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JPH09153542A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method of manufacturing semiconductor device

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Publication number
JPH09153542A
JPH09153542A JP31238595A JP31238595A JPH09153542A JP H09153542 A JPH09153542 A JP H09153542A JP 31238595 A JP31238595 A JP 31238595A JP 31238595 A JP31238595 A JP 31238595A JP H09153542 A JPH09153542 A JP H09153542A
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JP
Japan
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trench
oxide film
film
silicon oxide
nitride film
Prior art date
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Granted
Application number
JP31238595A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2762973B2 (en
Inventor
Shigeharu Matsumoto
繁春 松本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP7312385A priority Critical patent/JP2762973B2/en
Publication of JPH09153542A publication Critical patent/JPH09153542A/en
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Publication of JP2762973B2 publication Critical patent/JP2762973B2/en
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  • Element Separation (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Local Oxidation Of Silicon (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable an even thickness trench structured element separating region to be formed regardless of width dimension by providing a trench in a semiconductor substrate to make a trench in a substrate for burying an oxide film in this trench to polish the surface of the trench by chemical mechanical polishing process. SOLUTION: After the formation of a wide trench in a silicon substrate 1, a silicon nitride film is selectively formed on the inside wall of the trench to form a thermal oxide film 7 as an oxidation-resistant film on the inner bottom in the central part of the trench. Next, oxide films 8 are buried in the trench to be polished by CMP process for the formation of an element separating resion. Through these procedures, the decrease in the film thickness on the central part of the wide element separating region can be avoided thereby enabling trench structure element isolation region in excellent flatness to be formed.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造方
法に関し、特に素子分離領域の形成方法に関するもので
ある。
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for forming an element isolation region.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、半導体装置の素子分離の製造方法
としてLOCOS(Local Oxidation
of Silicon)法を代表とする選択酸化法が用
いられてきた。しかし、この選択酸化法は、選択酸化膜
が素子領域に進入する、いわゆるバーズビークが発生
し、素子領域の有効面積を減らしてしまうという問題が
ある。また、選択酸化膜が素子領域面よりも上に突き出
て形成されて段差が生じるため、素子分離領域を形成以
後のプロセスで、リソグラフィ精度の低下や配線被覆不
良、いわゆる段切れなどの問題が生じる。このため、近
年の高集積化を目的とする半導体装置の素子分離構造
は、これらの問題を解決するトレンチ分離構造へと移行
してきている。
2. Description of the Related Art Conventionally, LOCOS (Local Oxidation) has been used as a method for manufacturing element isolation of a semiconductor device.
of silicon) has been used. However, this selective oxidation method has a problem that a so-called bird's beak occurs in which the selective oxide film enters the element region, and the effective area of the element region is reduced. In addition, since the selective oxide film is formed to protrude above the element region surface to cause a step, in the process after the formation of the element isolation region, problems such as a decrease in lithography accuracy and wiring coverage failure, so-called step disconnection, occur. . For this reason, the element isolation structure of a semiconductor device for the purpose of high integration in recent years has shifted to a trench isolation structure which solves these problems.

【0003】このようなトレンチ分離構造の形成方法の
一例として、例えば特開平4−250650号公報に記
載されたものがある。図5はその工程を示す断面図であ
り、まず、図5(a)のように、シリコン基板11の表
面を熱酸化してパッド酸化膜12を形成し、その上にC
VD法によりCMP(化学機械研磨:Chemical
Mechanical Polish)のストッパ膜
13を形成する。そして、素子分離領域のストッパー膜
13、パッド酸化膜12、シリコン基板11を選択的に
エッチングし、トレンチTを形成する。次に、熱酸化を
行いトレンチの内壁に酸化シリコン膜14を形成する。
As an example of a method of forming such a trench isolation structure, there is a method described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-250650. FIG. 5 is a cross-sectional view showing the process. First, as shown in FIG. 5A, the surface of the silicon substrate 11 is thermally oxidized to form a pad oxide film 12, and a C oxide film is formed thereon.
CMP (Chemical Mechanical Polishing: Chemical)
(Mechanical Polish) stopper film 13 is formed. Then, the stopper film 13, the pad oxide film 12, and the silicon substrate 11 in the element isolation region are selectively etched to form a trench T. Next, thermal oxidation is performed to form a silicon oxide film 14 on the inner wall of the trench.

【0004】次いで、図5(b)のように、例えばシリ
コン酸化膜のような埋め込み膜15を全面に堆積させ、
その上で図5(c)のようにCMPを行って、素子領域
上の埋込膜15を除去する。この時のCMPは、CMP
レートの遅いストッパ膜13で停止させている。最後
に、図5(d)のように、素子領域上のストッパ膜1
3、パッド酸化膜12を除去して素子分離領域を形成す
る。
Then, as shown in FIG. 5B, a buried film 15 such as a silicon oxide film is deposited on the entire surface,
Then, CMP is performed as shown in FIG. 5C to remove the buried film 15 on the element region. CMP at this time is CMP
It is stopped by the stopper film 13 having a slow rate. Finally, as shown in FIG. 5D, the stopper film 1 on the element region is formed.
3. Remove the pad oxide film 12 to form an element isolation region.

