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JP2000323564A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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Publication number
JP2000323564A
JP2000323564A JP11128029A JP12802999A JP2000323564A JP 2000323564 A JP2000323564 A JP 2000323564A JP 11128029 A JP11128029 A JP 11128029A JP 12802999 A JP12802999 A JP 12802999A JP 2000323564 A JP2000323564 A JP 2000323564A
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JP
Japan
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isolation
semiconductor device
heat treatment
groove
element isolation
Prior art date
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Application number
JP11128029A
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Japanese (ja)
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Inventor
Minoru Higuchi
実 樋口
Isayoshi Sakai
勲美 酒井
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP12802999A priority Critical patent/JP3407023B2/en
Publication of JP2000323564A publication Critical patent/JP2000323564A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To form a plurality of element isolation grooves which differ in the width of isolation and depth of isolation within a semiconductor substrate, without using microloading effect or sharp increase in number of processes. SOLUTION: This manufacturing method of a semiconductor device for forming a first element isolation groove 22, which has a first width of isolation and a second element isolation groove 24 having a second width of isolation larger than the first width of isolation, within a semiconductor substrate 10. At this time, a mask corresponding to the first and second widths of isolation is made on the semiconductor substrate 10, and using this mask, the first and second element isolating grooves 22 and 24 are etched into the semiconductor substrate 10 until the depths of isolation substantially become the same and then are subjected to heat treatment so that the depth of the isolation of the first element isolation groove 22 is shallower than the depth of the isolating of the second element isolation groove 24.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関し、特に、微細なデザインルールに基づいて形
成される半導体基板内に分離幅及び分離深さのそれぞれ
異なる素子分離溝を形成するのに好適な半導体装置の製
造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for forming element isolation grooves having different isolation widths and isolation depths in a semiconductor substrate formed based on fine design rules. More particularly, the present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device suitable for the present invention.

【0002】[0002]

【従来の技術】フラッシュメモリ等の半導体装置が微細
化するに伴い、半導体装置内に形成されている多数のト
ランジスタ素子間を電気的に分離する必要がある。この
電気的分離方法として、従来より素子間分離領域の半導
体基板表面を選択的に酸化するLOCOS(Local
Oxidation of Silicon)技術が
採用されてきた。
2. Description of the Related Art As semiconductor devices such as flash memories are miniaturized, it is necessary to electrically isolate a large number of transistor elements formed in the semiconductor device. As this electrical isolation method, LOCOS (Local) for selectively oxidizing the surface of a semiconductor substrate in an element isolation region has been conventionally used.
Oxidation of Silicon) technology has been employed.

【0003】しかし、このLOCOS法においては、半
導体基板の深さ方向だけでなく幅方向へも等方的に酸化
されてバーズビークが発生するため、分離領域に無用な
広がりが発生してしまう。半導体装置が微細化するに伴
い、バーズビークによるチップ上の無駄なスペースが無
視できなくなってきた。
However, in the LOCOS method, a bird's beak is generated by isotropically oxidizing not only in the depth direction but also in the width direction of the semiconductor substrate, so that an unnecessary spread occurs in the isolation region. With miniaturization of semiconductor devices, useless space on chips due to bird's beaks cannot be ignored.

【0004】そこで、素子間分離領域の占有面積を縮小
するために、半導体基板に素子分離溝(トレンチ)を形
成し、この素子分離溝内にシリコン酸化膜などの誘電体
材料を埋め込むトレンチアイソレーション技術が注目さ
れるようになった。
Therefore, in order to reduce the area occupied by the inter-element isolation region, an element isolation groove (trench) is formed in the semiconductor substrate, and a trench isolation in which a dielectric material such as a silicon oxide film is embedded in the element isolation groove. Technology has come to the fore.

【0005】ここで、このトレンチアイソレーション技
術を使用して、半導体装置(フラッシュメモリ)を製造
するための従来の製造方法を図4(a)〜(c)を用い
て説明する。
Here, a conventional manufacturing method for manufacturing a semiconductor device (flash memory) using this trench isolation technique will be described with reference to FIGS. 4 (a) to 4 (c).

【0006】まず,図4(a)に示すように、シリコン
基板50上に,熱酸化によりシリコン酸化膜56を形成し,
さらに,その上に、シリコン窒化膜58をCVD法により
堆積する。ここで、シリコン基板50は、メモリセル形
成領域52と周辺回路領域54とに分けられる。
First, as shown in FIG. 4A, a silicon oxide film 56 is formed on a silicon substrate 50 by thermal oxidation.
Further, a silicon nitride film 58 is deposited thereon by a CVD method. Here, the silicon substrate 50 is divided into a memory cell formation region 52 and a peripheral circuit region 54.

