JP3057882B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法に
係わり、特にサブミクロンの溝型の徴細素子分離領域の
製造方法に関する。
係わり、特にサブミクロンの溝型の徴細素子分離領域の
製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の溝型の素子分離領域の製造方法に
ついて図5,図6を参照して説明する。まず図5(a)
に示す様に、P型シリコン基板1を選択酸化してフィー
ルド酸化膜2を形成する。次に少なくともメモリセルと
なる部分にゲート酸化膜3を形成する。続けて全面を多
結晶シリコン膜4及び第1の酸化膜5で被膜する。次に
図5(b)に示す様に、第1のレジスト膜6を用いて、
将来溝分離領域7−1〜7−3となる所のみ開孔し、第
1のレジスト膜6をマスクに第1の酸化膜5及び多結晶
シリコン膜4,さらにゲート酸化膜3を続けてエッチン
グし、P型シリコン基板1を露出させる。さらに第1の
レジスト膜6を除去した後に図5(c)に示す様に、第
1の酸化膜5をマスクにエッチングを行い、溝8を形成
する。次に図5(d)に示す様に、第2の酸化膜9及び
第3の酸化膜10で溝8を完全に埋め込む。ここでd1
d2 d3 は各部での第3の酸化膜の出来上りの膜厚であ
る。次に図6(a)に示す様に多結晶シリコン膜4をス
トッパーとして全面エッチバックを施すと溝分離領域7
のみに第2の酸化膜9及び第3の酸化膜10が選択的に
埋め込まれることになる。次に図6(b)に示す様に半
導体基板上全面にシリサイド膜を堆積し、選択的に除去
することによりシリサイド配線11を形成すると、溝分
離領7と自己整合的にポリサイドゲート電極を有するト
ランジスタ12が形成される。
ついて図5,図6を参照して説明する。まず図5(a)
に示す様に、P型シリコン基板1を選択酸化してフィー
ルド酸化膜2を形成する。次に少なくともメモリセルと
なる部分にゲート酸化膜3を形成する。続けて全面を多
結晶シリコン膜4及び第1の酸化膜5で被膜する。次に
図5(b)に示す様に、第1のレジスト膜6を用いて、
将来溝分離領域7−1〜7−3となる所のみ開孔し、第
1のレジスト膜6をマスクに第1の酸化膜5及び多結晶
シリコン膜4,さらにゲート酸化膜3を続けてエッチン
グし、P型シリコン基板1を露出させる。さらに第1の
レジスト膜6を除去した後に図5(c)に示す様に、第
1の酸化膜5をマスクにエッチングを行い、溝8を形成
する。次に図5(d)に示す様に、第2の酸化膜9及び
第3の酸化膜10で溝8を完全に埋め込む。ここでd1
d2 d3 は各部での第3の酸化膜の出来上りの膜厚であ
る。次に図6(a)に示す様に多結晶シリコン膜4をス
トッパーとして全面エッチバックを施すと溝分離領域7
のみに第2の酸化膜9及び第3の酸化膜10が選択的に
埋め込まれることになる。次に図6(b)に示す様に半
導体基板上全面にシリサイド膜を堆積し、選択的に除去
することによりシリサイド配線11を形成すると、溝分
離領7と自己整合的にポリサイドゲート電極を有するト
ランジスタ12が形成される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】通常第3の酸化膜10
としてカバレッジが良く、リフロー性の高い低圧CVD
法によるBPSG膜が用いられる。ところが熱処理を加
えた後、図5(d)に示すd 2 >d 1 ≒d3 という関係
が生じ、従来の方法ではエッチバックの際に、d2の部
分に酸化膜が残り易く、それを除去するためにオーバー
エッチせざるをえない。そのため、溝に埋め込んだ第2
の酸化膜及び第3の酸化膜がへこんでしまい、シリサイ