【0005】この方法では、CMPにより埋込膜15を
研磨しているが、その際に幅の広いトレンチ領域上の埋
込膜15は、凹部でありながら凸部と同様に研磨され
る。このため、ストッパ膜13でCMPを停止させた時
には、図6のようにかなり埋込膜15が研磨され、薄く
なってしまう。このように、トレンチ内の埋込膜15が
薄くなると、素子分離特性が劣化される原因となる。特
に、トレンチの下のシリコン基板11とトレンチ分離領
域上のゲート電極、あるいは配線との容量が増加し、半
導体装置の動作速度が低下してしまう。
In this method, the buried film 15 is polished by CMP. At this time, the buried film 15 on the wide trench region is polished in the same manner as the convex portion, although it is a concave portion. Therefore, when CMP is stopped by the stopper film 13, the embedded film 15 is considerably polished and becomes thin as shown in FIG. As described above, when the buried film 15 in the trench becomes thin, the element isolation characteristics are deteriorated. In particular, the capacitance between the silicon substrate 11 below the trench and the gate electrode or wiring on the trench isolation region increases, and the operating speed of the semiconductor device decreases.

【0006】このように、幅の広いトレンチ内の埋め込
み酸化膜が薄くなるという問題に対し、これを解決する
方法もいくつか提案されている。第1の方法としては特
開昭63−281441号公報に記載されたものがあ
る。この方法は、図7に示すように、まず図7(a)の
ように、シリコン基板21の全面にCVD法により粗密
なシリコン酸化膜22をCVD法により形成し、かつ素
子分離領域上のシリコン酸化膜22、シリコン基板21
を選択的にエッチングしてトレンチTを形成する。次い
で、ECR(Electron Cyctrotron
Resonsnce)を用いたCVD法により、トレ
ンチ段差部では粗密な膜で、平坦部では緻密なシリコン
酸化膜23を形成する。
As described above, several methods have been proposed to solve the problem that the buried oxide film in the wide trench becomes thin. As a first method, there is one described in JP-A-63-281441. In this method, as shown in FIG. 7, first, as shown in FIG. 7A, a dense silicon oxide film 22 is formed on the entire surface of a silicon substrate 21 by the CVD method, and the silicon oxide film 22 on the element isolation region is formed. Oxide film 22, silicon substrate 21
Is selectively etched to form a trench T. Next, ECR (Electron Cyclotron)
By a CVD method using Resonance, a dense silicon oxide film 23 is formed in a trench step portion and a dense silicon oxide film 23 is formed in a flat portion.

【0007】次に、図7(b)のように、シリコン酸化
膜23に対してウェットエッチングを行う。ウェットエ
ッチングレートは、粗密な膜の方が緻密な膜よりも30
〜40倍速い。このため、粗密なシリコン酸化膜232
選択的に除去される。このウエットエッチングによりま
ずトレンチ段差部の粗密な膜が除去される。そして、次
に除去されたトレンチ段差部の側壁から粗密なシリコン
酸化膜22がサイドエッチングされる。これに伴って緻
密なシリコン酸化膜23がリフトオフされ、粗密なシリ
コン酸化膜22と同時に除去される。結果として、この
ウェットエッチングにより、幅の狭いトレンチにはシリ
コン酸化膜23が無く、幅の広いトレンチの側壁部を除
く部分にのみ緻密なシリコン酸化膜23が残った状態に
なる。
Next, as shown in FIG. 7B, wet etching is performed on the silicon oxide film 23. The wet etching rate is 30 times higher for a dense film than for a dense film.
~ 40 times faster. Therefore, the dense silicon oxide film 232
Selectively removed. By this wet etching, first, the coarse / dense film at the trench step portion is removed. Then, the coarse and dense silicon oxide film 22 is side-etched from the side wall of the removed trench step. Along with this, the dense silicon oxide film 23 is lifted off and removed at the same time as the dense silicon oxide film 22. As a result, due to this wet etching, the silicon oxide film 23 does not exist in the narrow trench, and the dense silicon oxide film 23 remains only in the portion excluding the side wall of the wide trench.

【0008】次に、図7(c)のように、熱酸化により
表面にシリコン酸化膜24を形成した後、シリコン酸化
膜25をCVD法により堆積させる。シリコン酸化膜2
5の成長前には、表面は幅の狭いトレンチだけが存在し
ている状態となっている。したがって、シリコン酸化膜
25の成長後の表面はほぼ平坦となる。最後に、図7
(d)のように、素子領域の表面が露出するまでエッチ
ングを行って素子分離領域を形成する。この方法では、
シリコン酸化膜25の成長後の表面は、ほぼ平坦な状態
になっているため、エッチングにより表面を露出させれ
ば、分離幅に関係なく一様に埋め込まれたトレンチを形
成することができる。
Next, as shown in FIG. 7C, after a silicon oxide film 24 is formed on the surface by thermal oxidation, a silicon oxide film 25 is deposited by a CVD method. Silicon oxide film 2
Prior to the growth of 5, the surface is in a state where only narrow trenches are present. Therefore, the surface of silicon oxide film 25 after growth is substantially flat. Finally, FIG.
As shown in (d), etching is performed until the surface of the element region is exposed to form an element isolation region. in this way,
Since the surface after the growth of the silicon oxide film 25 is substantially flat, if the surface is exposed by etching, a uniformly buried trench can be formed regardless of the separation width.

