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JP3470705B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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JP3470705B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JP3470705B2
JP3470705B2 JP2001114894A JP2001114894A JP3470705B2 JP 3470705 B2 JP3470705 B2 JP 3470705B2 JP 2001114894 A JP2001114894 A JP 2001114894A JP 2001114894 A JP2001114894 A JP 2001114894A JP 3470705 B2 JP3470705 B2 JP 3470705B2
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、素子分離領域形成
方法及び半導体装置の製造方法並びに半導体装置に関す
る。 【0002】 【従来の技術】近年、半導体装置の大容量化が進むにつ
れて、半導体素子の面積が縮小化しつつある。それに伴
い、配線層等の多層化が進み、その結果、半導体素子の
起伏(凹凸)が大きくなっている。このため、下地の段
差に起因した配線層の段差切れを防止するために配線層
を形成すべき下地の平坦化を行う必要がある。従来、素
子分離領域を形成するためにLOCOS法が用いられて
いるが、酸化膜から成る素子分離領域は半導体基板表面
から盛り上がっているため、このLOCOS法では半導
体基板表面の平坦化が得られない。 【0003】そこで、近年、トレンチアイソレーション
法が注目されている(例えば、文献、「Submicron Mech
anically Planarized Shallow Trench Isolation With
Field Shiels」, W.S. Lindenberger, et al., 1991 Sy
mposium of VLSI TechnologyDigest of Technical Pape
rs, pp89-90 を参照)。トレンチアイソレーション法と
は、半導体基板に形成した溝部(トレンチ)に絶縁材料
を埋め込んで素子分離領域を形成する技術である。この
トレンチアイソレーション法においては、絶縁材料で溝
部を埋め込んだ後、溝部以外に堆積した絶縁材料を除去
して平坦化する必要がある。従来のトレンチアイソレー
ション法の概要を、図8を参照して、以下、説明する。 【0004】[工程−10]半導体基板50上に薄いS
iO2膜52及びSiN膜54を形成した後、フォトリ
ソグラフィ法にてパターニングを行い、エッチングによ
って溝部(トレンチ)56を形成する(図8の(A)参
照)。 【0005】[工程−20]次に、熱酸化によって溝部
56内に酸化膜を形成する。その後、溝部56内にCV
D等によってSiO2から成る絶縁膜58を堆積させ
る。この時、溝部56以外の部分にも絶縁膜58が形成
される(図8の(B)参照)。 【0006】[工程−30]次いで、溝部56以外の部
分に形成されたSiO2から成る絶縁膜58を研磨法に
より除去して、半導体基板を平坦化する(図8の(C)
参照)。 【0007】このような従来のトレンチアイソレーショ
ン法において、埋め込み材料としてSiO2から成る絶
縁膜を用いた場合、研磨法におけるストッパー層とし
て、SiO2より研磨速度の遅いSiNを用いることに
より、半導体基板の平坦化が可能となる。この手法は、
トレンチアイソレーション法以外にも、例えば、層間絶
縁層の平坦化プロセスに応用されている。 【0008】 【発明が解決しようとする課題】このトレンチアイソレ
ーション法を各種半導体装置の製造プロセスにて用いる
場合、研磨法で除去すべきSiO2から成る絶縁膜は、
半導体基板より硬いため削りにくい。そこで、ストッパ
ー層として半導体基板上にSiN膜54を形成する。そ
して、ストッパー層としての役目が終わった後に、Si
N膜54を除去する必要がある。SiNは、約150°
Cに熱した熱燐酸に浸漬することによって除去可能であ
る。しかしながら、このようにして、SiNを厚さ10
0nm程、熱燐酸によってエッチングすると、SiO2
から成る絶縁膜58も20nm程度エッチングされてし
まい、その結果、絶縁膜58が薄くなる問題を有する
(図9参照)。 【0009】また、SiNは109Pa程度のストレス
を有しているので、半導体基板50上に形成されたSi
N膜54からのストレスの影響で、半導体基板50上に
結晶欠陥60を生じるといった問題も有する(図10の
(A)参照)。このような結晶欠陥60が生じた半導体
基板上に、例えばMOSトランジスタを形成した場合、
接合リーク等が増大し、半導体素子の特性を劣化させる
問題がある(図10の(B)参照)。 【0010】更に、各種半導体装置、例えばメモリー素
子において、メモリー部分以外の周辺回路に含まれるス
トッパー層の面積が、メモリー素子全体の面積と比較し
て小さい場合には、周辺回路に含まれるストッパー層に
研磨時の研磨圧力が集中する。そのため、研磨速度が速
くなり、周辺回路に含まれるストッパー層だけでは研磨
時のストッパーとしての機能を十分果たさなくなり、孤
立した回路パターン部における溝部の絶縁膜58Aが削
りとられ、本来のストッパー層としての役割を充分発揮
しないという問題もある(図11参照)。それ故、全体
の面積に対してストッパー層の面積比を小さくせざるを
得ない回路パターンにおいても、良好な研磨法による平
坦化技術が所望されている。 【0011】従って、本発明の目的は、従来のトレンチ
アイソレーション法で述べた問題点を解決することがで
き、溝部(トレンチ)を形成した後の半導体基板の表面
を一層平滑化することが可能であり、半導体基板に欠陥
を生じさせることがなく、半導体基板に形成された回路
パターンへの依存性が少ない、半導体基板における素子
分離領域の形成方法、及び半導体装置の製造方法並びに
かかる方法によって形成された半導体装置を提供するこ
とにある。 【0012】 【課題を解決するための手段】上記の目的は、半導体基
板に形成された溝部内に絶縁膜を形成することによって
素子分離領域を形成する素子分離領域形成方法であっ
て、以下の特徴を有する本発明の方法によって達成する
ことができる。即ち、 (イ)半導体基板に、絶縁膜よりも硬い金属膜を形成し
た後、金属膜をパターニングする工程 (ロ)パターニングされた金属膜をマスクとして、半導
体基板をエッチングし、半導体基板に溝部を形成する工
程 (ハ)溝部内及び金属膜上に絶縁膜を形成する工程 (ニ)金属膜をストッパー層として、金属膜上に形成さ
れた絶縁膜を回転研磨法にて除去する工程 【0013】金属膜は、Mo、W、TiN、WC、ある
いは、ZrSi2、WSi2、TaSi2、NiSi2等の
各種金属シリサイドから構成することができる。金属膜
のマイクロビッカース硬さ(mHv)の値が、絶縁膜の
マイクロビッカース硬さ(mHv)の値より大きいと
き、金属膜は絶縁膜よりも硬いという。これらの各種材
料のマイクロビッカース硬さの値を図7に例示する。
尚、図7のマイクロビッカース硬さの値は、Academic P
ress, Inc., S.P. Muraka, "Silicide for VLSI Applic
ation", pp 67 を参照した。ビッカース硬さは、正四角
錐(対面角136゜のダイアモンド圧子を試料に押し込
んだとき、荷重とくぼみの表面積の比から定義される硬
さである。 【0014】金属膜のパターニングは、通常のフォトリ
ソグラフィ法及びエッチング法で形成することができ
る。絶縁膜は、例えば、SiO2から成る。 【0015】更に、上記の目的は、半導体基板に形成さ
れた溝部内に絶縁膜を形成することによって素子分離領
域を形成し、次いで、ゲート電極領域及びソース/ドレ
イン領域を形成した後、少なくともゲート電極領域の上
に金属層を形成し、かかるゲート電極領域以外の領域に
層間絶縁層を形成する、半導体装置の製造方法であっ
て、以下の特徴を有する本発明の方法によって達成する
