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JP4258159B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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JP4258159B2
JP4258159B2 JP2002061498A JP2002061498A JP4258159B2 JP 4258159 B2 JP4258159 B2 JP 4258159B2 JP 2002061498 A JP2002061498 A JP 2002061498A JP 2002061498 A JP2002061498 A JP 2002061498A JP 4258159 B2 JP4258159 B2 JP 4258159B2
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JP
Japan
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trench
layer
oxide film
forming
film
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克己 森
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Seiko Epson Corp
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  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Element Separation (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、SOI基板の単結晶Si層にトレンチ素子分離膜を形成する工程を有する半導体装置及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図5及び図6は、従来の半導体装置の製造方法を説明する断面図である。この半導体装置の製造方法は、STI(shallow trench isolation)トレンチを形成する工程を有するものである。
【0003】
まず、SOI(silicon on insulator)基板104を準備する。SOI基板104は、単結晶シリコンからなる支持基板101と、この支持基板101上に形成された埋め込み酸化膜(BOX層)102と、この埋め込み酸化膜102上に形成された単結晶Si層103と、から構成されている。
【0004】
次いで、図5(a)に示すように、単結晶Si層103の表面上に熱酸化法によりシリコン酸化膜105を形成する。次いで、このシリコン酸化膜105の上にCVD(Chemical Vapor Deposition)法によりシリコン窒化膜(SiN膜)106を堆積する。このシリコン窒化膜106は後述するCMP(Chemical Mechanical Polishing)時の研磨ストッパーとして作用するものである。次いで、シリコン窒化膜106の上にフォトレジスト膜(図示せず)を塗布し、このフォトレジスト膜を露光、現像することにより、シリコン窒化膜106上にはトレンチ形成領域の上方が開口されたレジストパターンが形成される。
【0005】
次に、このレジストパターンをマスクとしてシリコン窒化膜106及びシリコン酸化膜105を選択的にエッチングする。これにより、シリコン窒化膜106及びシリコン酸化膜105には開口部が形成され、この開口部下の単結晶Si層103の表面が露出する。
【0006】
次いで、レジストパターンを剥離する。この後、シリコン窒化膜106をマスクとして単結晶Si層103を選択的にエッチングすることにより、単結晶Si層103にはトレンチ103aが形成される。次いで、トレンチ内にフッ酸処理を施す。このフッ酸処理は、効果的にラウンド酸化工程を行うための処理である。
【0007】
次に、図5(b)に示すように、トレンチ103aの角部に丸みを形成するためのラウンド酸化工程を行う。即ち、トレンチ103a内に熱酸化法によりシリコン酸化膜107を形成する。
【0008】
この後、図6(c)に示すように、トレンチ103a内及びシリコン窒化膜106上にプラズマCVD法により素子分離用のシリコン酸化膜108を堆積する。
【0009】
