JP2002009144A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JP2002009144A
JP2002009144A JP2000189267A JP2000189267A JP2002009144A JP 2002009144 A JP2002009144 A JP 2002009144A JP 2000189267 A JP2000189267 A JP 2000189267A JP 2000189267 A JP2000189267 A JP 2000189267A JP 2002009144 A JP2002009144 A JP 2002009144A
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JP
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element isolation
film
silicon
oxide film
insulating layer
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JP2000189267A
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English (en)
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Shiro Uchiyama
士郎 内山
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NEC Corp
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NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】半導体装置の溝埋め込み型素子分離領域の形成
において、繰り返し行われる酸化膜除去工程のために素
子領域と素子分離領域端部に生じるくぼみ(ディボッ
ト)を軽減させる手法を提供すること。また、素子領域
間の分離にSTI溝を形成した後の酸化処理温度を低下
させる手法を提供すること。 【解決手段】半導体基板上に形成された素子分離溝内お
よび第1絶縁層上にシリコン膜を形成し酸化すること、
または、分離マスク開口部および第1絶縁層上にシリコ
ン膜を形成した後に素子分離溝を形成し、素子分離溝内
およびシリコン膜を酸化することを特徴とする半導体装
置製造方法により、シリコン膜が酸化膜除去工程でのエ
ッチングストッパーとなりディボットを軽減できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体記憶装置の製造
方法に関し、特にDRAM(DynamicRando
m Access Memory)の形成方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】半導体の大容量化に伴い、セルサイズの
縮小化が進み、半導体装置の素子領域間の分離は現在、
STI(Shallow Trench Isolat
ion)を用いて行われている。しかし、このSTIで
は素子領域端部の形状が悪い。そこで、STI溝を形成
した後に端部の形状を改善するための酸化処理を行い、
その後素子分離領域に酸化膜を形成させる方法がとられ
ている。
【0003】従来のDRAMを作成する際のSTI形成
方法について、図面を参照しながら説明する。図3は、
従来のDRAMにおけるSTIの製造工程を順に示した
縦断面図である。まず、図3(a)に示すように、半導
体基板1上に厚さ10〜30nmのシリコン酸化膜2を
形成し、その上に100〜300nmのシリコン窒化膜
3を形成した後、拡散層になる領域とフィールドになる
領域とをリソグラフィーおよびドライエッチングにより
パターニングを行う。そして図3(b)に示すように、
膜が除去され半導体基板1が露出した素子分離領域をさ
らに異方性エッチングし、深さ100〜500nm程度
の素子分離溝4を形成する。
【0004】続いて、図3(c)に示すように、素子分
離溝4の側壁部に熱酸化法によりシリコン酸化膜10を
形成する。引き続いて、図3(d)に示すように、化学
気相成長(CVD)法により素子分離溝4をシリコン酸
化膜5で埋め込み、平坦化処理を行う。この後、図3
(e)に示すように、シリコン窒化膜3を除去し、さら
に図3(f)に示すようにシリコン酸化膜2も除去し半
導体基板1を露出させる。続いて、図3(g)に示すよ
うに、露出した半導体基板1上に、再びシリコン酸化膜
6を形成させ、この後イオン注入することにより半導体
基板1に拡散層7を形成する。この後、図3(h)に示
すように、シリコン酸化膜6の除去を行う。続いて、図
示はしていないがゲート電極材料堆積後、リソグラフィ
ーおよびドライエッチングによりゲート電極を形成す
る。
【0005】この様な従来方法では、素子領域端部の形
状改善のために行う図3(c)に示したような熱酸化処
理が高温で行われるため、シリコン基板に大きなストレ
スがかかり、特に6インチ以上のウェハーではストレス
に対するマージンがないため、欠陥や転移等を引き起こ
すという問題点があった。
【0006】またさらに、この従来方法では、STI埋
設に用いられるシリコン酸化膜5が、STI形成からゲ
ート電極形成までの間に繰り返し行う酸化膜除去工程に
より横方向にもエッチングされてしまい、素子領域とS
TI界面に図3(h)に示すようなくぼみ(ディボッ