ことができる。即ち、 (イ)半導体基板に、絶縁膜よりも硬い金属膜を形成し
た後、金属膜をパターニングする工程 (ロ)パターニングされた金属膜をマスクとして、半導
体基板をエッチングし、半導体基板に溝部を形成する工
程 (ハ)溝部内及び金属膜上に絶縁膜を形成する工程 (ニ)金属膜をストッパー層として、金属膜上に形成さ
れた絶縁膜を回転研磨法にて除去し、これによって素子
分離領域を形成する工程 (ホ)ゲート電極領域及びソース/ドレイン領域を形成
し、次いで、少なくともゲート電極領域の上に金属層を
形成した後、全面に層間絶縁層を形成する工程 (ヘ)金属層をストッパー層として、金属層上に形成さ
れた層間絶縁層を回転研磨法にて除去し、層間絶縁層を
平坦化する工程 【0016】上記金属層は、TiC、TiN、TiOX
N、Mo、W、WC、あるいは、ZrSi2、WSi2
TaSi2、NiSi等の各種金属シリサイドから構成
することができる。層間絶縁層は、SiO2から形成す
ることができる。 【0017】本発明の半導体装置は、上述の半導体装置
の製造方法によって製造され、且つ、金属層を配線又は
電極のコンタクト部に用いたことを特徴とする。 【0018】本発明の半導体装置の好ましい実施態様に
よれば、金属層を自己整合コンタクト部に用いる。 【0019】 【作用】本発明の素子分離領域の形成方法においては、
回転研磨法におけるストッパー層として、溝部に形成さ
れた絶縁膜よりも硬い金属膜を使用する。それ故、研磨
すべき面積に比較してストッパー層の面積が小さい場合
でも、良好な平坦形状を形成できる。また、金属膜をス
トッパー層として用いるので、回転研磨の後、絶縁膜に
影響を与えることなくストッパー層である金属膜を除去
することができる。 【0020】本発明の半導体装置の製造方法において
も、素子分離領域の形成方法と同様に素子分離領域が形
成できる。しかも、ゲート電極領域の上に形成された金
属層をストッパー層として、金属層上に形成された層間
絶縁層を回転研磨法にて除去し、層間絶縁層を平坦化す
るので、層間絶縁層の平坦化を正確に制御することがで
きる。 【0021】更に、本発明の半導体装置においては、か
かる金属層を配線又は電極のコンタクト部に用いるの
で、半導体装置の製造工程の簡略化を図ることができ
る。 【0022】 【実施例】以下、図面を参照して本発明を実施例に基づ
き説明する。 【0023】(実施例1)本発明の素子分離領域の形成
方法に関する実施例1を、半導体素子の模式的な一部断
面図である図1を参照して説明する。尚、実施例1にお
いては、金属膜としてTiNを、また、絶縁膜としてS
iO2を使用した。 【0024】[工程−100]先ず、シリコンから成る
半導体基板10の全面にTiNから成る金属膜12を厚
さ30nm、堆積させる。堆積の条件を、 ガス TiCl4/NH3=9/900sccm 温度 600°C 圧力 0.3Pa とすることができる。こうして堆積された金属膜12の
ストレスは108Pa程度である。 【0025】[工程−110]次に、半導体基板10上
にP型あるいはN型領域を形成した後、レジストパター
ニングを行い、次いで、TiNから成る金属膜12のド
ライエッチングを行う。ドライエッチングの条件を、 ガス SiCl4/N2=10/10sccm 圧力 2Pa マイクロ波パワー 850W(2MHz) RFパワー 200W とすることができる。こうして、図1の(A)に模式的
な一部断面図を示す半導体素子構造が形成される。 【0026】[工程−120]続けて、半導体基板10
のドライエッチングを、同一ドライエッチング条件にて
行い、図1の(B)に示す溝部(トレンチ)14を形成
する。 【0027】[工程−130]次に、SiO2から成る
絶縁膜16を金属膜12上及び溝部14内に堆積させる
(図1の(C)参照)。SiO2の堆積条件を次のよう
にすることができる。 TEOS/O3 =1000/2000sccm 温度 390°C 圧力 1.2×104 Pa 膜厚 400nm 【0028】[工程−140]次いで、回転研磨法にて
絶縁膜16を研磨し、金属膜12上の絶縁膜16を除去
し、溝部14内にのみ絶縁膜16を残す。これによっ
て、半導体基板10の表面は平坦化される(図1の
(D)参照)。 【0029】回転研磨法に用いられる研磨装置100の
概要を図5に示す。この研磨装置100は、研磨プレー
ト102、基板支持台110、スラリー供給系116か
ら成る。研磨プレート102は、回転する研磨プレート
回転軸106に支承され、その表面には研磨パッド10
4が備えられている。基板支持台110は、研磨プレー
ト102の上方に配置され、基板支持台回転軸112に
支承されている。研磨すべき基板108は基板支持台1
10に載置される。基板支持台回転軸112は、基板支
持台を研磨パッドの方向に押す研磨圧力調整機構114
に取り付けられている。研磨剤を含んだスラリー120
は、スラリー供給系116からスラリー供給口118を
通して研磨パッド104に供給される。 【0030】回転研磨法はこのような研磨装置100を
用いる。そして、研磨剤を含んだスラリー120を研磨
パッド104に供給しながら、研磨プレート102を回
転させる。同時に基板支持台110に載置された基板1
08を回転させながら、研磨圧力調整機構114によっ
て、研磨パッド104に対する基板108の研磨圧力を
調整する。こうして、基板108の表面を研磨すること
ができる。 【0031】あるいは又、実開昭63−754号公報に
記載されたように、スラリーを、研磨プレート回転軸1
06及び研磨プレート102の内部を経由して、研磨パ
ッド104に設けられたスラリー供給口118から供給
することもできる(図6参照)。 【0032】回転研磨法における条件を、例えば、以下
のとおりとした。 研磨プレート回転数 37rpm 基板支持台回転数 17rpm 研磨圧力 5.5×103Pa スラリー流量 225ml/分 研磨パッド温度 40°C スラリー組成 シリカ(0.025μm)+KOH+H2O 【0033】[工程−150]次いで、TiNから成る
金属膜12を除去する。即ち、アンモニア水及び過酸化
水素水の混合水溶液(アンモニア過水:NH4OH:H2
2:H2O=1:2:2)に10分間浸漬することによ
って、TiNから成る金属膜12のみを選択的にエッチ
ングする。以上の工程によって、半導体基板10には、
絶縁膜16が埋め込まれた溝部14から成る素子分離領
域が形成される(図1の(E)参照)。 【0034】(実施例2)実施例2は、実施例1に示し
た方法を、孤立した回路パターン部の研磨を防ぐように
改良した例である。実施例2を、半導体素子の模式的な
一部断面図である図2を参照して説明する。 【0035】[工程−200]先ず、半導体基板10上
に全面にTiNから成る金属膜12を堆積させる。次
に、半導体基板10上にP型あるいはN型領域を形成し
た後、レジストパターニングを行い、次いで、TiNか
ら成る金属膜12のドライエッチングを行い、続けて、
半導体基板10のドライエッチングを、同一ドライエッ
チング条件にて行う。次に、SiO2から成る絶縁膜1
6を金属膜12上及び溝部14内に堆積させる。以上の
工程は、実施例1の[工程−100]〜[工程−13
0]と同様であり、その詳細な説明は省略する。こうし
て、図2の(A)に模式的な一部断面図を示す半導体素
子構造が形成される。 【0036】[工程−210]次に、絶縁膜16の上に
全面にTiNから成る第2の金属膜20を堆積させる。
堆積の条件は、実施例1の[工程−100]で説明した
条件と同一とすることができる。次いで、かかる第2の
金属膜20上にレジストパターニングを行い、ドライエ
ッチングによって第2の金属膜20のパターニングを行
った後、レジストを除去する。ドライエッチングの条件
を、例えば、 SiCl4/N2 =10/10sccm 圧力 2Pa マイクロ波パワー 850W(2MHz) RFパワー 200W とすることができる。これによって、孤立した回路パタ
ーン部22に堆積された絶縁膜16の上には第2の金属
膜20が形成される(図2の(B)参照)。 【0037】[工程−220]その後、図5又は図6に
示した研磨装置を使用して、TiNから成る金属膜12
上に堆積された絶縁膜16を回転研磨法で除去し、半導
