JPH11214378A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は基板に形成された溝
部を堆積膜で埋め込んで最終的に基体の表面を略平坦化
する半導体装置の製造方法に関し、特に溝部の内部に残
すべき堆積膜の膜減りを抑えながら溝部の外部に残存す
る不要な堆積膜を容易かつ十分に除去する方法に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device in which a groove formed in a substrate is buried with a deposited film and finally the surface of a substrate is substantially flattened. The present invention relates to a method for easily and sufficiently removing an unnecessary deposited film remaining outside a groove while suppressing a film loss.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体装置の製造分野においては、素子
の高集積化とパターン寸法の微細化の進展に伴って、基
体の平坦化の重要性が高まっている。一例として、基体
に形成された溝(トレンチ)や接続孔を埋め込むように
絶縁膜や導電膜を十分な厚さに堆積させ、溝や接続孔の
外部に堆積した不要部を除去する埋込み平坦化技術は、
トレンチ素子分離、トレンチキャパシタ、メタルプラグ
の形成に広く応用されている。2. Description of the Related Art In the field of manufacturing semiconductor devices, the importance of flattening a base is increasing with the progress of high integration of elements and miniaturization of pattern dimensions. As an example, an embedded film or conductive film is deposited to a sufficient thickness so as to fill a groove (trench) or a contact hole formed in a base, and buried flattening is performed to remove unnecessary portions deposited outside the groove or the contact hole. The technology is
Widely applied to the formation of trench element isolation, trench capacitors and metal plugs.
【0003】絶縁膜や導電膜を堆積させる方法として、
近年、高密度プラズマCVD(化学的気相成長)法が提
案されている。平行平板電極間にRFパワーを印加して
グロー放電を起こしたり、導波管から導入されるマイク
ロ波を用いてマイクロ波放電を起こして励起されるプラ
ズマでは、達成可能なイオン密度はせいぜい1010/c
m3 のオーダーである。これに対し高密度プラズマは、
電子サイクロトロン共鳴(ECR)、磁界中の特殊なマ
イクロ波伝搬モード(ホイッスラーモード)、誘導磁場
によるプラズマの閉じ込め効果等を利用して電子とガス
原子の衝突回数を増やしたものであり、一般的にはイオ
ン密度が1011/cm3 以上のオーダーのものを指す。As a method for depositing an insulating film or a conductive film,
In recent years, a high-density plasma CVD (chemical vapor deposition) method has been proposed. In a plasma excited by applying a RF power between the parallel plate electrodes to generate a glow discharge or generating a microwave discharge using a microwave introduced from a waveguide, the achievable ion density is at most 10 10 / C
m is 3 of the order. In contrast, high-density plasma
The number of collisions between electrons and gas atoms is increased by utilizing electron cyclotron resonance (ECR), a special microwave propagation mode (Whistler mode) in a magnetic field, and the confinement effect of plasma by an induced magnetic field. Indicates an ion density on the order of 10 11 / cm 3 or more.
【0004】これらの高密度プラズマを生成させるプラ
ズマ装置は通常、電界生成用の電力と基板バイアスとを
独立に制御できる構成とされており、このために、イオ
ン密度を下げることなく基板に対するイオンの入射エネ
ルギーを制御することが可能である。したがって、この
種のプラズマ装置をCVDに利用すると、堆積過程にも
とづく膜の成長とイオンスパッタ過程にもとづくその浸
食とを同時に進行させることができ、前者が後者をわず
かに上回るような条件設定を行うことにより、ステップ
カバレージ、ギャップフィル(埋込み)特性、膜の緻密
性に優れる堆積膜を形成することができる。A plasma apparatus for generating these high-density plasmas is generally configured so that the electric power for generating an electric field and the substrate bias can be controlled independently. It is possible to control the incident energy. Therefore, if this type of plasma apparatus is used for CVD, the growth of the film based on the deposition process and the erosion based on the ion sputtering process can proceed simultaneously, and the conditions are set such that the former slightly exceeds the latter. This makes it possible to form a deposited film having excellent step coverage, gap fill (embedding) characteristics, and denseness of the film.
【0005】ところが、上述のような堆積過程とイオン
スパッタ過程とが競合するような条件下で形成される堆
積膜は、溝や孔の外部、すなわち基体の平坦部の上で斜
面を有する特有の形状を呈し、しかもその膜厚が上記中
間領域の広さによって異なるために、均一な除去が難し
いという問題を抱えている。図11に、このような堆積
膜の一例を示す。この図は、一例としてトレンチ素子分
離に用いられるトレンチ14がシリコン(Si)基板1
1に形成された状態を示している。Si基板11の表面
には薄いSiO2 膜12がたとえば熱酸化により形成さ
れており、その上に窒化シリコン(SiN)エッチング
停止膜13が積層されている。上記SiNエッチング停
止膜13は、後述のSiOx堆積膜15の不要部15
b,15cを除去する際のエッチングからSi基板11
を保護するための膜であり、上記SiO2 膜12はSi
Nエッチング停止膜13の成膜による応力を緩和するた
めのパッドSiOx膜として機能するものである。トレ
ンチ14は、これらSiNエッチング停止膜13やSi
O2 膜12とSi基板11を共通のマスクを介して一括
的にエッチングすることにより形成されている。However, a deposited film formed under conditions in which the above-described deposition process and ion sputtering process compete with each other has a specific slope having a slope outside a groove or a hole, that is, on a flat portion of a substrate. It has a problem that it is difficult to remove uniformly because it has a shape and its thickness varies depending on the width of the intermediate region. FIG. 11 shows an example of such a deposited film. In this figure, as an example, a trench 14 used for trench element isolation is a silicon (Si) substrate 1.
1 shows a state formed. On the surface of the Si substrate 11, a thin SiO 2 film 12 is formed by, for example, thermal oxidation, and a silicon nitride (SiN) etching stop film 13 is laminated thereon. The SiN etching stop film 13 serves as an unnecessary portion 15 of a SiOx deposition film 15 described later.
b, 15c to remove the Si substrate 11 from the etching.
The SiO 2 film 12 is a film for protecting
It functions as a pad SiOx film for alleviating the stress due to the formation of the N etching stop film 13. The trench 14 is formed by the SiN etching stop film 13 and the Si
It is formed by etching the O 2 film 12 and the Si substrate 11 collectively through a common mask.
【0006】上記の基体の全面は、たとえばECR−C
VD法により形成されたSiOx堆積15に被覆されて
いる。このSiO2 堆積膜15は、上記トレンチ14の
内部を完全に埋め込む埋込み部15aと、トレンチ14
の外部に堆積する不要部15b,15cとを含む。ここ
で、不要部15b,15cが斜面を有する特有の形状を
呈しているのは、SiOx堆積膜15の成長途中でSi
Nエッチング停止膜13を被覆する肩状部分がイオン入
射による膜減りを起こし易く、この部分が常に削り取ら
れながら膜成長が進むからである。このような膜成長
は、不要部15b,15cの形状や寸法にパターン依存
性を必然的に生み出す。すなわち、図11に示されるよ
うに、トレンチ14で区画される素子形成領域の幅が相
対的に大きい領域では大きな不要部15bが形成され、
この幅が相対的に小さい領域では小さな三角状の不要部
15cが形成される。後者において不要部15cが小さ
くなるのは、SiOx堆積膜15の両肩部からの膜減り
が中央部で重なり合うからである。[0006] The entire surface of the substrate is, for example, ECR-C
It is coated on the SiOx deposit 15 formed by the VD method. The SiO 2 deposited film 15 has a buried portion 15 a that completely fills the inside of the trench 14,
And unnecessary portions 15b and 15c that accumulate on the outside of the device. The reason why the unnecessary portions 15b and 15c have a unique shape having a slope is that the unnecessary portions 15b and 15c
This is because the shoulder-shaped portion covering the N-etching stop film 13 is liable to be reduced in film thickness due to the incidence of ions, and the film growth proceeds while this portion is constantly removed. Such film growth inevitably creates pattern dependency in the shapes and dimensions of the unnecessary portions 15b and 15c. That is, as shown in FIG. 11, a large unnecessary portion 15b is formed in a region where the width of the element forming region defined by the trench 14 is relatively large,
In a region where the width is relatively small, a small triangular unnecessary portion 15c is formed. The reason why the unnecessary portion 15c becomes smaller in the latter case is that the film reduction from both shoulders of the SiOx deposited film 15 overlaps at the center.
