JP3296304B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
Method for manufacturing semiconductor deviceInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は素子が形成される領
域に存在する重金属を除去するゲッタリング工程を有す
る半導体装置の製造方法に関し、特に、ゲッタリングの
効率の向上を図った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 of manufacturing a semiconductor device having a gettering step of removing heavy metals existing in a region where an element is formed, and more particularly to a method of manufacturing a semiconductor device with improved gettering efficiency. About the method.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体装置の微細化及び高集積化に伴
い、半導体装置の製造工程において、微量な重金属汚染
元素を素子活性領域から排除すること、即ち、ゲッタリ
ングすることが重要な要素の一つとなっている。2. Description of the Related Art With the miniaturization and high integration of semiconductor devices, it is one of the important factors in the manufacturing process of semiconductor devices to eliminate trace metal heavy elements from element active regions, that is, to perform gettering. Has become one.
【0003】そこで、通常、基板に外部からひずみ場若
しくは化学的作用を与えるエクストリンシックゲッタリ
ング(EG)法又は基板の内部に生成させた酸素析出を
利用するイントリンシックゲッタリング(IG)法とい
う2つの手法が採用されている。Therefore, usually, an extrinsic gettering (EG) method in which a strain field or a chemical action is applied to the substrate from the outside, or an intrinsic gettering (IG) method utilizing oxygen precipitation generated in the substrate. Two approaches have been adopted.
【0004】前者には、基板の裏面にSiO2やAl2O
3等の砥粒液を高圧噴射して機械的損傷を与えるBD(B
ackside Damage)法及び基板の裏面に多結晶シリコン膜
を堆積するPBS(Polycrystalline-silicon Back Sea
ling)法等がある。また、後者は、1100〜1200
℃の高温での酸素の外方拡散による無欠陥層の形成、5
00〜800℃の低温での析出核形成及び1000℃程
度の温度での析出サイズの増大、という3つの工程を経
て、シリコン基板に固溶する酸素を基板内部に析出さ
せ、その析出物及び析出に伴い発生した転位等の結晶欠
陥との複合体をゲッタリングサイトとする方法である。[0004] The former, SiO 2 and Al 2 O on the back surface of the substrate
Abrasive fluid, such as 3 and high-pressure injection mechanical damage BD (B
(Polycrystalline-silicon Back Sea) by depositing a polycrystalline silicon film on the backside of the substrate
ling) method. The latter is 1100 to 1200
Formation of defect-free layer by outward diffusion of oxygen at high temperature
Oxygen dissolved in the silicon substrate is deposited inside the substrate through three steps of forming precipitation nuclei at a low temperature of 00 to 800 ° C. and increasing the deposition size at a temperature of about 1000 ° C. This is a method in which a complex with a crystal defect such as dislocation generated due to the above is used as a gettering site.
【0005】しかし、これらゲッタリング法では、半導
体素子の高集積化、微細化及び基板の大口径化に伴う製
造工程の低温化に対応することできない。例えば、シリ
コン基板の裏面にゲッタリングサイトが存在するEG法
では、素子活性領域とゲッタリングサイトとの距離が大
きいため、低温プロセスにおいて重金属汚染元素がゲッ
タリングサイトまで十分に拡散できず、素子活性領域に
残留してしまう。一方、IG法では、製造工程の低温化
によって酸素析出物が減少し、ゲッタリング能力が低下
してしまう。[0005] However, these gettering methods cannot cope with a low temperature in a manufacturing process accompanying high integration and miniaturization of a semiconductor element and a large-diameter substrate. For example, in the EG method in which a gettering site is present on the back surface of a silicon substrate, since the distance between the element active region and the gettering site is large, heavy metal contaminants cannot sufficiently diffuse to the gettering site in a low-temperature process, and the It remains in the area. On the other hand, in the IG method, oxygen precipitates are reduced due to a lower temperature in the manufacturing process, and gettering ability is reduced.
【0006】そこで、素子分離酸化膜の直下領域にゲッ
タリングサイトを設ける半導体装置の製造方法が開示さ
れている(特開平8−8262号公報)。図5(a)乃
至(g)は特開平8−8262号公報に記載された従来
の半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。Therefore, a method of manufacturing a semiconductor device in which a gettering site is provided in a region immediately below an isolation oxide film has been disclosed (Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-8262). 5A to 5G are cross-sectional views showing a conventional method of manufacturing a semiconductor device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-8262 in the order of steps.
【0007】従来の製造方法においては、先ず、図5
(a)に示すように、P型シリコン基板21上にシリコ
ン酸化膜22及びシリコン窒化膜23を順次形成する。In the conventional manufacturing method, first, FIG.
As shown in FIG. 1A, a silicon oxide film 22 and a silicon nitride film 23 are sequentially formed on a P-type silicon substrate 21.
