JP2006041397A - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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真人 石橋
Katsuyuki Hotta
勝之 堀田
Takashi Kuroi
隆 黒井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain the manufacturing method of a semiconductor device that manufactures a high-quality semiconductor device by equalizing the heights of each element isolation from the surface of a semiconductor substrate, when an insulating film is embedded in different depth grooves to form the device isolation. <P>SOLUTION: First to third mask layers are formed on the semiconductor substrate, regions corresponding to a first deep device separation and a second shallow device separation are etched in the third and the second mask layers, a region corresponding to a first device isolation is etched in the first mask layer, the forming region of the first element isolation in the semiconductor substrate is etched with the third and the first mask layers as the masks to form a first groove, a region corresponding to the second element isolation is etched in the first mask layer, the forming regions of the first and the second device isolation on the semiconductor substrate are etched with the third mask layer as the mask to form a second groove, and the first groove is deepened to embed the insulating film in the first and the second grooves, thereby planarize the insulating film. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、半導体素子を電気的に分離する素子分離技術を含んだ半導体装置の製造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 manufacturing a semiconductor device including an element isolation technique for electrically isolating semiconductor elements.

近年の急速な微細化により、半導体集積回路は高密度化の一途をたどっている。これに伴い、最先端集積回路においては単位面積当たりの集積度を増すために、素子分離能力を維持したまま素子分離領域を微細化することが要求されている。このような微細化の要求に対して、素子分離法として従来のLOCOS(Local Oxidation of Silicon)法に代わってトレンチ分離法が広く用いられている。トレンチ分離法は、素子間に設けられた溝を絶縁膜で埋めることで素子の電気的分離を達成する方法である。ところが、素子分離領域の微細化を実現するためには、素子分離能力を維持するために溝の深さを変えることなく分離幅のみを微細化する必要があるため、特に絶縁膜の埋め込みの工程において困難さが増している。   Due to rapid miniaturization in recent years, semiconductor integrated circuits have been increasingly densified. Along with this, in order to increase the degree of integration per unit area in the state-of-the-art integrated circuit, it is required to miniaturize the element isolation region while maintaining the element isolation capability. In response to such a demand for miniaturization, a trench isolation method is widely used as an element isolation method instead of the conventional LOCOS (Local Oxidation of Silicon) method. The trench isolation method is a method of achieving electrical isolation of elements by filling a groove provided between the elements with an insulating film. However, in order to realize the miniaturization of the element isolation region, it is necessary to miniaturize only the isolation width without changing the depth of the trench in order to maintain the element isolation capability. The difficulty is increasing.

また、最先端集積回路の中でも、大容量デバイスなどはメモリセル部と周辺回路部とを有する。このような大容量デバイスにおいて、メモリセル部の集積度を大幅に上げるためにメモリセル部において周辺回路部と同じ深さの溝を用いた場合には、絶縁膜の埋め込みが達成できないという状況が生じてしまう。このため、このような大容量メモリデバイスなどの製造に用いるトレンチ分離法として、集積度の高いメモリセル部においては相対的に浅い溝を使用し、集積度が比較的低い周辺回路部においては深い溝を用いるデュアルトレンチ分離法が用いられている。   Further, among the most advanced integrated circuits, a large-capacity device has a memory cell portion and a peripheral circuit portion. In such a large-capacity device, when a groove having the same depth as that of the peripheral circuit portion is used in the memory cell portion in order to greatly increase the integration degree of the memory cell portion, there is a situation that the filling of the insulating film cannot be achieved. It will occur. For this reason, as a trench isolation method used for manufacturing such a large-capacity memory device, a relatively shallow groove is used in a highly integrated memory cell portion, and deep in a peripheral circuit portion having a relatively low integration degree. A dual trench isolation method using grooves is used.

ここで、従来のデュアルトレンチ分離法による素子分離領域の形成方法について説明する。従来のデュアルトレンチ分離法においては、まず、シリコン基板の表面上にシリコン酸化膜およびシリコン窒化膜を形成する。つぎに、フォトレジストマスクを用いて素子分離を形成する領域上のシリコン窒化膜およびシリコン酸化膜を異方性エッチングにより選択的に除去する。そして、フォトレジストマスクを除去した後にシリコン窒化膜をマスクとして浅いトレンチ溝および深いトレンチ溝を異方性エッチングにより形成する。   Here, a method for forming an element isolation region by a conventional dual trench isolation method will be described. In the conventional dual trench isolation method, first, a silicon oxide film and a silicon nitride film are formed on the surface of a silicon substrate. Next, the silicon nitride film and the silicon oxide film on the region where element isolation is to be formed are selectively removed by anisotropic etching using a photoresist mask. Then, after removing the photoresist mask, shallow trench grooves and deep trench grooves are formed by anisotropic etching using the silicon nitride film as a mask.

つぎに、浅いトレンチ溝を含む領域をフォトレジストで覆い、該フォトレジストおよびシリコン窒化膜をマスクとして深い溝を異方性エッチングにより形成する。その後、加熱酸化法によって、浅いトレンチ溝および深いトレンチ溝の側壁および底面を酸化してエッチングによるダメージ層を除去する。さらに、CVD(Chemical Vapor Deposition)法によって、シリコン酸化膜を全面に堆積して浅いトレンチ溝および深いトレンチ溝内に埋め込み、その表面をシリコン窒化膜をストッパとするCMP(Chemical Mechanical Polishing)法によって平坦化して、浅いトレンチ溝および深いトレンチ溝内にのみシリコン酸化膜を残す。   Next, a region including the shallow trench is covered with a photoresist, and a deep trench is formed by anisotropic etching using the photoresist and the silicon nitride film as a mask. Thereafter, the sidewalls and bottom surfaces of the shallow trench groove and the deep trench groove are oxidized by a heating oxidation method to remove a damaged layer caused by etching. Further, a silicon oxide film is deposited on the entire surface by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method and buried in a shallow trench groove and a deep trench groove, and the surface is flattened by a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method using a silicon nitride film as a stopper. Thus, the silicon oxide film is left only in the shallow trench groove and the deep trench groove.

その後、シリコン窒化膜を除去し、ウェルの形成や、トランジスタの閾値を決めるためのイオン注入を行い、さらにシリコン酸化膜を除去して素子分離領域が完成する。その後は、ゲート酸化を行い、ゲート電極やソースドレイン領域等を形成することで半導体素子が形成され、配線層によって互いに接続される。   Thereafter, the silicon nitride film is removed, well formation and ion implantation for determining the threshold value of the transistor are performed, and the silicon oxide film is further removed to complete the element isolation region. Thereafter, gate oxidation is performed to form a gate electrode, a source / drain region, and the like, so that a semiconductor element is formed and connected to each other by a wiring layer.