次に、図6(d)に示すように、シリコン窒化膜106を研磨ストッパーとしてシリコン酸化膜108をCMP技術により研磨する。次いで、残っているシリコン窒化膜106を選択的に除去し、その後、シリコン酸化膜105を選択的にエッチング除去する。このようにしてトレンチ103a内にシリコン酸化膜が埋め込まれ、トレンチ素子分離膜108aが形成される。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の半導体装置の製造方法では、効果的なラウンド酸化をするために、ラウンド酸化工程を行う前にトレンチ内にフッ酸処理を行っている。SOI基板104の場合、単結晶Si層103の下に埋め込み酸化膜102が存在するため、トレンチ内のフッ酸処理及びラウンド酸化により図5(b)に示すように埋め込み酸化膜102との界面の単結晶Si層103に逆テーパー形状が形成されてしまう。このように逆テーパー形状を有するトレンチ103a内にプラズマCVD法によりシリコン酸化膜108を埋め込むと、完全にシリコン酸化膜が埋め込まれず、ステップカバレージが悪くなり、逆テーパー形状部分の近傍にボイド109が発生することがある。これにより、半導体装置の信頼性が低下してしまう。
【0011】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、トレンチ素子分離膜にボイドの発生を抑制した半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る半導体装置の製造方法は、SOI基板の単結晶Si層にトレンチ素子分離膜を形成する半導体装置の製造方法であって、
単結晶Si層にトレンチを形成する工程と、
このトレンチ内の底部にトレンチ深さ20%以上50%以下の厚さの第1酸化膜を埋め込む工程と、
トレンチ内にラウンド酸化を施す工程と、
トレンチ内に第2酸化膜を埋め込むことにより、トレンチ素子分離膜を形成する工程と、
を具備することを特徴とする。
【0013】
上記半導体装置の製造方法によれば、トレンチ内にラウンド酸化を行う際、単結晶Si層とその下の埋め込み酸化膜との界面はすでに第1酸化膜で埋め込まれている。このため、トレンチ内にラウンド酸化を行っても、従来技術のような逆テーパー形状が形成されるのを抑制できる。従って、トレンチ内に第2酸化膜を埋め込むと、トレンチ内に完全に酸化膜が埋め込まれ、その結果、従来の半導体装置のようにトレンチ内にボイドが発生することを抑制できる。
【0014】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法においては、上記第1酸化膜を埋め込む工程と上記ラウンド酸化を施す工程の間に、トレンチ内にフッ酸処理を施す工程をさらに含むことも可能である。
【0015】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法においては、上記第1酸化膜を埋め込む工程は、トレンチ内の底部にシリコン酸化膜を高密度プラズマCVD法により形成する工程であることが好ましい。
【0016】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法においては、上記トレンチを形成する工程は、単結晶Si層上にシリコン窒化膜を形成し、このシリコン窒化膜のトレンチ形成領域の上方に位置する部分を開口し、シリコン窒化膜をマスクとして単結晶Si層をエッチング加工することにより単結晶Si層にトレンチを形成する工程であることが好ましい。
【0017】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、SOI基板の単結晶Si層にトレンチ素子分離膜を形成する半導体装置の製造方法であって、
単結晶Si層上にシリコン窒化膜を形成する工程と、
このシリコン窒化膜のトレンチ形成領域の上方に位置する部分を開口する工程と、
シリコン窒化膜をマスクとして単結晶Si層をエッチング加工することにより単結晶Si層にトレンチを形成する工程と、
このトレンチ内及びシリコン窒化膜上にトレンチ深さ20%以上50%以下の厚さの第1酸化膜を高密度プラズマCVD法により形成する工程
トレンチの角にラウンド酸化を施す工程と、
トレンチ内及び第1酸化膜上に第2酸化膜を形成する工程と、
シリコン窒化膜を研磨ストッパーとして第2酸化膜及び第1酸化膜をCMPにより研磨することにより、トレンチ内にトレンチ素子分離膜を形成する工程と、
を具備することを特徴とする。
【0018】
本発明に係る半導体装置は、SOI基板の単結晶Si層にトレンチ素子分離膜が形成された半導体装置であって、
単結晶Si層に形成されたトレンチと、
このトレンチ内の底部に埋め込まれたトレンチ深さ20%以上50%以下の厚さの第1酸化膜と、
トレンチ内に埋め込まれ、第1酸化膜上に形成された第2酸化膜と、
を具備し、
トレンチ素子分離膜は第1酸化膜及び第2酸化膜から構成されていることを特徴とする。
【0019】
また、本発明に係る半導体装置において、上記第1酸化膜は、トレンチ内の底部に高密度プラズマCVD法により形成したシリコン酸化膜であることが好ましい。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図1〜図4は、本発明の実施の形態による半導体装置の製造方法を示す断面図である。この半導体装置の製造方法は、STIトレンチを形成する工程を有するものである。
【0021】
まず、図1(a)に示すように、SOI基板4を準備する。SOI基板4は、単結晶シリコンからなる支持基板1と、この支持基板1上に形成された埋め込み酸化膜(BOX層)2と、この埋め込み酸化膜2上に形成された単結晶Si層3と、から構成されている。