【0008】次に、図5(b)に示すように、素子形成
領域のみに残存するようにシリコン窒化膜23をパター
ニングする。その後、全面にシリコン酸化膜24を形成
する。Next, as shown in FIG. 5B, the silicon nitride film 23 is patterned so as to remain only in the element formation region. Thereafter, a silicon oxide film 24 is formed on the entire surface.
【0009】次に、図5(c)に示すように、シリコン
酸化膜24をエッチバックすることにより、シリコン窒
化膜23の側面上にサイドウォール膜25を形成する。
その後、炭素をイオン注入することにより、ゲッタリン
グサイトとなる結晶欠陥を有する結晶欠陥領域26をシ
リコン基板21の表面近傍に形成する。Next, as shown in FIG. 5C, a side wall film 25 is formed on the side surface of the silicon nitride film 23 by etching back the silicon oxide film 24.
Thereafter, a crystal defect region 26 having a crystal defect serving as a gettering site is formed near the surface of the silicon substrate 21 by ion implantation of carbon.
【0010】次に、図5(d)に示すように、全面を希
弗酸で洗浄することにより、サイドウォール膜25を除
去する。このとき、シリコン酸化膜22の一部も除去さ
れる。Next, as shown in FIG. 5D, the entire surface is washed with dilute hydrofluoric acid to remove the sidewall film 25. At this time, a part of the silicon oxide film 22 is also removed.
【0011】次に、図5(e)に示すように、シリコン
窒化膜23を耐酸化膜としてシリコン基板21を選択的
に熱酸化する。これにより、シリコン酸化膜からなるフ
ィールド酸化膜27が形成される。Next, as shown in FIG. 5E, the silicon substrate 21 is selectively thermally oxidized using the silicon nitride film 23 as an oxidation resistant film. Thus, a field oxide film 27 made of a silicon oxide film is formed.
【0012】次に、図5(f)に示すように、シリコン
窒化膜23及びシリコン酸化膜22を順次除去する。そ
の後、フィールド酸化膜27に囲まれた素子形成領域の
シリコン基板21上にゲート酸化膜28を形成する。更
に、ゲート酸化膜28上にゲート電極29を選択的に形
成し、このゲート電極29をマスクとしてイオン注入を
行うことにより、シリコン基板21の表面にソース・ド
レイン拡散層30a及び30bを形成する。Next, as shown in FIG. 5F, the silicon nitride film 23 and the silicon oxide film 22 are sequentially removed. Thereafter, a gate oxide film 28 is formed on the silicon substrate 21 in the element formation region surrounded by the field oxide film 27. Further, a gate electrode 29 is selectively formed on the gate oxide film 28, and ion implantation is performed using the gate electrode 29 as a mask, thereby forming source / drain diffusion layers 30a and 30b on the surface of the silicon substrate 21.
【0013】次に、図5(g)に示すように、全面に層
間絶縁膜31を形成し、この層間絶縁膜11にソース・
ドレイン拡散層30a及び30bの夫々に達するコンタ
クト孔32a及び32bを開孔する。その後、コンタク
ト孔32a及び32bの夫々にアルミニウム配線層33
a及び33bを埋設する。Next, as shown in FIG. 5G, an interlayer insulating film 31 is formed on the entire surface, and the source insulating film 31 is formed on the interlayer insulating film 11.
Contact holes 32a and 32b reaching the drain diffusion layers 30a and 30b, respectively, are opened. Thereafter, the aluminum wiring layer 33 is provided in each of the contact holes 32a and 32b.
a and 33b are buried.
【0014】このような従来の半導体装置の製造方法に
よれば、フィールド酸化膜27(素子分離酸化膜)の直
下にゲッタリングサイトを有する結晶欠陥領域が形成さ
れるので、素子活性領域近傍の重金属が排除される。According to such a conventional method of manufacturing a semiconductor device, since a crystal defect region having a gettering site is formed immediately below the field oxide film 27 (element isolation oxide film), the heavy metal near the element active region is formed. Is eliminated.
【0015】[0015]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
8−8262号公報に開示された従来の製造方法では、
結晶欠陥導入後の熱処理工程によって、欠陥の回復が生
じてしまい、ゲッタリング能力の低下による重金属の再
放出が発生するという問題点がある。また、回復が生じ
ない場合にも、フィールド直下に存在する残留欠陥が原
因で素子分離特性等の素子特性が劣化したり、接合リー
クが発生したりする。However, according to the conventional manufacturing method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-8262,
There is a problem in that the defect is recovered by the heat treatment step after the introduction of the crystal defect, and the heavy metal is re-emitted due to a decrease in the gettering ability. Further, even when the recovery does not occur, the device characteristics such as the device isolation characteristics are deteriorated due to the residual defect existing immediately below the field, and the junction leak occurs.
