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JP3601334B2 - Method of manufacturing semiconductor device having trench element isolation region - Google Patents
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JP3601334B2 - Method of manufacturing semiconductor device having trench element isolation region - Google Patents

Method of manufacturing semiconductor device having trench element isolation region Download PDF

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Description

【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、特に素子分離溝を有する半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【背景技術】
近年、半導体素子、たとえばMOSトランジスタの微細化に伴い、半導体素子間を分離するための領域の微細化が必要となっている。この領域の微細化を達成するため、半導体素子間の基板上に溝部(以下「トレンチ」という)を設け、このトレンチに絶縁材を充填することによって半導体素子間を分離するトレンチ素子分離技術が検討されている。この技術の一例を次に説明する。
【0003】
図24〜図28は、従来のトレンチ素子分離技術を利用した、トレンチ素子分離領域123の形成工程を模式的に示す断面図である。
【0004】
まず、図24に示すように、シリコン基板110上に、パッド層112、ストッパ層114を順次堆積させた後、ストッパ層114の上に、所定のパターンのレジスト層R10を形成し、レジスト層R10をマスクとして、ストッパ層114をエッチングする。
【0005】
次いで、図25に示すように、レジスト層R10をアッシング除去し、ストッパ層114をマスクとして、シリコン基板110をエッチングし、トレンチ116を形成する。その後、トレンチ116におけるシリコン基板110の露出面を熱酸化し、トレンチ酸化膜118を形成する。
【0006】
次に、トレンチ116を埋め込むようにして、絶縁層120を全面に堆積させ、図26に示すように、ストッパ層114をマスクとして、絶縁層120を平坦化する。次いで、ストッパ層114を熱りん酸を用いて除去する。
【0007】
その後の工程において、絶縁層120の、シリコン基板110の上面のレベルより突出した部分を等方性エッチングし、図27に示すような、トレンチ素子分離領域123を形成する。
【0008】
しかし、以上のようにして、トレンチ素子分離領域123を形成すると、絶縁層120の上部の端部において、図27に示すように、くぼみ125が生じる。
【0009】
このくぼみ125は、図28に示すように、くぼみ125におけるシリコン基板110および絶縁層120の傾斜が急峻である。その傾斜が急峻であると、ゲート電極を形成するためのゲート電極材のエッチングにおいて、そのくぼみ125にゲート電極材が残ってしまう。ゲート電極材がくぼみ125に残ると、回路のショートなどの不具合が生じる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、トレンチ素子分離領域の絶縁層の埋め込みが良好に行われる、トレンチ素子分離領域を有する半導体装置の製造方法を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明のトレンチ素子分離領域を有する半導体装置の製造方法は、以下の工程(a)〜(k)を含む。
(a)シリコン基板の表面にパッド層を形成する工程、
(b)前記パッド層の表面に、化学的機械的研磨のためのストッパ層を形成する工程、
(c)前記ストッパ層の表面に、所定のパターンを有するレジスト層を形成する工程、
(d)前記レジスト層をマスクとして、前記ストッパ層の表面に対して斜めの方向から、酸素系物質を該ストッパ層にイオン注入する工程、
(e)前記レジスト層をマスクとして、前記ストッパ層および前記パッド層をエッチングしてパターニングする工程、
(f)前記ストッパ層をマスクとして、前記シリコン基板をエッチングし、素子分離溝を形成する工程、
(g)熱酸化により、該ストッパ層の端部において、保護膜を形成する工程、
(h)前記素子分離溝を充填する絶縁層を全面に形成する工程、
(i)化学的機械的研磨法により、前記ストッパ層をストッパとして、前記絶縁層を平坦化する工程、
(j)前記ストッパ層を除去する工程、
(k)前記シリコン基板の素子が形成される領域の表面のレベルより突出した、前記絶縁層の部分と、前記保護膜とをエッチングして、トレンチ素子分離領域を形成する工程。
【0012】
本発明の特徴点は、主として以下の二つの点である。
【0013】
(1)第1に、突出部の側面を被覆する保護膜を形成して、工程(k)を行ったことである。
【0014】
保護膜を形成することで、工程(k)において、保護膜が突出部の側面を保護することにより、絶縁層の上部の端部において、くぼみが生じ難くなる。くぼみが発生するのを抑制した結果、トランジスタ特性における不具合、たとえば逆狭チャネル効果,Humpを防止することができる。また、くぼみに電極材がたまらないため、ゲート電極のパターニングが良好に行われ、回路のショートを防止することができる。
【0015】
(2)第2に、主に、工程(d)と工程(g)とで、保護膜を形成したことである。つまり、工程(d)を付加した以外は、特別の工程を含めずに保護膜を形成したことである。このため、本発明によれば、簡便に緻密な保護膜を形成することができる。
【0016】
前記工程(d)における前記酸素系物質のイオン注入は、さらに良好な保護膜を形成する観点から、以下の条件で行われることが好ましい。
【0017】
前記酸素系物質としては、酸素,オゾンであることが好ましい。エネルギーは、15〜30keVであり、ドーズ量は5×1014〜5×1015cm−2であることが好ましい。前記ストッパ層の表面と前記酸素系物質のイオンの進行方向とのなす角は、45〜80度であることが望ましい。
【0018】
前記工程(g)における熱酸化する方法は、さらに良好な保護膜を形成する観点から、主として、以下の二つの熱酸化法を挙げることができる。
【0019】
