JPH11284061A - 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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JPH11284061A
JPH11284061A JP8591798A JP8591798A JPH11284061A JP H11284061 A JPH11284061 A JP H11284061A JP 8591798 A JP8591798 A JP 8591798A JP 8591798 A JP8591798 A JP 8591798A JP H11284061 A JPH11284061 A JP H11284061A
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JP
Japan
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film
trench
cvd
planarization
oxide film
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JP8591798A
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English (en)
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Ryuji Ariyoshi
竜司 有吉
Masaaki Fujishima
正章 藤島
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JFE Steel Corp
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Kawasaki Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】減圧CVDを用いて、素子分離のためのシャロ
ウトレンチの内部へ酸化膜を埋め込んだ場合に、埋め込
まれた酸化膜に発生するシーム部の腐食による歩留りの
低下を抑えることができる半導体装置の製造方法を提供
する。 【解決手段】シャロウトレンチの内部に、シランベース
の減圧CVD法を用いて第1の酸化膜を埋め込んだ後、
まず、ソフトパッドを用いたCMP法もしくはエッチバ
ック法により第1の酸化膜を平坦化し、シャロウトレン
チ内部に埋め込まれた第1の酸化膜の表面を、多くとも
素子分離間隔の最低幅の1/2以下の範囲まで窪ませた
後、シャロウトレンチ内部に埋め込まれた第1の酸化膜
の窪み量以上の膜厚の第2の酸化膜を成膜し、ハードパ
ッドを用いたCMP法により、シャロウトレンチの内部
に埋め込まれた第2の酸化膜の表面を平坦化することに
より、上記課題を解決する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、素子分離のための
シャロウトレンチの内部への酸化膜の埋め込みに、シラ
ンベースの減圧CVD(Chemical Vapor Deposition )
法を用いる半導体装置の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体装置の素子分離をシャロウトレン
チで行う場合、このトレンチへの埋め込み酸化膜とし
て、例えば減圧CVD、SOG(spin-on-glass )、オ
ゾンTEOS(Tetra-Ethyl-Ortho-Silicate)、HDP
−CVD(高密度プラズマCVD)等の種々の膜が用い
られている。それぞれに一長一短はあるが、埋め込み用
途としてのカバレージの良さを備え、かつ、プロセスダ
メージや汚染のない高品位な膜を得るためには、シラン
ベースの減圧CVD膜を用いるのが好ましい。
【0003】すなわち、SOGやTEOS材料では、材
料起因のカーボン汚染を本質的に避けることが不可能で
あり、また、HDP−CVD等では、装置構成上、メタ
ル汚染の混入が避けられないという問題点がある。しか
し、一方で減圧CVDにおいては、後工程でのフッ酸処
理等で、トレンチの内部に埋め込まれた酸化膜に形成さ
れるシーム(継ぎ目)部分が選択的に腐食されてしまう
という別の問題点がある。以下、この減圧CVDによる