ド配線とシリコン基板とのショートを引き起こす恐れが
ある。またこれは常圧CVD法を用いた場合d2 >d3
>>d1 となりより顕著になるので従来の方法では溝に
酸化膜を埋め込むエッチバックの制御性に問題があっ
た。
としてカバレッジが良く、リフロー性の高い低圧CVD
法によるBPSG膜が用いられる。ところが熱処理を加
えた後、図5(d)に示すd 2 >d 1 ≒d3 という関係
が生じ、従来の方法ではエッチバックの際に、d2の部
分に酸化膜が残り易く、それを除去するためにオーバー
エッチせざるをえない。そのため、溝に埋め込んだ第2
の酸化膜及び第3の酸化膜がへこんでしまい、シリサイ
ド配線とシリコン基板とのショートを引き起こす恐れが
ある。またこれは常圧CVD法を用いた場合d2 >d3
>>d1 となりより顕著になるので従来の方法では溝に
酸化膜を埋め込むエッチバックの制御性に問題があっ
た。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、将来活
性領域となる部分が、選択酸化により形成された素子分
離領域によって区画された半導体基板上全面に、ゲート
絶縁膜を介して多結晶シリコン膜及び第1の絶縁膜を順
次形成する工程と、前記活性領域内の将来溝分離領域と
なる部分の前記第1の絶縁膜及び前記多結晶シリコン
膜、さらに前記ゲート絶縁膜を選択的にエッチングして
しかるのちに前記第1の絶縁膜と自己整合的に前記半導
体基板をエッチングし、前記溝分離領域を形成する工程
と、前記半導体基板表面及び前記溝分離領域を第2の絶
縁膜で被覆し、かつ続けて前記第2の絶縁膜よりドライ
エッチレートの速い第3の絶縁膜で埋め込む工程と、前
記活性領域と前記素子分離領域の境界を含まずに、前記
活性領域をフォトレジスト膜で覆う工程と、前記フォト
レジスト膜をマスクに前記多結晶シリコン膜をストッパ
ーとして、前記フォトレジスト膜で覆われていない領域
の前記第3の絶縁膜、前記第2の絶縁膜及び前記第1の
絶縁膜を順次ドライエッチバックして前記多結晶シリコ
ン膜を露出させる工程と、前記フォトレジスト膜を除去
し、前記半導体基板全体を前記多結晶シリコン膜をスト
ッパーとしてドライエッチバックし、前記溝分離領域に
前記第2及び第3の絶縁膜を残存せしめる工程と、前記
半導体基板上全面に導電性膜を堆積する工程と、前記導
電性膜及び前記多結晶シリコン膜を選択的に除去してゲ
ート電極を形成する工程とを含む半導体装置の製造方法
にある。
性領域となる部分が、選択酸化により形成された素子分
離領域によって区画された半導体基板上全面に、ゲート
絶縁膜を介して多結晶シリコン膜及び第1の絶縁膜を順
次形成する工程と、前記活性領域内の将来溝分離領域と
なる部分の前記第1の絶縁膜及び前記多結晶シリコン
膜、さらに前記ゲート絶縁膜を選択的にエッチングして
しかるのちに前記第1の絶縁膜と自己整合的に前記半導
体基板をエッチングし、前記溝分離領域を形成する工程
と、前記半導体基板表面及び前記溝分離領域を第2の絶
縁膜で被覆し、かつ続けて前記第2の絶縁膜よりドライ
エッチレートの速い第3の絶縁膜で埋め込む工程と、前
記活性領域と前記素子分離領域の境界を含まずに、前記
活性領域をフォトレジスト膜で覆う工程と、前記フォト
レジスト膜をマスクに前記多結晶シリコン膜をストッパ
ーとして、前記フォトレジスト膜で覆われていない領域
の前記第3の絶縁膜、前記第2の絶縁膜及び前記第1の
絶縁膜を順次ドライエッチバックして前記多結晶シリコ
ン膜を露出させる工程と、前記フォトレジスト膜を除去
し、前記半導体基板全体を前記多結晶シリコン膜をスト
ッパーとしてドライエッチバックし、前記溝分離領域に
前記第2及び第3の絶縁膜を残存せしめる工程と、前記
半導体基板上全面に導電性膜を堆積する工程と、前記導