【0022】
次いで、単結晶Si層3の表面上に熱酸化法により厚さ10〜30nm程度のシリコン酸化膜5を形成する。このシリコン酸化膜5は単結晶Si層3上の応力を緩和するための膜である。次いで、このシリコン酸化膜5の上にCVD法により厚さ100〜200nm程度のシリコン窒化膜(SiN膜)6を堆積する。このシリコン窒化膜6は後述するCMP時の研磨ストッパーとして作用するものである。
【0023】
次いで、シリコン窒化膜6の上にフォトレジスト膜を塗布し、このフォトレジスト膜を露光、現像することにより、シリコン窒化膜6上にはトレンチ形成領域の上方が開口されたレジストパターン10が形成される。
【0024】
次いで、このレジストパターン10をマスクとしてシリコン窒化膜6を選択的にエッチング除去した後、シリコン酸化膜5を選択的にエッチング除去する。これにより、シリコン窒化膜6及びシリコン酸化膜5には開口部6aが形成され、この開口部下の単結晶Si層3の表面が露出する。その後、レジストパターン10を剥離する。
【0025】
次に、図1(b)に示すように、シリコン窒化膜6をマスクとして単結晶Si層3を選択的にエッチングすることにより、単結晶Si層3には深さ160nm程度のトレンチ3aが形成される。この際のエッチング条件は、Cl2とO2を用いたICP方式の異方性エッチングである。
【0026】
この後、図2(c)に示すように、トレンチ3a内及びシリコン窒化膜6上に高密度プラズマCVD法によりシリコン酸化膜11を堆積する。このシリコン酸化膜11の厚さは、トレンチ3aの深さの20%以上50%以下が好ましく、本実施の形態では32nm以上80nm以下が好ましい。また、高密度プラズマCVD法とは、例えばSiH4(シラン)とO2(酸素)をベースとした原料ガスをプラズマ密度1011/cm3以上のプラズマで反応させてシリコン酸化膜を堆積させるCVD法である。高密度プラズマCVD法を用いているのは、トレンチ内の底部にカバレージ良くシリコン酸化膜11を埋め込むためであるが、高密度プラズマCVD法に限定されるものではなく、カバレージ良く埋め込むことができれば他の方法を用いることも可能である。例えば、TEOS(tetraethylorthosilicate)を用いた減圧CVD法やオゾンとTEOSを用いた常圧CVD法でも良い。
【0027】
次に、図2(d)に示すように、トレンチ3a内にフッ酸処理を施す。このフッ酸処理は、効果的にラウンド酸化工程を行うための処理であり、その条件は、熱酸化膜の膜厚換算で5〜50nmの量を除去する条件の処理であることが望ましい。次いで、トレンチ3aの角部に丸みを形成するためのラウンド酸化工程を行う。即ち、トレンチ3a内に熱酸化法によりシリコン酸化膜7を形成する。この際の条件は、900℃〜1200℃、より好ましくは950℃〜1050℃の温度で酸化量が10〜50nmであることが好ましい。また、雰囲気はドライ又はウエットのどちらでも同様な効果が得られる。また、ラウンド酸化の効果はシリコン酸化膜11を通して単結晶Si層3と埋め込み酸化膜2との界面に影響するので、エッチング後のダメージ等は除去される。従って、ボイド無しの埋め込みが可能となる。
【0028】
次に、図3(e)に示すように、トレンチ3a内及びシリコン酸化膜11上にプラズマCVD法により素子分離用のシリコン酸化膜8を堆積する。
【0029】
この後、図3(f)に示すように、シリコン窒化膜6を研磨ストッパーとしてシリコン酸化膜8,11をCMP技術により研磨する。これにより、トレンチ内にはトレンチ素子分離膜8a,11が形成される。この際、シリコン窒化膜3は僅かに残される。また、このときのCMP研磨条件は、テーブル回転数が75rpm、トップリング回転数が50rpm、加圧が20kPaであり、研磨クロスは発泡ポリウレタン系を用い、スラリーにはシリカ系を用いることが好ましい。
【0030】
次に、図4に示すように、シリコン窒化膜6を選択的にエッチング除去し、その後、シリコン酸化膜5を選択的にエッチング除去する。
【0031】
上記実施の形態によれば、図2(d)に示すラウンド酸化を行う際、単結晶Si層3と埋め込み酸化膜2との界面はすでに高密度プラズマCVD法によるシリコン酸化膜11で埋め込まれている。このため、トレンチ内にフッ酸処理を施し、トレンチ内にラウンド酸化を行っても、従来技術のような逆テーパー形状が形成されるのを抑制できる。従って、トレンチ3a内に素子分離用のシリコン酸化膜8を埋め込むと、トレンチ内に完全にシリコン酸化膜が埋め込まれ、その結果、従来の半導体装置のようにトレンチ内にボイドが発生することを抑制できる。これにより、半導体装置の信頼性の低下を抑制できる。
【0032】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。