問題点について説明する。
【0004】ここで、図4(a)および(b)に、従来
の半導体装置の製造方法の各工程を表す一例の断面概念
図を示す。同図(a)は、従来法に基づくシャロウトレ
ンチ埋め込みの仕上り概念図、同図(b)は、その最終
形状の概念図である。
【0005】例えば、同図(a)に示すように、減圧C
VDを用いて、窒化膜14/パッド酸化膜12/シリコ
ン基板10のスタック(積層構造)に形成されたシャロ
ウトレンチ16の内部にCVD酸化膜18を埋め込んだ
場合、このトレンチ16の内部に埋め込まれた酸化膜1
8の中央部にはシーム20が形成される。このシーム2
0は、トレンチ16の両側の側壁から成長した膜同士が
接触しているのみで、その間に化学的結合を何ら持って
はいない。
【0006】通常のCMOS工程では、シャロウトレン
チへの酸化膜18の埋め込み後に、窒化膜14/パッド
酸化膜12剥離、犠牲酸化膜剥離等の工程で複数回のフ
ッ酸エッチングが行われる。この時、シーム20にはフ
ッ酸が浸透しやすいため、その近傍が選択的に腐食され
てしまい、結果的に図4(b)のような形状となる。こ
のようなシーム部の腐食が発生すると、例えばゲート電
極のエッチング時に腐食溝内に残渣が残り、ゲート間シ
ョートによる歩留り低下を引き起こす。
【0007】以上のように、従来の半導体装置の製造方
法によれば、素子分離のためのシャロウトレンチの内部
へ酸化膜を埋め込むために、例えばSOG、オゾンTE
OS、HDP−CVDを用いた場合、カーボンやメタル
汚染によるプロセスダメージの問題があった。これに対
し、汚染によるプロセスダメージがなく、カバレージも
良いシランベースの減圧CVDを用いた場合には、シー
ム部の選択的な腐食による歩留り低下の問題があった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前記
従来技術に基づく問題点をかえりみて、減圧CVDを用
いて、素子分離のためのシャロウトレンチの内部へ酸化
膜を埋め込んだ場合に、埋め込まれた酸化膜に発生する
シーム部の腐食による歩留りの低下を抑えることができ
る半導体装置の製造方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、半導体基板に形成したトレンチ溝の埋め
込みとして、少なくとも第1のCVD(Chemical Vapor
Deposition )膜と該第1のCVD膜上に形成した第2
のCVD膜とからなる絶縁膜によって、前記第1のCV
D膜が被覆されている素子分離構造において、少なくと
も、前記第1のCVD膜を成長させる工程と、CMP
(chemical mechanical polishing )によって該第1の
CVD膜の前記トレンチ溝部の表面を前記半導体基板表
面より凹むように残す工程と、前記第2のCVD膜を形
成する工程と、該第2のCVD膜を前記トレンチ領域部
に残すように平坦化する工程とからなることを特徴とす
る半導体装置の製造方法を提供するものである。
【0010】ここで、前記第1のCVD膜は、シランベ
ースの減圧CVD膜からなるのが好ましい。また、前記
第1のCVD膜を削除する工程は、ソフトパッドを用い
たCMP工程またはエッチバック工程からなり、前記第
2のCVD膜は、ハードパッドを用いたCMP工程から
なるのが好ましい。
【0011】すなわち、本発明の半導体装置の製造方法
において、シャロウトレンチの内部への第1の酸化膜の
埋め込み後の平坦化処理は少なくとも2段階に分けて行
われる。まず、1回目の平坦化は、ソフトパッドを用い
たCMP(chemical mechanical polishing )法あるい
はエッチバック法で行われる。例えば、ソフトパッドを
用いたCMP法では、シャロウトレンチの内部に埋め込
まれた第1の酸化膜の表面を所望の形状に窪ませること
ができる。
【0012】次いで、第2の酸化膜が成膜された後、2
回目の平坦化はハードパッドを用いたCMP法で行わ
れ、余剰の第2の酸化膜が除去される。ハードパッドに
よるCMP法では、微細部は完全に平坦化されるので、
第1の酸化膜の窪み部のみに第2の酸化膜を残すことが
できる。また、第2の酸化膜の膜厚を、トレンチの内部
に埋め込まれた第1の酸化膜の窪み量以上とすることに
より、2回目の平坦化後のトレンチ上面では、完全な平
坦化が達成される。