電性膜及び前記多結晶シリコン膜を選択的に除去してゲ
ート電極を形成する工程とを含む半導体装置の製造方法
にある。
【0005】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。図1、図2は本発明の第1の実施例に係わる製造方
法に沿って本実施例を説明するための工程順の断面図で
ある。
る。図1、図2は本発明の第1の実施例に係わる製造方
法に沿って本実施例を説明するための工程順の断面図で
ある。
【0006】まず図1(a)に示す様に、P型シリコン
基板1を選択酸化してフィールド酸化膜2を480〜6
00nm(ナノメータ)の膜厚に形成する。次に少なく
ともメモリセルとなる部分に膜厚10〜30nmのゲー
ト酸化膜3を形成する。続けて全面を膜厚100〜25
0nmの多結晶シリコン膜4及び膜厚100〜300n
mの第1の酸化膜5で被膜する。次に図1(b)に示す
様に、第1のレジスト膜6を用いて、将来溝分離領域7
−1〜7−3となる所のみに0.3〜0.6μmの幅で
開孔する。ここで溝分離領域7−3とフィールド酸化膜
2の端との距離W1 を1μm以上とることが重要であ
る。次に第1のレジスト膜6をマスクに第1の酸化膜5
及び多結晶シリコン膜4さらにゲート酸化膜3を続けて
異方性エッチングしP型シリコン基板1を露出させる。
ここで多結晶シリコン膜4のエッチング形状は垂直もし
くは若干逆テーパーにする必要がある。これは仮に順テ
ーバーになっているとシリサイド配線11を形成する
際、多結晶シリコン膜4のエッチング残りを生じ、シリ
サイド配線11どうしのショートを引き起こすからであ
る。次に図1(c)に示す様に第1のレジスト膜6を除
去した後、第1の酸化膜をマスクにP型シリコン基板1
をエッチングし、深さ0.3〜1.5μmの溝8を形成
する。次に図1(d)に示す様に全面を第3の酸化膜よ
りもドライエッチレートの遅い第2の酸化膜9例えばノ
ンドープのLPCVD法による膜溝100〜200nm
の酸化膜で被膜し、続いて溝8を完全に埋め込むために
第3の酸化膜10例えばLPCVD法によるBPSG膜
を0.5〜1.5μm堆積し、850〜950℃程度の
熱処理によりこれをリフローし、溝8を完全に埋め込む
と同時に表面を平坦にする。実際にはd2 >d1 ≒d3
≒d(1μm堆積してリフローを行うとd2 −d1 ≒
0.2−0.3μm)の膜厚偏差がある。ここでdはw
1 内の任意の点における第3の酸化膜厚である。また第
3の酸化膜として常圧CVD法によるBPSG膜を用い
た場合この膜厚偏差はより顕著になる。例えばアスペク
ト比2(開口0.6μm,深さ1.2μm)の溝を形成
し、0.7μm膜厚のBPSG膜を堆積するとd
2 (0.8μm)>d3 (0.7μm)>d1 (0.6
μm)にもなる。
基板1を選択酸化してフィールド酸化膜2を480〜6
00nm(ナノメータ)の膜厚に形成する。次に少なく
ともメモリセルとなる部分に膜厚10〜30nmのゲー
ト酸化膜3を形成する。続けて全面を膜厚100〜25
0nmの多結晶シリコン膜4及び膜厚100〜300n
mの第1の酸化膜5で被膜する。次に図1(b)に示す
様に、第1のレジスト膜6を用いて、将来溝分離領域7
−1〜7−3となる所のみに0.3〜0.6μmの幅で
開孔する。ここで溝分離領域7−3とフィールド酸化膜
2の端との距離W1 を1μm以上とることが重要であ
る。次に第1のレジスト膜6をマスクに第1の酸化膜5
及び多結晶シリコン膜4さらにゲート酸化膜3を続けて
異方性エッチングしP型シリコン基板1を露出させる。
ここで多結晶シリコン膜4のエッチング形状は垂直もし
くは若干逆テーパーにする必要がある。これは仮に順テ