【0033】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、トレンチ内にラウンド酸化を行う際、単結晶Si層とその下の埋め込み酸化膜との界面はすでに第1酸化膜で埋め込まれている。したがって、トレンチ素子分離膜にボイドの発生を抑制した半導体装置及びその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】(a)は、本発明の実施の形態による半導体装置の製造方法を示す断面図であり、(b)は、(a)に示す工程の次の工程を示す断面図である。
【図2】(c)は、本発明の実施の形態による半導体装置の製造方法を示すものであって図1(b)に示す工程の次の工程を示す断面図であり、(d)は、(c)に示す工程の次の工程を示す断面図である。
【図3】(e)は、本発明の実施の形態による半導体装置の製造方法を示すものであって図2(d)に示す工程の次の工程を示す断面図であり、(f)は、(e)に示す工程の次の工程を示す断面図である。
【図4】本発明の実施の形態による半導体装置の製造方法を示すものであって図3(f)に示す工程の次の工程を示す断面図である。
【図5】(a)は、従来の半導体装置の製造方法を示す断面図であり、(b)は、(a)に示す工程の次の工程を示す断面図である。
【図6】(c)は、従来の半導体装置の製造方法を示すものであって図5(b)に示す工程の次の工程を示す断面図であり、(d)は、(c)に示す工程の次の工程を示す断面図である。
【符号の説明】
1,101…支持基板
2,102…埋め込み酸化膜(BOX層)
3,103…単結晶Si層
3a,103a…トレンチ
4,104…SOI基板
5,105…シリコン酸化膜
6,106…シリコン窒化膜
6a…開口部
7,8,107,108…シリコン酸化膜
8a,108a…トレンチ素子分離膜
10…レジストパターン
11…シリコン酸化膜
109…ボイド
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device having a step of forming a trench element isolation film on a single crystal Si layer of an SOI substrate and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
5 and 6 are cross-sectional views illustrating a conventional method for manufacturing a semiconductor device. This method of manufacturing a semiconductor device includes a step of forming a shallow trench isolation (STI) trench.
[0003]
First, an SOI (silicon on insulator) substrate 104 is prepared. The SOI substrate 104 includes a support substrate 101 made of single crystal silicon, a buried oxide film (BOX layer) 102 formed on the support substrate 101, and a single crystal Si layer 103 formed on the buried oxide film 102. , Is composed of.
[0004]
Next, as shown in FIG. 5A, a silicon oxide film 105 is formed on the surface of the single crystal Si layer 103 by a thermal oxidation method. Next, a silicon nitride film (SiN film) 106 is deposited on the silicon oxide film 105 by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. This silicon nitride film 106 functions as a polishing stopper during CMP (Chemical Mechanical Polishing) described later. Next, a photoresist film (not shown) is applied on the silicon nitride film 106, and the photoresist film is exposed and developed, whereby a resist having an opening above the trench formation region is formed on the silicon nitride film 106. A pattern is formed.