【0016】更に、特開平8−8262号公報の発明の
詳細な説明には、サイドウォール膜25をマスクとして
イオン注入を行っているので注入欠陥によって拡散層3
0a及び30bに影響は及ぼされないと記載されている
ものの、イオン注入直後に行われる欠陥導入のための熱
処理が酸素を含有する熱処理雰囲気で行なわれるため、
注入欠陥が拡散層30a及び30bにまで大きく成長し
やすく、素子特性に悪影響が及ぼされてしまう。Furthermore, in the detailed description of the invention of Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-8262, since the ion implantation is performed using the sidewall film 25 as a mask, the diffusion layer
0a and 30b are not affected, but the heat treatment for defect introduction performed immediately after ion implantation is performed in a heat treatment atmosphere containing oxygen.
Implantation defects are likely to grow greatly into the diffusion layers 30a and 30b, adversely affecting device characteristics.
【0017】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、重金属の再放出及び注入欠陥の素子活性領
域への成長を防止してゲッタリングの効率を向上させる
ことができる半導体装置の製造方法を提供することを目
的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of preventing the re-emission of heavy metal and the growth of implantation defects in an element active region and improving the efficiency of gettering. It is intended to provide a manufacturing method.
【0018】[0018]
【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体装置
の製造方法は、複数の素子が形成される半導体基板の複
数の前記素子同士を分離する素子分離領域にイオン注入
を行う工程と、前記半導体基板を第1の熱処理温度の非
酸化性雰囲気中で熱処理することにより前記素子分離領
域に結晶欠陥を形成する工程と、前記半導体基板を前記
第1の熱処理温度より低い第2の熱処理温度で熱処理す
ることにより前記素子分離領域に素子分離酸化膜を形成
する工程と、を有し、前記イオン注入の際の投影飛程を
Rp、前記素子分離酸化膜の厚さをtとしたとき、数式
Rp<0.45×tが成り立つことを特徴とする。According to the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of: ion-implanting a plurality of elements in a semiconductor substrate on which a plurality of elements are formed; Forming a crystal defect in the element isolation region by heat-treating the semiconductor substrate in a non-oxidizing atmosphere at a first heat treatment temperature; and subjecting the semiconductor substrate to a second heat treatment temperature lower than the first heat treatment temperature. Forming a device isolation oxide film in the device isolation region by heat treatment, wherein a projection range at the time of the ion implantation is Rp, and a thickness of the device isolation oxide film is t. Rp <0.45 × t holds.
【0019】本発明においては、結晶欠陥を形成するた
めのイオン注入の際の投影飛程が適切に規定されている
ので、結晶欠陥は素子分離酸化膜中に取り込まれ、その
残留が防止される。また、熱処理温度が適切に規定され
ているので、ゲッタリングされた重金属の再放出が防止
される。更に、結晶欠陥形成の際の熱処理雰囲気が非酸
化性雰囲気であるので、接合特性の劣化が防止される。In the present invention, since the projection range at the time of ion implantation for forming a crystal defect is appropriately defined, the crystal defect is taken into the element isolation oxide film and the residual is prevented. . Further, since the heat treatment temperature is appropriately specified, re-emission of the gettered heavy metal is prevented. Further, since the heat treatment atmosphere for forming the crystal defects is a non-oxidizing atmosphere, deterioration of the bonding characteristics is prevented.
【0020】なお、前記イオン注入を行う工程の前に、
前記素子分離領域に開口部を有するシリコン窒化膜パタ
ーンを前記半導体基板上に形成する工程を有することが
できる。Before the step of performing ion implantation,
The method may include forming a silicon nitride film pattern having an opening in the element isolation region on the semiconductor substrate.
【0021】また、前記シリコン窒化膜パターンを形成
する工程は、前記半導体基板上にシリコン窒化膜を形成
する工程と、前記素子分離領域に開口部を有するフォト
レジストパターンを前記シリコン膜上に形成する工程
と、前記フォトレジストパターンをマスクとして前記シ
リコン窒化膜をパターニングする工程又は前記フォトレ
ジストパターンをマスクとして前記シリコン窒化膜及び
前記半導体基板をパターニングする工程と、を有するこ
とができる。The step of forming the silicon nitride film pattern includes forming a silicon nitride film on the semiconductor substrate and forming a photoresist pattern having an opening in the element isolation region on the silicon film. And a step of patterning the silicon nitride film using the photoresist pattern as a mask or a step of patterning the silicon nitride film and the semiconductor substrate using the photoresist pattern as a mask.
【0022】更に、前記イオン注入を行う工程において
注入されるイオンは、Si、N、O、F、Ar、B及び
Pからなる群から選択された少なくとも1種のイオンで
あってもよい。Further, the ions to be implanted in the step of performing the ion implantation may be at least one ion selected from the group consisting of Si, N, O, F, Ar, B and P.
【0023】更にまた、前記非酸化性雰囲気は、窒素雰
囲気であってもよい。Further, the non-oxidizing atmosphere may be a nitrogen atmosphere.
