JPH1167890A - 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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JPH1167890A
JPH1167890A JP9225904A JP22590497A JPH1167890A JP H1167890 A JPH1167890 A JP H1167890A JP 9225904 A JP9225904 A JP 9225904A JP 22590497 A JP22590497 A JP 22590497A JP H1167890 A JPH1167890 A JP H1167890A
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JP
Japan
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film
silicon
trench
element isolation
isolation region
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JP9225904A
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English (en)
Inventor
Naoyuki Niimura
尚之 新村
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/76Making of isolation regions between components
    • H01L21/762Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers
    • H01L21/76224Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using trench refilling with dielectric materials
    • H01L21/76232Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using trench refilling with dielectric materials of trenches having a shape other than rectangular or V-shape, e.g. rounded corners, oblique or rounded trench walls

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリコン酸化膜からなるサイドウォールをス
パッタしながらシリコン半導体基板をエッチングするた
め、イオンエネルギーが高い条件でエッチングを行って
おり、シリコン基板に与えるダメージは大きくなり、接
合リーク電流の原因となるシリコン結晶の欠陥を発生す
る可能性がある。 【解決手段】 シリコン基板1上に熱酸化法により、シ
リコン酸化膜2を形成した後、CVD法によりシリコン
窒化膜を堆積する。続いて、R1をマスクとして、反応
性イオンエッチング法により、素子分離領域となる部分
のシリコン窒化膜3及びシリコン酸化膜2を完全に除去
する。レジストR1を除去した後、多結晶シリコン膜4
又はアモルファスシリコン膜をCVD法により全面に堆
積する。次に、多結晶シリコン膜4を完全に除去される
まで反応性イオンエッチングによりエッチングする。こ
の際、素子分離領域となる弧状のトレンチ領域5がシリ
コン基板1に形成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法、更に詳しくは、半導体基板に形成された半導体素
子を電気的に分離する素子分離領域を形成する方法に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体基板表面上の各素子を電気的に分
離する素子分離領域の形成方法としては、選択酸化素子
分離法や、トレンチ素子分離法と呼ばれる手段が知られ
ている。選択酸化素子分離法では、シリコン基板上にパ
ターニングしたシリコン窒化膜をマスクとし、選択的に
シリコン基板を酸化して素子分離領域とする。一方、ト
レンチ素子分離法では、ドライエッチングによりシリコ
ン基板表面に凹型溝(トレンチ)を形成し、酸化膜等の
絶縁膜で該溝内部を埋めて素子分離領域を形成する。
【0003】現在、作成手順の簡易さから選択酸化法が
広く用いられているが、素子の微細化に伴いトレンチ素
子分離法に移行しつつある。トレンチ素子分離法では、
半導体基板上に配したゲート電極又はダミーパターンを
マスクとして、半導体基板を垂直にドライエッチングし
て、トレンチを形成するのが一般的であるが、活性領域
の端部ではシリコン基板表面に対して垂直なシリコン界
面が形成されるため、該部分で電界集中が起きてしまっ
たり、トレンチ内部への絶縁膜の埋め込みが十分でなく
空洞ができてしまう問題がある。
【0004】また、素子分離領域を横断する拡散層配線
を有する半導体素子に対して、トレンチ素子分離法を適
用した場合、配線不良を引き起こす問題点がある。これ
は、拡散層配線を形成するための不純物のイオン注入工
程において、垂直なトレンチ側面が注入されにくいため
である。
【0005】これらの問題を解決するために、特開平7
−235590号公報に記載された素子分離領域の形成
方法では、丸みを有するトレンチ形状の素子分離形成方
法が提案されている。