[0005]
Next, the silicon nitride film 106 and the silicon oxide film 105 are selectively etched using this resist pattern as a mask. Thereby, openings are formed in the silicon nitride film 106 and the silicon oxide film 105, and the surface of the single crystal Si layer 103 under the openings is exposed.
[0006]
Next, the resist pattern is peeled off. Thereafter, the single crystal Si layer 103 is selectively etched using the silicon nitride film 106 as a mask, whereby a trench 103 a is formed in the single crystal Si layer 103. Next, hydrofluoric acid treatment is performed in the trench. This hydrofluoric acid treatment is a treatment for effectively performing a round oxidation process.
[0007]
Next, as shown in FIG. 5B, a round oxidation process is performed to form roundness at the corners of the trench 103a. That is, the silicon oxide film 107 is formed in the trench 103a by a thermal oxidation method.
[0008]
Thereafter, as shown in FIG. 6C, a silicon oxide film 108 for element isolation is deposited in the trench 103a and on the silicon nitride film 106 by plasma CVD.
[0009]
Next, as shown in FIG. 6D, the silicon oxide film 108 is polished by the CMP technique using the silicon nitride film 106 as a polishing stopper. Next, the remaining silicon nitride film 106 is selectively removed, and then the silicon oxide film 105 is selectively removed by etching. In this manner, the silicon oxide film is buried in the trench 103a, and the trench element isolation film 108a is formed.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the conventional method for manufacturing a semiconductor device, hydrofluoric acid treatment is performed in the trench before the round oxidation process in order to perform effective round oxidation. In the case of the SOI substrate 104, since the buried oxide film 102 exists under the single-crystal Si layer 103, the interface between the buried oxide film 102 and the buried oxide film 102 is obtained by hydrofluoric acid treatment and round oxidation in the trench as shown in FIG. An inversely tapered shape is formed in the single crystal Si layer 103. When the silicon oxide film 108 is buried in the trench 103a having the reverse taper shape by the plasma CVD method as described above, the silicon oxide film is not completely buried, the step coverage is deteriorated, and the void 109 is generated in the vicinity of the reverse taper shape portion. There are things to do. As a result, the reliability of the semiconductor device decreases.
[0011]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a semiconductor device in which generation of voids in a trench element isolation film is suppressed, and a method for manufacturing the same.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device in which a trench element isolation film is formed in a single crystal Si layer of an SOI substrate,
Forming a trench in the single crystal Si layer;
A step of burying a first oxide film having a thickness of 20% or more and 50% or less of the trench depth in the bottom of the trench;
A step of round oxidation in the trench;
Forming a trench element isolation film by embedding a second oxide film in the trench;
It is characterized by comprising.
[0013]
According to the method for manufacturing a semiconductor device, when round oxidation is performed in the trench, the interface between the single crystal Si layer and the buried oxide film therebelow is already buried with the first oxide film. For this reason, even if round oxidation is performed in the trench, it is possible to suppress the formation of an inversely tapered shape as in the prior art. Therefore, when the second oxide film is embedded in the trench, the oxide film is completely embedded in the trench, and as a result, generation of voids in the trench as in the conventional semiconductor device can be suppressed.
[0014]
The semiconductor device manufacturing method according to the present invention may further include a step of performing hydrofluoric acid treatment in the trench between the step of filling the first oxide film and the step of performing the round oxidation. .
[0015]
In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the step of filling the first oxide film is preferably a step of forming a silicon oxide film at the bottom of the trench by a high density plasma CVD method.
[0016]
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the step of forming the trench includes forming a silicon nitride film on the single crystal Si layer, and forming a portion located above the trench formation region of the silicon nitride film. The step is preferably a step of forming a trench in the single crystal Si layer by opening and etching the single crystal Si layer using the silicon nitride film as a mask.