また、浅い溝と深い溝とを得るデュアルトレンチ分離法としては、たとえばウエル分離領域および素子間分離領域の各溝、つまり浅い溝と深い溝とを同一のフォトマスク上で規定する手法を用い、両領域をセルフアラインで形成する技術が提案されている(たとえば特許文献1参照)。   In addition, as a dual trench isolation method for obtaining a shallow trench and a deep trench, for example, a method of defining each trench in a well isolation region and an element isolation region, that is, a shallow trench and a deep trench on the same photomask, A technique for forming both regions by self-alignment has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

特開昭60−226136号公報JP 60-226136 A

しかしながら、上述したような従来のデュアルトレンチ分離法においては、シリコンとシリコン窒化膜とのエッチング選択比が小さいために、深い溝を形成するためにシリコン基板をエッチングしている時にフォトレジストで覆われていないシリコン窒化膜もエッチングされてしまう。たとえば、シリコン基板を150nmの深さでエッチングする場合には、シリコン窒化膜は40nm程度エッチングされてしまう。このため、シリコン酸化膜を浅いトレンチ溝および深いトレンチ溝内に埋め込み、その表面をシリコン窒化膜をストッパとするCMP法によって平坦化する際に、浅いトレンチ溝を形成する領域と深いトレンチ溝を形成する領域とで、ハードマスクとなるシリコン窒化膜の高さが異なるという状態が発生し、結果的に素子分離領域に埋め込んだシリコン酸化膜のシリコン基板表面上からの膜厚が異なってしまう。   However, in the conventional dual trench isolation method as described above, since the etching selectivity between silicon and silicon nitride film is small, the silicon substrate is covered with a photoresist when the silicon substrate is etched to form a deep groove. The silicon nitride film which is not etched is also etched. For example, when a silicon substrate is etched at a depth of 150 nm, the silicon nitride film is etched by about 40 nm. Therefore, when a silicon oxide film is buried in shallow trench grooves and deep trench grooves and the surface is planarized by CMP using a silicon nitride film as a stopper, a shallow trench groove forming region and a deep trench groove are formed. The state in which the height of the silicon nitride film serving as the hard mask differs depending on the region to be processed, and as a result, the thickness of the silicon oxide film embedded in the element isolation region from the surface of the silicon substrate differs.

この埋め込み絶縁膜(シリコン酸化膜)のシリコン基板表面上からの膜厚の差は、素子分離形成後の微細加工に大きな影響を及ぼす。特に、ゲート電極加工時のリソグラフィーの露光精度に影響し、また、エッチングのばらつきをも生じさせる。たとえば、浅いトレンチ溝を形成する領域でゲート電極が細くなるという事態が生じ、この結果浅いトレンチ溝と深いトレンチ溝を形成する領域で同じ特性のトランジスタが得られなくなる。   The difference in film thickness of the buried insulating film (silicon oxide film) from the surface of the silicon substrate has a great influence on the fine processing after element isolation formation. In particular, it affects the exposure accuracy of lithography when processing the gate electrode, and also causes variations in etching. For example, a situation occurs in which the gate electrode becomes thin in a region where a shallow trench is formed, and as a result, a transistor having the same characteristics cannot be obtained in a region where a shallow trench and a deep trench are formed.

また、ゲート電極加工後に、相対的に素子分離の高さが高い部分の肩に、ゲート電極材のサイドウォールが生じ、ショートの原因となる。このショートの原因を取り除くため、素子分離の高さを低くすると、相対的に素子分子の高さが低い部分で素子分離端がくぼみ、その素子分離で囲まれているトランジスタの閾値が下がる現象が起き、トランジスタ特性のばらつきの原因となる。   Further, after processing the gate electrode, a side wall of the gate electrode material is formed on the shoulder of the portion where the element isolation height is relatively high, which causes a short circuit. In order to eliminate the cause of this short-circuit, if the height of the element isolation is lowered, the element isolation edge is recessed at a portion where the element molecule height is relatively low, and the threshold value of the transistor surrounded by the element isolation is lowered. Occurs and causes variation in transistor characteristics.

さらに、トレンチ溝に埋め込んだシリコン酸化膜を、シリコン窒化膜をストッパとしてCMP法で平坦化するときに、浅いトレンチ溝が存在する領域と深いトレンチ溝が存在する領域の境界部のシリコン窒化膜上にシリコン酸化膜が残ったり、またCMP法による研磨のために境界部周辺のシリコン窒化膜の削れがさらに進むということも生じる。この場合も結果的に素子分離領域に埋め込んだシリコン酸化膜のシリコン基板表面上からの膜厚が異なってしまう。   Further, when the silicon oxide film buried in the trench groove is planarized by CMP using the silicon nitride film as a stopper, the silicon oxide film on the boundary portion between the region where the shallow trench groove exists and the region where the deep trench groove exists In other words, the silicon oxide film may remain, or the silicon nitride film around the boundary portion may be further scraped due to the polishing by the CMP method. Also in this case, as a result, the film thickness of the silicon oxide film embedded in the element isolation region from the surface of the silicon substrate is different.

また、上記の特許文献1において、素子分離領域に埋め込んだシリコン酸化膜のシリコン基板表面上からの膜厚が浅い溝と深い溝で等しい構造が得られる製造方法が開示されているが、溝を形成する領域上のハードマスクであるシリコン窒化膜をエッチングするときに、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜の選択比が小さいためにその下の膜であるシリコン酸化膜が削れてしまうという状況が発生する。特に、近年、活性領域の確保のために内壁酸化の薄膜化が進んでいる。これに伴って、分離端の落ち込みを低減するためにシリコン基板上のシリコン酸化膜も薄膜化する必要がある。このため、上記の特許文献2で述べられているような製造方法の場合には、シリコン酸化膜が焼失してしまい、デュアルトレンチ分離が形成できないという問題が生じる。   Further, in the above-mentioned Patent Document 1, a manufacturing method is disclosed in which a silicon oxide film embedded in an element isolation region has a structure in which a film thickness from the surface of the silicon substrate is equal to that of a shallow groove and a deep groove. When etching a silicon nitride film that is a hard mask on a region to be formed, a situation occurs in which the silicon oxide film that is a film below the silicon nitride film is scraped because the selection ratio between the silicon nitride film and the silicon oxide film is small. . In particular, in recent years, thinning of the inner wall oxidation is progressing in order to secure an active region. Along with this, it is necessary to reduce the thickness of the silicon oxide film on the silicon substrate in order to reduce the drop of the separation end. For this reason, in the case of the manufacturing method described in the above-mentioned Patent Document 2, the silicon oxide film is burned out, which causes a problem that dual trench isolation cannot be formed.

本発明は、上記の問題に鑑みて創案されたものであり、深さの異なる溝に絶縁膜を埋め込んで素子分離を形成するに際して、各素子分離の半導体基板表面からの高さを均等とし、高品質の半導体装置を製造する半導体装置の製造方法を得ることを目的とする。   The present invention was devised in view of the above problems, and when isolating elements by embedding insulating films in trenches having different depths, the height of each element isolation from the surface of the semiconductor substrate is equalized, An object of the present invention is to obtain a semiconductor device manufacturing method for manufacturing a high-quality semiconductor device.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる半導体装置の製造方法は、半導体基板上に、該半導体基板のエッチングを行う際のエッチングマスクとなる第1のマスク層を形成する工程と、第1のマスク層上に、該第1のマスク層とのエッチング選択比が高い第2のマスク層を形成する工程と、第2のマスク層上に、第1のマスク層および半導体基板のエッチングを行う際のエッチングマスクとなる第3のマスク層を形成する工程と、第3のマスク層と第2のマスク層とにおける、深さの深い第1のトレンチ素子分離および深さの浅い第2のトレンチ素子分離の形成領域に対応する領域をエッチング除去する工程と、第1のマスク層における、第1のトレンチ素子分離の形成領域に対応する領域をエッチング除去する工程と、第3のマスクおよび第1のマスクをエッチングマスクとして半導体基板における第1のトレンチ素子分離の形成領域をエッチング除去して第1のトレンチ素子分離形成用の第1のトレンチ溝を形成する工程と、第1のマスク層における、第2のトレンチ素子分離の形成領域に対応する領域をエッチング除去する工程と、第3のマスク層をエッチングマスクとして半導体基板における第1のトレンチ素子分離および第2のトレンチ素子分離の形成領域をエッチング除去して第2のトレンチ素子分離形成用の第2のトレンチ溝を形成するとともに第1のトレンチ溝をさらに深堀する工程と、第1のトレンチ溝および第2のトレンチ溝に絶縁膜を埋め込む工程と、絶縁膜を平坦化する工程と、を含むことを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, a manufacturing method of a semiconductor device according to the present invention forms a first mask layer on an semiconductor substrate, which serves as an etching mask when etching the semiconductor substrate. A step of forming a second mask layer having a high etching selectivity with respect to the first mask layer on the first mask layer, a first mask layer on the second mask layer, and A step of forming a third mask layer serving as an etching mask when the semiconductor substrate is etched, and a first trench element isolation and a depth which are deep in the third mask layer and the second mask layer; Etching the region corresponding to the shallow second trench element isolation formation region, and etching the region corresponding to the first trench element isolation formation region in the first mask layer; Using the third mask and the first mask as an etching mask to etch away the first trench element isolation formation region in the semiconductor substrate to form a first trench groove for first trench element isolation formation; Etching the region corresponding to the formation region of the second trench element isolation in the first mask layer, and the first trench element isolation and the second trench in the semiconductor substrate using the third mask layer as an etching mask Forming a second trench groove for forming a second trench element isolation by etching away the formation region of the element isolation, and further deepening the first trench groove; and the first trench groove and the second trench The method includes a step of embedding an insulating film in the groove and a step of planarizing the insulating film.