【0009】また、第2の方法として特開平2−545
62号公報に記載された技術の工程フローを図8及び図
9に示す。この方法は、まず、図8(a)のように、シ
リコン基板31を熱酸化し熱酸化膜32を形成する。次
に、CVD法によりシリコン窒化膜33、シリコン酸化
膜34を順次形成する。そして、素子分離領域上のシリ
コン酸化膜34、シリコン窒化膜33、熱酸化膜32、
及びシリコン基板31を選択的にエッチングしてトレン
チTを形成する。次いで、図8(b)のように、熱酸化
を行った後、異方性エッチングを行い、トレンチの側壁
にのみ熱酸化膜35を残す。
A second method is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2-545.
FIGS. 8 and 9 show a process flow of the technology described in Japanese Patent Publication No. 62-62. In this method, first, as shown in FIG. 8A, a silicon substrate 31 is thermally oxidized to form a thermal oxide film 32. Next, a silicon nitride film 33 and a silicon oxide film 34 are sequentially formed by a CVD method. Then, the silicon oxide film 34, the silicon nitride film 33, the thermal oxide film 32 on the element isolation region,
Then, the trench T is formed by selectively etching the silicon substrate 31. Next, as shown in FIG. 8B, after performing thermal oxidation, anisotropic etching is performed to leave the thermal oxide film 35 only on the side walls of the trench.

【0010】次いで、図8(c)のように、シリコン酸
化膜34をマスクにトレンチTの底部に酸素イオンを注
入し、トレンチ底部の基板31内に埋め込みシリコン酸
化膜層36を形成する。次に、図8(d)のように、選
択エピタキシャル成長法により、トレンチ底部から素子
領域表面までシリコン層37を成長させる。その上で、
図9(a)のように、再度酸素イオン注入を行い、埋め
込みシリコン酸化膜層36につながるシリコン酸化膜層
38を形成する。そして、図9(b)のように、シリコ
ン酸化膜34を除去した後、シリコン窒化膜33を耐酸
化マスクとして熱酸化を行う。この酸化により、2度目
の酸素イオン注入でシリコン酸化膜に変換されなかった
表面のシリコン層39をシリコン酸化膜とし、前記シリ
コン酸化膜38に一体化させる。
Next, as shown in FIG. 8C, oxygen ions are implanted into the bottom of the trench T using the silicon oxide film 34 as a mask to form a buried silicon oxide film layer 36 in the substrate 31 at the bottom of the trench. Next, as shown in FIG. 8D, a silicon layer 37 is grown from the bottom of the trench to the surface of the element region by a selective epitaxial growth method. Moreover,
As shown in FIG. 9A, oxygen ions are implanted again to form a silicon oxide film layer 38 connected to the buried silicon oxide film layer 36. Then, as shown in FIG. 9B, after removing the silicon oxide film 34, thermal oxidation is performed using the silicon nitride film 33 as an oxidation-resistant mask. By this oxidation, the silicon layer 39 on the surface which has not been converted into the silicon oxide film by the second oxygen ion implantation is used as the silicon oxide film and integrated with the silicon oxide film 38.

【0011】最後に、図9(c)のように、シリコン窒
化膜33、熱酸化膜32を除去して素子分離領域を形成
する。この方法は、酸素イオン注入により、注入した領
域のシリコンをシリコン酸化膜に変換し、素子分離領域
を形成している。したがって、分離幅に関係なく一様な
厚さのトレンチ分離領域を形成することができる。
Finally, as shown in FIG. 9C, the silicon nitride film 33 and the thermal oxide film 32 are removed to form an element isolation region. In this method, silicon in an implanted region is converted into a silicon oxide film by oxygen ion implantation to form an element isolation region. Therefore, a trench isolation region having a uniform thickness can be formed irrespective of the isolation width.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】このように、幅の広い
トレンチ分離領域においても膜厚が低減されることがな
い素子分離構造の製造は可能とされているが、図7に示
した第1の方法では、ウェットエッチングにより素子領
域上の緻密なシリコン酸化膜をリフトオフにより除去す
る工程が必要でり、素子領域幅が狭い場合にはリフトオ
フにより容易に除去できるものの、実際に半導体装置に
設けられる数100μm幅の素子領域においては、緻密
なシリコン酸化膜をリフトオフさせることは、非常に困
難である。このため、第1の方法は、このような極めて
幅の広い素子領域を備える半導体装置への適用は困難で
ある。
As described above, it is possible to manufacture an element isolation structure in which the film thickness is not reduced even in a wide trench isolation region. The method of (1) requires a step of removing a dense silicon oxide film on the element region by wet etching by wet etching, and when the element region width is narrow, it can be easily removed by lift-off, but is actually provided in the semiconductor device. It is very difficult to lift off a dense silicon oxide film in an element region having a width of several 100 μm. Therefore, it is difficult to apply the first method to a semiconductor device including such an extremely wide element region.