【0007】次に,図4(b)に示すように、フォトレ
ジスト60を塗布し,フォトリソグラフィ(PR)工程に
て素子分離溝を形成するためのパターンニングを行った
後,素子分離溝となる部分のシリコン窒化膜58とシリコ
ン酸化膜56をエッチングにより除去する。
Next, as shown in FIG. 4B, a photoresist 60 is applied, and patterning for forming an element isolation groove is performed in a photolithography (PR) process. The portions of the silicon nitride film 58 and the silicon oxide film 56 are removed by etching.

【0008】次に,図4(c)に示すように、フォトレ
ジスト60を剥離後,残っているシリコン窒化膜58とシリ
コン酸化膜56をマスクとして,シリコン基板50をエッチ
ングし,第1の素子分離溝62(図では、一例として、
2つ分離溝が示されている)と第2の素子分離溝64と
を形成する。
Next, as shown in FIG. 4C, after the photoresist 60 is stripped, the silicon substrate 50 is etched using the remaining silicon nitride film 58 and silicon oxide film 56 as a mask to form a first device. Separation groove 62 (in the figure, as an example,
(Two isolation grooves are shown) and a second element isolation groove 64 are formed.

【0009】ここで、 図5は,この段階での平面図を
示しており,図5中のB−B’の断面図が図4(c)に
対応している。図5に示されているように、第1の素子
分離溝62はメモリセル領域52内に形成され、第2の
素子分離溝64は周辺回路領域54内に形成されてい
る。
FIG. 5 shows a plan view at this stage, and a cross-sectional view taken along the line BB 'in FIG. 5 corresponds to FIG. As shown in FIG. 5, the first isolation trench 62 is formed in the memory cell region 52, and the second isolation trench 64 is formed in the peripheral circuit region 54.

【0010】その後,第1及び第2の素子分離溝内にシ
リコン酸化膜を埋め込み,CMP(Chemical
Mechanical Polishing)により平
坦化処理を行い,シリコン窒化膜58とシリコン酸化膜56
を取り除くことで,素子分離(トレンチアイソレーショ
ン)が行われる。
After that, a silicon oxide film is buried in the first and second element isolation trenches, and a CMP (Chemical
A flattening process is performed by Mechanical Polishing, and a silicon nitride film 58 and a silicon oxide film 56 are formed.
Is removed, element isolation (trench isolation) is performed.

【0011】このようにして作成した半導体装置では,
メモリセル領域52内に形成された分離幅の狭い第1の素
子分離溝62と、周辺回路領域54内に形成された分離幅の
広い第2素子分離溝64との間で、溝の深さが同じになっ
ている。このような,半導体装置(フラッシュメモリ)
では,次のような問題がある。
In the semiconductor device thus manufactured,
The depth of the groove is defined between the first isolation groove 62 having a small isolation width formed in the memory cell region 52 and the second isolation groove 64 having a large isolation width formed in the peripheral circuit region 54. Are the same. Such a semiconductor device (flash memory)
Then, there are the following problems.

【0012】素子分離溝の深さを深くしすぎると,分離
幅が狭いメモリセル領域52内の第1素子分離溝62は,溝
深さと分離幅のアスペクト比が大きくなり,溝の底の部
分に後工程の熱処理による欠陥が発生しやすく,接合リ
ークが発生してしまい不良の原因となる。
If the depth of the element isolation groove is too large, the first element isolation groove 62 in the memory cell region 52 having a small isolation width will have a large aspect ratio between the groove depth and the isolation width, and the bottom portion of the groove will be reduced. In addition, defects due to heat treatment in a later step are likely to occur, and a junction leak occurs, which causes a failure.

【0013】しかし,素子分離溝深さを浅くしすぎる
と,図6のような周辺回路領域54のトランジスタのソー
ス・ドレイン(SD)領域84に高電圧(15〜20V程
度)がかかるため,第2の素子分離溝64の底の深さに形
成され電気的な分離をするために必要な高濃度不純物領
域86とSD領域84の距離が近づきすぎて接合耐圧が確保
できなくなり、不良の原因となる。
However, if the isolation trench depth is too shallow, a high voltage (about 15 to 20 V) is applied to the source / drain (SD) region 84 of the transistor in the peripheral circuit region 54 as shown in FIG. 2, the distance between the high-concentration impurity region 86 and the SD region 84, which is formed at the depth of the bottom of the element isolation groove 64 and is necessary for electrical isolation, becomes too close to ensure the junction breakdown voltage. Become.

【0014】そのために,メモリセル領域52での接合リ
ークを抑制しつつ,周辺回路領域54でトランジスタの接
合耐圧を確保することが可能な溝素子分離を用いたフラ
ッシュメモリを製造することは困難であった。
For this reason, it is difficult to manufacture a flash memory using a trench element isolation capable of securing a junction breakdown voltage of a transistor in the peripheral circuit region 54 while suppressing a junction leak in the memory cell region 52. there were.