(1)第1に、水蒸気の存在下で熱酸化する方法(以下「ウエット酸化」という)である。このウエット酸化は、酸化レートが大きく、低温での酸化が可能であるため、短時間での処理時間でよいという利点を有する。ウエット酸化の熱酸化の温度は、膜厚の制御性より、800〜950℃であることが好ましい。
【0020】
(2)第2に、酸素または酸素と不活性ガスとの混合ガスの雰囲気中で熱酸化する方法(以下「ドライ酸化」という)である。このドライ酸化は、高温での酸化を必要とするが、埋め込み酸化膜の耐ウエットエッチを向上させることができ、くぼみがさらに生じ難くなるという利点を有する。ドライ酸化の熱酸化の温度は、埋め込み酸化膜の耐ウエットエッチを向上させるという観点から、1000〜1150℃であることが好ましい。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【0022】
(デバイスの構造)
本発明の製造方法により得られたトレンチ素子分離領域を有する半導体装置について説明する。
【0023】
図23は、本発明の製造方法により得られたトレンチ素子分離領域を有する半導体装置(以下「半導体装置」という)100である。
【0024】
図23に示す半導体装置100は、トレンチ素子分離領域23、n型MOS素子80およびp型MOS素子82を含む。
【0025】
トレンチ素子分離領域23は、シリコン基板10に設けられたトレンチ16を、絶縁層20で充填することにより形成された領域である。トレンチ素子分離領域23は、MOS素子間を分離し、素子領域を画定する役割を有する。このトレンチ素子分離領域23を境として、一方の素子領域には、p型レトログレードウエル32が形成され、他方の素子領域には、n型レトログレードウエル30が形成されている。
【0026】
p型レトログレードウエル32上には、n型MOS素子80が形成され、n型レトログレードウエル30上には、p型MOS素子82が形成されている。
【0027】
n型MOS素子80は、ゲート酸化膜28と、ゲート電極46と、n型不純物拡散層50とを有する。
【0028】
n型MOS素子80におけるゲート酸化膜28は、p型レトログレードウエル32上に形成されている。このゲート酸化膜28上には、ゲート電極46が形成されている。ゲート電極46は、多結晶シリコン層40と、多結晶シリコン層40上に形成された金属シリサイド層42とからなる。そして、ゲート酸化膜28およびゲート電極46の側壁を覆うようにして、サイドウォール絶縁膜70が形成されている。
【0029】
n型不純物拡散層50は、ソース/ドレイン領域を構成している。そしてn型不純物拡散層50は、低濃度のn型不純物拡散層50aと高濃度のn型不純物拡散層50bとからなり、LDD構造を有している。
【0030】
p型MOS素子82は、ゲート酸化膜28と、ゲート電極46と、p型不純物拡散層60とを有する。
【0031】
p型MOS素子82におけるゲート酸化膜28は、n型レトログレードウエル30上に形成されている。ゲート電極46およびサイドウォール絶縁膜70の詳細は、n型MOS素子80と同様である。
【0032】
p型不純物拡散層60は、p型である以外は、n型不純物拡散層50と同様である。
【0033】
(製造プロセス)
次に、図23に示す半導体装置100の製造プロセスについて説明する。図1〜図22は、半導体装置100の製造工程を示したものである。
【0034】
(1)トレンチおよび保護膜の形成
まず、図1を参照しながら説明する。シリコン基板10上に、パッド層12を形成する。パッド層12の材質は、たとえばSiO,SiONなどを挙げることができる。パッド層12がSiOからなる場合には、熱酸化法,CVD法などにより形成することができ、SiONからなる場合には、CVD法などにより形成することができる。パッド層12の膜厚は、たとえば5〜20nmである。
【0035】
次いで、パッド層12上に、ストッパ層14を形成する。ストッパ層14としては、たとえば窒化シリコン層,窒化シリコン層と多結晶シリコン層または非晶質シリコン層との多層構造などを挙げることができ、その形成方法としては、公知の方法たとえばCVD法などを挙げることができる。ストッパ層14は、後のCMPにおけるストッパとして機能するのに十分な膜厚、たとえば50〜150nmの膜厚を有する。
【0036】
ストッパ層14の上に、所定のパターンのレジスト層R1を形成する。レジスト層R1は、トレンチ16が形成されることになる領域の上方において、開口されている。
【0037】
次に、図2に示すように、レジスト層R1をマスクとして、ストッパ層14に酸素系物質を、ストッパ層14の露出面に対して、斜めの方向からイオン注入する。このイオン注入によって、レジスト層R1の開口部におけるストッパ層14だけではなく、レジスト層R1の下方におけるストッパ層14の領域にも酸素系物質が注入される。酸素系物質としては、酸素,オゾンである。イオン注入の条件に関しては、エネルギーは好ましくは15〜30keV,より好ましくは20〜25keVであり、ドーズ量は好ましくは5×1014〜5×1015cm−2,より好ましくは1×1015〜2×1015cm−2である。ストッパ層の露出面と酸素系物質のイオンの進行方向とのなす角は、好ましくは45〜80度、より好ましくは50〜70度である。
【0038】
次に、図3に示すように、レジスト層R1をマスクとして、ストッパ層14およびパッド層12をエッチングする。このエッチングは、たとえばドライエッチングにより行われる。ドライエッチングの場合には、エッチャントとしては、たとえば、ClとOとの混合ガスを挙げることができる。
【0039】
また、ストッパ層14の端部14aには、酸素系物質がイオン注入されている。
【0040】
次に、レジスト層R1をアッシングにより除去する。次いで、図4に示すように、ストッパ層14をマスクとして、シリコン基板10をエッチングし、トレンチ16を形成する。トレンチ16の深さは、デバイスの設計で異なるが、たとえば300〜500nmである。シリコン基板10のエッチングは、ドライエッチングにより行うことができる。
【0041】
図示しないが、シリコン基板10とストッパ層14との間に介在しているパッド層12の端部をエッチングする。
【0042】
次に、図5に示すように、熱酸化法により、トレンチ16におけるシリコン基板10の露出面を酸化し、酸化膜(以下「トレンチ酸化膜」という)18を形成する。
【0043】
この熱酸化において、イオン注入された酸素系物質に起因する酸素が、ストッパ層14の端部14aの酸化を促進し、したがって保護膜90が形成される。
【0044】