【0024】[0024]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例に係る半導
体装置の製造方法について、添付の図面を参照して具体
的に説明する。第1の実施例は、LOCOS酸化膜によ
る素子分離法に適用された例である。図1(a)乃至
(d)及び図2(a)乃至(d)は本発明の第1の実施
例に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図で
ある。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be specifically described below with reference to the accompanying drawings. The first embodiment is an example applied to an element isolation method using a LOCOS oxide film. 1A to 1D and 2A to 2D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention in the order of steps.
【0025】先ず、図1(a)に示すように、p型シリ
コン基板1上に膜厚が、例えば20nm程度のパッド酸
化膜(第1の酸化膜)2を熱酸化法により形成する。First, as shown in FIG. 1A, a pad oxide film (first oxide film) 2 having a thickness of, for example, about 20 nm is formed on a p-type silicon substrate 1 by a thermal oxidation method.
【0026】次に、図1(b)に示すように、パッド酸
化膜2上に膜厚が、例えば150nm程度のシリコン窒
化膜3をCVD法により形成する。Next, as shown in FIG. 1B, a silicon nitride film 3 having a thickness of, for example, about 150 nm is formed on the pad oxide film 2 by a CVD method.
【0027】次に、図1(c)に示すように、シリコン
窒化膜3上にフォトレジストを塗布し、形成される予定
の素子同士を分離するための素子分離領域に開口部を有
するフォトレジストパターン4を公知のリソグラフィー
技術により形成する。Next, as shown in FIG. 1C, a photoresist is applied on the silicon nitride film 3 and a photoresist having an opening in an element isolation region for isolating elements to be formed. The pattern 4 is formed by a known lithography technique.
【0028】次に、図1(d)に示すように、フォトレ
ジストパターン4をマスクとして、公知のドライエッチ
ング法によりシリコン窒化膜3を選択的に除去し、LO
COS酸化のためのシリコン窒化膜パターン5を形成す
る。Next, as shown in FIG. 1D, using the photoresist pattern 4 as a mask, the silicon nitride film 3 is selectively removed by a known dry etching method.
A silicon nitride film pattern 5 for COS oxidation is formed.
【0029】次に、図2(a)に示すように、フォトレ
ジストパターン4を除去する。その後、シリコン窒化膜
パターン5をマスクとして、素子分離領域の素子分離酸
化膜形成領域6にシリコンイオン7を注入する。このと
き、イオン注入のエネルギは、注入種の投影飛程が後に
形成する素子分離酸化膜の酸化による基板の消費分より
少なくとも小さい値になるように設定する。具体的に
は、注入種の投影飛程をRp、素子分離酸化膜の膜厚を
tとしたとき、下記数式1が満たされるようなエネルギ
条件に設定する。Next, as shown in FIG. 2A, the photoresist pattern 4 is removed. Thereafter, using the silicon nitride film pattern 5 as a mask, silicon ions 7 are implanted into the element isolation oxide film formation region 6 in the element isolation region. At this time, the energy of the ion implantation is set so that the projection range of the implantation species is at least smaller than the consumption of the substrate due to the oxidation of the element isolation oxide film to be formed later. Specifically, assuming that the projection range of the implanted species is Rp and the film thickness of the element isolation oxide film is t, the energy conditions are set so that the following equation 1 is satisfied.
【0030】[0030]
【数1】Rp<0.45×t## EQU1 ## Rp <0.45 × t
【0031】例えば、注入エネルギが40keV、ドー
ズ量が1×1015cm-2の条件でシリコンイオン7を注
入する。For example, the silicon ions 7 are implanted under the conditions that the implantation energy is 40 keV and the dose is 1 × 10 15 cm −2 .
【0032】次に、図2(b)に示すように、シリコン
基板1を非酸化性雰囲気中、例えば窒素雰囲気中でラン
プアニール(RTA)装置を使用し、例えば、熱処理温
度が1050℃、熱処理時間が30秒間程度の条件で第
1の熱処理を行ない、イオン注入欠陥が存在する注入欠
陥層8を形成することにより、デバイス活性領域に存在
する重金属元素をそこ(注入欠陥層8)にゲッタリング
する。Next, as shown in FIG. 2B, the silicon substrate 1 is heated in a non-oxidizing atmosphere, for example, a nitrogen atmosphere by using a lamp annealing (RTA) apparatus at a heat treatment temperature of 1050.degree. The first heat treatment is performed under the condition that the time is about 30 seconds to form the implantation defect layer 8 having the ion implantation defect, thereby gettering the heavy metal element existing in the device active region there (the implantation defect layer 8). I do.
【0033】次に、図2(c)に示すように、第1の熱
処理の熱処理温度(1050℃)より低い温度、例えば
980℃で、例えば2時間程度のLOCOS酸化(第2
の熱処理)を行なうことにより、膜厚が、例えば400
nm程度の素子分離酸化膜9を注入欠陥層8が形成され
た素子分離酸化膜形成領域6及びその近傍に形成する。
本実施例においては、シリコンイオンの投影飛程Rpは
約50nmであり、上記数式1に示すエネルギ条件が十
分に満たされている。Next, as shown in FIG. 2C, at a temperature lower than the heat treatment temperature (1050 ° C.) of the first heat treatment, for example, 980 ° C., for example, LOCOS oxidation (second time) for about 2 hours.