【0015】そのために,大幅な工程数の増加なく,分
離幅の狭い素子分離溝深さを浅く,分離幅の広い素子分
離溝深さを深くする半導体装置の製造方法が必要となっ
た。このような製造方法の一例が特開平9−26048
5号に開示されている。
Therefore, there has been a need for a method of manufacturing a semiconductor device in which the isolation trench having a small isolation width is made shallow and the isolation trench having a large isolation width is made deep without greatly increasing the number of steps. One example of such a manufacturing method is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-26048.
No. 5.

【0016】この従来技術は、半導体基板中に分離幅及
び分離深さの異なる複数の素子分離溝(トレンチ)を一
回のエッチング工程で同時に形成するものである。具体
的には、複数の素子分離溝の形成工程において、深さの
浅い分離溝の開口幅を深さの深い分離溝の開口幅よりも
狭く設定すると共に、浅い分離溝においてマイクロロー
ディング効果が発生するプラズマ条件を採用するもので
ある。
In this prior art, a plurality of element isolation grooves (trench) having different isolation widths and isolation depths are simultaneously formed in a semiconductor substrate by a single etching step. Specifically, in the process of forming the plurality of isolation trenches, the opening width of the shallow isolation trench is set to be smaller than the opening width of the deep isolation trench, and a microloading effect occurs in the shallow isolation trench. Is adopted.

【0017】ここで、マイクロローディング効果とは、
周知のように、エッチングマスクの開口幅が微細で、こ
のエッチングマスクをも含めた被エッチング膜の開口部
のアスペクト比が大である構造体において発生するエッ
チングレートの低下現象である。このマイクロローディ
ング効果は、アスペクト比が約3以上から発生する。
Here, the microloading effect is
As is well known, this is a phenomenon in which the etching rate decreases in a structure in which the opening width of the etching mask is small and the aspect ratio of the opening of the film to be etched including this etching mask is large. This microloading effect occurs when the aspect ratio is about 3 or more.

【0018】[0018]

【発明が解決しようとする課題】上述のように、上記従
来技術は、シリコン基板のエッチング時のマイクロロー
ディング効果を用いるものであり,狭い素子分離溝のア
スペクト比が約3以上の場合にしか用いることができず
問題であった。
As described above, the above prior art uses the microloading effect at the time of etching a silicon substrate, and is used only when the aspect ratio of a narrow isolation trench is about 3 or more. It was a problem because I could not do it.

【0019】そこで、本発明は、上記従来技術の問題点
に鑑みてなされたなされたものであり、その目的とする
ところは、半導体基板中に分離幅及び分離深さの異なる
複数の素子分離溝を、マイクロローディング効果を使用
することなく、かつ大幅な工程数の増加なしで形成する
ことが可能な半導体装置の製造方法を提供することにあ
る。
Therefore, the present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device having a plurality of element isolation trenches having different isolation widths and isolation depths. Is to provide a method for manufacturing a semiconductor device which can be formed without using a microloading effect and without a significant increase in the number of steps.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、半導体基板中に、第1の分離幅を有す
る第1の素子分離溝と、第1の分離幅より広い第2の分
離幅を有する第2の素子分離溝とを形成するため半導体
装置の製造方法において、第1及び第2の分離幅に対応
するマスクを半導体基板上に形成し、このマスクを使用
して、半導体基板中に、第1及び第2の素子分離溝をそ
の分離深さが実質的に同じ深さになるまでエッチング
し、その後、第1の素子分離溝の分離深さが、第2の素
子分離溝の分離深さより浅くなるように熱処理を行う。
In order to achieve the above object, according to the present invention, a first element isolation groove having a first isolation width and a second element isolation groove having a first isolation width larger than the first isolation width are formed in a semiconductor substrate. In the method of manufacturing a semiconductor device for forming a second element isolation groove having an isolation width of, a mask corresponding to the first and second isolation widths is formed on a semiconductor substrate, and using this mask, The first and second isolation trenches are etched in the semiconductor substrate until the isolation depths are substantially the same, and then the isolation depth of the first isolation trench is reduced to the second isolation depth. The heat treatment is performed so as to be shallower than the separation depth of the separation groove.

【0021】前記エッチングは、第1の素子分離溝中の
最も分離幅の狭い部分におけるテーパー角が、約70度
から80度の範囲に入るような条件の下に行われるのが
好ましい。
Preferably, the etching is performed under such a condition that the taper angle at the narrowest portion of the first element isolation groove is in the range of about 70 to 80 degrees.

【0022】この場合、前記最も分離幅の狭い部分は、
第1の素子分離溝の底部である。
In this case, the portion having the narrowest separation width is as follows:
This is the bottom of the first isolation groove.

【0023】また、前記エッチングは、第1の素子分離
溝のアスペクト比が1.5以上、第2の素子分離溝のア
スペクト比が1以下になるような条件で行われることが
望ましい。
Preferably, the etching is performed under the condition that the aspect ratio of the first element isolation groove is 1.5 or more and the aspect ratio of the second element isolation groove is 1 or less.

【0024】この場合、前記第1の素子分離溝のアスペ
クト比は、ほぼ3未満であることが好ましい。
In this case, it is preferable that the aspect ratio of the first element isolation groove is less than about 3.