【0007】次に、上記不要部15b,15cを除去す
るための代表的な方法について説明する。図12ないし
図14は、レジストパターンを用いて相対的に大きな不
要部を一部除去した上で残りの不要部を異方性エッチン
グで除去する方法を、その工程順に示すものである。図
12は、前掲の図11の基体の表面に不要部15bの一
部を露出させるような開口16aを有するレジストパタ
ーン16を形成した状態を示している。このレジストパ
ターン16をフォトリソグラフィにより形成する場合、
レジスト開口幅w3 の下限は当然のことながらレジスト
最小抜き線幅Rである。レジスト最小抜き線幅Rとは、
換言すればフォトリソグラフィの解像限界幅である。Next, a typical method for removing the unnecessary portions 15b and 15c will be described. 12 to 14 show a method of removing a relatively large unnecessary portion by using a resist pattern and then removing the remaining unnecessary portion by anisotropic etching in the order of steps. FIG. 12 shows a state in which a resist pattern 16 having an opening 16a for exposing a part of the unnecessary portion 15b is formed on the surface of the base shown in FIG. When this resist pattern 16 is formed by photolithography,
Resist lower limit of the opening width w 3 is of course resist minimum void line width R. What is the minimum resist line width R?
In other words, it is the resolution limit width of photolithography.
【0008】ただし、このような開口16aを形成でき
るのは、素子形成領域の幅が上記レジスト最小抜き線幅
Rにレジストパターン16の重ね合わせ余裕ΔA(以
下、合わせ余裕ΔAと称する。)の2倍を加算した値
(R+2ΔA)と同じか、もしくはそれ以上である場合
に限られる。この値に満たない幅の素子形成領域の上に
開口16aを形成すると、該開口16aがトレンチ14
と重複し、次工程のエッチングで埋込み部15aまでが
除去されるおそれが大きくなるからである。図12に示
される例では、(R+2ΔA)以上の幅w1 を有する素
子形成領域に開口16aが形成されているが、(R+2
ΔA)よりも小さい幅w2 を有する素子形成領域では開
口16aを形成することができない。図13には、上記
レジストパターン16aをマスクとして不要部15bの
一部を異方性エッチングした後、該レジストパターン1
6aを除去した状態を示す。この段階で、素子形成領域
上に残る不要部15b,15cの大きさはかなり平均化
される。これら不要部15b,15cを異方性エッチン
グにより除去した状態を図14に示す。この後、SiN
エッチング停止膜13を除去して、トレンチ素子分離を
完了する。However, such an opening 16a can be formed only when the width of the element formation region is the margin of overlap ΔA of the resist pattern 16 with the above-described minimum resist line width R (hereinafter referred to as the alignment margin ΔA). It is limited to the case where the value is equal to or greater than the value obtained by adding the double (R + 2ΔA). When an opening 16a is formed on an element formation region having a width less than this value, the opening 16a
This is because it is more likely that the buried portion 15a will be removed by the etching in the next step. In the example shown in FIG. 12, but are formed (R + 2ΔA) or wider w 1 opening 16a in the element formation region having, (R + 2
.DELTA.A) can not be formed an opening 16a in the element formation region having a width less w 2 than. FIG. 13 shows that the unnecessary portion 15b is anisotropically etched using the resist pattern 16a as a mask.
6 shows a state where 6a is removed. At this stage, the size of the unnecessary portions 15b and 15c remaining on the element formation region is considerably averaged. FIG. 14 shows a state in which these unnecessary portions 15b and 15c have been removed by anisotropic etching. After this, SiN
The etching stop film 13 is removed to complete the trench isolation.
【0009】上述の平坦化プロセスは、相対的に大きな
不要部を先に除去する方法であったが、逆に小さな不要
部を先に除去する方法もある。この方法においては、た
とえば前掲の図11に示したSiOx堆積膜15に対
し、この膜の膜厚方向よりも膜面内方向のエッチング速
度が勝る条件下でエッチングを行う。すると、図18に
示されるように不要部15b,15cのエッジが素子形
成領域の内側へ向かって後退し、埋込み部15aと分断
された状態となる。このようなエッチングは別名を「水
平戻しエッチング」とも言い、SiOx堆積膜15の形
成に用いられるような高密度プラズマ装置であれば、ガ
ス圧、放電電力、基板バイアス等の条件の調節により実
現可能である。In the above-described flattening process, a relatively large unnecessary portion is removed first, but a small unnecessary portion may be removed first. In this method, for example, the SiOx deposited film 15 shown in FIG. 11 is etched under the condition that the etching rate in the in-plane direction of the film is higher than that in the film thickness direction. Then, as shown in FIG. 18, the edges of the unnecessary portions 15b and 15c recede toward the inside of the element formation region, and are separated from the buried portion 15a. Such etching is also called “horizontal return etching”, and can be realized by adjusting conditions such as gas pressure, discharge power, and substrate bias in a high-density plasma apparatus used for forming the SiOx deposited film 15. It is.
【0010】次に、図19に示されるように、レジスト
パターン18を形成する。このレジストパターン18
は、大きな不要部15bをその裾部を残して被覆してい
るが、開口18a内には小さな不要部15cを表出させ
ている。このレジストパターン18は、不要部15bの
最終的な除去を化学的機械研磨法(CMP)により行う
ことを想定し、予め大きな不要部15bの体積を少しで
も余分に減少させておくためのマスクとして形成される
ものである。この状態で不要部15b,15cの異方性
エッチングを行った状態を図20に示す。図から明らか
なように、大きな不要部15bのうちレジストパターン
18に被覆されていた部分のみが素子形成領域の上方に
残る。このように、不要部15bの体積を予め減少させ
ておけば、CMPにおいて基板面内に研磨速度の不均一
さが生じても、研磨残りを発生されるおそれが少なくな
る。Next, as shown in FIG. 19, a resist pattern 18 is formed. This resist pattern 18
Covers the large unnecessary portion 15b except for the skirt portion, but exposes the small unnecessary portion 15c in the opening 18a. The resist pattern 18 is used as a mask for preliminarily reducing the volume of the large unnecessary portion 15b even a little in advance, assuming that the final removal of the unnecessary portion 15b is performed by chemical mechanical polishing (CMP). Is formed. FIG. 20 shows a state in which anisotropic etching of the unnecessary portions 15b and 15c is performed in this state. As is clear from the figure, only the portion of the large unnecessary portion 15b covered with the resist pattern 18 remains above the element formation region. As described above, if the volume of the unnecessary portion 15b is reduced in advance, even if the polishing rate becomes non-uniform in the substrate surface in the CMP, the possibility that the unpolished portion is generated is reduced.