ーバーになっているとシリサイド配線11を形成する
際、多結晶シリコン膜4のエッチング残りを生じ、シリ
サイド配線11どうしのショートを引き起こすからであ
る。次に図1(c)に示す様に第1のレジスト膜6を除
去した後、第1の酸化膜をマスクにP型シリコン基板1
をエッチングし、深さ0.3〜1.5μmの溝8を形成
する。次に図1(d)に示す様に全面を第3の酸化膜よ
りもドライエッチレートの遅い第2の酸化膜9例えばノ
ンドープのLPCVD法による膜溝100〜200nm
の酸化膜で被膜し、続いて溝8を完全に埋め込むために
第3の酸化膜10例えばLPCVD法によるBPSG膜
を0.5〜1.5μm堆積し、850〜950℃程度の
熱処理によりこれをリフローし、溝8を完全に埋め込む
と同時に表面を平坦にする。実際にはd2 >d1 ≒d3
≒d(1μm堆積してリフローを行うとd2 −d1 ≒
0.2−0.3μm)の膜厚偏差がある。ここでdはw
1 内の任意の点における第3の酸化膜厚である。また第
3の酸化膜として常圧CVD法によるBPSG膜を用い
た場合この膜厚偏差はより顕著になる。例えばアスペク
ト比2(開口0.6μm,深さ1.2μm)の溝を形成
し、0.7μm膜厚のBPSG膜を堆積するとd
2 (0.8μm)>d3 (0.7μm)>d1 (0.6
μm)にもなる。
【0007】そこでこの膜厚偏差を吸収するために図2
(a)に示す様に第2のレジスト膜13でメモリセル領
域を覆い、多結晶シリコン膜4をストッパーにドライエ
ッチバックを施し、第2のレジスト膜13で覆われてい
ない部分の多結晶シリコン膜4を完全に露出させる。こ
こで溝分離領域7−3と第2のレジスト膜13とのマー
ジンw2 は、フィールド酸化膜2のバーズビーク長をw
3 とすると次の(1)式を満足させるのが適当である。
(a)に示す様に第2のレジスト膜13でメモリセル領
域を覆い、多結晶シリコン膜4をストッパーにドライエ
ッチバックを施し、第2のレジスト膜13で覆われてい
ない部分の多結晶シリコン膜4を完全に露出させる。こ
こで溝分離領域7−3と第2のレジスト膜13とのマー
ジンw2 は、フィールド酸化膜2のバーズビーク長をw
3 とすると次の(1)式を満足させるのが適当である。
【0008】
【0009】次に図2(b)に示す様に、第2のレジス
ト膜13を除去した後、多結晶シリコン膜4をストッパ
ーとして、全面ドライエッチバックを施す。この時適度
のオーバーエッチは必要であるので、実際には溝側部の
P型シリコン基板1の露出を防ぐのは第3の酸化膜10
よりドライエッチレートの遅い第2の酸化膜9である。
またこの第2の酸化膜9は第3の酸化膜10のリフロー
時、ボロン、リンがP型シリコン基板1にアウトディフ
ュージョンするのを抑制する効果もある。
ト膜13を除去した後、多結晶シリコン膜4をストッパ
ーとして、全面ドライエッチバックを施す。この時適度
のオーバーエッチは必要であるので、実際には溝側部の
P型シリコン基板1の露出を防ぐのは第3の酸化膜10
よりドライエッチレートの遅い第2の酸化膜9である。
またこの第2の酸化膜9は第3の酸化膜10のリフロー
時、ボロン、リンがP型シリコン基板1にアウトディフ
ュージョンするのを抑制する効果もある。
【0010】さて、ドライエッチバック条件は、第1の
酸化膜5及び第2の酸化膜9,第3の酸化膜10と多結
晶シリコン膜4との選択比を40〜70とっているが、
それでも、全面エッチバックの際既に露出している多結
晶シリコン膜4もエッチングされるので50〜100n
m段差14が生じる。
酸化膜5及び第2の酸化膜9,第3の酸化膜10と多結
晶シリコン膜4との選択比を40〜70とっているが、
それでも、全面エッチバックの際既に露出している多結