[0017]
A manufacturing method of a semiconductor device according to the present invention is a manufacturing method of a semiconductor device in which a trench element isolation film is formed in a single crystal Si layer of an SOI substrate,
Forming a silicon nitride film on the single crystal Si layer;
Opening a portion of the silicon nitride film located above the trench formation region;
Forming a trench in the single crystal Si layer by etching the single crystal Si layer using the silicon nitride film as a mask;
A step of forming a first oxide film having a trench depth of 20% or more and 50% or less in the trench and on the silicon nitride film by a high density plasma CVD method;
Forming a second oxide film in the trench and on the first oxide film;
Forming a trench element isolation film in the trench by polishing the second oxide film and the first oxide film by CMP using the silicon nitride film as a polishing stopper;
It is characterized by comprising.
[0018]
A semiconductor device according to the present invention is a semiconductor device in which a trench element isolation film is formed in a single crystal Si layer of an SOI substrate,
A trench formed in a single crystal Si layer;
A first oxide film having a depth of 20% to 50% and embedded in the bottom of the trench;
A second oxide film embedded in the trench and formed on the first oxide film;
Comprising
The trench element isolation film is composed of a first oxide film and a second oxide film.
[0019]
In the semiconductor device according to the present invention, it is preferable that the first oxide film is a silicon oxide film formed at a bottom portion in the trench by a high density plasma CVD method.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
1 to 4 are sectional views showing a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. This method of manufacturing a semiconductor device includes a step of forming an STI trench.
[0021]
First, as shown in FIG. 1A, an SOI substrate 4 is prepared. The SOI substrate 4 includes a support substrate 1 made of single crystal silicon, a buried oxide film (BOX layer) 2 formed on the support substrate 1, and a single crystal Si layer 3 formed on the buried oxide film 2. , Is composed of.
[0022]
Next, a silicon oxide film 5 having a thickness of about 10 to 30 nm is formed on the surface of the single crystal Si layer 3 by a thermal oxidation method. This silicon oxide film 5 is a film for relaxing the stress on the single crystal Si layer 3. Next, a silicon nitride film (SiN film) 6 having a thickness of about 100 to 200 nm is deposited on the silicon oxide film 5 by a CVD method. This silicon nitride film 6 functions as a polishing stopper during CMP, which will be described later.
[0023]
Next, a photoresist film is applied on the silicon nitride film 6, and this photoresist film is exposed and developed to form a resist pattern 10 having an opening above the trench formation region on the silicon nitride film 6. The
[0024]
Next, the silicon nitride film 6 is selectively removed by etching using the resist pattern 10 as a mask, and then the silicon oxide film 5 is selectively removed by etching. Thereby, an opening 6a is formed in the silicon nitride film 6 and the silicon oxide film 5, and the surface of the single crystal Si layer 3 under the opening is exposed. Thereafter, the resist pattern 10 is peeled off.
[0025]
Next, as shown in FIG. 1B, the single crystal Si layer 3 is selectively etched using the silicon nitride film 6 as a mask, whereby a trench 3a having a depth of about 160 nm is formed in the single crystal Si layer 3. Is done. The etching conditions at this time are ICP anisotropic etching using Cl 2 and O 2 .
[0026]
Thereafter, as shown in FIG. 2C, a silicon oxide film 11 is deposited in the trench 3a and on the silicon nitride film 6 by a high density plasma CVD method. The thickness of the silicon oxide film 11 is preferably 20% or more and 50% or less of the depth of the trench 3a. In the present embodiment, the thickness is preferably 32 nm or more and 80 nm or less. The high-density plasma CVD method is a CVD in which a silicon oxide film is deposited by reacting a source gas based on, for example, SiH 4 (silane) and O 2 (oxygen) with plasma having a plasma density of 10 11 / cm 3 or more. Is the law. The reason why the high-density plasma CVD method is used is to bury the silicon oxide film 11 in the bottom of the trench with good coverage. However, the high-density plasma CVD method is not limited to the high-density plasma CVD method. It is also possible to use this method. For example, a low pressure CVD method using TEOS (tetraethylorthosilicate) or an atmospheric pressure CVD method using ozone and TEOS may be used.