【0025】また、前記熱処理は、フッ酸による前処理
が行われた後に実施されるのが望ましい。
Preferably, the heat treatment is performed after the pretreatment with hydrofluoric acid.

【0026】前記熱処理は、例えば、水素雰囲気中で実
施される。
The heat treatment is performed, for example, in a hydrogen atmosphere.

【0027】また、前記熱処理は、ハロゲンガスの雰囲
気中で実施しても良い。
The heat treatment may be performed in a halogen gas atmosphere.

【0028】また、前記熱処理は、水素とハロゲンガス
との混合ガスの雰囲気中で実施しても良い。
The heat treatment may be performed in an atmosphere of a mixed gas of hydrogen and a halogen gas.

【0029】さらに、前記熱処理は、水素とハロゲン化
合物の混合ガスの雰囲気中で実施しても良い。
Further, the heat treatment may be performed in an atmosphere of a mixed gas of hydrogen and a halogen compound.

【0030】前記熱処理は、エッチング時に鋭角となっ
た第1の素子分離溝の底部を丸くするように実施され
る。
The heat treatment is performed so as to round the bottom of the first element isolation groove which has been sharpened at the time of etching.

【0031】ここで、前記半導体装置は、フラッシュメ
モリであり、第1の素子分離溝はメモリセル領域に形成
され、第2の素子分離溝は、周辺回路領域に形成され
る。
Here, the semiconductor device is a flash memory, the first element isolation groove is formed in a memory cell area, and the second element isolation groove is formed in a peripheral circuit area.

【0032】前記マスクは、半導体基板上にシリコン酸
化膜を形成し、その上にシリコン窒化膜を形成した後、
フォトレジストを全面に塗布し、その後、フォトリソグ
ラフィ工程によりパターンニングを行った後に、このパ
ターンニングされたレジストパターンに基づいてシリコ
ン酸化膜とシリコン窒化膜とを除去することにより形成
される。
The mask is formed by forming a silicon oxide film on a semiconductor substrate and forming a silicon nitride film thereon,
A photoresist is applied on the entire surface, and then patterned by a photolithography process, and then the silicon oxide film and the silicon nitride film are removed based on the patterned resist pattern.

【0033】さらに、熱処理により溝深さの異なる第1
及び第2の素子分離溝を形成した後、この第1及び第2
の素子分離溝内にシリコン酸化膜を埋め込み、平坦化処
理を実施した後、前記マスクを除去するようにする。
Further, the first groove having a different groove depth due to the heat treatment.
After forming the first and second isolation trenches, the first and second isolation trenches are formed.
After the silicon oxide film is buried in the element isolation trench and a planarization process is performed, the mask is removed.

【0034】[0034]

【発明の実施の形態】(第1の実施の形態)分離幅の狭
い素子分離溝深さを浅く,分離幅の広い素子分離溝深さ
を深くする半導体装置(例えば、フラッシュメモリ)の
製造方法を図1(a)〜(d)を用いて説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) A method of manufacturing a semiconductor device (for example, a flash memory) in which an isolation trench having a small isolation width is made shallow and an isolation trench having a large isolation width is made deeper. Will be described with reference to FIGS.

【0035】まず,図1(a)に示すように、シリコン
基板10上に,熱酸化によりシリコン酸化膜16を形成し,
さらに,その上に、シリコン窒化膜18をCVD(Che
mical Vapor Deposition)法に
より堆積する。ここで、シリコン基板10は、メモリセ
ル領域12と周辺回路領域14とに分かれる。
First, as shown in FIG. 1A, a silicon oxide film 16 is formed on a silicon substrate 10 by thermal oxidation.
Further, a silicon nitride film 18 is formed thereon by CVD (Che).
The deposition is performed by a physical vapor deposition (Metal Vapor Deposition) method. Here, the silicon substrate 10 is divided into a memory cell region 12 and a peripheral circuit region 14.

【0036】次に,図1(b)に示すように、フォトレ
ジスト20を塗布し,フォトリソグラフィ(PR)工程に
て素子分離溝のパターンニングを行った後,素子分離溝
となる部分のシリコン窒化膜18とシリコン酸化膜16をエ
ッチングにより除去する。
Next, as shown in FIG. 1B, a photoresist 20 is applied, and patterning of the element isolation groove is performed in a photolithography (PR) process. The nitride film 18 and the silicon oxide film 16 are removed by etching.

【0037】次に,図1(c)に示すように、フォトレ
ジスト20を剥離後,残っているシリコン窒化膜18とシリ
コン酸化膜16をマスクとして,シリコン基板10をエッチ
ングし,第1の素子分離溝22(図では、一例として2
つの分離溝が示されている)と第2の素子分離溝24を
それぞれ形成する。ここで、第1の素子分離溝22はメ
モリセル領域12内に形成され、第2の素子分離溝は周
辺回路領域14内に形成される。
Next, as shown in FIG. 1C, after the photoresist 20 is removed, the silicon substrate 10 is etched using the remaining silicon nitride film 18 and silicon oxide film 16 as a mask, and the first element is etched. Separation groove 22 (in the figure, as an example, 2
And two second isolation grooves 24 are formed. Here, the first element isolation groove 22 is formed in the memory cell region 12, and the second element isolation groove is formed in the peripheral circuit region 14.