【0013】一方、図8及び図9に示した第2の方法で
は、酸素イオン注入により、シリコンをシリコン酸化膜
に変換し、素子分離領域を形成しているが、シリコンを
シリコン酸化膜に変換させるためには、1E18ion
/cm2 程度の酸素イオン注入が必要である。この量を
注入されたシリコンには、かなりの結晶欠陥が生じるた
め、この結晶欠陥は注入後にアニールを行っても回復せ
ずに残ってしまう。したがって、この結晶欠陥が原因
で、トレンチ分離領域に面したPN接合部でリークが発
生する等、半導体装置の特性を劣化させる原因となる。
On the other hand, in the second method shown in FIGS. 8 and 9, silicon is converted to a silicon oxide film by oxygen ion implantation to form an element isolation region, but silicon is converted to a silicon oxide film. To make it work, 1E18ion
/ Cm 2 of oxygen ions is required. Since a considerable amount of crystal defects are generated in silicon implanted with this amount, the crystal defects remain without being recovered even if annealing is performed after the implantation. Therefore, the crystal defects cause deterioration of the characteristics of the semiconductor device, such as a leak at a PN junction facing the trench isolation region.

【0014】本発明の目的は、半導体装置における素子
領域や素子分離領域の寸法の影響を受けず、しかも半導
体装置の特性劣化を生じることなく幅の広い素子分離領
域を好適に製造することを可能にした半導体装置の製造
方法を提供することにある。
An object of the present invention is to be able to suitably manufacture a wide element isolation region without being affected by the dimensions of an element region or an element isolation region in a semiconductor device and without deteriorating the characteristics of the semiconductor device. To provide a method for manufacturing a semiconductor device.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明の製造方法は、半
導体基板の素子分離領域の表面にトレンチを形成する工
程と、このトレンチのうち幅の広いトレンチの中央部に
熱酸化膜を形成する工程と、トレンチを埋設するように
埋め込み酸化膜を半導体基板の全面に形成する工程と、
この埋め込み酸化膜を半導体基板の略表面高さ位置まで
研磨する工程とを含んでいる。
According to the manufacturing method of the present invention, a step of forming a trench on the surface of an element isolation region of a semiconductor substrate and a thermal oxide film is formed on the central portion of the widest trench. A step of forming a buried oxide film over the entire surface of the semiconductor substrate so as to fill the trench,
And a step of polishing the buried oxide film up to a substantially surface height position of the semiconductor substrate.

【0016】ここで、熱酸化膜の形成方法としては、幅
の広いトレンチの内側面に窒化膜を選択的に形成し、こ
の窒化膜を耐酸化膜としてトレンチの中央部に熱酸化膜
を形成する方法が採用できる。あるいは、幅の広い素子
分離領域ではその両端部の表面にトレンチを形成し、こ
のトレンチにマスクを充填して幅の広い素子分離領域の
中央部の半導体基板を所要の深さまでエッチングして浅
いトレンチを形成し、かつトレンチ内に窒化膜を埋設し
た上で、浅いトレンチの表面に熱酸化膜を形成する方法
が採用できる。
Here, as a method of forming the thermal oxide film, a nitride film is selectively formed on the inner side surface of the wide trench, and the nitride film is used as an oxidation resistant film to form the thermal oxide film in the central portion of the trench. The method of doing can be adopted. Alternatively, in the wide element isolation region, trenches are formed on the surfaces of both ends thereof, and the trench is filled with a mask to etch the semiconductor substrate at the center of the wide element isolation region to a required depth to form a shallow trench. It is possible to employ a method in which the thermal oxide film is formed on the surface of the shallow trench after forming the trench and burying the nitride film in the trench.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図1及び図2は本発明の第1の実施
形態の工程フロー断面図である。まず、図1(a)のよ
うに、シリコン基板1の表面に熱酸化を行って全面に1
0nmの薄いシリコン酸化膜2を形成する。また、CV
D法によりシリコン窒化膜3、シリコン酸化膜4を順次
50nm,50nmの厚さに形成する。次いで、フォト
リソグラフィ法により素子領域に図外のフォトレジスト
マスクを形成し、素子分離領域の前記シリコン酸化膜
4、シリコン窒化膜3、シリコン酸化膜2、シリコン基
板1を順次ドライエッチングし、幅の狭いトレンチTa
と幅の広いトレンチTbを形成する。各トレンチは、シ
リコン基板1に300nmの深さで形成する。その後、
フォトレジストマスクを剥離する。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 and 2 are process flow cross-sectional views of a first embodiment of the present invention. First, as shown in FIG. 1 (a), the surface of the silicon substrate 1 is thermally oxidized to form 1
A thin silicon oxide film 2 of 0 nm is formed. Also, CV
The silicon nitride film 3 and the silicon oxide film 4 are sequentially formed by the D method to have a thickness of 50 nm and 50 nm. Next, a photoresist mask (not shown) is formed in the element region by photolithography, and the silicon oxide film 4, the silicon nitride film 3, the silicon oxide film 2, and the silicon substrate 1 in the element isolation region are sequentially dry-etched to obtain a width. Narrow trench Ta
And a wide trench Tb is formed. Each trench is formed in the silicon substrate 1 at a depth of 300 nm. afterwards,
Strip the photoresist mask.