【0011】ただし、図19のようなレジストパターン
18の形成は、幅w2 の小さい素子形成領域上でも開口
18aが形成できることが前提であることは言うまでも
ない。したがって、仮に図19の縮尺が図16と同じで
あれば、レジストパターン18を形成するためのフォト
リソグラフィでは、レジストパターン16の形成時より
も短い波長の露光光を用いて解像度が向上されているは
ずであり、解像度が同じであれば、図19の縮尺は図1
6よりも大きいことになる。[0011] However, formation of the resist pattern 18 as shown in FIG. 19, it is of course a prerequisite to be able to open 18a is formed even smaller device formation region width w 2. Therefore, if the scale of FIG. 19 is the same as that of FIG. 16, in the photolithography for forming the resist pattern 18, the resolution is improved by using exposure light having a shorter wavelength than when forming the resist pattern 16. If the resolutions are the same, the scale of FIG.
It will be larger than 6.
【0012】[0012]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、基体の
平坦部上に残存する堆積膜を除去して良好な平坦化を達
成することは、実際にはそれほど容易なことではない。
たとえば、前掲の図12よりSiOx堆積膜15が厚く
形成された、図15に示されるような状態を考える。広
い素子形成領域の上に開口17aを有するレジストパタ
ーン17が形成されている。上記開口17aの内部に表
出する不要部15bを異方性エッチングにより除去し、
レジストパターン17を除去した状態を図16に示す。
前掲の図13とは異なり、レジストパターン17に被覆
されていた不要部15cの方が不要部15bより大きく
残っていることがわかる。このような不要部15b,1
5cを等方性エッチングにより除去しようとすると、図
17に示されるように、狭い素子形成領域の上方に不要
部15cが残存してしまう。この不要部15cを除去す
るためにさらにエッチングを続けると、今度は埋込み部
15aが大きく浸食されてしまう。However, it is actually not so easy to achieve good planarization by removing the deposited film remaining on the flat portion of the substrate.
For example, consider a state as shown in FIG. 15 where the SiOx deposited film 15 is formed thicker than in FIG. 12 described above. A resist pattern 17 having an opening 17a is formed on a wide element formation region. Unnecessary portions 15b exposed inside the openings 17a are removed by anisotropic etching,
FIG. 16 shows a state in which the resist pattern 17 has been removed.
13 that the unnecessary portion 15c covered with the resist pattern 17 remains larger than the unnecessary portion 15b. Such unnecessary portions 15b, 1
If 5c is to be removed by isotropic etching, as shown in FIG. 17, the unnecessary portion 15c remains above the narrow element formation region. If the etching is further continued to remove the unnecessary portion 15c, the buried portion 15a will be greatly eroded.
【0013】一方、前掲の図19には、小さな不要部1
5cをレジストパターン18の開口18aの内部に表出
させ、異方性エッチングによる除去を可能とした例が示
されているが、半導体装置のパターンの今後の一層の微
細化により素子形成領域の幅がレジストパターンの解像
を許容できないほど狭くなれば、この技術は利用できな
いことになる。したがって、非常に狭い素子形成領域の
上方に残る不要部15cをエッチングで除去しようとす
れば、今後は等方性エッチングに頼らざるを得ず、これ
に伴って埋込み部15aの膜減りが避けられないという
問題が発生する。On the other hand, FIG.
5c is exposed inside the opening 18a of the resist pattern 18 to enable removal by anisotropic etching. However, the width of the element formation region will be increased by further miniaturizing the pattern of the semiconductor device in the future. Becomes too narrow to allow the resolution of the resist pattern, this technique cannot be used. Therefore, if the unnecessary portion 15c remaining above the very narrow element formation region is to be removed by etching, it is necessary to rely on isotropic etching in the future, and accordingly, the reduction in the thickness of the buried portion 15a can be avoided. Problem.
【0014】CMPは、このような埋込み部の膜減りの
おそれが少なく、等方性エッチングの代替技術として有
望であるが、研磨速度のウェハ面内均一性、研磨速度の
安定性、終点判定、下地選択性、後洗浄、裏面やエッジ
の汚染防止等の点において、現状ではまだ解決すべき問
題が多い。そこで本発明は、CMPのような複雑かつ高
度な技術を用いることなく、より簡便に溝部の外部に残
存する不要な堆積膜を除去する方法を提供することを目
的とする。Although CMP is less prone to decrease the film thickness at the buried portion and is promising as an alternative technique for isotropic etching, CMP has uniformity of the polishing rate within the wafer surface, stability of the polishing rate, determination of the end point, and the like. At present, there are still many problems to be solved in terms of underlayer selectivity, post-cleaning, and prevention of contamination of the back surface and edges. Therefore, an object of the present invention is to provide a method for more easily removing an unnecessary deposited film remaining outside a groove without using a complicated and advanced technique such as CMP.
【0015】[0015]
【課題を解決するための手段】本発明は、堆積過程とイ
オンスパッタ過程とが競合的に進行する条件下で形成さ
れるような特有の形状を有する堆積膜の不要部を除去す
るに際し、まず基体の平坦部上における該不要部の膜厚
をいわゆる水平戻しエッチングにより全体的に減少さ
せ、次にレジストのパターニングが可能な程度に広い幅
を有する平坦部の上の不要部をレジストパターンを介し
たエッチングで選択的に除去し、最後に残存するすべて
の不要部を等方性エッチングで一括して除去することに
より、上記の目的を達成しようとするものである。この
ような順序で不要部を除去すれば、最後の等方性エッチ
ング時におけるエッチング必要量を低減することがで
き、プロセスマージンの拡大、ひいては製造される半導
体装置の歩留りの向上につながる。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to removing unnecessary portions of a deposited film having a specific shape such that it is formed under conditions in which the deposition process and the ion sputtering process proceed competitively. The film thickness of the unnecessary portion on the flat portion of the substrate is reduced as a whole by so-called horizontal back etching, and then the unnecessary portion on the flat portion having a width wide enough to allow patterning of the resist is formed through the resist pattern. The above-mentioned object is achieved by selectively removing the unnecessary portions by etching and collectively removing all remaining unnecessary portions by isotropic etching. If unnecessary portions are removed in this order, the required amount of etching at the time of the last isotropic etching can be reduced, leading to an increase in the process margin and an improvement in the yield of the manufactured semiconductor device.
【0016】ここで、レジストのパターニングが可能な
程度に広い幅を有する平坦部とは、その幅W1 が次式 W1 ≧R+2ΔA (ただし、Rはフォトリソグラフィの解像限界寸法、Δ
Aは合わせ余裕をそれぞれ表す。)で表されるものであ
る。Here, the flat portion having a width wide enough to allow patterning of the resist means that the width W 1 is represented by the following formula: W 1 ≧ R + 2ΔA (where R is the resolution limit dimension of photolithography, Δ
A represents the alignment margin. ).