【0038】このときのエッチング条件は,メモリセル
領域12内の第1素子分離溝22のように,最も分離幅の狭
いところでのテーパー角が70〜80度になる条件で行
う。
The etching condition at this time is such that the taper angle at the narrowest separation width is 70 to 80 degrees, like the first element isolation groove 22 in the memory cell region 12.

【0039】また,このとき,溝深さは,メモリセル領
域12内の分離幅の狭い第1素子分離溝22でアスペクト比
が1.5以上,周辺回路領域14内の分離幅の広い第2素
子分離溝24でアスペクト比が1以下になるように設定す
る。
At this time, the depth of the groove is determined by the first element isolation groove 22 having a small isolation width in the memory cell region 12 and having an aspect ratio of 1.5 or more in the first isolation groove 22 and a second isolation groove having a large isolation width in the peripheral circuit region 14. The element isolation groove 24 is set so that the aspect ratio becomes 1 or less.

【0040】例えば,メモリセル領域12内の第1素子分
離溝22の分離幅が0.2μm,周辺回路領域14内の第2
素子分離溝24の分離幅が0.4μmで,シリコン基板10
のエッチング直後の溝深さを0.3μmのように設定す
る。
For example, the isolation width of the first element isolation groove 22 in the memory cell region 12 is 0.2 μm and the second element isolation groove 22 in the peripheral circuit region 14 is
The isolation width of the element isolation groove 24 is 0.4 μm and the silicon substrate 10
The groove depth immediately after the etching is set to 0.3 μm.

【0041】ここで、上記テーパー角とアスペクト比に
ついて、図2を用いて説明する。
Here, the taper angle and the aspect ratio will be described with reference to FIG.

【0042】図2には、メモリセル領域12内に形成さ
れている第1の素子分離溝22が示されている。第1の
素子分離溝22の最も分離幅の狭い部分におけるテーパ
ー角とは、図示された例では、分離溝22の底部におけ
るテーパー角を示す。また、上記アスペクト比とは、図
示されているように、分離幅と分離深さの比で表わせら
れる。
FIG. 2 shows a first element isolation groove 22 formed in the memory cell region 12. The taper angle at the narrowest portion of the first element isolation groove 22 indicates the taper angle at the bottom of the isolation groove 22 in the illustrated example. The aspect ratio is represented by a ratio between a separation width and a separation depth, as shown in the figure.

【0043】次に,図1に戻って、図1(d)に示され
ているように、フッ酸により前処理を行った後,圧力約
100Torrの水素雰囲気中で950℃程度の熱処理
を60秒ほど行う。 これらより、表面のシリコンが移
動し,分離幅の狭いメモリセル領域12の第1素子分離溝
22の深さが浅くなる。このとき,シリコン基板10のエッ
チング直後の溝深さを、例えば、0.3μmとすると,
高温水素処理により,メモリセル領域12の第1素子分離
溝22の深さは0.25〜0.28μmとなる。
Returning to FIG. 1, as shown in FIG. 1 (d), after performing a pretreatment with hydrofluoric acid, a heat treatment at about 950 ° C. in a hydrogen atmosphere at a pressure of about 100 Torr is performed. Do this for about a second. As a result, the silicon on the surface moves, and the first isolation groove in the memory cell region 12 having a small isolation width.
22 becomes shallower. At this time, if the groove depth immediately after the etching of the silicon substrate 10 is, for example, 0.3 μm,
By the high-temperature hydrogen treatment, the depth of the first element isolation groove 22 in the memory cell region 12 becomes 0.25 to 0.28 μm.

【0044】フッ酸による前処理後,水素雰囲気中での
熱処理を行うことによる表面のシリコンの移動は,表面
エネルギーが高いほど起こりやすい。つまり,高温の水
素雰囲気中で表面のシリコンの表面エネルギーが最も低
く安定化するように,表面のシリコンが移動するのであ
る。
After the pretreatment with hydrofluoric acid, the movement of silicon on the surface by heat treatment in a hydrogen atmosphere is more likely to occur as the surface energy increases. That is, the silicon on the surface moves in a high-temperature hydrogen atmosphere such that the surface energy of the silicon on the surface is stabilized at the lowest level.