【0018】次いで、図1(b)のように、前記シリコ
ン窒化膜3を耐酸化マスクとして熱酸化を行い、トレン
チTa,Tbの内壁に40nmのシリコン酸化膜5を形
成する。さらに、シリコン窒化膜6を全面に200nm
形成した後、ドライエッチングによる異方性エッチング
バックを行い、これにより幅の狭いトレンチTaではシ
リコン窒化膜6は除去されないが、幅の広いトレンチT
bではトレンチ側壁にシリコン窒化膜6のサイドウォー
ルを形成する。次に、図1(c)のように、シリコン窒
化膜3,6を耐酸化マスクとして高温熱酸化を行い、幅
の広いトレンチTbの底面中央部に780nmの厚いシ
リコン酸化膜7を形成する。このとき、シリコン酸化膜
7表面の高さは、素子領域のシリコン酸化膜4の高さと
同一になるように酸化条件を設定する。
Next, as shown in FIG. 1B, thermal oxidation is performed using the silicon nitride film 3 as an oxidation resistant mask to form a 40 nm silicon oxide film 5 on the inner walls of the trenches Ta and Tb. Further, a silicon nitride film 6 is
After the formation, anisotropic etching back by dry etching is performed, so that the silicon nitride film 6 is not removed in the narrow trench Ta, but the wide trench T
In step b, a sidewall of the silicon nitride film 6 is formed on the side wall of the trench. Next, as shown in FIG. 1C, high-temperature thermal oxidation is performed using the silicon nitride films 3 and 6 as an oxidation-resistant mask to form a thick 780-nm thick silicon oxide film 7 at the center of the bottom of the wide trench Tb. At this time, the oxidation conditions are set so that the height of the surface of the silicon oxide film 7 is the same as the height of the silicon oxide film 4 in the element region.

【0019】続いて、図2(a)のように、シリコン窒
化膜6のサイドウォールをウェットエッチングにより除
去した後、CVD法によりシリコン酸化膜8を800n
m形成し、トレンチTa,Tbを被覆する。シリコン酸
化膜8の形成前は、幅の広い素子分離領域の中央部に熱
酸化によるシリコン酸化膜7があり、表面には幅の狭い
凹部のみが存在しているが、厚いシリコン酸化膜8を形
成した後の表面は、ほぼ平坦とされる。そして、窒素雰
囲気で、900℃の温度で30分間アニールを行う。こ
のアニールは、シリコン酸化膜8を緻密化するために行
う。
Subsequently, as shown in FIG. 2A, the sidewall of the silicon nitride film 6 is removed by wet etching, and then the silicon oxide film 8 is removed by 800 nm by CVD.
m to cover the trenches Ta and Tb. Before the formation of the silicon oxide film 8, the silicon oxide film 7 formed by thermal oxidation is located at the center of the wide element isolation region, and only the narrow recess exists on the surface. After the formation, the surface is substantially flat. Then, annealing is performed at a temperature of 900 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere. This annealing is performed to make the silicon oxide film 8 dense.

【0020】しかる後、図2(b)のように、前記シリ
コン酸化膜8に対してCMPを行う。CMPはCMPレ
ートの遅いシリコン窒化膜3で停止させる。そして、図
2(c)のように、シリコン窒化膜3をマスクにウェッ
トエッチングを行い、トレンチTa,Tb上のシリコン
酸化膜7,8をシリコン酸化膜2の表面の高さまで後退
させる。最後にシリコン窒化膜3、シリコン酸化膜2を
除去して素子分離領域を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 2B, the silicon oxide film 8 is subjected to CMP. The CMP is stopped at the silicon nitride film 3 having a low CMP rate. Then, as shown in FIG. 2C, wet etching is performed using the silicon nitride film 3 as a mask, and the silicon oxide films 7 and 8 on the trenches Ta and Tb are retracted to the level of the surface of the silicon oxide film 2. Finally, the silicon nitride film 3 and the silicon oxide film 2 are removed to form an element isolation region.

【0021】このように、本発明の第1の実施形態では
CMP法を用いてはいても、広い幅の素子分離領域の中
央部の研磨が促進されることはなく、表面が平坦な状態
に研磨される。すなわち、図5に示したCMP法では、
幅の広いトレンチ領域上の埋め込み膜12が凹部であり
ながら凸部と同様に研磨され、トレンチ内の埋め込み膜
12が薄くなってしまった。これは、研磨パッドに弾力
性があり、ある程度の凹凸に合わせて研磨パッドが変形
し、凹部の底部にも研磨パッドが接触するためである。
このようにCMP前の表面形状は、CMP後にある程度
転写されてしまう。転写について調査した結果では、幅
の広さが500μm以上の凹部の場合にはCMP後もC
MP前と同じように凹形状になる。これに対し、本発明
ではトレンチの中央部にシリコンの熱酸化膜7が形成さ
れているために、CMP前の表面はほぼ平坦な状態であ
る。したがって、トレンチ内の埋め込み膜が薄くなって
しまうことはない。
As described above, in the first embodiment of the present invention, even if the CMP method is used, the polishing of the central portion of the wide element isolation region is not promoted and the surface is flattened. To be polished. That is, in the CMP method shown in FIG.
Although the buried film 12 on the wide trench region was a concave portion, it was polished in the same manner as the convex portion, and the buried film 12 in the trench was thinned. This is because the polishing pad has elasticity, the polishing pad is deformed according to a certain degree of unevenness, and the polishing pad comes into contact with the bottom of the concave portion.
Thus, the surface shape before CMP is transferred to some extent after CMP. As a result of investigating the transfer, in the case of a recess having a width of 500 μm or more, the C
It becomes concave like before MP. On the other hand, in the present invention, since the thermal oxide film 7 of silicon is formed at the center of the trench, the surface before the CMP is almost flat. Therefore, the buried film in the trench does not become thin.