ト)が発生してしまう。このディボットにより半導体基
板部分が露出してしまうと、露出した基板部分に電界が
集中してしまい、しきい値電流が低下すること、トラン
ジスタ性能への悪影響などの問題が起きることになる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
問題点を解決するためになされたものであり、STIで
半導体装置の溝埋め込み型素子分離領域の形成をする際
に、酸化処理温度を低下させると共に、素子領域とST
I界面にくぼみを生じることなく平滑な基板表面を有す
る、信頼性の高い半導体装置を効率良く製作できる方法
を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】前記課題を解決する本願発明請求項1の発
明は、従来例の" 素子分離溝を形成した後に素子分離溝
の側壁部に熱酸化法によりシリコン熱酸化膜を形成す
る"に対し、"素子分離溝を形成した後に素子分離溝内お
よび第1絶縁層上にシリコン膜を形成し、このシリコン
層を酸化しシリコン酸化膜とする"ことを特徴とする半
導体装置の製造方法である。
【0009】上記本願発明請求項1の発明によれば、素
子分離溝上に形成したシリコン膜を酸化させるので、従
来の半導体基板を露出させた状態で熱酸化膜を形成する
よりも、酸化温度を低下させることが可能となる。この
ため、シリコン基板にかかるストレスが小さくなるた
め、大きなサイズのウェハーにおいて欠陥や転移の問題
を低減できる。また、素子分離溝側壁のシリコン膜およ
び酸化膜が後工程で行う酸化膜エッチングの際にストッ
パーとなるために、ディボットを低く押さえることが可
能になる
【0010】また、本願発明請求項2の発明は、従来例
の" 素子分離溝を形成した後に素子分離溝の側壁部に熱
酸化法によりシリコン熱酸化膜を形成する"に対し、"素
子分離溝を形成する前に半導体基板および第1絶縁層上
にシリコン膜を形成し、素子分離溝を形成した後、素子
分離溝の側壁部およびシリコン膜を酸化しシリコン酸化
膜とする"ことを特徴とする半導体装置の製造方法であ
る。
【0011】上記本願発明請求項2の発明によれば、第
1絶縁層側壁のシリコン膜および酸化膜が後工程で行う
酸化膜エッチングの際にストッパーとなるために、ディ
ボットを低く押さえることが可能になる。
【0012】本願発明請求項3乃至6はそれぞれ、第1
絶縁膜を構成する膜がシリコン窒化膜であること、第2
絶縁膜を構成する膜がシリコン酸化膜であること、シリ
コン膜の酸化はシリコン膜を一部または全部酸化するこ
と、第1絶縁膜を半導体基板上に直接または他の層を介
して形成することを特徴とする請求項1または請求項2
の半導体装置製造方法である。
【0013】
【発明の実施の形態】
【実施の形態1】次に本発明である半導体装置の製造方
法の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図1に本発明の第1の実施の形態を工程順に示した縦断
面図を示す。
【0014】まず、従来法と同様に図1(a)に示すよ
うに、半導体基板1上に厚さ10〜30nmのシリコン
酸化膜2を形成し、その上に100〜300nmのシリ
コン窒化膜3を形成した後、拡散層になる領域とフィー
ルドになる領域とをリソグラフィーおよびドライエッチ
ングによりパターニングを行う。続いて、図1(b)に
示すように、に示すように、膜が除去され半導体基板1
が露出した素子分離領域をさらに異方性エッチングし、
深さ100〜500nm程度の素子分離溝4を形成す
る。
【0015】続いて、図1(c)に示すように、半導体
基板1が露出した状態でシリコン膜8を5〜30nmで
形成し、この後に図1(d)に示すようにシリコン熱酸
化膜10を形成する。その後は従来の方法と同様に、図
1(e)に示すように、CVD法によって素子分離溝4
をシリコン酸化物の埋め込み酸化膜5で埋め込み、この
後に表面の平坦化処理を行う。続いて、図1(f)に示
すようにシリコン窒化膜3を除去し、図1(g)に示す
ようにシリコン酸化膜2を除去する。次に、図1(h)
に示すように、露出した半導体基板1に再度シリコン酸
化膜6を形成した後、イオン注入により半導体基板1に
拡散層7を形成する。続いて、図1(i)に示すよう
に、シリコン酸化膜6を除去する。その後図示はしてい
ないがゲート電極材料堆積後、リソグラフィーおよびド
ライエッチングによりゲート電極を形成する。
【0016】本実施形態では、面方位依存性の少ないシ
リコン膜を形成することにより、低温の酸化処理でも拡
散層端部の形状改善効果が得られるため、従来よりも酸
化処理温度を低くすることが可能になり、欠陥や転移の
問題を抑制することができる。また、シリコン窒化膜側
壁のシリコン膜と熱酸化膜が、図1(g)工程での酸化
膜エッチングの際の保護領域となるため、ディボットを
生じにくく、平滑な表面が得やすくなるという効果が生
じる。
【0017】[実施の形態2]本発明の半導体装置の製造
方法におけるシリコン膜の形成は、素子分離溝を形成す
る前に行う事でも、前述と同様の効果が実現できる。図
2は、本発明の第2の実施の形態の工程を順に示した縦
断面図である。
【0018】まず、従来法と同様に図2(a)に示すよ
うに、半導体基板1上に厚さ10〜30nmのシリコン
酸化膜2を形成し、その上に100〜300nmのシリ
コン窒化膜3を形成した後、拡散層になる領域とフィー
ルドになる領域とをリソグラフィーおよびドライエッチ
ングによりパターニングを行う。続いて、図2(b)に
示すように、シリコン膜9を5〜30nmの厚さで形成