[0027]
Next, as shown in FIG. 2D, hydrofluoric acid treatment is performed in the trench 3a. This hydrofluoric acid treatment is a treatment for effectively performing a round oxidation process, and the condition is desirably a treatment under conditions for removing an amount of 5 to 50 nm in terms of the thickness of the thermal oxide film. Next, a round oxidation process is performed to form roundness at the corners of the trench 3a. That is, the silicon oxide film 7 is formed in the trench 3a by a thermal oxidation method. The conditions at this time are preferably 900 ° C. to 1200 ° C., more preferably 950 ° C. to 1050 ° C., and the oxidation amount is 10 to 50 nm. The same effect can be obtained whether the atmosphere is dry or wet. In addition, since the effect of round oxidation affects the interface between the single crystal Si layer 3 and the buried oxide film 2 through the silicon oxide film 11, damage after etching is removed. Therefore, it is possible to embed without voids.
[0028]
Next, as shown in FIG. 3E, a silicon oxide film 8 for element isolation is deposited in the trench 3a and on the silicon oxide film 11 by plasma CVD.
[0029]
Thereafter, as shown in FIG. 3F, the silicon oxide films 8 and 11 are polished by the CMP technique using the silicon nitride film 6 as a polishing stopper. Thereby, trench element isolation films 8a and 11 are formed in the trench. At this time, the silicon nitride film 3 is left slightly. Further, the CMP polishing conditions at this time are preferably a table rotation speed of 75 rpm, a top ring rotation speed of 50 rpm, and a pressure of 20 kPa, a foaming polyurethane system is used for the polishing cloth, and a silica system is used for the slurry.
[0030]
Next, as shown in FIG. 4, the silicon nitride film 6 is selectively removed by etching, and then the silicon oxide film 5 is selectively removed by etching.
[0031]
According to the above embodiment, when the round oxidation shown in FIG. 2D is performed, the interface between the single crystal Si layer 3 and the buried oxide film 2 is already buried with the silicon oxide film 11 by the high-density plasma CVD method. Yes. For this reason, even if hydrofluoric acid treatment is performed in the trench and round oxidation is performed in the trench, it is possible to suppress the formation of an inversely tapered shape as in the prior art. Therefore, if the silicon oxide film 8 for element isolation is embedded in the trench 3a, the silicon oxide film is completely embedded in the trench, and as a result, generation of voids in the trench as in the conventional semiconductor device is suppressed. it can. Thereby, the fall of the reliability of a semiconductor device can be suppressed.
[0032]
The present invention is not limited to the above embodiment, and can be implemented with various modifications.
[0033]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, when round oxidation is performed in the trench, the interface between the single crystal Si layer and the buried oxide film thereunder is already buried with the first oxide film. Therefore, it is possible to provide a semiconductor device in which generation of voids in the trench element isolation film is suppressed and a manufacturing method thereof.
[Brief description of the drawings]
1A is a cross-sectional view showing a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view showing a step subsequent to the step shown in FIG.
2C is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, showing a step subsequent to the step illustrated in FIG. 1B; FIG. It is sectional drawing which shows the next process of the process shown to (c).
3E is a cross-sectional view showing the next step of the step shown in FIG. 2D, which shows the manufacturing method of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, and FIG. It is sectional drawing which shows the next process of the process shown to (e).
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment of the present invention and showing a step subsequent to the step shown in FIG.
5A is a cross-sectional view showing a conventional method for manufacturing a semiconductor device, and FIG. 5B is a cross-sectional view showing a step subsequent to the step shown in FIG. 5A.