【0045】上述のように、エッチング直後には、素子
分離溝22の溝深さと分離幅のアスペクト比が1.5以
上になり、シリコン基板のエッチングのテーパー角が7
0〜80度になっている。このような条件でエッチング
が行われると、素子分離溝22の底の部分では鋭角にな
る。このような状態では,表面エネルギーを安定にする
ために底が丸くなり,溝深さが浅くなるのである。
As described above, immediately after the etching, the aspect ratio between the groove depth and the isolation width of the element isolation groove 22 becomes 1.5 or more, and the taper angle of the etching of the silicon substrate becomes 7 or more.
0-80 degrees. When etching is performed under such conditions, an acute angle is formed at the bottom of the element isolation groove 22. In such a state, the bottom is rounded and the groove depth is shallow to stabilize the surface energy.

【0046】ここで、図3は,この段階での平面図を示
しており,A−A’の断面図が図1(d)に対応する。
図3に示されているように、第1の素子分離溝22は、
メモリセル領域12内に形成され、第2の素子分離溝2
4は、周辺回路領域14内に形成されている。
Here, FIG. 3 shows a plan view at this stage, and a cross-sectional view taken along the line AA ′ corresponds to FIG.
As shown in FIG. 3, the first element isolation groove 22 is
The second element isolation trench 2 formed in the memory cell region 12
4 is formed in the peripheral circuit region 14.

【0047】その後,第1の素子分離溝22及び第2の
素子分離溝24にシリコン酸化膜を埋め込み,CMP
(Chemical Mechanical Poli
shing)により平坦化を処理行い,シリコン窒化膜
18とシリコン酸化膜16を取り除くことで,素子分離が形
成される。
Thereafter, a silicon oxide film is buried in the first element isolation groove 22 and the second element isolation groove 24,
(Chemical Mechanical Poli
shing) and silicon nitride film
By removing 18 and silicon oxide film 16, element isolation is formed.

【0048】このような方法を用いることにより,大幅
な工程数の増加なしで,メモリセル領域12内の分離幅の
狭い第1素子分離溝22深さを浅く,周辺回路領域14内の
分離幅の広い第2素子分離溝24深さを深くできる。この
結果、メモリセル領域12での接合リークを抑制しつ
つ,周辺回路領域14内のトランジスタの接合耐圧が確
保された溝素子分離を用いたフラッシュメモリを製造す
ることができる。
By using such a method, the first element isolation groove 22 having a small isolation width in the memory cell region 12 can be reduced in depth and the isolation width in the peripheral circuit region 14 can be reduced without greatly increasing the number of steps. The second element isolation groove 24 can be made deeper. As a result, it is possible to manufacture a flash memory using the trench element isolation in which the junction breakdown voltage of the transistor in the peripheral circuit region 14 is ensured while suppressing the junction leak in the memory cell region 12.

【0049】(第2の実施の形態)第1の実施の形態で
は,高温の水素雰囲気中で表面のシリコンを移動させる
ことにより,分離幅の狭い素子分離溝の深さを浅くする
方法を述べた。しかしハロゲンガス,もしくは,水素と
ハロゲンの混合ガス、及び水素とハロゲン化合物の混合
ガスなどの雰囲気で同様の効果が得られる。
(Second Embodiment) In the first embodiment, a method of reducing the depth of an element isolation groove having a small isolation width by moving silicon on the surface in a high-temperature hydrogen atmosphere is described. Was. However, the same effect can be obtained in an atmosphere such as a halogen gas, a mixed gas of hydrogen and halogen, or a mixed gas of hydrogen and halogen compound.

【0050】また,分離幅の狭いメモリセル領域12の第
1素子分離溝22のシリコン基板の溝エッチング時のテー
パー角をできるだけ小さくすると,それだけで図1
(b)から図1(d)の状態にすることができるので,
分離幅の狭い素子分離溝深さを浅く,分離幅の広い素子
分離溝深さを深くすることができる。
In addition, if the taper angle of the first element isolation groove 22 in the memory cell region 12 having a small isolation width during the etching of the silicon substrate is made as small as possible, it is possible to reduce the taper angle in FIG.
Since the state shown in FIG. 1D can be changed from the state shown in FIG.
It is possible to reduce the depth of the isolation trench having a small isolation width and to increase the depth of the isolation trench having a large isolation width.

【0051】この場合にも,素子分離溝の底の部分では
鋭角になり,そのままにしておくと,後工程の熱処理で
欠陥が発生し不良の原因となるので,高温水素処理を用
いることにより底を丸くしておくことが望ましい。
Also in this case, the bottom portion of the element isolation groove has an acute angle, and if left as it is, a defect is generated in a heat treatment in a later step and causes a defect. Is preferably rounded.

【0052】上記実施例では、エッチング時における溝
深さは,メモリセル領域12内の分離幅の狭い第1の素子
分離溝22でアスペクト比が1.5以上に設定されている
が、マイクロローディング効果を避けるためには、約3
以下にアスペクト比を設定するのが好ましい。
In the above embodiment, the groove depth at the time of etching is set to 1.5 or more in the first element isolation groove 22 having a small isolation width in the memory cell region 12, but the micro-loading is performed. To avoid the effect, about 3
It is preferable to set the aspect ratio below.