【0017】[0017]
【発明の実施の形態】本発明における堆積膜は、基板に
形成された溝部を埋め込むものであるが、この溝部は半
導体基板に形成されるトレンチであっても、あるいは絶
縁膜に開口される接続孔であってもよい。堆積過程とイ
オンスパッタ過程とが競合的に進行するような堆積膜の
形成条件、あるいは、膜厚方向よりも膜面内方向のエッ
チング速度が勝るような堆積膜のエッチング条件は、共
に従来の技術の欄で述べたような高密度プラズマ装置を
用いて達成することができる。これら高密度プラズマ装
置としては、ECRプラズマ装置、ヘリコン波プラズマ
装置、誘導結合プラズマ(ICP)装置、ホローアノー
ト型プラズマ装置、ヘリカル共振器プラズマ装置を例示
することができる。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The deposited film of the present invention embeds a groove formed in a substrate. This groove may be a trench formed in a semiconductor substrate or a connection opened in an insulating film. It may be a hole. The conditions for forming a deposited film in which the deposition process and the ion sputtering process proceed competitively, or the conditions for etching a deposited film in which the etching rate in the in-plane direction of the film is higher than that in the film thickness direction, are both conventional techniques. Can be achieved by using a high-density plasma apparatus as described in the section. Examples of these high-density plasma devices include an ECR plasma device, a helicon wave plasma device, an inductively coupled plasma (ICP) device, a hollow note type plasma device, and a helical resonator plasma device.
【0018】本発明では、基板上にエッチング停止膜が
形成されるが、これは堆積膜のエッチング時に基板を保
護するためのものであるから、該堆積膜よりもエッチン
グ速度の遅い材料を適宜選択して形成する。たとえば、
堆積膜がSiOx膜であれば、エッチング停止膜として
はSiN膜やポリシリコン膜が好適である。このエッチ
ング停止膜は、基本的には基板に形成される溝部と共通
パターンにてエッチングされるので、この状態で堆積膜
を形成すると、最終的に形成される埋込み部の幅は、該
溝部の開口端よりも外に突出した部分においても該溝部
の幅と同じとなる。In the present invention, an etching stop film is formed on a substrate. This is for protecting the substrate when the deposited film is etched. Therefore, a material having an etching rate lower than that of the deposited film is appropriately selected. Formed. For example,
If the deposited film is a SiOx film, a SiN film or a polysilicon film is suitable as the etching stop film. Since the etching stop film is basically etched in a common pattern with the groove formed in the substrate, when the deposited film is formed in this state, the width of the buried portion finally formed becomes equal to the width of the groove. The width of the groove is the same as that of the portion protruding outside the open end.
【0019】しかし、堆積膜を形成する前に等方性エッ
チングを行ってエッチング停止膜のエッジをトレンチの
エッジよりも後退させておけば、最終的に得られる埋込
み部の幅は、該溝部の開口端よりも外に突出した部分に
おいて該溝部の幅よりも大きくなる。すなわち、断面形
状が略T字形の埋込み部が得られることになる。このよ
うな形状の埋込み部は、特に本発明をトレンチ素子分離
に適用した場合に大きな効果をもたらす。たとえば、上
記埋込み部が素子分離領域である場合、この埋込み部を
被覆してたとえばMOSトランジスタのゲート電極層を
形成することが想定される。このとき、該埋込み部の断
面形状が階段状となることにより、活性領域の端部にお
ける電界の集中が緩和され、MOSトランジスタの閾値
電圧の低下を防止することができる。However, if the edge of the etching stopper film is set back from the edge of the trench by performing isotropic etching before the formation of the deposited film, the width of the buried portion finally obtained becomes smaller than that of the trench. At the portion protruding outside the opening end, the width is larger than the width of the groove. That is, an embedded portion having a substantially T-shaped cross section is obtained. The buried portion having such a shape has a great effect particularly when the present invention is applied to trench element isolation. For example, when the buried portion is an element isolation region, it is assumed that the buried portion is covered to form, for example, a gate electrode layer of a MOS transistor. At this time, since the buried portion has a stepped cross-sectional shape, the concentration of the electric field at the end of the active region is reduced, and a decrease in the threshold voltage of the MOS transistor can be prevented.
【0020】本発明は、平坦化の最終段階において堆積
膜の不要部を等方性エッチングで除去することによりプ
ロセスマージンを広げるものであるが、それでもなお、
特に好ましい堆積膜の膜面の高さの範囲が存在する。こ
の範囲を、図8を参照しながら説明する。図8は、一例
としてトレンチ素子分離に用いられるトレンチ5がシリ
コン(Si)基板1に形成された状態を示している。S
i基板1の表面にはSiO2 膜2と窒化シリコン(Si
N)エッチング停止膜3とがこの順に積層されており、
これら積層体が共通パターンにもとづいて一括的にエッ
チングされることにより、トレンチ5が形成されてい
る。上記トレンチ5に囲まれる領域が、素子形成領域で
ある。図中、向かって左側の素子形成領域は広い幅W1
(≧R+2ΔA)を有し、向かって右側の素子形成領域
は狭い幅W2 (<R+2ΔA)を有する。The present invention extends the process margin by removing unnecessary portions of the deposited film by isotropic etching at the final stage of planarization.
There is a particularly preferred range of film height for the deposited film. This range will be described with reference to FIG. FIG. 8 shows a state in which a trench 5 used for trench element isolation is formed in a silicon (Si) substrate 1 as an example. S
An SiO 2 film 2 and silicon nitride (Si)
N) an etching stop film 3 is laminated in this order;
The trenches 5 are formed by collectively etching these laminates based on the common pattern. The region surrounded by the trench 5 is an element formation region. In the drawing, the element formation region on the left side is wide width W 1
(≧ R + 2ΔA), and the element formation region on the right side has a narrow width W 2 (<R + 2ΔA).
【0021】上記の基体の全面は、たとえばECR−C
VD法により形成されたSiOx堆積膜6に被覆されて
いる。このSiOx堆積膜6は、上記トレンチ5の内部
を完全に埋め込む埋込み部6aと、素子形成領域の上方
に堆積する不要部6b,6cとを含む。広い素子形成領
域上に堆積する不要部6bは大きく、狭い素子形成領域
上に堆積する不要部6cは小さい。ここで、SiOx堆
積膜6の膜面の高さは、トレンチ5の直上における高さ
(図中、Y−Y線で表す。)を基準として考える。それ
は、この部分において膜面の標高が最も低くなるからで
ある。まず、膜面の高さの下限は、該トレンチ5の開口
面の高さ(図中、Z−Z線で表す。)以上とする。これ
は、トレンチ5を余すことなく埋込むために必須の条件
である。The entire surface of the above-mentioned substrate is made of, for example, ECR-C
It is covered with a SiOx deposition film 6 formed by the VD method. The SiOx deposited film 6 includes a buried portion 6a that completely fills the inside of the trench 5, and unnecessary portions 6b and 6c that are deposited above the element formation region. The unnecessary portion 6b deposited on a wide element formation region is large, and the unnecessary portion 6c deposited on a narrow element formation region is small. Here, the height of the film surface of the SiOx deposited film 6 is considered based on the height immediately above the trench 5 (represented by the YY line in the figure). This is because the elevation of the film surface is the lowest in this part. First, the lower limit of the film surface height is equal to or higher than the height of the opening surface of the trench 5 (represented by the ZZ line in the figure). This is an essential condition for completely filling the trench 5.