【0006】即ち、図3(a)に示すように、シリコン
酸化膜24、多結晶シリコン膜23、シリコン酸化膜2
2から構成されるダミーパターンをシリコン半導体基板
21上に形成する。
【0007】次に、図3(b)に示すように、SiCl
4と酸素の混合ガスを用いて上記ダミーパターンの側壁
にシリコン酸化膜からなるサイドウォール25を形成す
る。次に、図3(c)に示すように、該サイドウォール
25をスパッタしながらシリコン半導体基板21をエッ
チングすることにより丸みを帯びたトレンチ素子分離領
域が形成できるため、この部分での電界集中が緩和され
る。また、トレンチ上部に対して底部の開口幅が狭いた
め、トレンチ領域26内部への絶縁膜の埋め込み工程に
おいて底部から埋め込みがなされ空洞が発生することは
ない。また、トレンチ領域26側面が丸みを有する形状
であるため、拡散層配線を形成するための不純物のイオ
ン注入工程において、トレンチ領域26側面にも注入で
きる。尚、図3において、符号25はトレンチ領域形成
後のサイドウォールを示す。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た特開平7−23559号公報に記載の技術では、シリ
コン酸化膜からなるサイドウォールをスパッタしながら
シリコン半導体基板をエッチングするため、通常のシリ
コン基板のトレンチエッチングに比べ、イオンエネルギ
ーが高い条件(RFバイアスパワーが50〜150W)
でエッチングを行っている。該エネルギーが高いほど、
シリコン基板に与えるダメージは大きくなり、接合リー
ク電流の原因となるシリコン結晶の欠陥を発生する可能
性がある。
【0009】また、サイドウォールを形成する工程があ
るため、工程数が増加する。
【0010】本発明は、通常のシリコン基板のトレンチ
エッチング程度のイオンエネルギーのエッチングで、丸
みを有するトレンチ形状を形成でき得る素子分離領域の
形成方法を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の本発明の
半導体装置の製造方法において、半導体基板上に該半導
体基板のエッチングの際にマスクとなるパターンを形成
する工程と、全面に上記半導体基板とほぼ同じエッチン
グレートを有する膜を堆積する工程と、異方性エッチン
グにより、上記半導体基板とほぼ同じエッチングレート
を有する膜をすべて除去し、上記半導体基板に弧状を有
するトレンチ領域を形成する工程と、上記トレンチ領域
に絶縁膜を埋め込み素子分離領域を形成する工程とを有
することを特徴とするものである。
【0012】また、請求項2記載の本発明の半導体装置
の製造方法は、上記半導体基板がシリコンからなり、且
つ、上記半導体基板とほぼ同じエッチングレートを有す
る膜が多結晶ポリシリコン膜又はアモルファスシリコン
膜からなることを特徴とする、請求項1記載の半導体装
置の製造方法である。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、実施の形態に基づいて本発
明について詳細に説明する。
【0014】図1は本発明の第1の実施の形態の半導体
装置の製造工程を示す図であり、図2は本発明の第2の
実施の形態の半導体装置の製造工程を示す図である。
【0015】図1を用いて、本発明の第1の実施の形態
の半導体装置の製造工程を説明する。
【0016】まず、P型シリコン基板1上に熱酸化法に
より、シリコン酸化膜2を形成した後、CVD(化学気
相成長)法によりシリコン窒化膜を堆積する。ここで
は、シリコン酸化膜2を20nm、シリコン窒化膜3を
300nm堆積した。
【0017】続いて、図1(a)に示すように、フォト
リソグラフィの手法によりパターニングしたレジストR
1をマスクとして、反応性イオンエッチング法により、
素子分離領域となる部分のシリコン窒化膜3及びシリコ
ン酸化膜2を完全に除去する。
【0018】次に、レジストR1を除去した後、図1
(b)に示すように、シリコン基板1とほぼ同じエッチ
ングレートを有する多結晶シリコン膜4又はアモルファ
スシリコン膜をCVD法により全面に堆積する。ここで
は、多結晶シリコン膜4を200nm堆積した。尚、シ
リコン基板1とほぼ同じエッチングレートを有する膜で
あれば、多結晶シリコン膜4等以外でもよい。
【0019】次に、多結晶シリコン膜4を完全に除去さ
れるまで反応性イオンエッチングによりエッチングす
る。この際、シリコン基板1は多結晶シリコン膜4とほ
ぼ等速度でエッチングが進行するので、図1(c)に示
すように、素子分離領域となる弧状のトレンチ領域5が
シリコン基板1に形成される。
【0020】ここでの反応性イオンエッチングは、基板
バイアス型ECRエッチング装置を用いて、エッチング
ガスをHBrを40sccm、O2を3sccm流し
て、マイクロ波パワーを500W、RFパワーを20W
の条件で行った。
【0021】次に、膜厚が500nm程度のシリコン酸
化膜をCVD法により全面に堆積した後、CMP(Ch
emical Mechanical Polisin
g)法により、上記酸化膜を研磨するすることにより、
図1(d)に示すように、トレンチ領域5にシリコン酸
化膜6が埋め込まれ、素子分離領域が形成される。
【0022】次に、シリコン窒化膜3及びシリコン酸化
膜2を除去した後、シリコン基板1表面を熱酸化するこ
とにより、ゲート酸化膜7を形成した後、図1(e)に
示すように、ゲート電極材料となる多結晶シリコン膜8
をCVD法により全面に形成する。その後、ゲート電極
領域を定義するようにパターニングしたレジスト(図示
せず。)をマスクとして多結晶シリコン膜8を加工する
ことにより、ゲート電極を形成する。