この発明によれば、深さの深い第1のトレンチ素子分離形成用の第1のトレンチ溝の周辺および深さの浅い第2のトレンチ素子分離形成用の第2のトレンチ溝の周辺の領域で、エッチングにより溝を形成する際のエッチングマスクとなるマスク層の高さの差が生じない。これにより、素子分離形成領域である第1のトレンチ溝および第2のトレンチ溝に絶縁膜を埋め込み、平坦化した際に該絶縁膜の半導体基板の表面からの高さ(膜厚)が略等しくなる。   According to the present invention, in the area around the first trench groove for forming the first trench element having a deep depth and the area around the second trench groove for forming the second trench element having a shallow depth. Thus, there is no difference in the height of the mask layer serving as an etching mask when the groove is formed by etching. As a result, when the insulating film is embedded in the first trench groove and the second trench groove, which are element isolation formation regions, and planarized, the height (film thickness) of the insulating film from the surface of the semiconductor substrate is substantially equal. Become.

さらに、第1のトレンチ溝が存在する領域と第2のトレンチ溝が存在する領域との境界部において、絶縁膜を平坦化する際に第3のマスク上に絶縁膜が残ることが防止される。また絶縁膜の平坦化のための研磨により第1のトレンチ溝が存在する領域と第2のトレンチ溝が存在する領域との境界部周辺の第3のマスクの削れが進み、これに起因して浅い素子分離と深い素子分離との高さの差が生じることが防止されている。   Furthermore, the insulating film is prevented from remaining on the third mask when the insulating film is planarized at the boundary between the region where the first trench groove exists and the region where the second trench groove exists. . Further, the polishing for planarization of the insulating film causes the third mask around the boundary between the region where the first trench groove is present and the region where the second trench groove is present to be scraped. A difference in height between shallow element isolation and deep element isolation is prevented.

この発明によれば、深さの異なる各素子分離の半導体基板表面からの高さを均等にすることができ、素子分離に起因した特性のばらつきのない高品質の半導体装置を製造する半導体装置の製造方法を得ることができるという効果を奏する。   According to the present invention, the height of each element isolation having different depths from the surface of the semiconductor substrate can be made uniform, and a semiconductor device for manufacturing a high-quality semiconductor device free from variations in characteristics caused by element isolation. There is an effect that a manufacturing method can be obtained.

以下に、本発明にかかる半導体装置の製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述により限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。   Embodiments of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by the following description, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can change suitably.

実施の形態1.
図1〜図14は、本発明の実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。以下においては、図1〜図14を参照しながら本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法について説明する。本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法においては、まず、図1に示すように半導体基板であるシリコン基板10の表面上に第1のマスクとなるシリコン酸化膜12をたとえば熱酸化法によって5nm〜15nm程度の膜厚に形成する。
Embodiment 1 FIG.
1 to 14 are process cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. Below, the manufacturing method of the semiconductor device concerning this Embodiment is demonstrated, referring FIGS. In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, first, as shown in FIG. 1, a silicon oxide film 12 serving as a first mask is formed on the surface of a silicon substrate 10 which is a semiconductor substrate by, for example, 5 nm by a thermal oxidation method. The film is formed to a thickness of about ˜15 nm.

つぎに、図2に示すように該シリコン酸化膜12上に、第2のマスクとなる非単結晶シリコン膜14をたとえば10nm〜200nm程度の膜厚でCVD法によって堆積させ、さらに図3に示すように第3のマスクとなるシリコン窒化膜16をたとえば20nm〜250nm程度の膜厚でCVD法によって堆積させる。ここで、シリコン酸化膜12は、後述するようにエッチングマスクとして機能する他に、シリコン窒化膜16を直接シリコン基板10上に成膜することによるシリコン基板10に対する応力の影響を避けるための応力緩和膜として形成する。また、非単結晶シリコン膜14は、非単結晶シリコン膜14とシリコン酸化膜12とのエッチング選択比が高いことを利用して、この後の工程にあたるシリコン窒化膜16を異方性エッチングするときのシリコン酸化膜4の削れおよび消失を防止するために形成するものである。   Next, as shown in FIG. 2, a non-single crystal silicon film 14 serving as a second mask is deposited on the silicon oxide film 12 by a CVD method with a film thickness of, for example, about 10 nm to 200 nm, and further shown in FIG. Thus, the silicon nitride film 16 serving as the third mask is deposited by the CVD method with a film thickness of about 20 nm to 250 nm, for example. Here, the silicon oxide film 12 functions as an etching mask as will be described later, and stress relaxation for avoiding the influence of stress on the silicon substrate 10 by directly forming the silicon nitride film 16 on the silicon substrate 10. Form as a film. Further, when the non-single crystal silicon film 14 is anisotropically etched, the non-single crystal silicon film 14 takes advantage of the high etching selectivity between the non-single crystal silicon film 14 and the silicon oxide film 12. The silicon oxide film 4 is formed in order to prevent the silicon oxide film 4 from being scraped and lost.

つぎに、フォトレジストマスクを用いて、素子分離を形成する領域上のシリコン窒化膜16および非単結晶シリコン膜14を異方性エッチングにより選択的に除去する。すなわち、まず図4に示すようにシリコン窒化膜16上であって、素子分離を形成しない領域に対応する部分にフォトレジスト18を形成する。つぎに、図5に示すようにフォトレジスト18をエッチングマスクとして、素子分離を形成する領域のシリコン窒化膜16および非単結晶シリコン膜14をエッチング除去し、開口部19および開口部21を形成する。このとき、シリコン窒化膜16および非単結晶シリコン膜14の開口幅は50nm〜500nm程度である。また、開口部19は浅い素子分離の形成領域に対応しており、開口部21は深い素子分離の形成領域に対応している。   Next, using the photoresist mask, the silicon nitride film 16 and the non-single-crystal silicon film 14 on the region where element isolation is to be formed are selectively removed by anisotropic etching. That is, first, as shown in FIG. 4, a photoresist 18 is formed on a portion of the silicon nitride film 16 corresponding to a region where no element isolation is to be formed. Next, as shown in FIG. 5, using the photoresist 18 as an etching mask, the silicon nitride film 16 and the non-single-crystal silicon film 14 in the region where element isolation is to be formed are removed by etching to form the opening 19 and the opening 21. . At this time, the opening widths of the silicon nitride film 16 and the non-single-crystal silicon film 14 are about 50 nm to 500 nm. The opening 19 corresponds to a shallow element isolation formation region, and the opening 21 corresponds to a deep element isolation formation region.