体基板10の表面を平坦化する(図2の(C)参照)。
回転研磨の条件を、実施例1の[工程−140]で説明
した条件とすることができる。この場合、孤立したパタ
ーン部22における絶縁膜16は、TiNから成る第2
の金属膜20で被覆されているので、孤立したパターン
部22における絶縁膜16が削られることがなく、半導
体基板表面の平坦性を保つことができる。 【0038】[工程−230]次いで、TiNから成る
第1の金属膜12及び第2の金属膜20を除去するため
に、実施例1の[工程−150]と同様に、アンモニア
過水に10分間浸漬することによって、金属膜12及び
第2の金属膜20のみを選択的にエッチングする。以上
の工程より半導体基板10には絶縁膜16が埋め込まれ
た溝部から成る素子分離領域が形成される。 【0039】(実施例3)次に、本発明の半導体装置の
製造方法に関する実施例3を、半導体素子の模式的な一
部断面図である図1及び図3を参照して説明する。尚、
実施例3においては、金属膜としてTiNを、絶縁膜と
してSiO2を、金属層としてZrSi2を使用した。実
施例3の方法においては、半導体装置にサリサイド構造
及び自己整合コンタクト部を一挙に形成できる。 【0040】[工程−300]先ず、半導体基板10上
に全面にTiNから成る金属膜12を堆積させる。次
に、半導体基板10上にP型あるいはN型領域を形成し
た後、レジストパターニングを行い、次いで、TiNか
ら成る金属膜12のドライエッチングを行い、続けて、
半導体基板10のドライエッチングを、同一ドライエッ
チング条件にて行う。次に、SiO2から成る絶縁膜1
6を金属膜12上及び溝部14内に堆積させる。次い
で、回転研磨法にて絶縁膜16を研磨し、金属膜12上
の絶縁膜16を除去し、溝部14内にのみ絶縁膜16を
残す。これによって、半導体基板10の表面は平坦化さ
れる。その後、TiNから成る金属膜12を除去するた
めに、アンモニア過水に10分間浸漬することによっ
て、TiNから成る金属膜12のみを選択的にエッチン
グする。以上の工程によって、半導体基板10には、絶
縁膜16の埋め込まれた溝部から成る素子分離領域18
が形成される。 【0041】これらの工程は、実施例1の[工程−10
0]〜[工程−150]と同様であり、詳細な説明は省
略する。こうして、図3の(A)に模式的な一部断面図
を示す半導体素子構造が形成される。 【0042】[工程−310]次に、平坦化された半導
体基板10の表面にゲート酸化膜を形成し、次いで、そ
の上にポリシリコンを堆積させ、レジストパターニング
及びドライエッチングを行うことによってゲート電極領
域30を形成する。その後、LDD(LightlyDoped Dra
in)構造を形成するために、イオン注入を行い、浅い不
純物拡散領域32を形成する。このイオン注入の条件
を、NMOSを形成する場合には、例えば、 As 40Kev 1×1014/cm2 とすることができ、また、PMOSを形成する場合に
は、例えば、 BF2 30KeV 5×1013/cm2 とすることができる。次に、厚さ約400nmのSiO
2層を全面に形成する。SiO2層の形成条件を、例え
ば、 使用ガス SiH4/O2/N2=250/250/100sccm 温度 420°C とすることができる。その後、異方性ドライエッチング
によりSiO2層をエッチングし、SiO2から成るサイ
ドウォール34をゲート電極領域30の側壁に形成す
る。SiO2のエッチング条件を、例えば、 使用ガス C48=50sccm RFパワー 1200W 圧力 2Pa とすることができる。以上の工程によって、図3の
(B)に模式的な一部断面図を示すような構造の半導体
素子を形成することができる。 【0043】[工程−320]次に、Zr層を全面に厚
さ20nm堆積させる。堆積の条件を、例えば、 RFバイアス −50W DC スパッタパワー 1kW Ar流量 40sccm 圧力 0.4Pa 温度 200°C 堆積速度 60nm/分 とすることができる。 【0044】[工程−330]その後、RTA(Rapid
Thermal Annealing)法にて、不活性ガス中で600°
C、30秒間の第1回目のアニール処理を行い、Zrか
ら成る金属層をシリサイド化し、ZrSiXを形成す
る。次に、アンモニア過水に10分間浸漬することによ
って、未反応のZrを選択的にエッチングする。次い
で、不活性ガス(例えば、N2)雰囲気中で800°
C、30秒間、第2回目のアニール処理を行い、ZrS
Xを低抵抗の安定したZrSi2とする。これによっ
て、ソース/ドレイン領域形成予定領域上及びゲート電
極領域30上には、均一なZrSi2から成る金属層3
8が選択的に形成される。 【0045】[工程−340]その後、ソース/ドレイ
ン領域40を形成するために、全面にイオン注入を行う
(図3の(C)参照)。イオン注入の条件を、NMOS
を形成する場合、例えば、 As 50KeV 3×1015/cm2 とすることができ、PMOSを形成する場合、例えば、 BF2 20KeV 3×1015/cm2 とすることができる。 【0046】[工程−350]次いで、全面に、SiO
2から成り厚さ約400nmの層間絶縁層42をCVD
法で堆積させる(図4の(A)参照)。SiO2の堆積
条件を、例えば、 ガス流量 TEOS/O3=1000/2000sccm 温度 390°C 圧力 1.2×104Pa とすることができる。次に、N2雰囲気中で1100°
C、10秒の短時間アニール処理を行う。これによっ
て、Si、ZrSi2の活性化を行うと同時に、ソース
/ドレイン領域40における不純物の拡散を行い接合領
域を形成する。この結果、ソース/ドレイン領域40及
びゲート電極領域30上に、選択的に均一なZrSi2
から成る金属層38を形成でき、シート抵抗の低減化
(例えば、10Ω/sq.)が実現できる。 【0047】[工程−360]次に、図5又は図6に示
した研磨装置を使用して、層間絶縁層42を回転研磨法
によって平坦化する。即ち、層間絶縁層42の表面と、
ゲート電極領域30上に形成された金属層38の表面と
が概ね同一平面となるように、層間絶縁層42を研磨す
る(図4の(B)参照)。回転研磨法における条件を、
例えば、以下のとおりとした。 研磨プレート回転数 37rpm 基板支持台回転数 17rpm 研磨圧力 5.5×103Pa スラリー流量 225ml/分 研磨パッド温度 40°C スラリー組成 シリカ(0.025μm)+KOH+H2O 【0048】このとき、ゲート電極領域30上に形成さ
れた金属層38は、ゲート電極のシート抵抗及びコンタ
クト抵抗を低減させるだけでなく、回転研磨時のストッ
パー層としての役割を果たす。更に、金属層38の表面
が研磨されることによってZrSi2が表面に露出し、
この金属層38がゲート電極のコンタクト部になる。従
って、回転研磨を行うことにより自己整合コンタクト部
の形成が可能となる。 【0049】[工程−370]次に、金属配線層のため
のバリヤメタル層44を形成する。このバリヤメタル層
44は、例えばTi/TiONの2層構造から成り、ス
パッタ法にて以下の条件で順次形成することができる。 Ti: Ar流量 100sccm DCスパッタパワー 4kW 圧力 0.4Pa 膜厚 30nm TiON: Ar/N2−6%O2 =40/70sccm DCスパッタパワー 5kW 圧力 0.4Pa 膜厚 70nm 【0050】[工程−380]次に、Al−1%Siか
ら成る金属配線層46を形成する(図4の(C)参
照)。先ず、Al−1%Siを、例えば以下の条件でス
パッタリングする。 Ar流量 40sccm 圧力 0.4Pa DCスパッタパワー 6kW スパッタ率 800nm/分 厚さ 400nm その後、レジストパターニングを行い、次いでドライエ
ッチングを行うことによって、スパッタリングされたA
l−1%Si及びバリヤメタル層のパターニングを行
い、レジストを除去して、アルミニウム系の金属配線層
46を完成させる。ドライエッチングは、例えば、RF
印加型ECRエッチャーを使用して、以下の条件で行う
ことができる。 BCl3/Cl2 =60/90sccm マイクロ波パワー 1000W DCスパッタパワー 1kW Ar流量 40sccm RFパワー 50W 圧力 13.3Pa 以上のプロセスにより、Al−1%Si/TiON/T