【0023】次に、図2を用いて、本発明の第2の実施
の形態の素子分離領域の形成方法を説明する。
【0024】まず、P型シリコン基板1上に熱酸化法に
より、シリコン酸化膜9を形成した後、CVD(化学気
相成長)法によりフローティングゲート電極材料となる
多結晶シリコン膜10とシリコン酸化膜11を順次全面
に堆積する。ここでは、シリコン酸化膜9を15nm、
多結晶シリコン膜10を250nm、シリコン酸化膜1
1を50nm堆積した。
【0025】続いて、図2(a)に示すように、フォト
リソグラフィの手法によりフローティングゲート電極領
域を定義するようにパターニングされたレジストR2を
マスクとして、反応性イオンエッチング法により、素子
分離領域となる部分のシリコン酸化膜11、多結晶シリ
コン膜10及びシリコン酸化膜9を完全に除去する。
【0026】次に、レジストR2を除去した後、図2
(b)に示すように、多結晶シリコン膜12はアモルフ
ァスシリコン膜をCVD法により全面に堆積する。ここ
では、多結晶シリコン膜12を200nm堆積した。
【0027】次に、多結晶シリコン膜12が完全に除去
されるまで反応性イオンエッチングによりエッチングす
る。この際、シリコン基板1は多結晶シリコン膜12と
ほぼ等速度でエッチングが進行するので、図2(c)に
示すように、素子分離領域となる弧状のトレンチ領域6
がシリコン基板1に形成される。
【0028】ここでの反応性イオンエッチングは、基板
バイアス型ECRエッチング装置を用いて、エッチング
ガスをHBrを40sccm、O2を3sccm流し
て、マイクロ波パワーを500W、RFパワーを20W
の条件で行った。
【0029】次に、膜厚が500nm程度のシリコン酸
化膜をCVD法により全面に堆積した後、CMP(Ch
emical Mechanical Polisin
g)法により、上記酸化膜を研磨するすることにより、
図2(d)に示すように、トレンチ領域にシリコン酸化
膜13が埋め込まれ、素子分離領域が形成される。
【0030】次に、図2(e)に示すように、第2のゲ
ート絶縁膜14及びコントロールゲート材料となる多結
晶シリコン膜15を形成する。本実施の形態では、第2
のゲート絶縁膜として、フローティングゲート電極表面
に5nmのシリコン酸化膜を形成した後、CVD法によ
り5nmのシリコン窒化膜を、更に、5nmのシリコン
酸化膜を堆積した積層膜とした。多結晶シリコン膜の膜
厚は200nmとした。その後、コントロールゲート電
極領域を定義するようにパターニングしたレジスト(図
示せず。)をマスクとして多結晶シリコン15を加工す
ることにより、ゲート電極を形成する。
【0031】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明を
用いることにより、シリコン基板上にゲート電極又はダ
ミーパターンを形成した後、多結晶シリコン膜又はアモ
ルファスシリコン膜を全面に堆積し、その後多結晶シリ
コン膜又はアモルファスシリコン膜を異方性エッチング
により全て除去することにより、シリコン基板表面に弧
状の丸みを有するトレンチ素子分離領域を形成すること
ができる。このトレンチ形状では、活性領域の端部での
電界集中が緩和され、素子分離のためのトレンチ内部へ
の絶縁膜形成工程で空洞ができることはない。更に、ト
レンチ側面への不純物イオン注入が可能となるので、素
子分離領域を横断する拡散層配線を有する半導体素子に
対してトレンチ素子分離法を適用でき得る。
【0032】また、弧状の丸みを形成するために特別な
エッチング条件を適応する必要がなく、従来問題となっ
ていた高イオンエネルギーによるシリコン基板への損傷
を抑制することができ、また、サイドウォール形成工程
が必要ないので、工程数を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の素子分離領域の形
成工程を示す図である。
【図2】本発明の第2の実施の形態の素子分離領域の形
成工程を示す図である。
【図3】従来のトレンチ素子分離領域の形成工程を示す
図である。
【符号の説明】
1 シリコン基板 2 シリコン酸化膜 3、10 シリコン窒化膜 4、12 多結晶シリコン膜 5 トレンチ領域 6、13 シリコン酸化膜 7 ゲート酸化膜 8、15 多結晶シリコン膜 9 第1のゲート絶縁膜 11 シリコン酸化膜 14 第2のゲート絶縁膜

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に該半導体基板のエッチン
    グの際にマスクとなるパターンを形成する工程と、 全面に上記半導体基板とほぼ同じエッチングレートを有
    する膜を堆積する工程と、 異方性エッチングにより、上記半導体基板とほぼ同じエ
    ッチングレートを有する膜をすべて除去し、上記半導体
    基板に弧状を有するトレンチ領域を形成する工程と、 上記トレンチ領域に絶縁膜を埋め込み素子分離領域を形
    成する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。
  2. 【請求項2】 上記半導体基板がシリコンからなり、且
    つ、上記半導体基板とほぼ同じエッチングレートを有す
    る膜が多結晶ポリシリコン膜又はアモルファスシリコン
    膜からな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。
JP9225904A 1997-08-22 1997-08-22 半導体装置の製造方法 Pending JPH1167890A (ja)

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