つぎに、フォトレジスト18を除去し、図6に示すようにフォトレジスト20で浅い溝を形成する領域に対応する開口部19を含む領域を覆い、このフォトレジスト20およびシリコン窒化膜16をマスクとして、図7に示すように深い素子分離を形成する領域に対応するシリコン酸化膜12をエッチングにより除去する。このとき、素子分離を形成する領域にフォトレジスト端があってもよい。   Next, the photoresist 18 is removed, and the region including the opening 19 corresponding to the region where the shallow groove is formed is covered with the photoresist 20 as shown in FIG. 6, and the photoresist 20 and the silicon nitride film 16 are used as a mask. As shown in FIG. 7, the silicon oxide film 12 corresponding to the region where deep element isolation is to be formed is removed by etching. At this time, a photoresist edge may be present in a region where element isolation is formed.

この後、図8に示すようにフォトレジスト20を除去し、浅い素子分離を形成する領域上のシリコン酸化膜12、およびシリコン窒化膜16をマスクとして、図9に示すように深い素子分離を形成する領域のシリコン基板10をエッチングにより50nm〜300nm程度、掘削し、深い素子分離形成用のトレンチ溝22を形成する。この工程においてシリコン基板10をエッチングする深さ、すなわちトレンチ溝22の深さは、最終的に形成される深い素子分離の深さと浅い素子分離の深さとの差の量である。また、このときの浅い素子分離を形成する領域上のシリコン酸化膜12の削れ量は、シリコン酸化膜12とシリコン基板10とのエッチング選択比が極めて高いためわずかである。   Thereafter, the photoresist 20 is removed as shown in FIG. 8, and deep element isolation is formed as shown in FIG. 9 using the silicon oxide film 12 and the silicon nitride film 16 on the region where shallow element isolation is to be formed as a mask. The silicon substrate 10 in the region to be etched is excavated by etching to about 50 nm to 300 nm to form a trench groove 22 for deep element isolation formation. The depth at which the silicon substrate 10 is etched in this step, that is, the depth of the trench groove 22 is the amount of difference between the deep element isolation depth finally formed and the shallow element isolation depth. Further, the amount of the silicon oxide film 12 on the region where shallow element isolation is formed at this time is small because the etching selectivity between the silicon oxide film 12 and the silicon substrate 10 is extremely high.

つぎに、図10に示すように浅い素子分離を形成する領域上のシリコン酸化膜12をエッチングにより除去する。そして、図11に示すようにシリコン窒化膜16をマスクとして、浅い素子分離を形成する領域および深い素子分離を形成する領域のシリコン基板10をエッチングにより50nm〜300nm程度掘削して、浅い素子分離形成用のトレンチ溝24を形成するとともに深い素子分離形成用のトレンチ溝22をさらに深堀する。この工程においてシリコン基板10をエッチングする深さは、浅い素子分離の深さの量である。   Next, as shown in FIG. 10, the silicon oxide film 12 on the region where shallow element isolation is to be formed is removed by etching. Then, using the silicon nitride film 16 as a mask as shown in FIG. 11, the silicon substrate 10 in the region for forming shallow element isolation and the region for forming deep element isolation is excavated by about 50 nm to 300 nm by etching to form shallow element isolation. A trench 24 for forming a deep element isolation and a trench 22 for deep element isolation are further deepened. The depth at which the silicon substrate 10 is etched in this step is the amount of shallow element isolation.

以上の工程を経ることによって、深い素子分離形成用のトレンチ溝22および浅い素子分離形成用のトレンチ溝24を所望の深さに形成することができる。そして、本実施の形態においては、シリコン窒化膜16の高さの差を生じることなくトレンチ溝22およびトレンチ溝24を所望の深さに形成することができる。また、ここでは、深さの異なる2種類のトレンチ溝を形成する場合について説明しているが、3種類以上の深さの異なるトレンチ溝も同様の工程を繰り返すことによって形成することができる。   By passing through the above process, the trench groove | channel 22 for deep element isolation formation and the trench groove | channel 24 for shallow element isolation formation can be formed in desired depth. In the present embodiment, trench groove 22 and trench groove 24 can be formed to a desired depth without causing a difference in height of silicon nitride film 16. Further, here, a case where two types of trench grooves having different depths are formed has been described. However, three or more types of trench grooves having different depths can be formed by repeating the same process.

つぎに、熱酸化法によってトレンチ溝22およびトレンチ溝24の側壁および底面を2nm〜30nm程度の深さで酸化して、エッチングによるダメージ層を除去する。さらに、図12に示すようにたとえばCVD法によって絶縁膜であるシリコン酸化膜26を300nm〜600nmの膜厚でトレンチ溝22およびトレンチ溝24を含む領域に堆積して該トレンチ溝22内およびトレンチ溝24内を埋め込む。そして、シリコン酸化膜26の表面を、シリコン窒化膜16をストッパとするCMP(Chemical Mechanical Polishing)法によって平坦化してシリコン窒化膜16上の不要なシリコン酸化膜26を除去し、図13に示すようにトレンチ溝22およびトレンチ溝24にのみシリコン酸化膜26を残す。   Next, the sidewalls and bottom surfaces of the trench groove 22 and the trench groove 24 are oxidized to a depth of about 2 nm to 30 nm by a thermal oxidation method, and the damaged layer due to etching is removed. Further, as shown in FIG. 12, a silicon oxide film 26, which is an insulating film, is deposited to a thickness of 300 nm to 600 nm in a region including the trench groove 22 and the trench groove 24 by, for example, a CVD method. 24 is embedded. Then, the surface of the silicon oxide film 26 is planarized by a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method using the silicon nitride film 16 as a stopper to remove the unnecessary silicon oxide film 26 on the silicon nitride film 16, and as shown in FIG. The silicon oxide film 26 is left only in the trench groove 22 and the trench groove 24.

この後、シリコン窒化膜16および非単結晶シリコン膜14を除去し、従来公知の方法によりウェルの形成やトランジスタの閾値を決めるためのイオン注入を行い、さらに、シリコン酸化膜12を除去して図14に示すように深い素子分離28と浅い素子分離30が完成する。完成した深い素子分離28と浅い素子分離30とは、シリコン基板10の表面からの高さが略同一とされている。そして、この後は、従来公知の方法によりゲート酸化膜を成膜し、ゲート電極やソースドレイン領域等を形成することで半導体素子が形成され、配線層によって互いに接続されることで半導体装置が完成する。なお、上記においては、シリコン基板10上に3層のマスク層を形成した場合について説明したが、本発明においては、シリコン基板10上に形成するマスク層は3層に限定されるものではなく、適宜変更可能である。   Thereafter, the silicon nitride film 16 and the non-single-crystal silicon film 14 are removed, ion implantation for determining well formation and a transistor threshold value is performed by a conventionally known method, and the silicon oxide film 12 is removed. As shown in FIG. 14, the deep element isolation 28 and the shallow element isolation 30 are completed. The completed deep element isolation 28 and shallow element isolation 30 have substantially the same height from the surface of the silicon substrate 10. After this, a gate oxide film is formed by a conventionally known method, a semiconductor element is formed by forming a gate electrode, a source / drain region, and the like, and a semiconductor device is completed by being connected to each other by a wiring layer. To do. In the above description, the case where three mask layers are formed on the silicon substrate 10 has been described. However, in the present invention, the mask layer formed on the silicon substrate 10 is not limited to three layers. It can be changed as appropriate.