iから成る金属配線層と、ゲート電極領域30上に形成
されたZrSi2から成る金属層38とのコンタクト抵
抗値を30Ω程度に低減できる。また、ソース/ドレイ
ン領域40上にもZrSi2から成る金属層が形成され
ているので、ソース/ドレイン領域におけるシート抵抗
を低減することができる。 【0051】以上、本発明を好ましい実施例に基づき説
明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はない。各工程における条件は例示であり、製造条件や
使用する装置に依存して適宜変更することができる。ま
た、例えば、金属膜としてTiNを用いる代わりに、ア
ルミナ、ダイヤモンド等を用いることができる。 【0052】 【発明の効果】本発明の方法においては、回転研磨時の
ストッパー層として、絶縁膜に対して選択的エッチング
が可能な材料を用いるので、溝部に形成された絶縁膜の
エッチングを防止することができ、半導体基板表面の一
層の平坦化を図ることができる。また、ストッパー層で
ある金属膜は低ストレスであり、半導体基板に結晶欠陥
を生じさせない。更に、単位面積当たりのストッパー層
の面積比が小さい場合においても、ストッパー層が良好
に機能し、半導体基板表面の平坦化が可能となる。 【0053】本発明の半導体装置においては、層間絶縁
層の平坦化のために、ストッパー層として金属層を用い
ているので、層間絶縁層の平坦化処理後、選択的に金属
層がコンタクト部になり、シート抵抗が低減する。更
に、上部配線層とのコンタクトをとる場合にも低抵抗化
を実現できる。また、層間絶縁層の平坦化処理後、選択
的にストッパー層である金属層がコンタクト部となり、
フォトリソグラフィー工程及びドライエッチ工程より新
たにコンタクトホールを形成するための工程が必要なく
なり、自己整合コンタクトホールが実現できる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [0001] [0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a method for forming an element isolation region.
Method and method for manufacturing semiconductor device and semiconductor device
You. [0002] 2. Description of the Related Art In recent years, as the capacity of semiconductor devices has increased,
As a result, the area of the semiconductor element is being reduced. Accompanying it
As the number of wiring layers and other layers increases, as a result,
Undulation (irregularity) is large. For this reason,
Wiring layers to prevent disconnection of wiring layers due to differences
It is necessary to planarize the underlayer on which is to be formed. Conventionally,
LOCOS method is used to form the child isolation region
However, the element isolation region consisting of an oxide film is
The LOCOS method uses
The surface of the body substrate cannot be flattened. In recent years, trench isolation has been developed.
Law is attracting attention (for example, in the literature, “Submicron Mech
anically Planarized Shallow Trench Isolation With
Field Shiels '', W.S.Lindenberger, et al., 1991 Sy
mposium of VLSI TechnologyDigest of Technical Pape
rs, pp89-90). Trench isolation and
Is an insulating material in the trench (trench) formed in the semiconductor substrate.
To form an element isolation region. this
In the trench isolation method, the trench
After embedding the part, remove the insulating material deposited on the part other than the groove part
Need to be planarized. Conventional trench isolation
The outline of the session method will be described below with reference to FIG. [Step-10] Thin S on a semiconductor substrate 50
iOTwoAfter forming the film 52 and the SiN film 54, the photoresist
Patterning by lithography and etching
To form a trench 56 (see FIG. 8A).
See). [Step-20] Next, the groove is formed by thermal oxidation.
An oxide film is formed in 56. After that, the CV is
SiO by D etc.TwoAn insulating film 58 made of
You. At this time, the insulating film 58 is also formed in portions other than the groove portions 56.
(See FIG. 8B). [Step-30] Next, portions other than the groove portion 56
SiO formed in minutesTwoOf insulating film 58 made of
And the semiconductor substrate is planarized (FIG. 8C).
reference). [0007] Such a conventional trench isolation
In the deposition method, SiOTwoAbsence consisting of
When an edge film is used, it is used as a stopper layer in the polishing method.
And SiOTwoUsing SiN with a slower polishing rate
Thus, the semiconductor substrate can be flattened. This technique is
In addition to the trench isolation method, for example,
It is applied to the edge layer planarization process. [0008] SUMMARY OF THE INVENTION
Method is used in the manufacturing process of various semiconductor devices.