Heat treatment), the film thickness becomes, for example, 400
A device isolation oxide film 9 of about nm is formed in the device isolation oxide film forming region 6 where the implantation defect layer 8 is formed and in the vicinity thereof.
In the present embodiment, the projection range Rp of the silicon ions is about 50 nm, and the energy condition shown in Expression 1 is sufficiently satisfied.
【0034】次に、図2(d)に示すように、シリコン
窒化膜パターン5を除去する。その後、素子分離酸化膜
9が設けられていない領域(デバイス活性領域)にトラ
ンジスタ等のデバイス(図示せず)を形成する。Next, as shown in FIG. 2D, the silicon nitride film pattern 5 is removed. Thereafter, a device (not shown) such as a transistor is formed in a region (device active region) where the element isolation oxide film 9 is not provided.
【0035】本実施例においては、素子分離領域の素子
分離酸化膜形成領域6にイオン注入欠陥が存在する注入
欠陥層8を予め形成し、この注入欠陥層8に重金属をゲ
ッタリングした後、欠陥及び重金属を含むこの注入欠陥
層8を素子分離酸化膜9中に取り込んでいるので、清浄
なデバイス活性領域が形成可能となる。従って、重金属
起因の素子特性劣化を防ぐことができる。また、素子分
離酸化膜9を形成するための酸化温度を欠陥(ゲッタリ
ングサイト)形成のための熱処理温度より低く設定して
いるので、欠陥回復によるゲッタリング能力の低下が生
じない。このため、欠陥にゲッタリングされた重金属元
素の基板中への再放出が防止される。In this embodiment, an implantation defect layer 8 having an ion implantation defect is formed in advance in the element isolation oxide film forming region 6 of the element isolation region, and after the heavy metal is gettered in the implantation defect layer 8, the defect is removed. Since the implantation defect layer 8 containing the metal and the heavy metal is incorporated in the element isolation oxide film 9, a clean device active region can be formed. Therefore, it is possible to prevent the element characteristics from deteriorating due to heavy metals. Further, since the oxidation temperature for forming the element isolation oxide film 9 is set lower than the heat treatment temperature for forming defects (gettering sites), the gettering ability does not decrease due to defect recovery. Therefore, re-emission of the heavy metal element gettered by the defect into the substrate is prevented.
【0036】更に、イオン注入のエネルギ条件が適切に
規定されているので、素子分離酸化膜9の直下には注入
欠陥が残留しないので、欠陥起因の素子分離特性劣化が
生じない。上記数式1が満たされない場合、注入欠陥が
素子分離酸化膜の直下に残存し素子分離特性が劣化する
虞がある。また、イオン注入欠陥形成のための熱処理と
して非酸化性雰囲気中の熱処理を行っているので、シリ
コン表面の酸化で生じる格子間シリコンの基板への導入
が抑制される。この結果、注入欠陥の拡散層領域への成
長が防止され、注入欠陥起因の接合特性劣化も生じな
い。Further, since the energy condition of the ion implantation is properly defined, no implantation defect remains immediately below the element isolation oxide film 9, so that the element isolation characteristics do not deteriorate due to the defect. If the above formula 1 is not satisfied, the implantation defect may remain immediately below the element isolation oxide film and the element isolation characteristics may be degraded. In addition, since heat treatment in a non-oxidizing atmosphere is performed as heat treatment for forming ion implantation defects, introduction of interstitial silicon into the substrate caused by oxidation of the silicon surface is suppressed. As a result, the growth of the implantation defect in the diffusion layer region is prevented, and the junction characteristics do not deteriorate due to the implantation defect.
【0037】このように、本実施例によれば、注入欠陥
の回復による重金属の再放出及び注入欠陥の素子活性領
域への成長等による素子特性劣化が防止されると共に、
素子活性領域に存在する重金属がイオン注入によって形
成された注入欠陥により効果的にゲッタリングされる。As described above, according to the present embodiment, the re-emission of heavy metal due to the recovery of the implantation defect and the deterioration of the device characteristics due to the growth of the implantation defect in the device active region and the like are prevented.
Heavy metals existing in the element active region are effectively gettered by implantation defects formed by ion implantation.
【0038】次に、本発明の第2の実施例について説明
する。第2の実施例は、素子の平坦化に効果があること
が知られているリセスト(Recessed)LOCOS法に適
用される例である。図3(a)乃至(d)及び図4
(a)乃至(d)は本発明の第2の実施例に係る半導体
装置の製造方法を工程順に示す断面図である。Next, a second embodiment of the present invention will be described. The second embodiment is an example applied to a recessed (Recessed) LOCOS method which is known to be effective in flattening an element. 3 (a) to 3 (d) and FIG.