以上において説明したように、本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法によれば、深さの異なるトレンチ溝を形成する場合に、浅い素子分離を形成する領域の周辺のマスク層すなわち浅いトレンチ溝の周辺のマスク層と、深い素子分離を形成する領域の周辺のマスク層すなわち深いトレンチ溝の周辺のマスク層と、においてシリコン基板10の表面からの高さに差が生じることがない。   As described above, according to the manufacturing method of the semiconductor device according to the present embodiment, when forming trench grooves having different depths, the mask layer around the region for forming shallow element isolation, that is, the shallow trench groove, is formed. There is no difference in height from the surface of the silicon substrate 10 between the peripheral mask layer and the mask layer in the vicinity of the region for forming the deep element isolation, that is, the mask layer in the vicinity of the deep trench groove.

また、素子分離形成工程において、浅い素子分離を形成する領域の周辺のマスク層すなわち浅いトレンチ溝24の周辺のマスク層と、深い素子分離を形成する領域の周辺のマスク層すなわち深いトレンチ溝22の周辺のマスク層と、の間に高さの差が生じないため、浅いトレンチ溝24が存在する領域と深いトレンチ溝22が存在する領域との境界部において、CMP法による研磨の際にシリコン窒化膜16上にシリコン酸化膜26が残ることが防止される。またCMP法による研磨のために境界部周辺のシリコン窒化膜16の削れがさらに進み、これに起因して浅い素子分離と深い素子分離との高さの差が生じることがない。   In the element isolation forming step, the mask layer around the shallow element isolation region, that is, the mask layer around the shallow trench groove 24, and the mask layer around the region that forms the deep element isolation, ie, the deep trench groove 22 are formed. Since there is no difference in height between the peripheral mask layer and the peripheral mask layer, silicon nitridation is performed at the boundary between the region where the shallow trench groove 24 is present and the region where the deep trench groove 22 is present during polishing by the CMP method. The silicon oxide film 26 is prevented from remaining on the film 16. Further, the silicon nitride film 16 in the vicinity of the boundary portion is further scraped due to the polishing by the CMP method, so that there is no difference in height between shallow element isolation and deep element isolation.

これにより、本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法によれば、素子分離形成領域であるトレンチ溝22およびトレンチ溝24にシリコン酸化膜26を埋め込み、CMP法による研磨後に該シリコン酸化膜26のシリコン基板10の表面からの膜厚を確実に略等しくすることができる。したがって、最終的に形成された浅い素子分離30と深い素子分離28とのシリコン基板10の表面からの高さを確実に略同一とすることができる。また、シリコン基板10上のシリコン酸化膜12が薄膜である場合においても、確実に浅い素子分離および深い素子分離、すなわちデュアルトレンチ分離を形成することができる。   Thereby, according to the manufacturing method of the semiconductor device according to the present embodiment, the silicon oxide film 26 is embedded in the trench groove 22 and the trench groove 24 which are element isolation formation regions, and after the polishing by the CMP method, the silicon oxide film 26 is formed. The film thickness from the surface of the silicon substrate 10 can be reliably made substantially equal. Therefore, the heights of the finally formed shallow element isolation 30 and deep element isolation 28 from the surface of the silicon substrate 10 can be reliably made substantially the same. Further, even when the silicon oxide film 12 on the silicon substrate 10 is a thin film, shallow element isolation and deep element isolation, that is, dual trench isolation can be surely formed.

この結果、形成された浅い素子分離30と深い素子分離28とのシリコン基板10の表面からの高さに差による微細加工への影響をなくすことができ、高品質の半導体装置を製造することができる。特にゲート電極加工時のリソグラフィーの露光精度の低下およびエッチングのばらつきを低減させることができ、トランジスタ特性のばらつきを低減させることが可能である。したがって、本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法によれば、各素子分離の半導体基板表面からの高さを均等とし、特性のばらつきが抑制された高品質の半導体装置を製造することができる。   As a result, it is possible to eliminate the influence on the microfabrication due to the difference in height between the formed shallow element isolation 30 and deep element isolation 28 from the surface of the silicon substrate 10, and to manufacture a high-quality semiconductor device. it can. In particular, it is possible to reduce lithography exposure accuracy and etching variation when processing a gate electrode, and to reduce variation in transistor characteristics. Therefore, according to the method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, it is possible to manufacture a high-quality semiconductor device in which the height from the surface of the semiconductor substrate of each element isolation is made uniform and the variation in characteristics is suppressed. .

また、ゲート電極加工時に素子分離の肩にゲート電極材のサイドウォールが形成されることを避けるために素子分離の高さを低くした場合においても、トランジスタ特性のばらつきが生じることが無く、トランジスタ特性のばらつきのない高品質の半導体装置を製造することができる。   Even when the height of the element isolation is lowered to avoid the formation of a sidewall of the gate electrode material on the shoulder of the element isolation when processing the gate electrode, the transistor characteristics do not vary. It is possible to manufacture a high-quality semiconductor device without variations in the above.

実施の形態2.
図15〜図25は、本発明の実施の形態2にかかる半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。以下においては、図15〜図25を参照しながら本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法について説明する。なお、上述した実施の形態1の場合と同様の構成部材については、理解の容易のために同じ符号を付してある。本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法においては、まず、図15に示すように半導体基板であるシリコン基板10の表面上に第1のマスクとなるシリコン酸化膜12をたとえば熱酸化法によって5nm〜15nm程度の膜厚に形成する。
Embodiment 2. FIG.
15 to 25 are process cross-sectional views illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. Hereinafter, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. In addition, about the same structural member as the case of Embodiment 1 mentioned above, the same code | symbol is attached | subjected for easy understanding. In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, first, as shown in FIG. 15, a silicon oxide film 12 serving as a first mask is formed on the surface of a silicon substrate 10 which is a semiconductor substrate by, for example, 5 nm by a thermal oxidation method. The film is formed to a thickness of about ˜15 nm.

つぎに、図16に示すように該シリコン酸化膜12上に、第2のマスクとなるシリコン窒化膜16をたとえば50nm〜250nm程度の膜厚でCVD法によって堆積させる。ここで、シリコン酸化膜12は、シリコン窒化膜16を直接シリコン基板10上に成膜することによるシリコン基板10に対する応力の影響を避けるための応力緩和膜として形成する。   Next, as shown in FIG. 16, a silicon nitride film 16 serving as a second mask is deposited on the silicon oxide film 12 with a film thickness of, for example, about 50 nm to 250 nm. Here, the silicon oxide film 12 is formed as a stress relaxation film for avoiding the influence of stress on the silicon substrate 10 by forming the silicon nitride film 16 directly on the silicon substrate 10.

つぎに、フォトレジストマスクを用いて、素子分離を形成する領域上のシリコン窒化膜16およびシリコン酸化膜12を異方性エッチングにより選択的に除去する。すなわち、まず図17に示すようにシリコン窒化膜16上であって、素子分離を形成しない領域に対応する部分にフォトレジスト18を形成する。つぎに、図18に示すようにフォトレジスト18をエッチングマスクとして、素子分離を形成する領域のシリコン窒化膜16およびシリコン酸化膜12をエッチング除去し、開口部32および開口部34を形成する。このとき、シリコン窒化膜16およびシリコン酸化膜12の開口幅は50nm〜500nm程度である。また、開口部32は浅い素子分離の形成領域に対応しており、開口部34は深い素子分離の形成領域に対応している。   Next, using the photoresist mask, the silicon nitride film 16 and the silicon oxide film 12 on the region where element isolation is to be formed are selectively removed by anisotropic etching. That is, first, as shown in FIG. 17, a photoresist 18 is formed on a portion of the silicon nitride film 16 corresponding to a region where no element isolation is formed. Next, as shown in FIG. 18, using the photoresist 18 as an etching mask, the silicon nitride film 16 and the silicon oxide film 12 in the region where element isolation is to be formed are removed by etching to form an opening 32 and an opening 34. At this time, the opening width of the silicon nitride film 16 and the silicon oxide film 12 is about 50 nm to 500 nm. The opening 32 corresponds to a shallow element isolation formation region, and the opening 34 corresponds to a deep element isolation formation region.