In the case, SiO to be removed by the polishing methodTwoThe insulating film consisting of
Harder than a semiconductor substrate, so hard to cut. So, the stopper
A SiN film 54 is formed on the semiconductor substrate as a layer. So
Then, after the role as the stopper layer is over,
It is necessary to remove the N film 54. SiN is about 150 °
It can be removed by immersion in hot phosphoric acid heated to C.
You. However, in this way, a SiN having a thickness of 10
When etched by hot phosphoric acid to about 0 nm, SiOTwo
The insulating film 58 is also etched by about 20 nm.
That is, as a result, there is a problem that the insulating film 58 becomes thin.
(See FIG. 9). Further, SiN is 109Stress of about Pa
, The Si formed on the semiconductor substrate 50
Due to the influence of the stress from the N film 54, on the semiconductor substrate 50
There is also a problem of generating crystal defects 60 (see FIG. 10).
(A)). Semiconductor having such crystal defects 60
For example, when a MOS transistor is formed on a substrate,
Junction leakage etc. increase, deteriorating the characteristics of semiconductor elements
There is a problem (see FIG. 10B). Further, various semiconductor devices such as a memory device
In the peripheral circuits other than the memory
The area of the topper layer is
Smaller, the stopper layer included in the peripheral circuit
Polishing pressure during polishing is concentrated. Therefore, the polishing speed is high.
And polishing only with the stopper layer included in the peripheral circuit
Stop functioning as a time stopper
The insulating film 58A in the groove in the standing circuit pattern portion is cut.
Removed to fully fulfill the role of the original stopper layer
There is also the problem of not doing so (see FIG. 11). Therefore, the whole
The area ratio of the stopper layer to the area of
Even with circuit patterns that cannot be obtained,
There is a need for a tanning technique. Accordingly, an object of the present invention is to provide a conventional trench.
Solving the problems described in the isolation method
The surface of the semiconductor substrate after forming the trench (trench)
Can be further smoothed and the semiconductor substrate has defects.
Circuit formed on a semiconductor substrate without causing
Devices on semiconductor substrates with little dependence on patterns
Method of forming isolation region, method of manufacturing semiconductor device, and
To provide a semiconductor device formed by such a method.
And there. [0012] SUMMARY OF THE INVENTION The above object is achieved by a semiconductor substrate.
By forming an insulating film in the groove formed in the board
An element isolation region forming method for forming an element isolation region.
Achieved by the method of the present invention having the following features
be able to. That is, (A) A metal film that is harder than an insulating film is formed on a semiconductor substrate.
After the step of patterning the metal film (B) Semiconductor using patterned metal film as a mask
Process to form a groove in a semiconductor substrate by etching the body substrate
About (C) forming an insulating film in the groove and on the metal film; (D) Formed on a metal film using the metal film as a stopper layer
Of removing the removed insulating film by rotary polishing The metal film includes Mo, W, TiN, and WC.
Well, ZrSiTwo, WSiTwo, TaSiTwo, NiSiTwoEtc.
It can be composed of various metal silicides. Metal film
Of the micro Vickers hardness (mHv) of the insulating film
If it is larger than the value of micro Vickers hardness (mHv)
The metal film is said to be harder than the insulating film. These various materials
The value of the micro Vickers hardness of the material is illustrated in FIG.
The value of the micro-Vickers hardness in FIG.
ress, Inc., S.P.Muraka, "Silicide for VLSI Applic
ation ", pp 67. Vickers hardness is square
A cone (a diamond indenter with a facing angle of 136 ° is pressed into the sample
The hard surface defined by the ratio of the load to the surface area of the cavity.
That's it. [0014] Patterning of the metal film is performed by a usual photolithography.
Can be formed by lithography and etching
You. The insulating film is made of, for example, SiOTwoConsists of Further, the above object is achieved by forming a semiconductor substrate.
Device isolation area by forming an insulating film in the groove.
Region, and then the gate electrode region and the source / drain
After forming the gate region, at least above the gate electrode region
A metal layer is formed on the region other than the gate electrode region.
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising forming an interlayer insulating layer.
Achieved by the method of the present invention having the following features
be able to. That is, (A) A metal film that is harder than an insulating film is formed on a semiconductor substrate.
After the step of patterning the metal film (B) Semiconductor using patterned metal film as a mask
Process to form a groove in a semiconductor substrate by etching the body substrate
About (C) forming an insulating film in the groove and on the metal film; (D) Formed on a metal film using the metal film as a stopper layer
The removed insulating film is removed by a rotary polishing method.
Step of forming isolation region (E) Form gate electrode region and source / drain region
And then apply a metal layer at least over the gate electrode area.
After forming, a step of forming an interlayer insulating layer on the entire surface (F) The metal layer is formed on the metal layer as a stopper layer.
The removed interlayer insulating layer is removed by a rotary polishing method, and the interlayer insulating layer is removed.
Flattening process The metal layer is made of TiC, TiN, TiO.X
N, Mo, W, WC or ZrSiTwo, WSiTwo,
TaSiTwoComposed of various metal silicides such as NiSi and NiSi
can do. The interlayer insulating layer is made of SiOTwoForm from
Can be The semiconductor device according to the present invention is the semiconductor device described above.
And the metal layer is formed by wiring or
It is characterized in that it is used for a contact portion of an electrode. According to a preferred embodiment of the semiconductor device of the present invention,
According to this, a metal layer is used for the self-aligned contact portion. [0019] In the method for forming an element isolation region according to the present invention,
Formed in the groove as a stopper layer in the rotary polishing method
Use a metal film that is harder than the insulating film. Therefore, polishing
When the area of the stopper layer is smaller than the area to be
However, a good flat shape can be formed. In addition, metal film
Since it is used as a topper layer, it can be
Removal of metal film as stopper layer without affecting
can do. In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention,
In the same way, the element isolation region
Can be achieved. Moreover, the gold formed on the gate electrode region
Using the metal layer as a stopper layer, the interlayer formed on the metal layer
The insulating layer is removed by a rotary polishing method, and the interlayer insulating layer is planarized.
Therefore, it is possible to accurately control the planarization of the interlayer insulating layer.
Wear. Further, in the semiconductor device of the present invention,
Use of such metal layer for wiring or contact part of electrode
As a result, the manufacturing process of the semiconductor device can be simplified.
You. [0022] BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG.
I will explain. (Example 1) Formation of an element isolation region of the present invention
Example 1 relating to the method is described in the form of a schematic partial section of a semiconductor device.
This will be described with reference to FIG. In Example 1,
In other words, TiN is used as a metal film and S
iOTwoIt was used. [Step-100] First, silicon is used
A metal film 12 made of TiN is formed on the entire surface of the semiconductor
Deposit 30 nm. Deposition conditions Gas TiClFour/ NHThree= 9 / 900sccm Temperature 600 ° C Pressure 0.3Pa It can be. The metal film 12 thus deposited
Stress is 108It is about Pa. [Step-110] Next, on the semiconductor substrate 10
After forming a P-type or N-type region in the resist pattern
And then doping of the metal film 12 made of TiN.