【0022】一方、膜面の高さの上限は、幅W2 を有す
る狭い素子形成領域の幅方向の中点Cから該SiOx堆
積膜5の傾斜面へ下ろした垂線の交点Pを含む交点面の
高さ(図中、X−X線で表す。)と同じか、それ以下と
する。これは、次のような根拠にもとづく。幅W2 は
(R+2ΔA)よりも小さいので、上記素子形成領域上
ではレジストパターンに開口を設けることができず、し
たがってこの領域に含まれる不要部15cは等方性エッ
チングにより除去されることになる。等方性エッチング
はどの方向にも均等な速度で進行するので、取り敢えず
線分CPで表される距離分を残さずエッチングできれ
ば、埋込み部6aの膜減りを最小限に抑えながら不要部
6cを余さず除去することができるのである。On the other hand, the upper limit of the height of the film surface is defined by an intersection plane including an intersection P of a perpendicular line lowered from the widthwise middle point C of the narrow element formation region having the width W 2 to the inclined surface of the SiOx deposited film 5. (Represented by the line XX in the figure) or less. This is based on the following grounds. Since the width W 2 is smaller than (R + 2ΔA), an opening cannot be provided in the resist pattern on the element formation region, and therefore, the unnecessary portion 15c included in this region is removed by isotropic etching. . Since the isotropic etching proceeds at a uniform speed in any direction, if the etching can be performed without leaving the distance represented by the line segment CP, the unnecessary portion 6c can be removed while minimizing the film loss of the buried portion 6a. It can be removed without any further effort.
【0023】ところで、本発明は基本的に、基板に形成
された溝部あるいは孔を埋め込む堆積膜の形成とその不
要部の除去が必要とされるあらゆるプロセスに適用する
ことができるが、実用上に特に重要なプロセスは、前述
のようなトレンチ素子分離である。すなわち、基板を半
導体基板とし、堆積膜を絶縁膜とする場合である。トレ
ンチ素子分離は、バーズビークを発生するLOCOS法
(選択酸化分離法)と異なり、基板の面内方向に素子分
離領域の寸法変換差をほとんど発生させないため、微細
な設計ルールにもとづく高集積化半導体装置の製造に好
適な技術である。The present invention can be basically applied to any process which requires formation of a deposited film for filling a groove or a hole formed in a substrate and removal of an unnecessary portion thereof. A particularly important process is trench isolation as described above. That is, this is the case where the substrate is a semiconductor substrate and the deposited film is an insulating film. Unlike the LOCOS method (selective oxidation separation method) that generates a bird's beak, the trench element isolation hardly generates a dimensional conversion difference of the element isolation region in the in-plane direction of the substrate, so that a highly integrated semiconductor device based on a fine design rule. It is a technique suitable for the production of
【0024】[0024]
【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。実施例1 本実施例では、Si基板に形成されたトレンチをECR
−CVD法で形成されたSiOx堆積膜で埋込み、不要
部を除去するプロセスについて、図1ないし図7を参照
しながら説明する。図1は、Si基板1にトレンチ5が
形成された状態示している。ここまでの工程を簡単に述
べると、まずSi基板1の表面にたとえばパイロジェニ
ック酸化法により厚さ約10nmのSiO2 膜2をパッ
ド酸化膜として形成し、次にたとえばプラズマCVD法
により厚さ約200nmのSiNエッチング停止膜3を
積層する。上記SiNエッチング停止膜3の上にはレジ
ストパターン4を形成し、、これをマスクとしてエッチ
ング停止膜3、SiO2 膜2、およびSi基板1を順次
異方的にエッチングすることにより、上記トレンチ5を
形成した。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described. Example 1 In this example, a trench formed in a Si substrate was subjected to ECR.
A process of filling an SiOx deposited film formed by the CVD method and removing unnecessary portions will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a state in which a trench 5 is formed in a Si substrate 1. To briefly describe the steps so far, first, an SiO 2 film 2 having a thickness of about 10 nm is formed as a pad oxide film on the surface of a Si substrate 1 by, for example, a pyrogenic oxidation method, and then, by a plasma CVD method, for example. A 200 nm SiN etching stop film 3 is laminated. A resist pattern 4 is formed on the SiN etching stop film 3, and the etching stop film 3, the SiO 2 film 2 and the Si substrate 1 are sequentially anisotropically etched using the resist pattern 4 as a mask, thereby forming the trench 5. Was formed.
【0025】Si基板1上で上記トレンチ5に区画され
る領域が、素子形成領域である。ここで、レジスト最小
抜き線幅R=0.25μm、合わせ余裕ΔA=0.2μ
mとすると、(R+2ΔA)=0.65μmがレジスト
パターニングの可否を決定する基準の数値となる。図1
中、向かって左側の広い素子形成領域の幅W1 (≧R+
2ΔA)は約0.7μm、向かって右側の狭い素子形成
領域の幅W2 は約0.3μmであり、前者はレジストパ
ターンの開口を設けることが可能な領域、後者は不可能
な領域である。この後、レジストパターン4を通常のO
2 プラズマアッシングにより除去し、続いて熱酸化を行
うことによりトレンチ5の内壁面に約30nmの熱酸化
膜(図示せず。)を形成した。この熱酸化膜は、エッチ
ングダメージに起因する接合リークを抑制し、またトレ
ンチ端を丸めることで電界集中を緩和させることを目的
として形成されるものである。A region defined by the trench 5 on the Si substrate 1 is an element formation region. Here, the minimum line width R of the resist is 0.25 μm, and the alignment margin ΔA is 0.2 μm.
Assuming that m, (R + 2ΔA) = 0.65 μm is a reference numerical value for determining whether or not resist patterning is possible. FIG.
The width W 1 (≧ R +
2ΔA) is about 0.7 μm, and the width W 2 of the narrow element forming area on the right side is about 0.3 μm. The former is an area where an opening of a resist pattern can be provided, and the latter is an area where it is impossible. . After that, the resist pattern 4 is
2 Removed by plasma ashing, and subsequently performed thermal oxidation to form a thermal oxide film (not shown) of about 30 nm on the inner wall surface of trench 5. This thermal oxide film is formed for the purpose of suppressing junction leakage due to etching damage and reducing the electric field concentration by rounding the trench end.
【0026】次に、図2に示されるように、ECR−C
VD法により基体の全面にSiOx堆積膜6を形成し
た。このときの成膜条件は、一例として下記のとおりと
した。 SiH4 流量 20 SCCM N2 O流量 35 SCCM ガス圧 0.09 Pa マイクロ波パワー 800 W(2.45 GHz) RFバイアスパワー 500 W(13.56 MHz) これにより厚さ約500nmのSiOx堆積膜6を形成
した。ただし、この場合の厚さとは、トレンチ5の底面
からその上方の膜面までの厚さである。上記SiOx堆
積膜6の中で、トレンチ5の内部を完全に埋め込む部分
を埋込み部6a、広い素子形成領域の上方に堆積する部
分を不要部6b、狭い素子形成領域の上方に堆積する部
分を不要部6cとする。Next, as shown in FIG.
An SiOx deposited film 6 was formed on the entire surface of the substrate by the VD method. The film forming conditions at this time were as follows as an example. SiH 4 flow rate 20 SCCM N 2 O flow rate 35 SCCM Gas pressure 0.09 Pa Microwave power 800 W (2.45 GHz) RF bias power 500 W (13.56 MHz) Thereby, SiOx deposited film 6 having a thickness of about 500 nm Was formed. However, the thickness in this case is the thickness from the bottom surface of the trench 5 to the film surface thereabove. In the SiOx deposited film 6, a portion that completely fills the trench 5 is a buried portion 6a, a portion deposited above a wide element formation region is an unnecessary portion 6b, and a portion deposited above a narrow element formation region is unnecessary. The part is referred to as 6c.