つぎに、フォトレジスト18を除去し、図19に示すようにシリコン窒化膜16をエッチングマスクとして、深い素子分離を形成する領域および浅い素子分離を形成する領域のシリコン基板10を異方性エッチングにより50nm〜300nm程度の深さで掘削する。これにより、浅い素子分離形成用のトレンチ溝36および深い素子分離形成用のトレンチ溝38を形成する。この工程においてシリコン基板10をエッチングする深さは、浅いトレンチ溝の深さであり、浅い素子分離の深さである。その深さは、たとえばシリコン基板10表面より50nm〜300nm程度である。   Next, the photoresist 18 is removed, and the silicon substrate 10 in the region for forming the deep element isolation and the region for forming the shallow element isolation is anisotropically etched using the silicon nitride film 16 as an etching mask as shown in FIG. Excavation at a depth of about 50 nm to 300 nm. Thereby, a trench groove 36 for forming shallow element isolation and a trench groove 38 for forming deep element isolation are formed. In this step, the depth of etching the silicon substrate 10 is the depth of a shallow trench groove, which is a shallow element isolation depth. The depth is, for example, about 50 nm to 300 nm from the surface of the silicon substrate 10.

つぎに、図20に示すようにトレンチ溝36を含む領域を該トレンチ溝36が埋まる程度にフォトレジスト40で覆う。このとき、トレンチ溝38にフォトレジスト40が入らないようにする。そして、図21に示すようにこのフォトレジスト40が活性領域のシリコン窒化膜16上に残らないようにフォトレジスト40をエッチングする。このとき、フォトレジスト40のエッチング量が少なければ、深い溝を形成する領域のシリコン窒化膜16の削れ量もわずかである。   Next, as shown in FIG. 20, the region including the trench groove 36 is covered with a photoresist 40 to such an extent that the trench groove 36 is filled. At this time, the photoresist 40 is prevented from entering the trench groove 38. Then, as shown in FIG. 21, the photoresist 40 is etched so that the photoresist 40 does not remain on the silicon nitride film 16 in the active region. At this time, if the etching amount of the photoresist 40 is small, the scraping amount of the silicon nitride film 16 in the region where the deep groove is formed is also small.

つぎに、図22に示すようにフォトレジスト40およびシリコン窒化膜16をマスクとして、深い素子分離を形成する領域のトレンチ溝38のシリコン基板10をエッチングによりさらに掘削する。ここで、シリコン基板10をエッチングするときには、フォトレジスト40もエッチングされるが、シリコン基板10のエッチング量に対し、フォトレジスト40がシリコン基板10に達することがないような膜厚となるように、シリコン酸化膜12とシリコン窒化膜16の膜厚を形成していれば、浅いトレンチ溝36の底部のシリコン基板10が掘削されることはない。   Next, as shown in FIG. 22, using the photoresist 40 and the silicon nitride film 16 as a mask, the silicon substrate 10 in the trench groove 38 in the region where deep element isolation is to be formed is further excavated by etching. Here, when the silicon substrate 10 is etched, the photoresist 40 is also etched, but the film thickness of the photoresist 40 does not reach the silicon substrate 10 with respect to the etching amount of the silicon substrate 10. If the thicknesses of the silicon oxide film 12 and the silicon nitride film 16 are formed, the silicon substrate 10 at the bottom of the shallow trench groove 36 is not excavated.

また、この工程でのシリコン基板10をエッチングする量は、深いトレンチ溝38と浅いトレンチ溝36との深さの差の量であり、深い素子分離と浅い素子分離との深さの差の量である。そして、たとえばエッチング後の深いトレンチ溝38のシリコン基板10表面より下の深さは100nm〜400nm程度である。その後、フォトレジスト40を除去する。   The amount of etching of the silicon substrate 10 in this step is the amount of difference in depth between the deep trench groove 38 and the shallow trench groove 36, and the amount of difference in depth between the deep element isolation and the shallow element isolation. It is. For example, the depth below the surface of the silicon substrate 10 of the deep trench 38 after etching is about 100 nm to 400 nm. Thereafter, the photoresist 40 is removed.

以上の工程を経ることによって、深い素子分離形成用のトレンチ溝38および浅い素子分離形成用のトレンチ溝36を所望の深さに形成することができる。そして、本実施の形態においては、シリコン窒化膜16の高さの差を生じることなくトレンチ溝36およびトレンチ溝38を所望の深さに形成することができる。また、ここでは、深さの異なる2種類のトレンチ溝を形成する場合について説明しているが、3種類以上の深さの異なるトレンチ溝も同様の工程を繰り返すことによって形成することができる。   Through the above steps, the deep element isolation formation trench groove 38 and the shallow element isolation formation trench groove 36 can be formed to a desired depth. In the present embodiment, the trench groove 36 and the trench groove 38 can be formed to a desired depth without causing a difference in height of the silicon nitride film 16. Further, here, a case where two types of trench grooves having different depths are formed has been described. However, three or more types of trench grooves having different depths can be formed by repeating the same process.

つぎに、熱酸化法によってトレンチ溝36およびトレンチ溝38の側壁および底面を2nm〜30nm程度の深さで酸化して、エッチングによるダメージ層を除去する。さらに、図23に示すようにたとえばCVD法によって絶縁膜であるシリコン酸化膜26を300nm〜600nmの膜厚でトレンチ溝36およびトレンチ溝38を含む領域に堆積して該トレンチ溝36内およびトレンチ溝38内を埋め込む。そして、シリコン酸化膜26の表面を、シリコン窒化膜16をストッパとするCMP(Chemical Mechanical Polishing)法によって平坦化してシリコン窒化膜16上の不要なシリコン酸化膜26を除去し、図24に示すようにトレンチ溝36およびトレンチ溝38にのみシリコン酸化膜26を残す。   Next, the sidewalls and bottom surfaces of the trench groove 36 and the trench groove 38 are oxidized to a depth of about 2 nm to 30 nm by a thermal oxidation method, and the damaged layer due to etching is removed. Further, as shown in FIG. 23, a silicon oxide film 26, which is an insulating film, is deposited to a thickness of 300 nm to 600 nm in a region including the trench groove 36 and the trench groove 38 by, for example, the CVD method. 38 is embedded. Then, the surface of the silicon oxide film 26 is planarized by a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method using the silicon nitride film 16 as a stopper to remove the unnecessary silicon oxide film 26 on the silicon nitride film 16, and as shown in FIG. The silicon oxide film 26 is left only in the trench groove 36 and the trench groove 38.

この後、シリコン窒化膜16を除去し、従来公知の方法によりウェルの形成やトランジスタの閾値を決めるためのイオン注入を行い、さらに、シリコン酸化膜12を除去して図25に示すように深い素子分離28と浅い素子分離30が完成する。完成した深い素子分離28と浅い素子分離30とは、シリコン基板10の表面からの高さが略同一とされている。そして、この後は、従来公知の方法によりゲート酸化膜を成膜し、ゲート電極やソースドレイン領域等を形成することで半導体素子が形成され、配線層によって互いに接続されることで半導体装置が完成する。   Thereafter, the silicon nitride film 16 is removed, and well formation and ion implantation for determining the threshold value of the transistor are performed by a conventionally known method. Further, the silicon oxide film 12 is removed and a deep element as shown in FIG. Isolation 28 and shallow element isolation 30 are completed. The completed deep element isolation 28 and shallow element isolation 30 have substantially the same height from the surface of the silicon substrate 10. After this, a gate oxide film is formed by a conventionally known method, a semiconductor element is formed by forming a gate electrode, a source / drain region, and the like, and a semiconductor device is completed by being connected to each other by a wiring layer. To do.