Light etching is performed. Dry etching conditions Gas SiClFour/ NTwo= 10/10 sccm Pressure 2Pa Microwave power 850W (2MHz) RF power 200W It can be. Thus, FIG.
A semiconductor element structure showing a partial cross-sectional view is formed. [Step-120] Subsequently, the semiconductor substrate 10
Dry etching under the same dry etching conditions
To form a groove (trench) 14 shown in FIG.
I do. [Step-130] Next, SiOTwoConsisting of
An insulating film 16 is deposited on the metal film 12 and in the groove 14.
(See FIG. 1C). SiOTwoThe deposition conditions for
Can be TEOS / OThree = 1000 / 2000sccm Temperature 390 ° C Pressure 1.2 × 10Four  Pa 400nm thickness [Step-140] Then, by a rotary polishing method
Polishing the insulating film 16 and removing the insulating film 16 on the metal film 12
Then, the insulating film 16 is left only in the groove 14. By this
As a result, the surface of the semiconductor substrate 10 is planarized (see FIG. 1).
(D)). The polishing apparatus 100 used in the rotary polishing method
An outline is shown in FIG. The polishing apparatus 100 is a polishing play machine.
102, the substrate support 110, and the slurry supply system 116
Consisting of The polishing plate 102 is a rotating polishing plate.
The polishing pad 10 is supported on a rotating shaft 106 and has a polishing pad 10 on its surface.
4 are provided. The substrate support 110 is a polishing play
Is mounted above the substrate 102 and is
It is supported. The substrate 108 to be polished is the substrate support 1
10. The substrate support rotating shaft 112 is connected to the substrate support.
Polishing pressure adjusting mechanism 114 for pushing the support in the direction of the polishing pad
Attached to. Slurry 120 containing abrasive
Connects the slurry supply port 118 from the slurry supply system 116.
And supplied to the polishing pad 104. The rotary polishing method uses such a polishing apparatus 100.
Used. Then, the slurry 120 containing the abrasive is polished.
While supplying to the pad 104, the polishing plate 102 is rotated
Invert. The substrate 1 placed on the substrate support 110 at the same time
08 by rotating the polishing pressure adjusting mechanism 114.
The polishing pressure of the substrate 108 against the polishing pad 104
adjust. Thus, polishing the surface of the substrate 108
Can be. Alternatively, see Japanese Utility Model Laid-Open No. 63-754.
As described, the slurry was applied to the polishing plate
06 and the inside of the polishing plate 102,
Supplied from a slurry supply port 118 provided in the pad 104
(See FIG. 6). The conditions in the rotary polishing method are as follows, for example.
It was as follows.         Polishing plate rotation speed 37rpm         Substrate support table rotation speed 17 rpm         Polishing pressure 5.5 × 10ThreePa         Slurry flow rate 225ml / min         Polishing pad temperature 40 ° C         Slurry composition Silica (0.025 μm) + KOH + HTwoO [Step-150] Next, TiN
The metal film 12 is removed. That is, ammonia water and peroxidation
Mixed aqueous solution of hydrogen water (ammonia peroxide: NHFourOH: HTwo
OTwo: HTwoO = 1: 2: 2) for 10 minutes
Therefore, only the metal film 12 made of TiN is selectively etched.
To run. Through the above steps, the semiconductor substrate 10
An element isolation region including a trench 14 in which an insulating film 16 is embedded.
An area is formed (see FIG. 1E). (Embodiment 2) Embodiment 2 is similar to Embodiment 1.
Method to prevent the polishing of isolated circuit patterns
This is an improved example. Example 2 is a schematic diagram of a semiconductor device.
This will be described with reference to FIG. 2 which is a partial sectional view. [Step-200] First, on the semiconductor substrate 10
A metal film 12 made of TiN is deposited on the entire surface. Next
Then, a P-type or N-type region is formed on the semiconductor substrate 10.
After that, resist patterning is performed, and then TiN
Dry etching of the metal film 12 made of
Dry etching of the semiconductor substrate 10 is performed by the same dry etching.
Perform under the ching condition. Next, the SiOTwoInsulating film 1 made of
6 is deposited on the metal film 12 and in the groove 14. More than
The steps are performed from [Step-100] to [Step-13] in Example 1.
0], and a detailed description thereof will be omitted. Like this
FIG. 2A is a schematic diagram showing a semiconductor device having a partial cross-sectional view.
A child structure is formed. [Step-210] Next, on the insulating film 16
A second metal film 20 made of TiN is deposited on the entire surface.
The deposition conditions were described in [Step-100] in Example 1.
It can be the same as the condition. Then such a second
Perform resist patterning on the metal film 20 and dry
Patterning of the second metal film 20 by etching.
After that, the resist is removed. Dry etching conditions
For example, SiClFour/ NTwo  = 10/10 sccm Pressure 2Pa Microwave power 850W (2MHz) RF power 200W It can be. This allows isolated circuit patterns
The second metal is formed on the insulating film 16 deposited on the
The film 20 is formed (see FIG. 2B). [Step-220] Then, FIG. 5 or FIG.
Using the illustrated polishing apparatus, a metal film 12 made of TiN is formed.
The insulating film 16 deposited on the upper surface is removed by a rotary polishing method.
The surface of the body substrate 10 is flattened (see FIG. 2C).
The conditions of the rotary polishing are described in [Step-140] of Example 1.
Conditions can be set. In this case, an isolated pattern
The insulating film 16 in the region 22 is formed of a second
Is isolated by the metal film 20
The insulating film 16 in the portion 22 is not shaved,
The flatness of the body substrate surface can be maintained. [Step-230] Next, TiN
To remove the first metal film 12 and the second metal film 20
In the same manner as in [Step-150] of Example 1, ammonia
The metal film 12 and the metal film 12
Only the second metal film 20 is selectively etched. that's all
The insulating film 16 is embedded in the semiconductor substrate 10 from the step
An element isolation region consisting of the groove is formed. (Embodiment 3) Next, a semiconductor device according to the present invention will be described.
Example 3 relating to the manufacturing method is described in a schematic diagram of a semiconductor device.
A description will be given with reference to FIGS. still,
In the third embodiment, TiN is used as a metal film and an insulating film is used.
And SiOTwoWith ZrSi as the metal layerTwoIt was used. Real
In the method of the third embodiment, a salicide structure
In addition, the self-aligned contact portion can be formed at once. [Step-300] First, on the semiconductor substrate 10
A metal film 12 made of TiN is deposited on the entire surface. Next
Then, a P-type or N-type region is formed on the semiconductor substrate 10.
After that, resist patterning is performed, and then TiN
Dry etching of the metal film 12 made of
Dry etching of the semiconductor substrate 10 is performed by the same dry etching.
Perform under the ching condition. Next, the SiOTwoInsulating film 1 made of
6 is deposited on the metal film 12 and in the groove 14. Next
Then, the insulating film 16 is polished by the rotary polishing method,
Of the insulating film 16 is removed, and the insulating film 16 is
leave. As a result, the surface of the semiconductor substrate 10 is flattened.
It is. After that, the metal film 12 made of TiN was removed.