する。さらに、素子分離領域において異方性エッチング
を行い、図2(c)に示すような、深さ100〜500
nmの素子分離溝4を形成する。次に図2(d)に示す
ように、半導体基板1が露出した状態でシリコン熱酸化
膜10を形成する。
【0019】その後、図2(e)に示すように、CVD
法によって素子分離溝4をシリコン酸化膜の埋め込み酸
化膜5で埋め込み、平坦化処理を行う。その後、図2
(f)に示すようにシリコン窒化膜3を除去し、図2
(g)に示すように、シリコン酸化膜2を除去する。続
いて、図2(h)に示すように、露出した半導体基板1
に再度シリコン酸化膜6を形成する。その後、イオン注
入により半導体基板1に拡散層7を形成する。この後、
図2(i)に示すように、シリコン酸化膜6を除去す
る。図示はしていないが、続く工程としてゲート電極材
料堆積し、リソグラフィーおよびドライエッチングによ
りゲート電極を形成する。
【0020】本実施形態では、シリコン窒化膜側壁のシ
リコン膜と熱酸化膜が、図2(g)工程での酸化膜エッ
チングの際の保護領域となるため、ディボットを生じに
くく、平滑な表面が得やすくなるという効果が生じる。
【0021】なお、実施の形態1および実施の形態2で
は第1絶縁層を構成する膜がシリコン窒化膜であり、第
2絶縁層を構成する膜がシリコン酸化膜であるが、これ
に限らずシリコン膜よりもエッチング速度が速く、エッ
チングの際に選択的に除去されるものであればよい。ま
た、実施の形態1および実施の形態2では第1絶縁層は
シリコン酸化膜を介して半導体基板上に形成されたが、
半導体基板上に直接または他の層を介して形成されても
よい。
【0022】
【発明の効果】以上のように、本発明の半導体装置の製
造方法は、半導体基板上に絶縁膜を介してシリコン窒化
膜上にシリコン膜を形成することで、低温の熱酸化が可
能となり、欠陥や転移の問題を低減することが可能にな
る。またさらに、このシリコン窒化膜側壁のシリコン膜
が後工程で行う酸化膜エッチングのストッパーとなるた
め、拡散相を露出させた際の表面に生じるディボットを
軽減することができ、半導体基板部分の露出を防止し、
しきい値電流の低下やトランジスタ性能への悪影響など
の問題を減少させるができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態における製造工程を
示す縦断面図で、(a)から(i)へと、その順序を示
す。
【図2】本発明の第2の実施の形態における製造工程を
示す縦断面図で、(a)から(i)へと、その順序を示
す。
【図3】従来の発明の製造工程を示す縦断面図で、
(a)から(h)へとその順序を示す。
【符号の説明】
1…半導体基板 2、6…シリコン酸化膜 5…埋め込み酸化膜 10…シリコン熱酸化膜 3…シリコン窒化膜 4…素子分離溝 7…拡散層 8、9…シリコン膜

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板上に形成された第1絶縁層およ
    び分離マスク開口部に素子分離溝を形成する工程と、前
    記素子分離溝内および前記第1絶縁層上にシリコン膜を
    形成し酸化する工程と、前記素子分離溝に第2絶縁層を
    充填したのち平坦化する工程とを、この順序に有するこ
    とを特徴とする半導体装置製造方法。
  2. 【請求項2】半導体基板上に形成された第1絶縁層に分
    離マスク開口部を形成する工程と、前記分離マスク開口
    部および前記第1絶縁層上にシリコン膜を形成する工程
    と、前記分離マスク開口部に素子分離溝を形成したのち
    前記素子分離溝内および前記シリコン膜を酸化する工程
    と、前記素子分離溝に第2絶縁層を充填したのち平坦化
    する工程とを、この順序に有することを特徴とする半導
    体装置製造方法。
  3. 【請求項3】前記第1絶縁層を構成する膜がシリコン窒
    化膜であることを特徴とする請求項1または請求項2の
    半導体装置製造方法。
  4. 【請求項4】前記第2絶縁層を構成する膜がシリコン酸
    化膜であることを特徴とする請求項1または請求項2の
    半導体装置製造方法。
  5. 【請求項5】前記シリコン膜の酸化は前記シリコン膜の
    一部または全部を酸化することを特徴とする請求項1ま
    たは請求項2の半導体装置製造方法。
  6. 【請求項6】前記第1絶縁層を半導体基板上に直接また
    は他の層を介して形成することを特徴とする請求項1ま
    たは請求項2の半導体装置製造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7855125B2 (en) 2007-03-16 2010-12-21 Seiko Epson Corporation Method for manufacturing semiconductor device and semiconductor device
US9960183B2 (en) 2016-06-03 2018-05-01 Renesas Electronics Corporation Method of manufacturing semiconductor device
US10002885B2 (en) 2016-09-16 2018-06-19 Renesas Electronics Corporation Manufacturing method of semiconductor device

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