さらに、パッド層12の端部がエッチングされていることにより、この熱酸化によって、トレンチ16を構成するシリコン基板10の上部のエッジ部は、酸化されて、丸みを帯びる。シリコン基板10の上部のエッジ部が丸みを帯びることによって、後述する絶縁層20の上部の端部におけるくぼみが生じにくくなる。この熱酸化の方法は、特に限定されないが、ウエット酸化(水蒸気の存在下において熱酸化する方法),ドライ酸化(酸素または酸素と不活性ガスとの混合ガスの雰囲気中で熱酸化する方法)が好ましい。ウエット酸化は、酸化レートが大きく、低温での酸化が可能であるため、短時間での処理時間でよいという利点を有する。ドライ酸化は、高温での酸化を必要とするが、トレンチ酸化膜(埋め込み酸化膜)18の耐ウエットエッチを向上させることができ、くぼみがさらに生じ難くなるという利点を有する。ウエット酸化の熱酸化の温度は、膜厚の制御性より、800〜950℃であることが好ましく、より好ましくは900〜950℃である。ドライ酸化の熱酸化の温度は、トレンチ酸化膜(埋め込み酸化膜)18の耐ウエットエッチを向上させるという観点から、1000〜1150℃であることが好ましく、より好ましくは1100〜1150℃である。ドライ酸化における不活性ガスとしては、たとえばヘリウム,ネオン,アルゴン,クリプトンなどを挙げることができる。
【0045】
図6に示すように、トレンチ16を埋め込むようにして、絶縁層20を全面に堆積する。絶縁層20の膜厚は、トレンチ16を埋め込み、少なくともストッパ層14を覆うような膜厚、たとえば500〜800nmである。絶縁層20の材質は、たとえば、酸化シリコンなどからなる。絶縁層20の堆積方法としては、たとえば高密度プラズマCVD法,熱CVD法,TEOSプラズマCVD法などを挙げることができる。
【0046】
次に、図7に示すように、絶縁層20をCMP法により平坦化する。この平坦化は、ストッパ層14が露出するまで行う。つまり、ストッパ層14をストッパとして、絶縁層20を平坦化する。次いで、図8に示すように、ストッパ層14をたとえば熱りん酸液を用いて除去する。
【0047】
次いで、図9に示すように、突出部22および保護膜90を等方性エッチングする。このエッチングの際、突出部22の側面は、保護膜90によって保護され、横方向のエッチングが抑制される。その結果、絶縁層20の上部の端部においてくぼみが生じ難くなっている。このため、絶縁層の埋め込みが良好に行われたトレンチ素子分離領域23が形成される。エッチャントとしては、たとえばフッ酸を含むエッチャントなどを挙げることができる。このエッチングの際、パッド層12もエッチング除去される。
【0048】
(2)ウエルの形成
次いで、図10に示すように、シリコン基板10の露出面に、犠牲酸化膜24を熱酸化法により形成する。犠牲酸化膜24の膜厚は、たとえば10〜20nmである。
【0049】
続いて、犠牲酸化膜24およびトレンチ16を充填する絶縁層20の表面に、所定のパターンを有するレジスト層R2を形成する。レジスト層R2は、nウエルとなる領域の表面が露出するように開口されている。このレジスト層R2をマスクとして、リン,ヒ素などのn型不純物を1回もしくは複数回にわたってシリコン基板10に注入することにより、シリコン基板10内にn型レトログレードウエル30を形成する。なお、レトログレードウエルは、シリコン基板10の深い位置において、ウエルの不純物濃度のピークがあるウエルをいう。
【0050】
図11に示すように、犠牲酸化膜24およびトレンチ16を充填する絶縁層20の表面に、レジスト層R3を形成する。レジスト層R3は、pウエルとなる領域の表面が露出するように開口されている。このレジスト層R3をマスクとして、ボロンなどのp型不純物を1回もしくは複数回にわたってシリコン基板10に注入することにより、シリコン基板10内にp型レトログレードウエル32を形成する。
【0051】
次に、図12に示すように、犠牲酸化膜24を、等方性エッチングする。この際、さらに突出部22および保護膜90がさらに残留している場合は、突出部22および保護膜90もまた等方性エッチングされる。エッチャントとしては、フッ酸を含むエッチャントが挙げられる。
【0052】
(3)ゲート電極の形成
次いで、図13に示すように、トレンチ素子分離領域23により画定された素子領域の上に、酸化膜26を形成する。この酸化膜26の一部は、ゲート酸化膜28となる。
【0053】
図14に示すように、絶縁層20および酸化膜26の上にCVD法などによって、多結晶シリコン層40を形成する。多結晶シリコン層40はドーピングされいる。
【0054】
多結晶シリコン層40の表面に、金属シリサイド層42を形成する。金属シリサイド層42の材質としては、タングステン,チタン,モリブデンなどのシリサイドなどが挙げられ、その形成方法としては、スタッパリング法などを挙げることができる。
【0055】
その後、金属シリサイド層42の表面に酸化シリコン層44を形成する。酸化シリコン層44の形成方法としては、たとえばCVD法などが挙げられる。
【0056】
図15に示すように、酸化シリコン層44の上に、ゲート電極46を形成したい領域を被覆するような、レジスト層R4を形成する。次いで、このレジスト層R4をマスクとして、酸化シリコン層44をエッチングする。
【0057】
その後、図16に示すように、レジスト層R4をアッシングにより除去する。
【0058】
次に、図17に示すように、酸化シリコン層44をマスクとして、金属シリサイド層42および多結晶シリコン層40をエッチングする。このようにして、多結晶シリコン層40と金属シリサイド層42とからなるゲート電極46を形成する。
【0059】
(4)ソース/ドレインの形成
図18に示すように、n型レトログレードウエル30を覆うレジスト層R5を形成する。このレジスト層R5をマスクとして、p型レトログレードウエル32中に、リンなどをイオン注入し、p型レトログレードウエル32中に、ソース/ドレイン領域を構成する低濃度のn型不純物拡散層50aを形成する。
【0060】
レジスト層R5を除去した後、図19に示すように、p型レトログレードウエル32を覆うレジスト層R6を形成する。このレジスト層R6をマスクとして、n型レトログレードウエル30中に、ボロンなどをイオン注入し、n型レトログレードウエル30中に、ソース/ドレイン領域を構成する低濃度のp型不純物拡散層60aを形成する。
【0061】
次に、レジスト層R6を除去した後、CVD法などによって、絶縁層(図示しない)、たとえばシリコン窒化膜,シリコン酸化膜などを全面に形成する。次いで、図20に示すように、反応性イオンエッチングなどによって、絶縁層を異方性エッチングすることにより、サイドウォール絶縁膜70を形成する。
【0062】
次に、図21に示すように、n型レトログレードウエル30を覆うレジスト層R7を形成する。このレジスト層R7と、ゲート電極46と、サイドウォール絶縁膜70とをマスクとして、リンなどの不純物を、p型レトログレードウエル32中にイオン注入し、高濃度のn型不純物拡散層50bを形成する。これにより、LDD構造のn型不純物拡散層50が形成される。