Immersion in ammonia peroxide for 10 minutes
To selectively etch only the metal film 12 made of TiN.
To Through the above steps, the semiconductor substrate 10 is completely isolated.
An element isolation region 18 composed of a groove portion in which an edge film 16 is embedded.
Is formed. These steps are the same as those described in Example 1 [Step-10].
0] to [Step-150], and the detailed description is omitted.
Abbreviate. Thus, FIG. 3A is a schematic partial cross-sectional view.
Is formed. [Step-310] Next, the planarized semiconductor
A gate oxide film is formed on the surface of the
Deposit polysilicon on top and resist patterning
Gate electrode area by dry etching
An area 30 is formed. After that, LDD (LightlyDoped Dra
in) Perform ion implantation to form a shallow
A pure substance diffusion region 32 is formed. Conditions for this ion implantation
When forming an NMOS, for example, As 40Kev 1 × 1014/ CmTwo And when a PMOS is formed,
Is, for example, BFTwo       30 KeV 5 × 1013/ CmTwo It can be. Next, an approximately 400 nm thick SiO
TwoA layer is formed on the entire surface. SiOTwoLayer formation conditions
If       Gas used SiHFour/ OTwo/ NTwo= 250/250 / 100sccm       Temperature 420 ° C It can be. After that, anisotropic dry etching
By SiOTwoEtch layer and remove SiOTwoRhino consisting of
A wall 34 is formed on the side wall of the gate electrode region 30.
You. SiOTwoThe etching conditions of, for example, Gas used CFourF8= 50sccm RF power 1200W Pressure 2Pa It can be. By the above steps, FIG.
(B) A semiconductor having a structure as shown in a schematic partial sectional view.
An element can be formed. [Step-320] Next, a Zr layer is formed over the entire surface.
Deposit 20 nm. Deposition conditions are, for example, RF bias -50W DC sputter power 1kW Ar flow rate 40sccm Pressure 0.4Pa Temperature 200 ° C Deposition rate 60 nm / min It can be. [Step-330] Then, RTA (Rapid
Thermal Annealing) in an inert gas at 600 °
C, first annealing for 30 seconds,
Of the metal layer made of ZrSiXForm
You. Next, by immersing in ammonia peroxide for 10 minutes
Thus, unreacted Zr is selectively etched. Next
And an inert gas (eg, NTwo800) in atmosphere
C, a second annealing treatment is performed for 30 seconds, and ZrS
iXWith low resistance and stable ZrSiTwoAnd By this
On the source / drain region formation region and the gate electrode.
On the pole region 30, a uniform ZrSiTwoMetal layer 3 consisting of
8 are selectively formed. [Step-340] Then, the source / drain
Implantation is performed on the entire surface to form the ion region 40.
(See FIG. 3C). The conditions for ion implantation are NMOS
When forming, for example, As 50 KeV 3 × 10Fifteen/ CmTwo When a PMOS is formed, for example, BFTwo       20 KeV 3 × 10Fifteen/ CmTwo It can be. [Step-350] Then, the entire surface is made of SiO
TwoOf an interlayer insulating layer 42 of about 400 nm
(See FIG. 4A). SiOTwoPile of
Conditions, for example, Gas flow rate TEOS / OThree= 1000 / 2000sccm Temperature 390 ° C Pressure 1.2 × 10FourPa It can be. Next, NTwo1100 ° in atmosphere
C, a short annealing process of 10 seconds is performed. By this
And Si, ZrSiTwoActivate the source at the same time
Diffusion in the drain / drain region 40 to form a junction region
Form an area. As a result, the source / drain regions 40 and
And ZrSi on the gate electrode region 30Two
Sheet metal can be formed to reduce sheet resistance
(For example, 10 Ω / sq.). [Step-360] Next, as shown in FIG.
Polishing method for the interlayer insulating layer 42 using the polishing apparatus
To flatten. That is, the surface of the interlayer insulating layer 42,
The surface of the metal layer 38 formed on the gate electrode region 30
The interlayer insulating layer 42 is polished so that
(See FIG. 4B). The conditions in the rotary polishing method,
For example, it was as follows.         Polishing plate rotation speed 37rpm         Substrate support table rotation speed 17 rpm         Polishing pressure 5.5 × 10ThreePa         Slurry flow rate 225ml / min         Polishing pad temperature 40 ° C         Slurry composition Silica (0.025 μm) + KOH + HTwoO At this time, the region formed on the gate electrode region 30
The metal layer 38 is formed by the sheet resistance and contour of the gate electrode.
Not only reduces the contact resistance, but also
It acts as a par layer. Furthermore, the surface of the metal layer 38
Is polished so that ZrSiTwoIs exposed on the surface,
This metal layer 38 becomes a contact portion of the gate electrode. Obedience
The self-aligned contact part is
Can be formed. [Step-370] Next, for the metal wiring layer
Is formed. This barrier metal layer
44 has a two-layer structure of, for example, Ti / TiON,
It can be formed sequentially by the putter method under the following conditions. Ti: Ar flow rate 100sccm DC sputter power 4kW Pressure 0.4Pa Thickness 30nm TiON: Ar / NTwo-6% OTwo  = 40 / 70sccm DC sputtering power 5kW Pressure 0.4Pa Thickness 70nm [Step-380] Next, whether Al-1% Si
A metal wiring layer 46 is formed (see FIG. 4C).
See). First, Al-1% Si is doped under the following conditions, for example.
To putter. Ar flow rate 40sccm Pressure 0.4Pa DC sputter power 6kW Sputter rate 800nm / min Thickness 400nm After that, resist patterning is performed, and then dry etching is performed.
By performing the etching, the sputtered A
Patterning of 1-1% Si and barrier metal layer
Remove the resist and remove the aluminum-based metal wiring layer
46 is completed. Dry etching is, for example, RF
Using an application type ECR etcher under the following conditions
be able to. BClThree/ ClTwo      = 60 / 90sccm Microwave power 1000W DC sputter power 1kW Ar flow rate 40sccm RF power 50W Pressure 13.3Pa By the above process, Al-1% Si / TiON / T
formed on the metal wiring layer made of i and the gate electrode region 30
ZrSiTwoContact with a metal layer 38 of
The resistance value can be reduced to about 30Ω. Also source / dray
ZrSi also on theTwoForming a metal layer consisting of
The sheet resistance in the source / drain regions
Can be reduced. The present invention has been described based on the preferred embodiments.
As described, the present invention is limited to these examples.