【0053】又、上記実施例では、半導体装置として、
フラッシュメモリを例に取り説明したが、本発明は、フ
ラッシュメモリに限定されず、CMOS(Comple
mentary MOS)のような他の半導体装置にも
適用可能である。
In the above embodiment, the semiconductor device is
Although the description has been made taking the flash memory as an example, the present invention is not limited to the flash memory, but may be a CMOS (Complete).
The present invention is also applicable to other semiconductor devices such as a central MOS.

【0054】[0054]

【発明の効果】本発明によれば、半導体基板中に分離幅
及び分離深さの異なる複数の素子分離溝を、マイクロロ
ーディング効果を使用することなく、かつ大幅な工程数
の増加なしで形成することができる。
According to the present invention, a plurality of isolation trenches having different isolation widths and isolation depths are formed in a semiconductor substrate without using a microloading effect and without a significant increase in the number of steps. be able to.

【0055】さらに、本発明をフラッシュメモリに適用
した場合には、メモリセル領域での接合リークを抑制し
つつ,周辺回路領域内のトランジスタの接合耐圧を効果
的に確保することができる。
Further, when the present invention is applied to a flash memory, it is possible to effectively secure a junction breakdown voltage of a transistor in a peripheral circuit region while suppressing a junction leak in a memory cell region.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】(a)から(d)は、本発明の半導体装置(フ
ラッシュメモリ)の製造工程を示す断面図である。
FIGS. 1A to 1D are cross-sectional views illustrating manufacturing steps of a semiconductor device (flash memory) of the present invention.

【図2】本発明の半導体装置(フラッシュメモリ)内に
形成された第1の素子分離溝のアスペクト比とテーパー
角とを示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an aspect ratio and a taper angle of a first element isolation groove formed in a semiconductor device (flash memory) of the present invention.

【図3】図1(d)に示す工程の直後の本発明の半導体
装置の平面図である。
FIG. 3 is a plan view of the semiconductor device of the present invention immediately after the step shown in FIG.

【図4】(a)から(c)は、従来の半導体装置(フラ
ッシュモメリ)の製造工程を示す断面図である。
FIGS. 4A to 4C are cross-sectional views illustrating a process for manufacturing a conventional semiconductor device (flash flash).

【図5】図4(c)に示す工程の直後の従来の半導体装
置の平面図である。
FIG. 5 is a plan view of the conventional semiconductor device immediately after the step shown in FIG.

【図6】従来の半導体装置(フラッシュモメリ)の周辺
回路領域を示す断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a peripheral circuit region of a conventional semiconductor device (flash memory).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 シリコン基板 12 メモリセル領域 14 周辺回路領域 16 シリコン酸化膜 18 シリコン窒化膜 20 フォトレジスト 22 第1の素子分離溝 24 第2の素子分離溝 Reference Signs List 10 silicon substrate 12 memory cell region 14 peripheral circuit region 16 silicon oxide film 18 silicon nitride film 20 photoresist 22 first element isolation groove 24 second element isolation groove

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 29/788 29/792 Fターム(参考) 5F001 AD53 AD60 AG28 AG31 5F032 AA35 AA39 AA44 BA02 BA03 CA17 CA20 CA23 DA02 DA22 DA24 DA53 DA74 DA78 5F043 AA02 BB27 DD02 DD15 FF01 FF07 GG05 5F083 ER22 GA24 GA27 GA28 GA30 NA01 PR05 PR12 PR21 PR33 PR38 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI theme coat ゛ (Reference) H01L 29/788 29/792 F-term (Reference) 5F001 AD53 AD60 AG28 AG31 5F032 AA35 AA39 AA44 BA02 BA03 CA17 CA20 CA23 DA02 DA22 DA24 DA53 DA74 DA78 5F043 AA02 BB27 DD02 DD15 FF01 FF07 GG05 5F083 ER22 GA24 GA27 GA28 GA30 NA01 PR05 PR12 PR21 PR33 PR38