【0013】なお、1回目の平坦化の時に、トレンチの
内部に埋め込まれた酸化膜の窪み量を、多くとも目標と
する素子分離間隔の最低幅の1/2以下とすることによ
り、第2の酸化膜の表面にはシームができないため、こ
の第2の酸化膜は、その下の第1の酸化膜のシームに対
する蓋として有効に働く。従って、その後の工程で、第
1の酸化膜のシーム部が選択的に腐食されるのを防止す
ることができ、半導体装置の歩留りを向上させることが
できる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下に、添付の図面に示す好適実
施例に基づいて、本発明の半導体装置の製造方法を詳細
に説明する。
【0015】図1(a)および(b)、図2(c)およ
び(d)ならびに図3(e)および(f)は、本発明の
半導体装置の製造方法の各工程を表す一実施例の断面概
念図である。本発明の半導体装置の製造方法において
は、まず、図1(a)に示すように、シリコン基板10
の表面にパッド酸化膜12を形成し、続けて、パッド酸
化膜12の表面に窒化膜14を形成する。例えば、パッ
ド酸化膜12をドライ酸化で180Å、窒化膜14を減
圧CVD法で1500Å形成する。
【0016】その後、フォトリソグラフィー工程によ
り、窒化膜14/パッド酸化膜12/シリコン基板10
のスタック(積層構造)をエッチングし、図1(b)に
示すようなシャロウトレンチ16を形成する。例えば、
トレンチ16の深さは、シリコン基板10表面から35
00Åとする。
【0017】続いて、トレンチ16の側壁を高温で酸化
した後、図2(c)に示すように、シランベースの減圧
CVDを用いて第1のCVD酸化膜18を形成し、トレ
ンチ16の埋め戻しを行う。例えば、トレンチ16の側
壁の酸化はドライ酸化で400Å、減圧CVDの条件
は、He/N2 O/SiH4 =64/720/16scc
m、圧力80Pa、温度825℃とし、膜圧は7000
Åとする。この段階で、トレンチ16内に埋め込まれた
酸化膜18にはシーム部20が形成される。
【0018】続いて、1回目の平坦化をCMP法で行
う。この時の条件は、ウェーハ表面を研磨するための研
磨溶剤および研磨部材として、それぞれKOH系シリカ
スラリーおよびソフトパッドを用い、例えばCMP装置
のダウンプレッシャ、プラテンスピード、キャリアスピ
ードをそれぞれ7psi (pounds squared inch )、20
rpm (revolutions per minute)、25rpm とする。
【0019】ここで、前述のプラテンは、研磨部材とし
て用いられる前述のソフトパッドや後述するハードパッ
ド等のパッドを支持するための支持台であり、キャリア
は、ウェーハを保持するための保持部材である。これら
のプラテンとキャリアは、それぞれパッド表面およびウ
ェーハ表面を向き合わせて各々独立に回転することによ
り、ウェーハ表面が研磨される。また、ダウンプレッシ
ャは、パッド表面とウェーハ表面との間の押し付け圧力
である。
【0020】本実施例の条件のように、ソフトパッドを
使用し、比較的高圧力、低回転速度とすることにより、
図2(d)に示すように、トレンチ16の内部に埋め込
まれた酸化膜18の上部を球状に窪ませることが可能で
ある。なお、1回目の平坦化は、レジストエッチバック
等のエッチバック法で行い、オーバーエッチング量のコ
ントロールにより、トレンチの内部に埋め込まれた酸化
膜18の表面に窪みを形成することも可能である。
【0021】また、対象となるトレンチ幅等によって、
もちろん平坦化の条件は適宜可変であるが、後述する第
2のCVD膜の表面にシームが発生するのを防ぐため
に、窪み量が埋め込み対象となるトレンチの最小幅の1
/2を超えないようオーバーポリッシュをコントロール
する必要がある。例えば、4000Å幅のトレンチを埋
め込む場合は、窪み量を2000Å以下に抑える必要が
ある。本実施例では、例えば窪み量を1500Åとす
る。
【0022】次に、図3(e)に示すように、第2のC
VD膜22を追加成膜する。この時の成膜条件は、2回
目の平坦化で完全平坦化するために、1回目の平坦化で
形成する、トレンチの内部に埋め込まれた第1の酸化膜
18の窪み量よりも大きくする必要がある。
【0023】最後に、2回目の平坦化を行う。2回目の
平坦化の条件は、研磨溶剤および研磨部材として、それ