【0022】本発明の第2の実施形態を説明する。図3
及び図4はその工程フロー断面図であり、第1の実施形
態と等価な部分には同一符号を付してある。先ず、図3
(a)のように、シリコン基板1の表面に熱酸化により
10nmの薄いシリコン酸化膜2を形成する。次に、C
VD法によりシリコン窒化膜3、シリコン酸化膜4を順
次50nm,50nmの厚さに形成する。そして、フォ
トリソグラフィ法により図外のフォトレジストマスクを
形成し、このフォトレジストマスクに覆われていない領
域のシリコン酸化膜4、シリコン窒化膜3、シリコン酸
化膜2、およびシリコン基板1を順次ドライエッチング
し、幅の狭いトレンチTaを形成する。このとき、フォ
トレジストマスクは、0.7μm以上の幅の広い素子分
離領域の両端部分(素子分離領域端からの距離が0.3
5μm以内の領域)と0.7μm以下の幅の狭い素子分
離領域部分が開口されるようなパターンに形成する。ま
た、トレンチはシリコン基板面から300nmの深さで
形成する。
A second embodiment of the present invention will be described. FIG.
4 and FIG. 4 are process flow cross-sectional views thereof, in which parts equivalent to those in the first embodiment are designated by the same reference numerals. First, FIG.
As shown in (a), a thin silicon oxide film 2 of 10 nm is formed on the surface of the silicon substrate 1 by thermal oxidation. Next, C
A silicon nitride film 3 and a silicon oxide film 4 are sequentially formed to a thickness of 50 nm and 50 nm by the VD method. Then, a photoresist mask (not shown) is formed by the photolithography method, and the silicon oxide film 4, the silicon nitride film 3, the silicon oxide film 2, and the silicon substrate 1 in the region not covered with the photoresist mask are sequentially dry-etched. Then, a trench Ta having a narrow width is formed. At this time, the photoresist mask has both ends of the element isolation region with a width of 0.7 μm or more (the distance from the edge of the element isolation region is 0.3.
The pattern is formed such that a region within 5 μm) and a narrow element isolation region portion of 0.7 μm or less are opened. The trench is formed to a depth of 300 nm from the silicon substrate surface.

【0023】次いで、図3(b)のように、前記フォト
レジストマスクを剥離した後、再度フォトリソグラフィ
法によりフォトレジストマスク9を形成する。フォトレ
ジストマスク9は、前記幅の広い素子分離領域の中央部
(素子分離領域端からの距離が0.35μm以上離れて
いる領域)が開口させるパターンに形成する。そして、
このフォトレジストマスク9に覆われていない領域のシ
リコン酸化膜4、シリコン窒化膜3、シリコン酸化膜
2、シリコン基板1を順次ドライエッチングする。この
エッチングにより表面から105nmの厚さのシリコン
層を除去し、ここに相対的に浅いトレンチTcが形成さ
れ、その両側の幅の狭いトレンチTaとで幅の広いトレ
ンチTbとして構成される。
Next, as shown in FIG. 3B, after the photoresist mask is removed, a photoresist mask 9 is formed again by photolithography. The photoresist mask 9 is formed in a pattern that opens at the center of the wide element isolation region (the region separated from the edge of the element isolation region by 0.35 μm or more). And
The silicon oxide film 4, the silicon nitride film 3, the silicon oxide film 2, and the silicon substrate 1 in the region not covered by the photoresist mask 9 are sequentially dry-etched. By this etching, a silicon layer having a thickness of 105 nm is removed from the surface, a relatively shallow trench Tc is formed here, and a narrow trench Ta on both sides thereof is formed as a wide trench Tb.

【0024】次いで、図3(c)のように、フォトレジ
ストマスク9を剥離後、シリコン窒化膜3を耐酸化マス
クとして熱酸化を行い、露出しているトレンチTa,T
bのシリコン基板の表面に40nmのシリコン酸化膜5
を形成する。次に、シリコン窒化膜6を全面に200n
m形成した後、ドライエッチングによる異方性エッチン
グバックを行い、トレンチをシリコン窒化膜6で埋め込
む。次いで、図4(a)のように、シリコン窒化膜3,
6を耐酸化マスクとして高温熱酸化を行い、浅いトレン
チTcの表面に430nmの厚いシリコン酸化膜7を形
成する。このとき、シリコン酸化膜7の表面の高さが素
子領域のシリコン酸化膜4の高さと同じになるように酸
化条件を設定する。
Next, as shown in FIG. 3C, after the photoresist mask 9 is peeled off, thermal oxidation is performed using the silicon nitride film 3 as an oxidation resistant mask to expose the exposed trenches Ta and T.
40 nm silicon oxide film 5 on the surface of the silicon substrate
To form Next, a silicon nitride film 6 is deposited on the entire surface for 200 n.
After the formation of m, anisotropic etching back by dry etching is performed to fill the trench with the silicon nitride film 6. Next, as shown in FIG.
High-temperature thermal oxidation is performed using the oxidation-resistant mask 6 to form a 430-nm thick silicon oxide film 7 on the surface of the shallow trench Tc. At this time, the oxidation conditions are set so that the height of the surface of the silicon oxide film 7 is the same as the height of the silicon oxide film 4 in the element region.