6A to 6D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention in the order of steps.
【0039】本実施例においては、途中の工程まで第1
の実施例と同様に行う。In the present embodiment, the first step is performed up to an intermediate step.
Is performed in the same manner as in the embodiment of
【0040】即ち、先ず、図3(a)に示すように、p
型シリコン基板11上に膜厚が、例えば20nm程度の
パッド酸化膜(第1の酸化膜)12を熱酸化法により形
成する。That is, first, as shown in FIG.
A pad oxide film (first oxide film) 12 having a thickness of, for example, about 20 nm is formed on the mold silicon substrate 11 by a thermal oxidation method.
【0041】次に、図3(b)に示すように、パッド酸
化膜12上に膜厚が、例えば150nm程度のシリコン
窒化膜13をCVD法により形成する。Next, as shown in FIG. 3B, a silicon nitride film 13 having a thickness of, for example, about 150 nm is formed on the pad oxide film 12 by a CVD method.
【0042】次に、図3(c)に示すように、シリコン
窒化膜13上にフォトレジストを塗布し、形成される予
定の素子同士を分離するための素子分離領域に開口部を
有するフォトレジストパターン14を公知のリソグラフ
ィー技術により形成する。ここまでの工程は、第1の実
施例と同様である。Next, as shown in FIG. 3C, a photoresist is applied on the silicon nitride film 13 and a photoresist having an opening in an element isolation region for isolating elements to be formed. The pattern 14 is formed by a known lithography technique. The steps up to here are the same as in the first embodiment.
【0043】次に、図3(d)に示すように、フォトレ
ジストパターン14をマスクとして、シリコン窒化膜1
3、パッド酸化膜12及びシリコン基板11を公知のド
ライエッチング法により選択的に除去する。これによ
り、LOCOS酸化のためのシリコン窒化膜パターン1
5が形成される。なお、シリコン基板11の表面からの
エッチング深さは、例えば50nm程度である。第1の
実施例においては、この工程に対応する工程として、図
1(d)に示すように、ドライエッチング法によりシリ
コン窒化膜3のみの選択的除去を行なっている。Next, as shown in FIG. 3D, the silicon nitride film 1 is
3. The pad oxide film 12 and the silicon substrate 11 are selectively removed by a known dry etching method. Thereby, the silicon nitride film pattern 1 for LOCOS oxidation
5 are formed. The etching depth from the surface of the silicon substrate 11 is, for example, about 50 nm. In the first embodiment, as a step corresponding to this step, as shown in FIG. 1D, only the silicon nitride film 3 is selectively removed by a dry etching method.
【0044】次に、図4(a)に示すように、フォトレ
ジストパターン14及びシリコン窒化膜パターン15を
マスクとして、数式1が満たされるエネルギ条件で素子
分離酸化膜形成領域16にシリコンイオン17を注入す
る。例えば、注入エネルギが40keV(Rp:約50
nm)、ドーズ量が1×1015cm-2の条件でシリコン
イオン17を注入する。Next, as shown in FIG. 4A, using the photoresist pattern 14 and the silicon nitride film pattern 15 as a mask, silicon ions 17 are deposited in the element isolation oxide film formation region 16 under the energy conditions satisfying the expression (1). inject. For example, if the implantation energy is 40 keV (Rp: about 50
nm) and a dose of 1 × 10 15 cm −2 is implanted with silicon ions 17.
【0045】次に、図4(b)に示すように、フォトレ
ジストパターン14を除去する。その後、シリコン基板
11を非酸化性雰囲気中、例えば窒素雰囲気中でランプ
アニール(RTA)装置を使用し、例えば、熱処理温度
が1050℃、熱処理時間が30秒間程度の条件で第1
の熱処理を行ない、イオン注入欠陥が存在する注入欠陥
層18を形成することにより、デバイス活性領域に存在
する重金属元素をそこ(注入欠陥層18)にゲッタリン
グする。Next, as shown in FIG. 4B, the photoresist pattern 14 is removed. Thereafter, the silicon substrate 11 is placed in a non-oxidizing atmosphere, for example, a nitrogen atmosphere using a lamp annealing (RTA) apparatus, for example, at a heat treatment temperature of 1050 ° C. and a heat treatment time of about 30 seconds for the first time.
Is performed to form an implantation defect layer 18 having an ion implantation defect, and the heavy metal element existing in the device active region is gettered there (the implantation defect layer 18).
【0046】次に、図4(c)に示すように、第1の熱
処理の熱処理温度(1050℃)より低い温度、例えば
980℃で、例えば2時間程度のLOCOS酸化(第1
の熱処理)を行なうことにより、膜厚が、例えば400
nm程度の素子分離酸化膜19を注入欠陥層18が形成
された素子分離酸化膜形成領域16及びその近傍に形成
する。Next, as shown in FIG. 4C, LOCOS oxidation (first time) at a temperature lower than the heat treatment temperature of the first heat treatment (1050 ° C.), for example, 980 ° C. for about 2 hours, for example.