【0063】
次に、レジスト層R7を除去した後、図22に示すように、p型レトログレードウエル32を覆うレジスト層R8を形成する。このレジスト層R8と、ゲート電極46と、サイドウォール絶縁膜70とをマスクとして、ボロンなどの不純物を、n型レトログレードウエル30中にイオン注入し、高濃度のp型不純物拡散層60bを形成する。これにより、LDD構造のp型不純物拡散層60が形成される。
【0064】
次に、レジスト層R8をアッシング除去することにより、図23に示すような、本実施の形態に係る半導体装置100が完成する。
【0065】
本実施の形態において特徴的な点は、主として、以下の二つである。
【0066】
(1)第1に、突出部22の側面を被覆する保護膜90を形成して、突出部22の等方性エッチングを行ったことである。
【0067】
保護膜90を形成することで、突出部22を等方性エッチングする工程において、保護膜90が突出部22の側面を保護することにより、絶縁層20の上部の端部において、くぼみが生じ難くなる。くぼみが発生するのを抑制した結果、トランジスタ特性における不具合、たとえば逆狭チャネル効果,ハンプ(Hump)を防止することができる。また、たとえばゲート電極を形成する際、絶縁層20の上部の端部において、電極材が溜まるなどの不具合が生じるのを抑制できるため、回路のショートが生じ難くなる。
【0068】
(2)第2に、主に、ストッパ層14に、酸素系物質をストッパ層14の露出面に対して斜め方向にイオン注入する工程と、トレンチ16におけるシリコン基板10の露出面を熱酸化する工程とで、保護膜90を形成したことである。つまり、ストッパ層14に酸素系物質をイオン注入する工程を付加した以外は、特別の工程を含めずに保護膜90を形成したことである。このため、本実施の形態の手法によれば、簡便に緻密な保護膜90を形成することができる。
【0069】
また、上記実施の形態は、本発明の要旨を越えない範囲において、種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図2】実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図3】実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図4】実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図5】実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図6】実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図7】実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図8】実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図9】実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図10】実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図11】実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図12】実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図13】実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図14】実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図15】実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図16】実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図17】実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図18】実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図19】実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図20】実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図21】実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図22】実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図23】実施の形態にかかる半導体装置を模式的に示す断面図である。
【図24】従来例にかかる半導体装置の製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図25】従来例にかかる半導体装置の製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図26】従来例にかかる半導体装置の製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図27】従来例にかかる半導体装置の製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図28】図27におけるくぼみを拡大した断面模式図である。
【符号の説明】
10 シリコン基板
12 パッド層
14 ストッパ層
16 トレンチ
18 トレンチ酸化膜
20 絶縁層
22 突出部
23 トレンチ素子分離領域
24 犠牲酸化膜
26 酸化膜
28 ゲート酸化膜
30 n型のレトログレードウエル
32 p型のレトログレードウエル
40 多結晶シリコン層
42 金属シリサイド層
44 酸化シリコン層
46 ゲート電極
50 n型不純物拡散層
50a 低濃度のn型不純物拡散層
50b 高濃度のn型不純物拡散層
60 p型不純物拡散層
60a 低濃度のp型不純物拡散層
60b 高濃度のp型不純物拡散層
70 サイドウォール絶縁膜
80 n型MOS素子
82 p型MOS素子
90 保護膜
100 半導体装置
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device having an element isolation groove.