【0025】次いで、図4(b)のように、トレンチを
埋め込んでいるシリコン窒化膜6をウェットエッチング
により除去した後、CVD法によりシリコン酸化膜8を
800nmの厚さに形成する。このシリコン酸化膜8の
形成前は、幅の広い素子分離領域の中央部に熱酸化によ
るシリコン酸化膜7があり、表面には幅の狭い凹部のみ
が存在している。したがって、厚いシリコン酸化膜8を
形成した後の表面はほぼ平坦になっている。次に、図4
(c)のように、窒素雰囲気で900℃の温度で30分
間アニールを行う。このアニールは、シリコン酸化膜8
を緻密化するために行う。そして、前記シリコン酸化膜
8に対してCMPを行う。このCMPはCMPレートの
遅いシリコン窒化膜3で停止させる。次いで、図4
(d)のように、シリコン窒化膜3をマスクに、ウェッ
トエッチングを行い、トレンチ上のシリコン酸化膜7,
8をシリコン酸化膜2表面の高さまで後退させる。最後
にシリコン窒化膜3、シリコン酸化膜2をウェットエッ
チングにより除去して素子分離領域を形成する。
Next, as shown in FIG. 4B, after the silicon nitride film 6 filling the trench is removed by wet etching, a silicon oxide film 8 is formed to a thickness of 800 nm by the CVD method. Before the formation of the silicon oxide film 8, the silicon oxide film 7 formed by thermal oxidation is located at the center of the wide element isolation region, and only a narrow recess exists on the surface. Therefore, the surface after forming the thick silicon oxide film 8 is substantially flat. Next, FIG.
As shown in (c), annealing is performed in a nitrogen atmosphere at a temperature of 900 ° C. for 30 minutes. This annealing is performed by the silicon oxide film 8.
Is performed in order to densify. Then, CMP is performed on the silicon oxide film 8. This CMP is stopped at the silicon nitride film 3 having a low CMP rate. Then, FIG.
As shown in FIG. 3D, wet etching is performed using the silicon nitride film 3 as a mask to form a silicon oxide film 7 on the trench.
8 is retracted to the level of the silicon oxide film 2 surface. Finally, the silicon nitride film 3 and the silicon oxide film 2 are removed by wet etching to form element isolation regions.

【0026】この第2の実施形態においても、幅の広い
トレンチTbで構成される素子分離領域の中央部には浅
いトレンチTcの熱酸化膜7が存在しているため、CM
P前の素子分離領域の表面はほぼ平坦な状態となる。し
たがって、図5の方法のようにCMP前の形状を転写し
てトレンチ内の埋め込み膜が薄くなってしまうことはな
い。また、この第2の実施形態では、トレンチ中央部に
形成するシリコンの熱酸化膜7はシリコン基板の深さ方
向に浅く、その厚さが第1の実施形態よりも薄く形成さ
れているため、熱酸化中の応力による結晶欠陥の発生を
抑制することができる。
Also in the second embodiment, since the thermal oxide film 7 of the shallow trench Tc exists in the central portion of the element isolation region constituted by the wide trench Tb, CM
The surface of the element isolation region before P is in a substantially flat state. Therefore, unlike the method of FIG. 5, the shape before the CMP is transferred and the buried film in the trench is not thinned. Further, in the second embodiment, the thermal oxide film 7 of silicon formed in the central portion of the trench is shallow in the depth direction of the silicon substrate and its thickness is formed thinner than that of the first embodiment. Generation of crystal defects due to stress during thermal oxidation can be suppressed.

【0027】[0027]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、半導体基
板の素子分離領域の表面にトレンチを形成し、かつトレ
ンチのうち幅の広いトレンチの中央部に熱酸化膜を形成
し、しかる上でトレンチを埋設するように埋め込み酸化
膜を形成した後、この埋め込み酸化膜を半導体基板の略
表面高さ位置まで研磨することにより、素子分離領域の
幅寸法に関係なく一様な厚さのトレンチ構造の素子分離
領域を形成することができる。したがって、本発明で
は、リフトオフ技術を用いる必要がなく、幅の広い領域
をリフトオフするという非常に困難な作業を行わなくて
も良い。また、酸素イオン注入によりシリコンをシリコ
ン酸化膜に変換するプロセスを用いる必要もなく、注入
欠陥による接合リークの問題も生じない。
As described above, according to the present invention, the trench is formed on the surface of the element isolation region of the semiconductor substrate, and the thermal oxide film is formed at the center of the wide trench among the trenches. After forming a buried oxide film so as to fill the trench, the buried oxide film is polished to a substantially surface height position of the semiconductor substrate to obtain a trench structure having a uniform thickness regardless of the width dimension of the element isolation region. The element isolation region can be formed. Therefore, in the present invention, it is not necessary to use a lift-off technique, and it is not necessary to perform a very difficult operation of lifting off a wide area. Also, there is no need to use a process for converting silicon into a silicon oxide film by oxygen ion implantation, and there is no problem of junction leakage due to implantation defects.