【0027】次に、図3に示されるように、水平戻しエ
ッチングを行うことにより埋込み部6a、不要部6b、
不要部6cを相互に分断した。水平戻しエッチングに
は、成膜時に用いたECR−CVD装置と同じ装置を用
い、一例として下記の条件を適用した。 SiH4 流量 7.5 SCCM N2 O流量 35 SCCM ガス圧 0.09 Pa マイクロ波パワー 800 W(2.45 GHz) RFバイアスパワー 500 W(13.56 MHz) このときのエッチングにより、不要部6bのエッジはト
レンチ5の各エッジよりも約0.1μmずつ後退した。Next, as shown in FIG. 3, the embedded portion 6a, the unnecessary portion 6b,
Unnecessary portions 6c were separated from each other. For the horizontal return etching, the same apparatus as the ECR-CVD apparatus used at the time of film formation was used, and the following conditions were applied as an example. SiH 4 flow rate 7.5 SCCM N 2 O flow rate 35 SCCM gas pressure 0.09 Pa Microwave power 800 W (2.45 GHz) RF bias power 500 W (13.56 MHz) Unnecessary part 6b due to etching at this time Of the trench 5 receded from each edge of the trench 5 by about 0.1 μm.
【0028】次に、図4に示されるように、上記の基体
上にレジストパターン7を形成した。このレジストパタ
ーン7は、広い素子形成領域の上方に幅W3 の開口7a
を有し、その内部に不要部6bを表出させるが、狭い素
子形成領域の上方では不要部6cを被覆するものであ
る。ここでは、上記幅W3 をたとえば約0.5μmとし
た。Next, as shown in FIG. 4, a resist pattern 7 was formed on the substrate. The resist pattern 7 has an opening 7 a having a width W 3 above the wide element formation region.
The unnecessary portion 6b is exposed inside, but the unnecessary portion 6c is covered above the narrow element formation region. Here, the above width W 3 for example about 0.5 [mu] m.
【0029】次に、上記レジストパターン7をマスクと
してRIE(反応性イオンエッチング)を行うことによ
り、不要部6bの表出部を除去した。この異方性エッチ
ングには平行平板型RIE装置を使用し、一例として下
記の条件を採用した。 CHF3 流量 75 SCCM ガス圧 6.7 Pa RFパワー密度 0.23 W/cm2 (13.56 MHz) 図5には、このRIEを終了し、レジストパターン7を
除去した状態を示した。この結果、いずれの素子形成領
域の上方にも小さな不要部6b,6cが残るのみとなっ
た。Next, the exposed portion of the unnecessary portion 6b was removed by performing RIE (reactive ion etching) using the resist pattern 7 as a mask. For this anisotropic etching, a parallel plate type RIE apparatus was used, and the following conditions were adopted as an example. CHF 3 flow rate 75 SCCM Gas pressure 6.7 Pa RF power density 0.23 W / cm 2 (13.56 MHz) FIG. 5 shows a state in which the RIE is completed and the resist pattern 7 is removed. As a result, only the small unnecessary portions 6b and 6c remain above any of the element formation regions.
【0030】次に、希フッ酸水溶液を用いた等方性エッ
チングを行うことにより、図6に示されるように上記不
要部6b,6cを除去した。このとき、埋込み部6aも
若干浸食されたが、除去すべき不要部6b,6cが予め
減少されているためにエッチング量が少なくて済み、そ
の結果、埋込み部6aの浸食量も最小限に抑えることが
できた。この後、たとえば熱リン酸溶液を用いたエッチ
ングにより、図7に示されるようにSiNエッチング停
止膜3を除去し、トレンチ素子分離プロセスを完了し
た。Next, the unnecessary portions 6b and 6c were removed by performing isotropic etching using a diluted hydrofluoric acid aqueous solution as shown in FIG. At this time, the buried portion 6a is slightly eroded, but the unnecessary portions 6b and 6c to be removed are reduced in advance, so that the etching amount is small, and as a result, the erosion amount of the buried portion 6a is also minimized. I was able to. Thereafter, the SiN etching stop film 3 was removed as shown in FIG. 7 by etching using, for example, a hot phosphoric acid solution, thereby completing the trench element isolation process.
【0031】実施例2 本実施例では、トレンチ5をSiOx堆積膜で埋め込む
前に、SiNエッチング停止膜3とSiO2 膜2のエッ
ジを等方性エッチングにより該トレンチ5のエッジより
も後退させるプロセスについて、図9および図10を参
照しながら説明する。図9は、実施例1と同様にトレン
チ5の形成までを行った後、熱リン酸溶液を用いてSi
Nエッチング停止膜3の等方性エッチングを行うことに
より、SiNエッチング停止膜3をトレンチ5のエッジ
から後退させた状態を示す。このとき形成される後退部
8の幅をW4 とする。なお、図9にはSiO2 膜2もト
レンチ5のエッジから後退された状態が図示されている
が、この後退は必ずしも必要ではない。 Embodiment 2 In the present embodiment, a process in which the edges of the SiN etching stop film 3 and the SiO 2 film 2 are recessed from the edges of the trench 5 by isotropic etching before the trench 5 is filled with the SiOx deposition film. Will be described with reference to FIGS. 9 and 10. FIG. FIG. 9 shows that after performing the steps up to the formation of the trench 5 in the same manner as in the first embodiment,
A state is shown in which the SiN etching stop film 3 is retreated from the edge of the trench 5 by performing isotropic etching of the N etching stop film 3. The width of the receding portion 8 formed at this time and W 4. Although FIG. 9 shows a state in which the SiO 2 film 2 is also retracted from the edge of the trench 5, this retraction is not always necessary.
【0032】本実施例では、広い素子形成領域上に残る
SiNエッチング停止膜3の幅が、実質的な素子形成領
域の幅W5 となる。かかる基体の全面を被覆するSiO
x堆積膜を実施例1と同様に形成し、広い素子形成領域
上で該SiOx堆積膜の不要部を除去するためのレジス
トパターンを形成するには、上記の幅W5 が(R+2Δ
A)と等しいか、あるいはそれより大きくなければなら
ない。したがって、当初必要な素子形成領域の幅W
6 は、上記の幅W5 にさらに後退部8の幅W4 の2倍を
加算した値(=W5 +2W4 )に設定しておく必要があ
る。一例として、R=0.25μm、ΔA=0.2μ
m、W4 =0.05μm(50nm)とすると、当初必
要な素子形成領域の幅W6 は最低でも0.75μmは必
要ということになる。In the present embodiment, the width of the SiN etching stop film 3 remaining on the wide element formation region is substantially the width W 5 of the element formation region. SiO covering the entire surface of the substrate
The x deposited film was formed in the same manner as in Example 1, to form a resist pattern for removing the unnecessary portion of the SiOx deposited film in a broad element forming region, the width W 5 of the above (R + 2.DELTA.
Must be equal to or greater than A). Therefore, the width W of the element formation region initially required is
6, it is necessary to set more value obtained by adding twice the width W 4 of the retreating section 8 (= W 5 + 2W 4 ) the width W 5 of the. As an example, R = 0.25 μm, ΔA = 0.2 μ
Assuming that m and W 4 = 0.05 μm (50 nm), the width W 6 of the element formation region initially required is at least 0.75 μm.