[0002]
[Background Art]
In recent years, with miniaturization of semiconductor elements, for example, MOS transistors, it is necessary to miniaturize a region for separating between semiconductor elements. In order to achieve the miniaturization of this region, a trench element isolation technique for providing a groove (hereinafter referred to as a “trench”) on a substrate between semiconductor elements and filling the trench with an insulating material to separate the semiconductor elements is studied. Have been. An example of this technique will be described below.
[0003]
24 to 28 are cross-sectional views schematically showing steps of forming a trench element isolation region 123 using a conventional trench element isolation technique.
[0004]
First, as shown in FIG. 24, after a pad layer 112 and a stopper layer 114 are sequentially deposited on a silicon substrate 110, a resist pattern R10 having a predetermined pattern is formed on the stopper layer 114. Is used as a mask to etch stopper layer 114.
[0005]
Next, as shown in FIG. 25, the resist layer R10 is removed by ashing, and the silicon substrate 110 is etched using the stopper layer 114 as a mask to form a trench. Thereafter, the exposed surface of silicon substrate 110 in trench 116 is thermally oxidized to form trench oxide film 118.
[0006]
Next, an insulating layer 120 is deposited on the entire surface so as to fill the trench 116, and as shown in FIG. 26, the insulating layer 120 is planarized using the stopper layer 114 as a mask. Next, the stopper layer 114 is removed using hot phosphoric acid.
[0007]
In a subsequent step, a portion of the insulating layer 120 protruding from the level of the upper surface of the silicon substrate 110 is isotropically etched to form a trench isolation region 123 as shown in FIG.
[0008]
However, when the trench element isolation region 123 is formed as described above, a depression 125 is generated at the upper end of the insulating layer 120 as shown in FIG.
[0009]
As shown in FIG. 28, the depression 125 has a steep slope of the silicon substrate 110 and the insulating layer 120 in the depression 125. If the inclination is steep, the gate electrode material remains in the recess 125 in the etching of the gate electrode material for forming the gate electrode. If the gate electrode material remains in the recess 125, a problem such as a short circuit occurs.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device having a trench element isolation region, in which an insulating layer in a trench element isolation region is satisfactorily embedded.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
A method for manufacturing a semiconductor device having a trench element isolation region according to the present invention includes the following steps (a) to (k).
(A) forming a pad layer on the surface of a silicon substrate;
(B) forming a stopper layer for chemical mechanical polishing on the surface of the pad layer;
(C) forming a resist layer having a predetermined pattern on the surface of the stopper layer;
(D) ion-implanting an oxygen-based substance into the stopper layer from a direction oblique to the surface of the stopper layer using the resist layer as a mask;
(E) etching and patterning the stopper layer and the pad layer using the resist layer as a mask;
(F) using the stopper layer as a mask, etching the silicon substrate to form an element isolation groove;
(G) forming a protective film at an end of the stopper layer by thermal oxidation;
(H) forming an insulating layer filling the isolation trenches on the entire surface;
(I) a step of planarizing the insulating layer by a chemical mechanical polishing method using the stopper layer as a stopper;
(J) removing the stopper layer;
(K) forming a trench element isolation region by etching the portion of the insulating layer and the protective film, which protrude from a surface of a region of the silicon substrate where an element is to be formed;
[0012]
The features of the present invention are mainly the following two points.
[0013]
(1) First, a step (k) is performed by forming a protective film covering the side surface of the protruding portion.
[0014]
By forming the protective film, in the step (k), the protective film protects the side surface of the protruding portion, so that the upper end of the insulating layer is less likely to be recessed. As a result of suppressing the occurrence of the depression, a defect in the transistor characteristics, for example, an inverse narrow channel effect and a hump can be prevented. In addition, since the electrode material does not accumulate in the depression, the patterning of the gate electrode is performed well, and a short circuit can be prevented.
[0015]
(2) Second, mainly, a protective film is formed in step (d) and step (g). That is, except that the step (d) was added, the protective film was formed without including any special steps. Therefore, according to the present invention, a dense protective film can be easily formed.
[0016]
The ion implantation of the oxygen-based material in the step (d) is preferably performed under the following conditions from the viewpoint of forming a better protective film.
[0017]
The oxygen-based material is preferably oxygen or ozone. The energy is preferably 15 to 30 keV, and the dose is preferably 5 × 10 14 to 5 × 10 15 cm −2 . The angle between the surface of the stopper layer and the traveling direction of the ions of the oxygen-based material is preferably 45 to 80 degrees.