Heat treatment), the film thickness becomes, for example, 400
A device isolation oxide film 19 of about nm is formed in the device isolation oxide film forming region 16 where the implantation defect layer 18 is formed and in the vicinity thereof.
【0047】次に、図4(d)に示すように、シリコン
窒化膜パターン15を除去する。その後、素子分離酸化
膜9が設けられていない領域(デバイス活性領域)にト
ランジスタ等のデバイス(図示せず)を形成する。Next, as shown in FIG. 4D, the silicon nitride film pattern 15 is removed. Thereafter, a device (not shown) such as a transistor is formed in a region (device active region) where the element isolation oxide film 9 is not provided.
【0048】リセスト(Recessed)LOCOS法はシリ
コン基板11をもエッチング除去するため、通常のLO
COS法と比して、ドライエッチングを起因とするダメ
ージの導入及び重金属混入による素子特性への悪影響が
懸念される。しかし、本実施例によれば、第1の実施例
で説明したように、効果的なゲッタリングが可能となる
ので、リセスト(Recessed)LOCOS法を適用しても
素子の特性劣化防止による歩留りの向上が実現される。In the recessed LOCOS method, since the silicon substrate 11 is also removed by etching, the normal LOCOS method is used.
Compared with the COS method, there is a concern that the introduction of damage due to dry etching and the adverse effect on element characteristics due to the mixing of heavy metals. However, according to the present embodiment, as described in the first embodiment, effective gettering can be performed. Therefore, even if the recessed LOCOS method is applied, the yield can be reduced by preventing the characteristic deterioration of the element. An improvement is realized.
【0049】なお、第1及び第2の実施例においては、
ゲッタリング欠陥層を形成するためのイオン注入種とし
てシリコンイオンを使用しているが、その他のイオン種
(N、O、F、Ar、B又はP等)を使用しても同様の
効果が得られる。In the first and second embodiments,
Although silicon ions are used as ion implantation species for forming the gettering defect layer, similar effects can be obtained by using other ion species (N, O, F, Ar, B or P, etc.). Can be
【0050】[0050]
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
結晶欠陥を形成するためのイオン注入の際の投影飛程及
び熱処理温度を適切に規定しているので、結晶欠陥の残
留を防止することができると共に、重金属の再放出を防
止することができる。また、結晶欠陥形成の際の熱処理
雰囲気を非酸化性雰囲気としているので、接合特性の劣
化を防止することができる。従って、ゲッタリングの効
率を向上させることができる。As described in detail above, according to the present invention,
Since the projection range and the heat treatment temperature at the time of ion implantation for forming a crystal defect are appropriately specified, it is possible to prevent the crystal defect from remaining and prevent the heavy metal from being re-emitted. Further, since the heat treatment atmosphere for forming the crystal defects is a non-oxidizing atmosphere, it is possible to prevent the deterioration of the bonding characteristics. Therefore, gettering efficiency can be improved.
【図1】(a)乃至(d)は、本発明の第1の実施例に
係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図であ
る。FIGS. 1A to 1D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention in the order of steps.
【図2】(a)乃至(d)は、同じく、本発明の第1の
実施例を示す図であって、図1(a)乃至(d)に示す
工程の次工程を工程順に示す断面図である。FIGS. 2 (a) to 2 (d) are views showing a first embodiment of the present invention, and are cross-sections showing the steps subsequent to the steps shown in FIGS. 1 (a) to 1 (d) in the order of steps; FIG.
【図3】(a)乃至(d)は、本発明の第2の実施例に
係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図であ
る。FIGS. 3A to 3D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention in the order of steps.
【図4】(a)乃至(d)は、同じく、本発明の第2の
実施例を示す図であって、図3(a)乃至(d)に示す
工程の次工程を工程順に示す断面図である。FIGS. 4 (a) to 4 (d) are views showing a second embodiment of the present invention, and are cross-sections showing the steps subsequent to the steps shown in FIGS. 3 (a) to 3 (d) in the order of steps; FIG.
【図5】(a)乃至(g)は特開平8−8262号公報
に記載された従来の半導体装置の製造方法を工程順に示
す断面図である。FIGS. 5A to 5G are cross-sectional views illustrating a conventional method of manufacturing a semiconductor device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. H8-8262 in the order of steps.