【0033】この後のSiOx堆積膜の形成、レジスト
パターンの形成、レジストパターンを介した不要部の異
方性エッチングによる除去、レジストパターンの除去、
すべての不要部の等方性エッチングによる除去を実施例
1と同様に行った結果、図10に示されるように、断面
形状が略T字形の埋込み部9が得られた。このような埋
込み部9は、素子形成領域の端部における電界の集中を
緩和して、たとえばこの素子形成領域に形成されるMO
Sトランジスタの閾値の低下を防ぐ効果がある。Thereafter, formation of a SiOx deposited film, formation of a resist pattern, removal of unnecessary portions by anisotropic etching through the resist pattern, removal of the resist pattern,
All unnecessary portions were removed by isotropic etching in the same manner as in Example 1. As a result, as shown in FIG. 10, an embedded portion 9 having a substantially T-shaped cross section was obtained. The buried portion 9 reduces the concentration of the electric field at the end of the element formation region, for example, the MO formed in the element formation region.
This has the effect of preventing the threshold of the S transistor from lowering.
【0034】以上、本発明を2例の具体的な実施例にも
とづいて説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限
定されるものではない。たとえば、上述の実施例では等
方性エッチングをいずれもウェットエッチングで行った
が、ドライエッチングでもラジカルモードが主体となる
ような条件設定を行うことにより等方性エッチングが可
能である。この他、半導体装置の構成、半導体装置の各
部の寸法およびや膜厚、成膜条件、水平戻しエッチング
条件、RIE条件、ウェットエッチング条件等の細部に
ついては、適宜変更、選択、組合せが可能である。Although the present invention has been described with reference to two specific embodiments, the present invention is not limited to these embodiments. For example, in all of the above-described embodiments, isotropic etching is performed by wet etching. However, isotropic etching can be performed by dry etching by setting conditions such that a radical mode is mainly used. In addition, details such as the configuration of the semiconductor device, dimensions and thickness of each part of the semiconductor device, film formation conditions, horizontal return etching conditions, RIE conditions, and wet etching conditions can be appropriately changed, selected, and combined. .
【0035】[0035]
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明によればCMPのような複雑な技術を用いなくとも、
異方性エッチングと等方性エッチングの巧妙な組合せに
より、溝部に埋め込まれた堆積膜を過剰に浸食すること
なく該堆積膜の不要部を十分に除去することができる。
したがって、堆積膜の埋込みに係るプロセスマージンを
拡大し、信頼性の高いプロセスを容易に行うことが可能
となる。上記堆積膜の形成に先立って基板上のエッチン
グ停止膜のエッジを後退させておくことは、素子形成領
域の端部における電界を緩和する上で有効である。ま
た、堆積膜の溝部の直上における膜面の高さの下限を該
溝部の開口面の高さ以上とし、かつ上限を狭い平坦部の
幅方向の中点から該堆積膜の傾斜面へ下ろした垂線の交
点面と規定することは、埋込み部の浸食量を最小限に抑
えながら十分な不要部の除去を行う観点から有効であ
る。As is apparent from the above description, according to the present invention, even if a complicated technique such as CMP is not used,
By a subtle combination of anisotropic etching and isotropic etching, unnecessary portions of the deposited film can be sufficiently removed without excessively eroding the deposited film embedded in the groove.
Therefore, a process margin for embedding the deposited film can be expanded, and a highly reliable process can be easily performed. Retreating the edge of the etching stop film on the substrate prior to the formation of the deposited film is effective in reducing the electric field at the end of the element formation region. Further, the lower limit of the film surface height immediately above the groove portion of the deposited film is set to be equal to or more than the height of the opening surface of the groove portion, and the upper limit is lowered from the midpoint in the width direction of the narrow flat portion to the inclined surface of the deposited film. Specifying the plane of intersection of the perpendicular lines is effective from the viewpoint of sufficiently removing unnecessary portions while minimizing the amount of erosion of the embedded portion.
【0036】高密度プラズマCVD法により形成される
堆積膜は、その特有の形状から本発明が最もその効用を
発揮し得る膜である。換言すれば、本発明は高密度プラ
ズマCVD法による溝埋込みプロセスの実用性を真に高
めるものでもある。本発明は、半導体基板に形成された
溝部を絶縁膜で埋め込むトレンチ素子分離プロセスに極
めてよく適合し、実用価値の高いプロセスを提供するこ
とができる。このように本発明は、堆積膜による溝部の
埋め込みおよび平坦化のプロセスの改良を通じ、半導体
装置の高集積化、微細化、高性能化に大きく貢献するも
のである。The deposited film formed by the high-density plasma CVD method is a film in which the present invention is most effective because of its unique shape. In other words, the present invention truly enhances the practicality of the trench filling process by the high-density plasma CVD method. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is extremely well suited to a trench element isolation process for filling a trench formed in a semiconductor substrate with an insulating film, and can provide a process having a high practical value. As described above, the present invention greatly contributes to high integration, miniaturization, and high performance of a semiconductor device through improvement of a process of filling and flattening a groove portion with a deposited film.
【図1】本発明を適用したトレンチ素子分離プロセスに
おいて、トレンチエッチング工程を示す模式的断面図で
ある。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a trench etching step in a trench element isolation process to which the present invention is applied.
【図2】図1の基体の全面にSiOx堆積膜を形成した
状態を示す模式的断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a SiOx deposited film is formed on the entire surface of the substrate of FIG.
【図3】図2のSiOx堆積膜の不要部のエッジを水平
戻しエッチングにより後退させた状態を示す模式的断面
図である。3 is a schematic cross-sectional view showing a state in which an edge of an unnecessary portion of the SiOx deposited film in FIG. 2 is retracted by horizontal return etching.
【図4】図3の広い素子形成領域の上方で大きな不要部
のみを露出させるレジストパターンを形成した状態を示
す模式的断面図である。4 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a resist pattern exposing only a large unnecessary portion is formed above a wide element formation region in FIG. 3;
【図5】図4のレジストパターンの開口の内部に表出す
る不要部を選択的に除去し、レジストパターンも除去し
た状態を示す模式的断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a state in which unnecessary portions that appear inside openings of the resist pattern in FIG. 4 are selectively removed, and the resist pattern is also removed.
【図6】図5のすべての不要部を等方性エッチングによ
り除去した状態を示す模式的断面図である。6 is a schematic cross-sectional view showing a state in which all unnecessary portions in FIG. 5 have been removed by isotropic etching.
【図7】図6のSiNエッチング停止膜を除去した状態
を示す模式的断面図である。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a state where a SiN etching stop film of FIG. 6 is removed.
【図8】本発明において好適なSiOx堆積膜の膜面の
高さの範囲を説明するための模式的断面図である。FIG. 8 is a schematic cross-sectional view for explaining a range of a height of a film surface of a SiOx deposition film suitable in the present invention.
【図9】本発明を適用したトレンチ素子分離プロセスの
他の例において、等方性エッチングによりSiNエッチ
ング停止膜とSiO2 膜のエッジを後退させた状態を示
す模式的断面図である。FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the edges of the SiN etching stop film and the SiO 2 film are receded by isotropic etching in another example of the trench element isolation process to which the present invention is applied.
【図10】図9の基体上に断面形状が略T字形の埋込み
部が形成された状態を示す模式的断面図である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a state where a buried portion having a substantially T-shaped cross section is formed on the base body of FIG. 9;
【図11】従来のトレンチ素子分離プロセスにおいて、
トレンチの形成およびSiOx堆積膜の形成を行った状
態を示す模式的断面図である。FIG. 11 shows a conventional trench element isolation process.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a state where a trench and a SiOx deposited film are formed.