[0018]
The method of performing thermal oxidation in the step (g) can mainly include the following two thermal oxidation methods from the viewpoint of forming a better protective film.
[0019]
(1) First, there is a method of performing thermal oxidation in the presence of steam (hereinafter referred to as "wet oxidation"). This wet oxidation has an advantage that a short processing time is sufficient because the oxidation rate is high and the oxidation can be performed at a low temperature. The temperature of the thermal oxidation in the wet oxidation is preferably 800 to 950 ° C. in view of the controllability of the film thickness.
[0020]
(2) Second, a method of performing thermal oxidation in an atmosphere of oxygen or a mixed gas of oxygen and an inert gas (hereinafter referred to as “dry oxidation”). Although this dry oxidation requires oxidation at a high temperature, it has an advantage that the wet etching resistance of the buried oxide film can be improved, and depressions are less likely to occur. The temperature of the thermal oxidation in the dry oxidation is preferably 1000 to 1150 ° C. from the viewpoint of improving the wet etching resistance of the buried oxide film.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0022]
(Device structure)
A semiconductor device having a trench element isolation region obtained by the manufacturing method of the present invention will be described.
[0023]
FIG. 23 shows a semiconductor device (hereinafter, referred to as “semiconductor device”) 100 having a trench element isolation region obtained by the manufacturing method of the present invention.
[0024]
The semiconductor device 100 shown in FIG. 23 includes a trench element isolation region 23, an n-type MOS element 80, and a p-type MOS element 82.
[0025]
The trench element isolation region 23 is a region formed by filling the trench 16 provided in the silicon substrate 10 with the insulating layer 20. The trench element isolation region 23 has a role of isolating between MOS elements and defining an element region. With the trench element isolation region 23 as a boundary, a p-type retrograde well 32 is formed in one element region, and an n-type retrograde well 30 is formed in the other element region.
[0026]
An n-type MOS element 80 is formed on the p-type retrograde well 32, and a p-type MOS element 82 is formed on the n-type retrograde well 30.
[0027]
The n-type MOS device 80 has a gate oxide film 28, a gate electrode 46, and an n-type impurity diffusion layer 50.
[0028]
Gate oxide film 28 in n-type MOS element 80 is formed on p-type retrograde well 32. On this gate oxide film 28, a gate electrode 46 is formed. The gate electrode 46 includes a polycrystalline silicon layer 40 and a metal silicide layer 42 formed on the polycrystalline silicon layer 40. Then, a sidewall insulating film 70 is formed so as to cover the gate oxide film 28 and the side wall of the gate electrode 46.
[0029]
The n-type impurity diffusion layer 50 constitutes a source / drain region. The n-type impurity diffusion layer 50 includes a low-concentration n-type impurity diffusion layer 50a and a high-concentration n-type impurity diffusion layer 50b, and has an LDD structure.
[0030]
The p-type MOS element 82 has a gate oxide film 28, a gate electrode 46, and a p-type impurity diffusion layer 60.
[0031]
Gate oxide film 28 in p-type MOS element 82 is formed on n-type retrograde well 30. The details of the gate electrode 46 and the sidewall insulating film 70 are the same as those of the n-type MOS device 80.
[0032]
The p-type impurity diffusion layer 60 is the same as the n-type impurity diffusion layer 50 except that it is p-type.
[0033]
(Manufacturing process)
Next, a manufacturing process of the semiconductor device 100 shown in FIG. 23 will be described. 1 to 22 show the manufacturing process of the semiconductor device 100.
[0034]
(1) Formation of Trench and Protective Film First, description will be made with reference to FIG. A pad layer 12 is formed on a silicon substrate 10. The material of the pad layer 12 may be, for example, SiO 2 , SiON, or the like. When the pad layer 12 is made of SiO 2, the pad layer 12 can be formed by a thermal oxidation method, a CVD method or the like, and when the pad layer 12 is made of SiON, it can be formed by a CVD method or the like. The thickness of the pad layer 12 is, for example, 5 to 20 nm.
[0035]
Next, the stopper layer 14 is formed on the pad layer 12. Examples of the stopper layer 14 include a silicon nitride layer, a multilayer structure of a silicon nitride layer and a polycrystalline silicon layer or an amorphous silicon layer, and a known method such as a CVD method. Can be mentioned. The stopper layer 14 has a thickness sufficient to function as a stopper in the subsequent CMP, for example, a thickness of 50 to 150 nm.
[0036]
On the stopper layer 14, a resist pattern R1 having a predetermined pattern is formed. The resist layer R1 is opened above a region where the trench 16 is to be formed.
[0037]
Next, as shown in FIG. 2, an oxygen-based substance is ion-implanted into the stopper layer 14 from an oblique direction with respect to the exposed surface of the stopper layer 14 using the resist layer R1 as a mask. By this ion implantation, an oxygen-based substance is implanted not only in the stopper layer 14 in the opening of the resist layer R1 but also in the region of the stopper layer 14 below the resist layer R1. The oxygen-based substances are oxygen and ozone. Regarding the conditions of the ion implantation, the energy is preferably 15 to 30 keV, more preferably 20 to 25 keV, and the dose is preferably 5 × 10 14 to 5 × 10 15 cm −2 , more preferably 1 × 10 15 to 2. It is 2 × 10 15 cm −2 . The angle between the exposed surface of the stopper layer and the traveling direction of the ions of the oxygen-based material is preferably 45 to 80 degrees, more preferably 50 to 70 degrees.