以上において説明したように、本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法によれば、深さの異なるトレンチ溝を形成する場合に、浅い素子分離を形成する領域の周辺のマスク層すなわち浅いトレンチ溝の周辺のマスク層と、深い素子分離を形成する領域の周辺のマスク層すなわち深いトレンチ溝の周辺のマスク層と、においてシリコン基板10の表面からの高さに差が生じることがない。   As described above, according to the manufacturing method of the semiconductor device according to the present embodiment, when forming trench grooves having different depths, the mask layer around the region for forming shallow element isolation, that is, the shallow trench groove, is formed. There is no difference in height from the surface of the silicon substrate 10 between the peripheral mask layer and the mask layer in the vicinity of the region for forming the deep element isolation, that is, the mask layer in the vicinity of the deep trench groove.

また、素子分離形成工程において、浅い素子分離を形成する領域の周辺のマスク層すなわち浅いトレンチ溝36の周辺のマスク層と、深い素子分離を形成する領域の周辺のマスク層すなわち深いトレンチ溝38の周辺のマスク層と、の間に高さの差が生じないため、浅いトレンチ溝36が存在する領域と深いトレンチ溝38が存在する領域との境界部において、CMP法による研磨の際にシリコン窒化膜16上にシリコン酸化膜26が残ることが防止される。またCMP法による研磨のために境界部周辺のシリコン窒化膜16の削れがさらに進み、これに起因して浅い素子分離と深い素子分離との高さの差が生じることがない。   Further, in the element isolation forming step, the mask layer around the region for forming shallow element isolation, that is, the mask layer around the shallow trench groove 36, and the mask layer around the region for forming deep element isolation, that is, the deep trench groove 38 Since there is no difference in height between the peripheral mask layer and the peripheral mask layer, silicon nitridation is performed at the boundary between the region where the shallow trench groove 36 is present and the region where the deep trench groove 38 is present during polishing by the CMP method. The silicon oxide film 26 is prevented from remaining on the film 16. Further, the silicon nitride film 16 in the vicinity of the boundary portion is further scraped due to the polishing by the CMP method, so that there is no difference in height between shallow element isolation and deep element isolation.

これにより、本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法によれば、素子分離形成領域であるトレンチ溝36およびトレンチ溝38にシリコン酸化膜26を埋め込んだ際に該シリコン酸化膜26のシリコン基板10の表面からの膜厚を確実に略等しくすることができる。したがって、最終的に形成された浅い素子分離30と深い素子分離28とのシリコン基板10の表面からの高さを確実に略同一とすることができる。また、シリコン基板10上のシリコン酸化膜12が薄膜である場合においても、確実に浅い素子分離および深い素子分離、すなわちデュアルトレンチ分離を形成することができる。   Thereby, according to the manufacturing method of the semiconductor device according to the present embodiment, when the silicon oxide film 26 is buried in the trench groove 36 and the trench groove 38 which are element isolation formation regions, the silicon substrate 10 of the silicon oxide film 26 is filled. The film thickness from the surface can be made substantially equal. Therefore, the heights of the finally formed shallow element isolation 30 and deep element isolation 28 from the surface of the silicon substrate 10 can be reliably made substantially the same. Further, even when the silicon oxide film 12 on the silicon substrate 10 is a thin film, shallow element isolation and deep element isolation, that is, dual trench isolation can be surely formed.

この結果、形成された浅い素子分離30と深い素子分離28とのシリコン基板10の表面からの高さに差による微細加工への影響をなくすことができ、高品質の半導体装置を製造することができる。特にゲート電極加工時のリソグラフィーの露光精度の低下およびエッチングのばらつきを低減させることができ、トランジスタ特性のばらつきを低減させることが可能である。したがって、本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法によれば、各素子分離の半導体基板表面からの高さを均等とし、特性のばらつきが抑制された高品質の半導体装置を製造することができる。   As a result, it is possible to eliminate the influence on the microfabrication due to the difference in height between the formed shallow element isolation 30 and deep element isolation 28 from the surface of the silicon substrate 10, and to manufacture a high-quality semiconductor device. it can. In particular, it is possible to reduce lithography exposure accuracy and etching variation when processing a gate electrode, and to reduce variation in transistor characteristics. Therefore, according to the method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, it is possible to manufacture a high-quality semiconductor device in which the height from the surface of the semiconductor substrate of each element isolation is made uniform and the variation in characteristics is suppressed. .

また、ゲート電極加工時に素子分離の肩にゲート電極材のサイドウォールが形成されることを避けるために素子分離の高さを低くした場合においても、トランジスタ特性のばらつきが生じることが無く、トランジスタ特性のばらつきのない高品質の半導体装置を製造することができる。   Even when the height of the element isolation is lowered to avoid the formation of a sidewall of the gate electrode material on the shoulder of the element isolation when processing the gate electrode, the transistor characteristics do not vary. It is possible to manufacture a high-quality semiconductor device without variations in the above.

以上のように、本発明にかかる半導体装置の製造方法は、メモリセル部と周辺回路部とを有するような大容量デバイスにおいて、メモリセル部の集積度を大幅に上げた半導体装置を製造する場合に有用である。   As described above, the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a case of manufacturing a semiconductor device in which the degree of integration of the memory cell portion is significantly increased in a large capacity device having a memory cell portion and a peripheral circuit portion. Useful for.

本発明の実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法の製造工程を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the manufacturing process of the manufacturing method of the semiconductor device concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法の製造工程を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the manufacturing process of the manufacturing method of the semiconductor device concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法の製造工程を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the manufacturing process of the manufacturing method of the semiconductor device concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法の製造工程を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the manufacturing process of the manufacturing method of the semiconductor device concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法の製造工程を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the manufacturing process of the manufacturing method of the semiconductor device concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法の製造工程を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the manufacturing process of the manufacturing method of the semiconductor device concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法の製造工程を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the manufacturing process of the manufacturing method of the semiconductor device concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法の製造工程を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the manufacturing process of the manufacturing method of the semiconductor device concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法の製造工程を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the manufacturing process of the manufacturing method of the semiconductor device concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法の製造工程を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the manufacturing process of the manufacturing method of the semiconductor device concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法の製造工程を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the manufacturing process of the manufacturing method of the semiconductor device concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法の製造工程を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the manufacturing process of the manufacturing method of the semiconductor device concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法の製造工程を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the manufacturing process of the manufacturing method of the semiconductor device concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法の製造工程を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the manufacturing process of the manufacturing method of the semiconductor device concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2にかかる半導体装置の製造方法の製造工程を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the manufacturing process of the manufacturing method of the semiconductor device concerning Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2にかかる半導体装置の製造方法の製造工程を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the manufacturing process of the manufacturing method of the semiconductor device concerning Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2にかかる半導体装置の製造方法の製造工程を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the manufacturing process of the manufacturing method of the semiconductor device concerning Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2にかかる半導体装置の製造方法の製造工程を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the manufacturing process of the manufacturing method of the semiconductor device concerning Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2にかかる半導体装置の製造方法の製造工程を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the manufacturing process of the manufacturing method of the semiconductor device concerning Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2にかかる半導体装置の製造方法の製造工程を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the manufacturing process of the manufacturing method of the semiconductor device concerning Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2にかかる半導体装置の製造方法の製造工程を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the manufacturing process of the manufacturing method of the semiconductor device concerning Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2にかかる半導体装置の製造方法の製造工程を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the manufacturing process of the manufacturing method of the semiconductor device concerning Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2にかかる半導体装置の製造方法の製造工程を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the manufacturing process of the manufacturing method of the semiconductor device concerning Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2にかかる半導体装置の製造方法の製造工程を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the manufacturing process of the manufacturing method of the semiconductor device concerning Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2にかかる半導体装置の製造方法の製造工程を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the manufacturing process of the manufacturing method of the semiconductor device concerning Embodiment 2 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 シリコン基板
12 シリコン酸化膜
14 非単結晶シリコン膜
16 シリコン窒化膜
18 フォトレジスト
20 フォトレジスト
22 トレンチ溝
24 トレンチ溝
26 シリコン酸化膜
28 深い素子分離
30 浅い素子分離
32 開口部
34 開口部
36 トレンチ溝
38 トレンチ溝
40 フォトレジスト
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Silicon substrate 12 Silicon oxide film 14 Non-single crystal silicon film 16 Silicon nitride film 18 Photoresist 20 Photoresist 22 Trench groove 24 Trench groove 26 Silicon oxide film 28 Deep element isolation 30 Shallow element isolation 32 Opening 34 Opening 36 Trench groove 38 trench groove 40 photoresist