ぞれKOH系シリカスラリーおよびハードパッドを使用
し、例えばCMP装置のダウンプレッシャ、プラテンス
ピード、キャリアスピードをそれぞれ3psi 、30rpm
、35rpm とする。2回目の平坦化は、ハードパッド
を使用し、比較的低圧力、高回転速度とすることによ
り、図3(f)に示すように、トレンチ上部の窪みをな
くし、完全に平坦化することが可能である。
【0024】本発明の半導体装置の製造方法は、基本的
に以上のようなものである。なお、本実施例では、一例
として具体的な数値を示しているが、本発明は、この実
施例の数値に何ら限定されるものではない。以上、本発
明の半導体装置の製造方法について詳細に説明したが、
本発明は上記実施例に限定されず、本発明の主旨を逸脱
しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいの
はもちろんである。
【0025】
【発明の効果】以上詳細に説明した様に、本発明の半導
体装置の製造方法は、シランベースの減圧CVD法を用
いて、シャロウトレンチの内部に第1の酸化膜を埋め込
んだ後、ソフトパッドを用いたCMP法もしくはエッチ
バック法により第1の酸化膜を平坦化し、シャロウトレ
ンチ内部に埋め込まれた第1の酸化膜の表面を窪ませ、
その後、第2の酸化膜を成膜し、ハードパッドを用いた
CMP法により、シャロウトレンチの内部に埋め込まれ
た第2の酸化膜の表面を平坦化するものである。本発明
の半導体装置の製造方法によれば、トレンチの内部に埋
め込まれる酸化膜として、汚染のない、シランベースの
減圧CVD膜を用いているため、SOGやオゾンTEO
S、HDP−CVDを用いる場合に問題となるカーボ
ン、メタル汚染による品質の劣化を防止することができ
るのはもちろん、平坦化を2回に分けて行うことによ
り、従来では、シャロウトレンチを埋め込む場合に問題
となっていたシーム部の選択的な腐食による歩留りの低
下を完全に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 (a)および(b)は、本発明の半導体装置
の製造方法の各工程を表す一実施例の断面概念図であ
る。
【図2】 (c)および(d)は、本発明の半導体装置
の製造方法の各工程を表す一実施例の断面概念図であ
る。
【図3】 (e)および(f)は、本発明の半導体装置
の製造方法の各工程を表す一実施例の断面概念図であ
る。
【図4】 (a)および(b)は、従来の半導体装置の
製造方法の各工程を表す一例の断面概念図である。
【符号の説明】
10 シリコン基板 12 パッド酸化膜 14 窒化膜 16 シャロウトレンチ 18,22 CVD酸化膜 20 シーム部

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板に形成したトレンチ溝の埋め込
    みとして、少なくとも第1のCVD膜と該第1のCVD
    膜上に形成した第2のCVD膜とからなる絶縁膜によっ
    て、前記第1のCVD膜が被覆されている素子分離構造
    において、 少なくとも、前記第1のCVD膜を成長させる工程と、
    CMPによって該第1のCVD膜の前記トレンチ溝部の
    表面を前記半導体基板表面より凹むように残す工程と、
    前記第2のCVD膜を形成する工程と、該第2のCVD
    膜を前記トレンチ領域部に残すように平坦化する工程と
    からなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】前記第1のCVD膜は、シランベースの減
    圧CVD膜からなることを特徴とする請求項1に記載の
    半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】前記第1のCVD膜を削除する工程は、ソ
    フトパッドを用いたCMP工程またはエッチバック工程
    からなり、前記第2のCVD膜は、ハードパッドを用い
    たCMP工程からなることを特徴とする請求項1に記載
    の半導体装置の製造方法。
JP8591798A 1998-03-31 1998-03-31 半導体装置の製造方法 Withdrawn JPH11284061A (ja)

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