシリコン層を除去した状態をそれぞれ表
す。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the continuation of the process of FIG. 1, in which (e) shows a state in which a trench is formed by RIE,
(F) is a state where the CVD-SiO x film is entirely deposited,
(G) is a state in which the CVD-SiO x film is etched back,
(H) shows the state where the polysilicon layer is removed.

【図3】素子分離の完成状態を示す模式的断面図および
そのパターンの平面図である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a completed state of element isolation and a plan view of the pattern.

【図4】従来の素子分離状態を示す模式的断面図および
そのパターンの平面図である。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a conventional element isolation state and a plan view of the pattern.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ・・・Si基板 2 ・・・パッドSiOx 膜 2a ・・・SiOx 膜 3 ・・・SiNx 膜 4 ・・・開口部 5 ・・・選択酸化分離膜 6 ・・・ポリシリコン層 7 ・・・レジスト・マスク 8a,8b ・・・開口部 9a,9b ・・・トレンチ 10,10a,10b・・・CVD−SiOx 膜 In ・・・狭い素子分離領域 Iw ・・・広い素子分離領域 D ・・・(素子分離領域間の)設計
上の距離
1 ... Si substrate 2 ... pad SiO x film 2a ... SiO x film 3 ... SiN x film 4 ... opening 5 ... selective oxide separation film 6 ... polysilicon layer 7・ ・ ・ Resist masks 8a, 8b ・ ・ ・ Openings 9a, 9b ・ ・ ・ Trenchs 10, 10a, 10b ・ ・ ・ CVD-SiO x film I n・ ・ ・ Narrow element isolation region I w・ ・ ・ Wide element Isolation area D ... Design distance (between element isolation areas)

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 相対的に狭い第1の素子分離領域と相対
的に広い第2の素子分離領域とを有する半導体装置を製
造する半導体装置の製造方法において、 前記第1の素子分離領域はトレンチにて構成し、 前記第2の素子分離領域は、その幅を規定する両端部を
トレンチ、該トレンチに挟まれる領域を選択酸化分離膜
にて各々構成することを特徴とする半導体装置の形成方
法。
1. A semiconductor device manufacturing method for manufacturing a semiconductor device having a relatively narrow first element isolation region and a relatively wide second element isolation region, wherein the first element isolation region is a trench. The method for forming a semiconductor device is characterized in that the second element isolation region is configured such that both ends defining the width thereof are trenches and regions sandwiched by the trenches are selectively oxidized isolation films. .
【請求項2】 前記第2の素子分離領域に選択酸化分離
膜を形成した後、該第2の素子分離領域と前記第1の素
子分離領域の双方にトレンチを一括して形成することを
特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
2. A selective oxidation isolation film is formed in the second element isolation region, and then a trench is collectively formed in both the second element isolation region and the first element isolation region. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR970023978A (en) * 1995-10-04 1997-05-30 김주용 Method for manufacturing planar device isolation film of semiconductor device
CN102931089A (en) * 2011-08-10 2013-02-13 无锡华润上华半导体有限公司 LDMOS (Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor) and manufacturing method thereof

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