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

【図1】本発明の第1の実施形態を工程順に示す断面図
のその1である。
FIG. 1 is a first cross-sectional view showing a first embodiment of the present invention in the order of steps.

【図2】本発明の第1の実施形態を工程順に示す断面図
のその2である。
FIG. 2 is a second sectional view showing the first embodiment of the present invention in the order of steps.

【図3】本発明の第2の実施形態を工程順に示す断面図
のその1である。
FIG. 3 is a first sectional view showing the second embodiment of the present invention in the order of steps.

【図4】本発明の第2の実施形態を工程順に示す断面図
のその2である。
FIG. 4 is a second sectional view showing the second embodiment of the present invention in process order.

【図5】従来の製造方法を工程順に示す断面図である。FIG. 5 is a sectional view showing a conventional manufacturing method in the order of steps.

【図6】図5の製造方法における問題点を説明するため
の断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view for describing a problem in the manufacturing method of FIG. 5;

【図7】従来の改善された第1の方法を工程順に示す断
面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a conventional improved first method in the order of steps.

【図8】従来の改善された第2の製造方法を工程順に示
す断面図のその1である。
FIG. 8 is a first cross-sectional view showing a second improved conventional manufacturing method in the order of steps;

【図9】従来の改善された第2の製造方法を工程順に示
す断面図のその2である。
FIG. 9 is a second sectional view showing the second improved conventional manufacturing method in the order of steps;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン基板 2 シリコン酸化膜 3 シリコン窒化膜 4 シリコン酸化膜 5 シリコン酸化膜 6 シリコン窒化膜 7 シリコン酸化膜 Ta,Tb,Tc トレンチ Reference Signs List 1 silicon substrate 2 silicon oxide film 3 silicon nitride film 4 silicon oxide film 5 silicon oxide film 6 silicon nitride film 7 silicon oxide film Ta, Tb, Tc trench

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板の素子分離領域の表面にトレ
ンチを形成する工程と、前記トレンチのうち幅の広いト
レンチの中央部に熱酸化膜を形成する工程と、前記トレ
ンチを埋設するように埋め込み酸化膜を前記半導体基板
の全面に形成する工程と、前記埋め込み酸化膜を前記半
導体基板の略表面高さ位置まで研磨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。
1. A step of forming a trench in a surface of an element isolation region of a semiconductor substrate, a step of forming a thermal oxide film in a central portion of a wide trench among the trenches, and a step of filling the trench so as to fill the trench. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of forming an oxide film on the entire surface of the semiconductor substrate; and a step of polishing the embedded oxide film to a substantially surface height position of the semiconductor substrate.
【請求項2】 幅の広いトレンチの内側面に窒化膜を選
択的に形成し、この窒化膜を耐酸化膜としてトレンチの
中央部に熱酸化膜を形成する請求項1の半導体装置の製
造方法。
2. A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a nitride film is selectively formed on the inner side surface of the wide trench, and the thermal oxidation film is formed in the center of the trench by using this nitride film as an oxidation resistant film. .
【請求項3】 トレンチを含む全面に窒化膜を形成し、
この窒化膜を異方性エッチングしてトレンチの内側面に
窒化膜を残す請求項2の半導体装置の製造方法。
3. A nitride film is formed on the entire surface including the trench,
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the nitride film is anisotropically etched to leave the nitride film on the inner surface of the trench.
【請求項4】 幅の広い素子分離領域ではその両端部の
表面にトレンチを形成し、このトレンチにマスクを充填
して前記幅の広い素子分離領域の中央部の半導体基板を
所要の深さまでエッチングして浅いトレンチを形成し、
前記トレンチ内に窒化膜を埋設した上で、前記浅いトレ
ンチの表面に熱酸化膜を形成する請求項2の半導体装置
の製造方法。
4. In the wide element isolation region, trenches are formed on the surfaces of both ends thereof, and the trench is filled with a mask to etch the semiconductor substrate at the center of the wide element isolation region to a required depth. To form a shallow trench,
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein a nitride film is buried in the trench, and then a thermal oxide film is formed on the surface of the shallow trench.
【請求項5】 トレンチ及び浅いトレンチを含む領域に
窒化膜を形成し、この窒化膜を異方性エッチングしてト
レンチ内にのみ窒化膜を埋設する請求項4の半導体装置
の製造方法。
5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein a nitride film is formed in a region including the trench and the shallow trench, and the nitride film is anisotropically etched to fill the nitride film only in the trench.
【請求項6】 研磨する方法が化学機械的研磨方法(C
MP法)である請求項1ないし5のいずれかの半導体装
置の製造方法。
6. A polishing method is a chemical mechanical polishing method (C
6. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the method is the MP method).
【請求項7】 0.4μm以上の幅の素子分離形成領域
の中央部に熱酸化膜を形成する請求項1ないし6のいず
れかの半導体装置の製造方法。
7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a thermal oxide film is formed in a central portion of an element isolation formation region having a width of 0.4 μm or more.
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