There is no. Conditions in each step are examples, and manufacturing conditions and
It can be changed as appropriate depending on the device used. Ma
For example, instead of using TiN as a metal film,
Lumina, diamond, and the like can be used. [0052] According to the method of the present invention, a method for rotating and polishing
Selective etching for insulating film as stopper layer
Since a material that can be used is used, the insulating film formed in the groove
Etching can be prevented and the surface of the semiconductor substrate
The layer can be planarized. Also, in the stopper layer
Some metal films have low stress and crystal defects on the semiconductor substrate
Does not occur. Furthermore, stopper layer per unit area
Good stopper layer even when the area ratio of
And the surface of the semiconductor substrate can be flattened. In the semiconductor device of the present invention, interlayer insulation
Use a metal layer as a stopper layer to flatten the layer
After the planarization process of the interlayer insulating layer,
The layer becomes a contact portion, and the sheet resistance is reduced. Change
Low resistance when contacting the upper wiring layer
Can be realized. Also, after the interlayer insulating layer is flattened,
The metal layer which is the stopper layer becomes the contact part,
New from photolithography and dry etch processes
No need for a process to form contact holes
Thus, a self-aligned contact hole can be realized.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の半導体基板の加工方法の一実施態様の
各工程を説明するための、半導体素子の模式的な一部断
面図である。 【図2】本発明の半導体基板の加工方法の別の実施態様
の一部の工程を説明するための、半導体素子の模式的な
一部断面図である。 【図3】本発明の半導体装置の製造方法の一実施態様の
各工程を説明するための、半導体素子の模式的な一部断
面図である。 【図4】図3に引き続き、各工程を説明するための、半
導体素子の模式的な一部断面図である。 【図5】本発明の方法の実施に適した研磨装置の一例を
示す図である。 【図6】研磨装置の別の例を示す図である。 【図7】本発明の方法における使用に適した金属膜材料
のマイクロビッカース硬さの値を示す図である。 【図8】従来のトレンチアイソレーション法の概要を示
す図である。 【図9】従来の技術における問題点を示す図である。 【図10】従来の技術における別の問題点を示す図であ
る。 【図11】従来の技術における更に別の問題点を示す図
である。 【符号の説明】 10・・・半導体基板、12・・・金属膜、14・・・
溝部、16・・・絶縁膜、20・・・第2の金属膜、3
0・・・ゲート電極領域、38・・・金属層、40・・
・ソース/ドレイン領域、42・・・層間絶縁層、44
・・・バリヤメタル層、46・・・金属配線層、50・
・・半導体基板、52・・・SiO2膜、54・・・S
iN膜、56・・・溝部(トレンチ)、58・・・絶縁
膜、100・・・研磨装置、102・・・研磨プレー
ト、104・・・研磨パッド、108・・・基板、11
0・・・基板支持台、114・・・研磨圧力調整機構、
120・・・スラリー
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor element for explaining each step of an embodiment of a method for processing a semiconductor substrate of the present invention. FIG. 2 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor device for explaining a part of a process of another embodiment of the method for processing a semiconductor substrate of the present invention. FIG. 3 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor element for explaining each step of an embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. FIG. 4 is a schematic partial cross-sectional view of the semiconductor element for explaining each step, following FIG. 3; FIG. 5 is a diagram showing an example of a polishing apparatus suitable for carrying out the method of the present invention. FIG. 6 is a diagram showing another example of the polishing apparatus. FIG. 7 is a graph showing values of micro-Vickers hardness of a metal film material suitable for use in the method of the present invention. FIG. 8 is a diagram showing an outline of a conventional trench isolation method. FIG. 9 is a diagram showing a problem in the related art. FIG. 10 is a diagram showing another problem in the related art. FIG. 11 is a diagram showing still another problem in the related art. [Description of Signs] 10 ... semiconductor substrate, 12 ... metal film, 14 ...
Groove, 16: insulating film, 20: second metal film, 3
0 ... gate electrode area, 38 ... metal layer, 40 ...
.Source / drain region, 42... Interlayer insulating layer, 44
... Barrier metal layer, 46 ... Metal wiring layer, 50
... semiconductor substrate, 52 ··· SiO 2 film, 54 ··· S
iN film, 56 groove (trench), 58 insulating film, 100 polishing machine, 102 polishing plate, 104 polishing pad, 108 substrate, 11
0 ... substrate support, 114 ... polishing pressure adjustment mechanism,
120 ・ ・ ・ Slurry

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 21/8234 H01L 29/78 301N 27/088 21/88 K 29/78 27/08 102D (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/304 H01L 21/3205 H01L 21/336 H01L 21/76 H01L 21/8234 H01L 27/088 H01L 29/78 Continuation of the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI H01L 21/8234 H01L 29/78 301N 27/088 21/88 K 29/78 27/08 102D (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/304 H01L 21/3205 H01L 21/336 H01L 21/76 H01L 21/8234 H01L 27/088 H01L 29/78

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】シリコン半導体基板に形成された溝部内に
絶縁膜を形成することによって素子分離領域を形成し、
次いで、ゲート電極領域及びソース/ドレイン領域を形
成した後、ゲート電極領域及びソース/ドレイン領域
上に金属層を形成し、かかるゲート電極領域以外の領域
に層間絶縁層を形成する、半導体装置の製造方法であ
って、 (イ)半導体基板に、該絶縁膜よりも硬い金属膜を形成
した後、該金属膜をパターニングする工程と、 (ロ)該パターニングされた金属膜をマスクとして、半
導体基板をエッチングし、半導体基板に溝部を形成する
工程と、 (ハ)該溝部内及び金属膜上に絶縁膜を形成する工程
と、 (ニ)該金属膜をストッパー層として、金属膜上に形成
された絶縁膜を回転研磨法にて除去し、これによって素
子分離領域を形成する工程と、 (ホ)該金属膜を除去する工程と、 (ヘ)ポリシリコンから成るゲート電極領域を形成し、
次いで、全面に金属層を形成する工程と(ト)熱処理を行うことで、ゲート電極領域を構成する
ポリシリコンと金属層、及び、シリコン半導体基板を構
成するシリコンと金属層とを反応させて金属層をシリサ
イド化した後、未反応の金属層を除去する工程と、 (チ)ソース/ドレイン領域を形成する工程と、 (リ) 全面に層間絶縁層を形成する工程と、(ヌ)ゲート電極領域上に形成され、シリサイド化され
金属層をストッパー層として、層間絶縁層を回転研磨
法にて除去し、層間絶縁層を平坦化する工程、 から成ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
(57) Claims 1. An element isolation region is formed by forming an insulating film in a trench formed in a silicon semiconductor substrate,
Next, after forming a gate electrode region and a source / drain region , a metal layer is formed on the gate electrode region and the source / drain region , and a region other than the gate electrode region is formed.
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein an interlayer insulating layer is formed thereon, comprising: (a) forming a metal film harder than the insulating film on a semiconductor substrate, and then patterning the metal film; Using the patterned metal film as a mask, etching a semiconductor substrate to form a groove in the semiconductor substrate; (c) forming an insulating film in the groove and on the metal film; (E) removing the insulating film formed on the metal film by a rotary polishing method using the film as a stopper layer, thereby forming an element isolation region; (e) removing the metal film; forming a gate electrode area of polysilicon,
Next, a step of forming a metal layer on the entire surface and (g) heat treatment to form a gate electrode region
Composed of polysilicon and metal layer, and silicon semiconductor substrate
The metal layer is reacted with the silicon
After id of, removing the unreacted metal layer, (h) forming source / drain regions, forming an interlayer insulating layer (Li) entirely, (j) a gate electrode region on Formed into silicide
And the metal layer as a stopper layer, a method of manufacturing a semiconductor device characterized by comprising a layer insulating layer is removed on a rotary polishing method, the step of planarizing the interlayer insulating layer from.
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