[0038]
Next, as shown in FIG. 3, the stopper layer 14 and the pad layer 12 are etched using the resist layer R1 as a mask. This etching is performed by, for example, dry etching. In the case of dry etching, the etchant may be, for example, a mixed gas of Cl 2 and O 2 .
[0039]
An oxygen-based substance is ion-implanted into the end 14a of the stopper layer 14.
[0040]
Next, the resist layer R1 is removed by ashing. Next, as shown in FIG. 4, the silicon substrate 10 is etched using the stopper layer 14 as a mask to form a trench 16. The depth of the trench 16 varies depending on the device design, but is, for example, 300 to 500 nm. The etching of the silicon substrate 10 can be performed by dry etching.
[0041]
Although not shown, the end of the pad layer 12 interposed between the silicon substrate 10 and the stopper layer 14 is etched.
[0042]
Next, as shown in FIG. 5, the exposed surface of the silicon substrate 10 in the trench 16 is oxidized by a thermal oxidation method to form an oxide film (hereinafter, referred to as “trench oxide film”) 18.
[0043]
In this thermal oxidation, the oxygen resulting from the ion-implanted oxygen-based material promotes the oxidation of the end portion 14a of the stopper layer 14, so that the protective film 90 is formed.
[0044]
Further, since the edge of the pad layer 12 is etched, the upper edge of the silicon substrate 10 forming the trench 16 is oxidized and rounded by this thermal oxidation. When the upper edge portion of the silicon substrate 10 is rounded, a depression at an upper end portion of the insulating layer 20 described later is less likely to occur. The method of this thermal oxidation is not particularly limited, but wet oxidation (a method of thermal oxidation in the presence of water vapor) and dry oxidation (a method of thermal oxidation in an atmosphere of oxygen or a mixed gas of oxygen and an inert gas). preferable. Wet oxidation has the advantage of requiring a short processing time because the oxidation rate is high and oxidation at low temperatures is possible. Dry oxidation requires oxidation at a high temperature, but has the advantage that the wet etching resistance of the trench oxide film (buried oxide film) 18 can be improved, and depressions are less likely to occur. The temperature of the thermal oxidation in wet oxidation is preferably from 800 to 950 ° C., more preferably from 900 to 950 ° C., from the viewpoint of controllability of the film thickness. The temperature of the thermal oxidation in the dry oxidation is preferably from 1000 to 1150 ° C., more preferably from 1100 to 1150 ° C., from the viewpoint of improving the wet etching resistance of the trench oxide film (buried oxide film) 18. As the inert gas in the dry oxidation, for example, helium, neon, argon, krypton and the like can be mentioned.
[0045]
As shown in FIG. 6, an insulating layer 20 is deposited on the entire surface so as to fill the trench 16. The thickness of the insulating layer 20 is such that it fills the trench 16 and covers at least the stopper layer 14, for example, 500 to 800 nm. The material of the insulating layer 20 is made of, for example, silicon oxide. Examples of a method for depositing the insulating layer 20 include a high-density plasma CVD method, a thermal CVD method, and a TEOS plasma CVD method.
[0046]
Next, as shown in FIG. 7, the insulating layer 20 is planarized by a CMP method. This planarization is performed until the stopper layer 14 is exposed. That is, the insulating layer 20 is planarized using the stopper layer 14 as a stopper. Next, as shown in FIG. 8, the stopper layer 14 is removed using, for example, a hot phosphoric acid solution.
[0047]
Next, as shown in FIG. 9, the protrusion 22 and the protective film 90 are isotropically etched. At the time of this etching, the side surface of the protruding portion 22 is protected by the protective film 90, and the lateral etching is suppressed. As a result, a depression is less likely to occur at the upper end of the insulating layer 20. Therefore, the trench element isolation region 23 in which the insulating layer is satisfactorily embedded is formed. Examples of the etchant include an etchant containing hydrofluoric acid. During this etching, the pad layer 12 is also etched away.
[0048]
(2) Formation of Well Next, as shown in FIG. 10, a sacrificial oxide film 24 is formed on the exposed surface of the silicon substrate 10 by a thermal oxidation method. The thickness of the sacrificial oxide film 24 is, for example, 10 to 20 nm.
[0049]
Subsequently, a resist layer R2 having a predetermined pattern is formed on the surface of the insulating layer 20 filling the sacrificial oxide film 24 and the trench 16. The resist layer R2 is opened so that the surface of the region to be the n-well is exposed. Using the resist layer R2 as a mask, an n-type retrograde well 30 is formed in the silicon substrate 10 by injecting n-type impurities such as phosphorus and arsenic into the silicon substrate 10 one or more times. The retrograde well refers to a well having a well impurity concentration peak at a deep position in the silicon substrate 10.
[0050]
As shown in FIG. 11, a resist layer R3 is formed on the surface of the insulating layer 20 filling the sacrificial oxide film 24 and the trench 16. The resist layer R3 is opened so that the surface of the region to be the p-well is exposed. By using the resist layer R3 as a mask, a p-type impurity such as boron is implanted into the silicon substrate 10 one or more times to form a p-type retrograde well 32 in the silicon substrate 10.