晶シリコン膜4もエッチングされるので50〜100n
m段差14が生じる。
【0011】ここで、先に述べたw2 を光学顕微鏡で目
視出来る様に設定するとエッチバックのエンドポイント
を検出するのに有用である。
視出来る様に設定するとエッチバックのエンドポイント
を検出するのに有用である。
【0012】次に図2(c)に示す様に、半導体基板上
全面に膜厚100〜150nmのシリサイド膜を堆積
し、シリサイド膜,多結晶シリコン膜4の連続エッチン
グを施すことにより、選択的にシリサイド配線11が形
成され、溝分離領域7−1〜7−3に自己整合的に形成
されたポリサイドゲート電極を有するトランジスタ12
を得る。
全面に膜厚100〜150nmのシリサイド膜を堆積
し、シリサイド膜,多結晶シリコン膜4の連続エッチン
グを施すことにより、選択的にシリサイド配線11が形
成され、溝分離領域7−1〜7−3に自己整合的に形成
されたポリサイドゲート電極を有するトランジスタ12
を得る。
【0013】図3は本発明の第2の実施例に係わる製造
方法に沿って本実施例を説明するための工程順の断面図
である。本実施例は第1の実施例にさらに別の効果を有
するものである。すなわち図2(b)で示される段差1
4を低減する効果がある。
方法に沿って本実施例を説明するための工程順の断面図
である。本実施例は第1の実施例にさらに別の効果を有
するものである。すなわち図2(b)で示される段差1
4を低減する効果がある。
【0014】図3(a)に至るまでの工程は図1(a)
〜(d)までと共通である。図3(a)に示す様に第2
のレジスト膜13をマスクにドライエッチバックする量
を少なくとも第3の酸化膜10の膜厚偏差分だけにす
る。このため、図3(b)に示す様に全面ドライエッチ
バックする際に多結晶シリコン膜4のエッチング時間が
減るため、段差14が約1〜15nmと低減される。
〜(d)までと共通である。図3(a)に示す様に第2
のレジスト膜13をマスクにドライエッチバックする量
を少なくとも第3の酸化膜10の膜厚偏差分だけにす
る。このため、図3(b)に示す様に全面ドライエッチ
バックする際に多結晶シリコン膜4のエッチング時間が
減るため、段差14が約1〜15nmと低減される。
【0015】図4は本発明の第3の実施例に係わる製造
方法に沿って本実施例を説明するための工程順の断面図
である。図4(a)に至るまでの工程は図1(a)〜
(d)までと共通である。図4(a)に示す様に全面ド
ライエッチバックを溝に第2の酸化膜9,第3の酸化膜
10を埋め込むだけの最低減に抑える。よってこれだけ
では当然膜厚偏差のため、フィールド酸化膜2のエッジ
に酸化膜の残渣15が生じる。そこで図4(b)に示す
様に第2のレジスト膜13をマスクに多結晶シリコン膜
4との選択性の高いウェットエッチを用いることによ
り、酸化膜の残渣15を除去する。このため、図2
(b)の段差14は全く生じないという効果が得られ
る。
方法に沿って本実施例を説明するための工程順の断面図
である。図4(a)に至るまでの工程は図1(a)〜
(d)までと共通である。図4(a)に示す様に全面ド
ライエッチバックを溝に第2の酸化膜9,第3の酸化膜
10を埋め込むだけの最低減に抑える。よってこれだけ
では当然膜厚偏差のため、フィールド酸化膜2のエッジ
に酸化膜の残渣15が生じる。そこで図4(b)に示す
様に第2のレジスト膜13をマスクに多結晶シリコン膜
4との選択性の高いウェットエッチを用いることによ
り、酸化膜の残渣15を除去する。このため、図2
(b)の段差14は全く生じないという効果が得られ
る。
【0016】
【発明の効果】以上説明したように本発明は第3の酸化
膜の熱処理後の膜厚偏差特にフィールド酸化膜エッジに
よる全面エッチバック時の溝埋め込み酸化膜へのオーバ