Claims (6)

半導体基板上に、該半導体基板のエッチングを行う際のエッチングマスクとなる第1のマスク層を形成する工程と、
前記第1のマスク層上に、該第1のマスク層とのエッチング選択比が高い第2のマスク層を形成する工程と、
前記第2のマスク層上に、前記第1のマスク層および前記半導体基板のエッチングを行う際のエッチングマスクとなる第3のマスク層を形成する工程と、
前記第3のマスク層と前記第2のマスク層とにおける、深さの深い第1のトレンチ素子分離および深さの浅い第2のトレンチ素子分離の形成領域に対応する領域をエッチング除去する工程と、
前記第1のマスク層における、前記第1のトレンチ素子分離の形成領域に対応する領域をエッチング除去する工程と、
前記第3のマスクおよび第1のマスクをエッチングマスクとして前記半導体基板における前記第1のトレンチ素子分離の形成領域をエッチング除去して前記第1のトレンチ素子分離形成用の第1のトレンチ溝を形成する工程と、
前記第1のマスク層における、前記第2のトレンチ素子分離の形成領域に対応する領域をエッチング除去する工程と、
前記第3のマスク層をエッチングマスクとして前記半導体基板における前記第1のトレンチ素子分離および第2のトレンチ素子分離の形成領域をエッチング除去して前記第2のトレンチ素子分離形成用の第2のトレンチ溝を形成するとともに前記第1のトレンチ溝をさらに深堀する工程と、
前記第1のトレンチ溝および前記第2のトレンチ溝に絶縁膜を埋め込む工程と、
前記絶縁膜を平坦化する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a first mask layer on the semiconductor substrate, which serves as an etching mask when etching the semiconductor substrate;
Forming a second mask layer having a high etching selectivity with respect to the first mask layer on the first mask layer;
Forming a third mask layer on the second mask layer, which serves as an etching mask when etching the first mask layer and the semiconductor substrate;
Etching and removing a region corresponding to a formation region of the first trench element isolation having a deep depth and a second trench element isolation having a shallow depth in the third mask layer and the second mask layer; ,
Etching the region corresponding to the first trench element isolation formation region in the first mask layer;
Using the third mask and the first mask as an etching mask, the formation region of the first trench element isolation in the semiconductor substrate is removed by etching to form a first trench groove for forming the first trench element isolation. And a process of
Etching and removing a region corresponding to the formation region of the second trench element isolation in the first mask layer;
Using the third mask layer as an etching mask, the region for forming the first trench element isolation and the second trench element isolation in the semiconductor substrate is removed by etching to form a second trench for forming the second trench element isolation. Forming a groove and further deepening the first trench groove;
Embedding an insulating film in the first trench groove and the second trench groove;
Planarizing the insulating film;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記第1のマスク層が、前記半導体基板と前記第3のマスク層との間に生じる応力を緩和する応力緩和膜であ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。   2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the first mask layer is a stress relaxation film that relieves stress generated between the semiconductor substrate and the third mask layer. 3. 前記第1のマスク層がシリコン酸化膜層であり、前記第2のマスク層が非単結晶シリコン膜層であり、前記第3のマスク層がシリコン窒化膜層であることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。   The first mask layer is a silicon oxide film layer, the second mask layer is a non-single crystal silicon film layer, and the third mask layer is a silicon nitride film layer. A method for manufacturing a semiconductor device according to 1 or 2. 半導体基板上に、該半導体基板と該半導体膜上に形成される膜との間に生じる応力を緩和する応力緩和膜を形成する工程と、
前記半導体基板のエッチングを行う際のエッチングマスクとなるマスク層を形成する工程と、
前記応力緩和膜およびマスク層における、深さの深い第1のトレンチ素子分離および深さの浅い第2のトレンチ素子分離の形成領域に対応する領域をエッチング除去する工程と、
前記マスク層をエッチングマスクとして前記半導体基板における前記第1のトレンチ素子分離および第2のトレンチ素子分離の形成領域をエッチング除去して前記第1のトレンチ素子分離形成用の第1のトレンチ溝および前記第2のトレンチ素子分離形成用の第2のトレンチ溝を形成する工程と、
前記第2のトレンチ溝内のみにフォトレジストを埋め込む工程と、
前記マスク層および前記フォトレジストをエッチングマスクとして前記第1のトレンチ溝内の半導体基板をエッチング除去して前記第1のトレンチ溝をさらに深堀する工程と、
前記フォトレジストを除去する工程と、
前記第1のトレンチ溝および前記第2のトレンチ溝に絶縁膜を埋め込む工程と、
前記絶縁膜を平坦化する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a stress relaxation film on a semiconductor substrate for relaxing stress generated between the semiconductor substrate and the film formed on the semiconductor film;
Forming a mask layer to be an etching mask when etching the semiconductor substrate;
Etching and removing a region corresponding to a formation region of the first trench element isolation having a deep depth and a second trench element isolation having a shallow depth in the stress relaxation film and the mask layer;
Using the mask layer as an etching mask, the formation region of the first trench element isolation and the second trench element isolation in the semiconductor substrate is removed by etching, and the first trench groove for forming the first trench element isolation and the Forming a second trench groove for forming a second trench element isolation;
Embedding a photoresist only in the second trench groove;
Etching the semiconductor substrate in the first trench groove using the mask layer and the photoresist as an etching mask to further deepen the first trench groove;
Removing the photoresist;
Embedding an insulating film in the first trench groove and the second trench groove;
Planarizing the insulating film;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記フォトレジストを埋め込む工程が、
前記マスク層上であって前記第2のトレンチ溝内を含む前記第2のトレンチ溝の周辺の領域にフォトレジストを形成する工程と、
前記第2のトレンチ溝内にのみ前記フォトレジストを残すように前記マスク層上のフォトレジストを除去する工程と、
を含むことを特徴とする請求項4に記載の半導体装置の製造方法。
The step of embedding the photoresist;
Forming a photoresist on the mask layer and in a region around the second trench groove including the inside of the second trench groove;
Removing the photoresist on the mask layer to leave the photoresist only in the second trench groove;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, comprising:
前記応力緩和膜がシリコン酸化膜であり、前記マスク層がシリコン窒化膜層であることを特徴とする請求項4または5に記載の半導体装置の製造方法。   6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein the stress relaxation film is a silicon oxide film, and the mask layer is a silicon nitride film layer.
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