1、11、21;シリコン基板 2、12;パッド酸化膜 3、13、23;シリコン窒化膜 4、14;フォトレジストパターン 5、15;シリコン窒化膜パターン 6、16;素子分離酸化膜形成領域 7、17;シリコンイオン 8、18;注入欠陥層 9、19;素子分離酸化膜 22、24;シリコン酸化膜 25;サイドウォール膜 26;結晶欠陥領域 27;フィールド酸化膜 28;ゲート酸化膜 29;ゲート電極 30a、30b;ソース・ドレイン拡散層 31;層間絶縁膜 32a、32b;コンタクト孔 33a、33b;アルミニウム配線層 1, 11, 21; silicon substrates 2, 12; pad oxide films 3, 13, 23; silicon nitride films 4, 14; photoresist patterns 5, 15; silicon nitride film patterns 6, 16; Silicon ion 8, 18; implantation defect layer 9, 19; element isolation oxide film 22, 24; silicon oxide film 25; sidewall film 26; crystal defect region 27; field oxide film 28; gate oxide film 29; Electrodes 30a, 30b; source / drain diffusion layers 31; interlayer insulating films 32a, 32b; contact holes 33a, 33b; aluminum wiring layers
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−214844(JP,A) 特開 平5−267661(JP,A) 特開 平7−161704(JP,A) 特開 平10−50694(JP,A) 特開 平11−297703(JP,A) 特開 平11−150181(JP,A) 特開 平10−173039(JP,A) 特開 平7−273121(JP,A) 特開 平6−275710(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/322 H01L 21/316 H01L 21/76 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-10-214844 (JP, A) JP-A-5-267661 (JP, A) JP-A-7-161704 (JP, A) JP-A-10- 50694 (JP, A) JP-A-11-297703 (JP, A) JP-A-11-150181 (JP, A) JP-A-10-173039 (JP, A) JP-A-7-273121 (JP, A) JP-A-6-275710 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/322 H01L 21/316 H01L 21/76
Claims (6)
数の前記素子同士を分離する素子分離領域にイオン注入
を行う工程と、前記半導体基板を第1の熱処理温度の非
酸化性雰囲気中で熱処理することにより前記素子分離領
域に結晶欠陥を形成する工程と、前記半導体基板を前記
第1の熱処理温度より低い第2の熱処理温度で熱処理す
ることにより前記素子分離領域に素子分離酸化膜を形成
する工程と、を有し、前記イオン注入の際の投影飛程を
Rp、前記素子分離酸化膜の厚さをtとしたとき、数式
Rp<0.45×tが成り立つことを特徴とする半導体
装置の製造方法。A step of implanting ions into an element isolation region of a semiconductor substrate on which a plurality of elements are to be formed, separating the plurality of elements from each other; and subjecting the semiconductor substrate to a non-oxidizing atmosphere at a first heat treatment temperature. Forming a crystal defect in the element isolation region by heat treatment; and forming an element isolation oxide film in the element isolation region by heat treating the semiconductor substrate at a second heat treatment temperature lower than the first heat treatment temperature. Wherein, when the projection range at the time of the ion implantation is Rp and the thickness of the element isolation oxide film is t, a mathematical formula Rp <0.45 × t is satisfied. Device manufacturing method.
素子分離領域に開口部を有するシリコン窒化膜パターン
を前記半導体基板上に形成する工程を有することを特徴
とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。2. The method according to claim 1, further comprising a step of forming a silicon nitride film pattern having an opening in the element isolation region on the semiconductor substrate before the step of performing the ion implantation. A method for manufacturing a semiconductor device.
工程は、前記半導体基板上にシリコン窒化膜を形成する
工程と、前記素子分離領域に開口部を有するフォトレジ
ストパターンを前記シリコン膜上に形成する工程と、前
記フォトレジストパターンをマスクとして前記シリコン
窒化膜をパターニングする工程と、を有することを特徴
とする請求項2に記載の半導体装置の製造方法。3. The step of forming the silicon nitride film pattern includes forming a silicon nitride film on the semiconductor substrate, and forming a photoresist pattern having an opening in the element isolation region on the silicon film. 3. The method according to claim 2, further comprising a step of: patterning the silicon nitride film using the photoresist pattern as a mask.
工程は、前記半導体基板上にシリコン窒化膜を形成する
工程と、前記素子分離領域に開口部を有するフォトレジ
ストパターンを前記シリコン膜上に形成する工程と、前
記フォトレジストパターンをマスクとして前記シリコン
窒化膜及び前記半導体基板をパターニングする工程と、
を有することを特徴とする請求項2に記載の半導体装置
の製造方法。4. The step of forming the silicon nitride film pattern includes forming a silicon nitride film on the semiconductor substrate and forming a photoresist pattern having an opening in the element isolation region on the silicon film. And a step of patterning the silicon nitride film and the semiconductor substrate using the photoresist pattern as a mask,
3. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2, comprising:
されるイオンは、Si、N、O、F、Ar、B及びPか
らなる群から選択された少なくとも1種のイオンである
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載
の半導体装置の製造方法。5. The method according to claim 1, wherein the ions implanted in the step of performing ion implantation are at least one ion selected from the group consisting of Si, N, O, F, Ar, B, and P. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
ることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記
載の半導体装置の製造方法。6. The method according to claim 1, wherein the non-oxidizing atmosphere is a nitrogen atmosphere.
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