エッチを防ぐため、あらかじめ、レジストをマスクに少
なくとも膜厚偏差分を除去した後、全面エッチバックを
施す。そのため、エッチバックの制御性が向上し、溝へ
の酸化膜の埋込を安定に形成できる効果がある。また、
第3の酸化膜よりドライエッチレートの遅い第2の酸化
膜を用いることによりエッチバックの際、溝側部でのシ
リコン基板の露出を防ぐマージンが確保でき、シリサイ
ド配線基板間のショートを防ぐ効果がある。
膜の熱処理後の膜厚偏差特にフィールド酸化膜エッジに
よる全面エッチバック時の溝埋め込み酸化膜へのオーバ
エッチを防ぐため、あらかじめ、レジストをマスクに少
なくとも膜厚偏差分を除去した後、全面エッチバックを
施す。そのため、エッチバックの制御性が向上し、溝へ
の酸化膜の埋込を安定に形成できる効果がある。また、
第3の酸化膜よりドライエッチレートの遅い第2の酸化
膜を用いることによりエッチバックの際、溝側部でのシ
リコン基板の露出を防ぐマージンが確保でき、シリサイ
ド配線基板間のショートを防ぐ効果がある。
【図1】本発明の第1の実施例を説明するための断面図
である。
である。
【図2】本発明の第1の実施例を説明するための断面図
である。
である。
【図3】本発明の第2の実施例を説明するための断面図
である。
である。
【図4】本発明の第3実施例を説明するための断面図で
ある。
ある。
【図5】従来の半導体装置における溝型の素子分離領域
の製造方法を説明するための断面図である。
の製造方法を説明するための断面図である。
【図6】従来の半導体装置における溝型の素子分離領域
の製造方法を説明するための断面図である。
の製造方法を説明するための断面図である。
1 P型シリコン基板 2 フィールド酸化膜 3 ゲート酸化膜 4 多結晶シリコン膜 5 第1の酸化膜 6 第1のレジスト膜 7−1〜7−3 溝分離領域 8 溝 9 第2の酸化膜 10 第3の酸化膜 11 シリサイド配線 12 ポリサイドゲート電極を有するトランジスタ 13 第2のレジスト膜 14 段差 15 酸化膜の残渣
Claims (1)
- 【請求項1】 将来活性領域となる部分が、選択酸化に
より形成された素子分離領域によって区画された半導体
基板上全面に、ゲート絶縁膜を介して多結晶シリコン膜
及び第1の絶縁膜を順次形成する工程と、前記活性領域
内の将来溝分離領域となる部分の前記第1の絶縁膜及び
前記多結晶シリコン膜、さらに前記ゲート絶縁膜を選択
的にエッチングしてしかるのちに前記第1の絶縁膜と自
己整合的に前記半導体基板をエッチングし、前記溝分離
領域を形成する工程と、前記半導体基板表面及び前記溝
分離領域を第2の絶縁膜で被覆し、かつ続けて前記第2
の絶縁膜よりドライエッチレートの速い第3の絶縁膜で
埋め込む工程と、前記活性領域と前記素子分離領域の境
界を含まずに、前記活性領域をフォトレジスト膜で覆う
工程と、前記フォトレジスト膜をマスクに前記多結晶シ
リコン膜をストッパーとして、前記フォトレジスト膜で
覆われていない領域の前記第3の絶縁膜、前記第2の絶
縁膜及び前記第1の絶縁膜を順次ドライエッチバックし
て前記多結晶シリコン膜を露出させる工程と、前記フォ
トレジスト膜を除去し、前記半導体基板全体を前記多結
晶シリコン膜をストッパーとしてドライエッチバック
し、前記溝分離領域に前記第2及び第3の絶縁膜を残存
せしめる工程と、前記半導体基板上全面に導電性膜を堆
積する工程と、前記導電性膜及び前記多結晶シリコン膜
を選択的に除去して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。
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