【図12】図11の広い素子形成領域の上方で大きな不
要部のみを露出させるレジストパターンを形成した状態
を示す模式的断面図である。FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a resist pattern exposing only a large unnecessary portion is formed above a wide element formation region in FIG. 11;
【図13】図12のレジストパターンの開口の内部に表
出する不要部を選択的に除去し、レジストパターンも除
去した状態を示す模式的断面図である。FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing a state in which unnecessary portions that are exposed inside openings of the resist pattern in FIG. 12 are selectively removed, and the resist pattern is also removed.
【図14】図13のすべての不要部を異方性エッチング
により除去した状態を示す模式的断面図である。14 is a schematic cross-sectional view showing a state in which all unnecessary portions in FIG. 13 have been removed by anisotropic etching.
【図15】不要部が厚い場合のレジストパターニング工
程を示す模式的断面図である。FIG. 15 is a schematic cross-sectional view showing a resist patterning step when an unnecessary portion is thick.
【図16】図15の不要部のエッチング、およびレジス
トパターンの除去を行った状態を示す模式的断面図であ
る。16 is a schematic cross-sectional view showing a state in which unnecessary portions in FIG. 15 have been etched and the resist pattern has been removed.
【図17】図16の狭い素子形成領域の上方において不
要部が除去しきれない状態を示す模式的断面図である。FIG. 17 is a schematic cross-sectional view showing a state where unnecessary portions cannot be completely removed above the narrow element formation region in FIG. 16;
【図18】図11のSiOx堆積膜に対して水平戻しエ
ッチングを行った状態を示す模式的断面図である。18 is a schematic cross-sectional view showing a state where horizontal return etching has been performed on the SiOx deposited film of FIG. 11;
【図19】従来のトレンチ素子分離プロセスの他の例に
おいて、狭い素子形成領域の上方の不要部を先に除去す
るためのレジストパターンを形成した状態を示す模式的
断面図である。FIG. 19 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a resist pattern for removing unnecessary portions above a narrow element formation region in advance is formed in another example of the conventional trench element isolation process.
【図20】図19のレジストパターンをマスクとして不
要部をエッチングした状態を示す模式的断面図である。20 is a schematic cross-sectional view showing a state where unnecessary portions are etched using the resist pattern of FIG. 19 as a mask.
1…Si基板 2…SiO2 膜 3…SiNエッチング
停止膜 4,7…レジストパターン 5…トレンチ 6
…SiOx堆積膜 6a…埋込み部 6b,6c…不要
部 7a…(レジストパターン7の)開口REFERENCE SIGNS LIST 1 Si substrate 2 SiO 2 film 3 SiN etching stop film 4 7 Resist pattern 5 Trench 6
... SiOx deposited film 6a ... buried part 6b, 6c ... unnecessary part 7a ... opening (of resist pattern 7)
Claims (5)
膜よりもエッチング速度の遅い材料からなるエッチング
停止膜を形成する第1工程と、 前記エッチング停止膜と前記基板とを共通パターンにて
エッチングすることにより、該基板に溝部を形成する第
2工程と、 堆積過程とイオンスパッタ過程とが競合的に進行する条
件下で前記溝部を埋め込むごとく堆積膜を形成する第3
工程と、 前記堆積膜をその膜厚方向よりも膜面内方向のエッチン
グ速度が勝る条件下でエッチングすることにより、該堆
積膜を前記溝部の内部の埋込み部と該溝部で区画される
基体の平坦部の上に残る不要部とに分断する第4工程
と、 前記平坦部中、その幅W1 が次式 W1 ≧R+2ΔA (ただし、Rはフォトリソグラフィの解像限界寸法、Δ
Aはパターンの重ね合わせ余裕をそれぞれ表す。)で表
される広い平坦部の上に選択的に開口を有するレジスト
パターンを形成する第5工程と、 前記開口内に表出する前記不要部をエッチングにより除
去する第6工程と、 前記レジストパターンを除去する第7工程と、 前記平坦部上に残るすべての前記不要部を等方性エッチ
ングにより除去する第8工程とを有することを特徴とす
る半導体装置の製造方法。A first step of forming an etching stop film made of a material having a lower etching rate than a deposition film formed in a later step on an entire surface of the substrate; and forming the etching stop film and the substrate in a common pattern. A second step of forming a groove in the substrate by etching the substrate, and a third step of forming a deposited film so as to fill the groove under conditions in which the deposition process and the ion sputtering process proceed competitively.
And etching the deposited film under conditions in which the etching rate in the in-plane direction of the film is greater than the thickness direction of the deposited film, thereby forming the deposited film into a buried portion inside the groove and a substrate partitioned by the groove. A fourth step of separating the unnecessary portion remaining on the flat portion from the unnecessary portion, and the width W 1 of the flat portion is expressed by the following equation: W 1 ≧ R + 2ΔA (where R is the resolution limit dimension of photolithography, Δ
A represents the overlap margin of the pattern. A) forming a resist pattern selectively having an opening on a wide flat portion represented by the following step :), removing the unnecessary portion exposed in the opening by etching, and A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a seventh step of removing the unnecessary portions remaining on the flat portion by isotropic etching.
グにより前記エッチング停止膜のエッジを前記溝部のエ
ッジよりも後退させ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. The method according to claim 1, wherein after the second step is completed, the edge of the etching stop film is recessed from the edge of the groove by isotropic etching.
前記溝部の直上における膜面の高さが該溝部の開口面の
高さ以上であり、かつ前記平坦部中、その幅W2 が次式 W2 <R+2ΔA で表される狭い平坦部の幅方向の中点から該堆積膜の傾
斜面へ下ろした垂線の交点面以下であることを特徴とす
る請求項1記載の半導体装置の製造方法。3. A height of a film surface of the deposited film formed in the third step immediately above the groove portion is equal to or greater than a height of an opening surface of the groove portion, and has a width W 2 in the flat portion. 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the following expression is equal to or less than an intersection plane of a perpendicular line drawn from a widthwise middle point of the narrow flat portion expressed by the following equation to W2 <R + 2ΔA to the inclined surface of the deposited film. Production method.
は、高密度プラズマCVD法により行うことを特徴とす
る請求項1記載の半導体装置の製造方法。4. The method according to claim 1, wherein the formation of the deposited film in the third step is performed by a high-density plasma CVD method.
膜が絶縁膜であることを特徴とする請求項1ないし請求
項4のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein said substrate is a semiconductor substrate, and said deposited film is an insulating film.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1004498A JPH11214378A (en) | 1998-01-22 | 1998-01-22 | Manufacture of semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1004498A JPH11214378A (en) | 1998-01-22 | 1998-01-22 | Manufacture of semiconductor device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11214378A true JPH11214378A (en) | 1999-08-06 |
Family
ID=11739407
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1004498A Pending JPH11214378A (en) | 1998-01-22 | 1998-01-22 | Manufacture of semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH11214378A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003158177A (en) * | 2001-11-20 | 2003-05-30 | Sharp Corp | Semiconductor device and its fabricating method |
US7759215B2 (en) | 2002-12-26 | 2010-07-20 | Fujitsu Semiconductor Limited | Semiconductor device having STI without divot and its manufacture |
-
1998
- 1998-01-22 JP JP1004498A patent/JPH11214378A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003158177A (en) * | 2001-11-20 | 2003-05-30 | Sharp Corp | Semiconductor device and its fabricating method |
US7759215B2 (en) | 2002-12-26 | 2010-07-20 | Fujitsu Semiconductor Limited | Semiconductor device having STI without divot and its manufacture |
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