6C is a cross-sectional view showing a conventional method for manufacturing a semiconductor device, showing a step subsequent to the step shown in FIG. 5B; FIG. 6D is a cross-sectional view of FIG. It is sectional drawing which shows the next process of the process to show.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101 ... Support substrate 2,102 ... Embedded oxide film (BOX layer)
3, 103 ... single crystal Si layers 3a, 103a ... trench 4, 104 ... SOI substrate 5, 105 ... silicon oxide film 6, 106 ... silicon nitride film 6a ... openings 7, 8, 107, 108 ... silicon oxide film 8a, 108a ... trench element isolation film 10 ... resist pattern 11 ... silicon oxide film 109 ... void

Claims (4)

絶縁膜上に単結晶Si層を備えるSOI基板の、前記単結晶Si層に該単結晶Si層を貫通するトレンチを形成する工程と、
前記トレンチの底部に、前記トレンチが有する深さ20%以上50%以下の膜厚を有する第1酸化膜を形成する工程と、
前記トレンチにフッ酸処理を施す工程と、
前記トレンチ内にラウンド酸化を施す工程と、
前記トレンチ内に第2酸化膜を埋め込む工程と、を含み、
前記フッ酸処理を施す工程後の前記トレンチの底部は、前記第1酸化膜で完全に覆われていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming an SOI substrate having a single-crystal Si layer on an insulating film, a trench penetrating through the single-crystal Si layer on the single crystalline Si layer,
The bottom of the train Ji, forming a first oxide film with 50% or less of thickness of 20% or more of the depth of the trench has,
Applying hydrofluoric acid treatment to the trench;
A step of performing round oxide in the trench,
Comprises a higher write No Engineering fills second oxide layer in the trench,
A method of manufacturing a semiconductor device , wherein a bottom portion of the trench after the hydrofluoric acid treatment is completely covered with the first oxide film .
前記第1酸化膜を形成する工程は、前記トレンチの底部に高密度プラズマCVD法により形成することを特徴とする請求項に記載の半導体装置の製造方法。 The first step of forming an oxide film, a method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the benzalkonium be formed by high-density plasma CVD method on the bottom of the train Ji. 前記トレンチを形成する工程は、
前記単結晶Si層上にシリコン窒化膜を形成する工程と、
前記トレンチ形成領域の上方に位置する部分の前記シリコン窒化膜を開口する工程と、を更に含むことを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。
The step of forming the trench includes:
Forming a silicon nitride film on the single-crystal Si layer,
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1 or 2, further comprising a, a step of opening the silicon nitride film in a portion located above the trench forming region.
絶縁膜上に単結晶Si層を備えるSOI基板の、前記単結晶Si層上にシリコン窒化膜を形成する工程と、
前記シリコン窒化膜に開口部を形成する工程と、
前記開口部を介して、前記単結晶Si層をエッチングすることにより前記単結晶Si層に該単結晶Si層を貫通するトレンチを形成する工程と、
前記トレンチの底部に、前記トレンチが有する深さ20%以上50%以下の膜厚を有する第1酸化膜を高密度プラズマCVD法により形成する工程と、
前記トレンチにフッ酸処理を施す工程と、
前記トレンチの角にラウンド酸化を施す工程と、
前記トレンチ内及び前記第1酸化膜上に第2酸化膜を形成する工程と、
前記シリコン窒化膜が露出するまで、CMPにより研磨する工程と、を含み、
前記フッ酸処理を施す工程後の前記トレンチの底部は、前記第1酸化膜で完全に覆われていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
The SOI substrate having a single-crystal Si layer on an insulating film, forming a silicon nitride film on the single-crystal Si layer,
Forming an opening in the silicon nitride film,
Through the opening, by etching Gus Rukoto the single-crystal Si layer, a step of forming a trench through the single-crystal Si layer on the single crystalline Si layer,
And forming the bottom of the trench, the first oxide film with 50% or less of thickness of 20% or more of the depth of the trench has a high density plasma CVD method,
Applying hydrofluoric acid treatment to the trench;
A step of performing round oxide at the corners of the trench,
Forming a second oxide layer on the trench and the first oxide film,
Until said silicon nitride film is exposed, and a step of polishing by CMP,
A method of manufacturing a semiconductor device , wherein a bottom portion of the trench after the hydrofluoric acid treatment is completely covered with the first oxide film .
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