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板中に、第1の分離幅を有する
第1の素子分離溝と、第1の分離幅より広い第2の分離
幅を有する第2の素子分離溝とを形成するため半導体装
置の製造方法において、 第1及び第2の分離幅に対応するマスクを半導体基板上
に形成し、 このマスクを使用して、半導体基板中に、第1及び第2
の素子分離溝をその分離深さが実質的に同じ深さになる
までエッチングし、 その後、第1の素子分離溝の分離深さが、第2の素子分
離溝の分離深さより浅くなるように熱処理を行うことを
特徴とする半導体装置の製造方法。
A first isolation trench having a first isolation width and a second isolation trench having a second isolation width larger than the first isolation width are formed in the semiconductor substrate. In the method of manufacturing a semiconductor device, a mask corresponding to the first and second separation widths is formed on a semiconductor substrate, and the first and second masks are formed in the semiconductor substrate using the mask.
Is etched until the isolation depth becomes substantially the same, and then the isolation depth of the first isolation trench is smaller than the isolation depth of the second isolation trench. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising performing heat treatment.
【請求項2】 前記エッチングは、第1の素子分離溝中
の最も分離幅の狭い部分におけるテーパー角が、約70
度から80度の範囲に入るような条件の下に行われるこ
とを特徴とする請求項1の半導体装置の製造方法。
2. The etching method according to claim 1, wherein the taper angle at the narrowest portion of the first element isolation groove is about 70.
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the method is performed under a condition such that the angle falls within a range of degrees to 80 degrees.
【請求項3】 前記最も分離幅の狭い部分は、第1の素
子分離溝の底部であることを特徴とする請求項2の半導
体装置の製造方法。
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the portion having the narrowest isolation width is a bottom of the first isolation trench.
【請求項4】 前記エッチングは、第1の素子分離溝の
アスペクト比が1.5以上、第2の素子分離溝のアスペ
クト比が1以下になるような条件で行われることを特徴
とする請求項1の半導体装置の製造方法。
4. The method according to claim 1, wherein the etching is performed under a condition that an aspect ratio of the first isolation trench is 1.5 or more and an aspect ratio of the second isolation trench is 1 or less. Item 10. A method for manufacturing a semiconductor device according to item 1.
【請求項5】 前記第1の素子分離溝のアスペクト比
は、ほぼ3未満であることを特徴とする請求項4の半導
体装置の製造方法。
5. The method according to claim 4, wherein an aspect ratio of the first isolation trench is less than about 3.
【請求項6】 前記熱処理は、フッ酸による前処理が行
われた後に実施されることを特徴とする請求項1の半導
体装置の製造方法。
6. The method according to claim 1, wherein the heat treatment is performed after a pretreatment with hydrofluoric acid is performed.
【請求項7】 前記熱処理は、水素雰囲気中で実施され
ることを特徴とする請求項1の半導体装置の製造方法。
7. The method according to claim 1, wherein the heat treatment is performed in a hydrogen atmosphere.
【請求項8】 前記熱処理は、ハロゲンガスの雰囲気中
で実施されることを特徴とする請求項1の半導体装置の
製造方法。
8. The method according to claim 1, wherein the heat treatment is performed in a halogen gas atmosphere.
【請求項9】 前記熱処理は、水素とハロゲンガスとの
混合ガスの雰囲気中で実施されることを特徴とする請求
項1の半導体装置の製造方法。
9. The method according to claim 1, wherein the heat treatment is performed in an atmosphere of a mixed gas of hydrogen and a halogen gas.
【請求項10】 前記熱処理は、水素とハロゲン化合物
の混合ガスの雰囲気中で実施されることを特徴とする請
求項1の半導体装置の製造方法。
10. The method according to claim 1, wherein the heat treatment is performed in an atmosphere of a mixed gas of hydrogen and a halogen compound.
【請求項11】 前記熱処理は、エッチング時に鋭角と
なった第1の素子分離溝の底部を丸くするように実施さ
れることを特徴とする請求項1の半導体装置の製造方
法。
11. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the heat treatment is performed so as to round the bottom of the first element isolation groove that has become an acute angle during etching.
【請求項12】 前記半導体装置は、フラッシュメモリ
であり、第1の素子分離溝はメモリセル領域に形成さ
れ、第2の素子分離溝は、周辺回路領域に形成されるこ
とを特徴とする請求項1の半導体装置の製造方法。
12. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is a flash memory, wherein the first isolation trench is formed in a memory cell region, and the second isolation trench is formed in a peripheral circuit region. Item 10. A method for manufacturing a semiconductor device according to item 1.
【請求項13】 前記マスクは、半導体基板上にシリコ
ン酸化膜を形成し、その上にシリコン窒化膜を形成した
後、フォトレジストを全面に塗布し、その後、フォトリ
ソグラフィ工程によりパターンニングを行った後に、こ
のパターンニングされたレジストパターンに基づいて上
記シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とを除去することに
より形成されることを特徴とする請求項1の半導体装置
の製造方法。
13. The mask is formed by forming a silicon oxide film on a semiconductor substrate, forming a silicon nitride film on the silicon oxide film, applying a photoresist on the entire surface, and then performing patterning by a photolithography process. 2. The method according to claim 1, wherein the silicon oxide film and the silicon nitride film are formed by removing the silicon oxide film and the silicon nitride film based on the patterned resist pattern.
【請求項14】 請求項1において、さらに、熱処理に
より溝深さの異なる第1及び第2の素子分離溝を形成し
た後、この第1及び第2の素子分離溝内にシリコン酸化
膜を埋め込み、平坦化処理を実施した後、前記マスクを
除去することを特徴とする半導体装置の製造方法。
14. The method according to claim 1, further comprising, after forming first and second element isolation grooves having different groove depths by heat treatment, burying a silicon oxide film in the first and second element isolation grooves. And a step of removing the mask after performing a planarization process.
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