[0051]
Next, as shown in FIG. 12, the sacrificial oxide film 24 is isotropically etched. At this time, if the protruding portion 22 and the protective film 90 still remain, the protruding portion 22 and the protective film 90 are also isotropically etched. Examples of the etchant include an etchant containing hydrofluoric acid.
[0052]
(3) Formation of Gate Electrode Next, as shown in FIG. 13, an oxide film 26 is formed on the device region defined by the trench device isolation region 23. Part of this oxide film 26 becomes a gate oxide film 28.
[0053]
As shown in FIG. 14, a polycrystalline silicon layer 40 is formed on insulating layer 20 and oxide film 26 by a CVD method or the like. The polycrystalline silicon layer 40 is doped.
[0054]
On the surface of the polycrystalline silicon layer 40, a metal silicide layer 42 is formed. Examples of the material of the metal silicide layer 42 include silicide such as tungsten, titanium, and molybdenum, and a method of forming the metal silicide layer 42 may include a stapling method.
[0055]
Thereafter, a silicon oxide layer 44 is formed on the surface of the metal silicide layer 42. As a method for forming the silicon oxide layer 44, for example, a CVD method or the like is given.
[0056]
As shown in FIG. 15, a resist layer R4 is formed on the silicon oxide layer 44 so as to cover a region where the gate electrode 46 is to be formed. Next, the silicon oxide layer 44 is etched using the resist layer R4 as a mask.
[0057]
Thereafter, as shown in FIG. 16, the resist layer R4 is removed by ashing.
[0058]
Next, as shown in FIG. 17, using the silicon oxide layer 44 as a mask, the metal silicide layer 42 and the polycrystalline silicon layer 40 are etched. Thus, a gate electrode 46 composed of the polycrystalline silicon layer 40 and the metal silicide layer 42 is formed.
[0059]
(4) Formation of Source / Drain As shown in FIG. 18, a resist layer R5 covering the n-type retrograde well 30 is formed. Using the resist layer R5 as a mask, phosphorus or the like is ion-implanted into the p-type retrograde well 32, and the low-concentration n-type impurity diffusion layer 50a constituting the source / drain region is formed in the p-type retrograde well 32. Form.
[0060]
After removing the resist layer R5, a resist layer R6 covering the p-type retrograde well 32 is formed as shown in FIG. Using the resist layer R6 as a mask, boron or the like is ion-implanted into the n-type retrograde well 30, and the low-concentration p-type impurity diffusion layer 60a forming the source / drain region is formed in the n-type retrograde well 30. Form.
[0061]
Next, after removing the resist layer R6, an insulating layer (not shown), for example, a silicon nitride film or a silicon oxide film is formed on the entire surface by a CVD method or the like. Next, as shown in FIG. 20, the insulating layer is anisotropically etched by reactive ion etching or the like to form a sidewall insulating film 70.
[0062]
Next, as shown in FIG. 21, a resist layer R7 covering the n-type retrograde well 30 is formed. Using the resist layer R7, the gate electrode 46, and the sidewall insulating film 70 as a mask, an impurity such as phosphorus is ion-implanted into the p-type retrograde well 32 to form a high-concentration n-type impurity diffusion layer 50b. I do. Thus, an n-type impurity diffusion layer 50 having an LDD structure is formed.
[0063]
Next, after removing the resist layer R7, a resist layer R8 covering the p-type retrograde well 32 is formed as shown in FIG. Using the resist layer R8, the gate electrode 46, and the sidewall insulating film 70 as a mask, an impurity such as boron is ion-implanted into the n-type retrograde well 30 to form a high-concentration p-type impurity diffusion layer 60b. I do. Thus, the p-type impurity diffusion layer 60 having the LDD structure is formed.
[0064]
Next, by ashing and removing the resist layer R8, the semiconductor device 100 according to the present embodiment as shown in FIG. 23 is completed.
[0065]
The present embodiment mainly has the following two features.
[0066]
(1) First, the protection film 90 covering the side surface of the protrusion 22 is formed, and the protrusion 22 is isotropically etched.
[0067]
By forming the protective film 90, in the step of isotropically etching the protruding portion 22, the protection film 90 protects the side surface of the protruding portion 22, so that the recess at the upper end of the insulating layer 20 is less likely to occur. Become. As a result of suppressing the occurrence of the depression, a defect in the transistor characteristics, for example, an inverse narrow channel effect and a hump can be prevented. Further, for example, when a gate electrode is formed, a problem such as accumulation of an electrode material at an upper end portion of the insulating layer 20 can be suppressed, so that a circuit short circuit does not easily occur.
[0068]
(2) Secondly, mainly, a step of ion-implanting an oxygen-based substance into the stopper layer 14 obliquely to the exposed surface of the stopper layer 14 and thermally oxidizing the exposed surface of the silicon substrate 10 in the trench 16. That is, the protective film 90 was formed in the steps. That is, the protective film 90 is formed without including a special process except that a process of implanting an oxygen-based material into the stopper layer 14 is added. Therefore, according to the method of the present embodiment, the dense protective film 90 can be easily formed.
[0069]
Further, the above-described embodiment can be variously modified without departing from the gist of the present invention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view schematically showing steps of a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment.
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing steps of a method for manufacturing a semiconductor device according to the embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing steps of a method of manufacturing the semiconductor device according to the embodiment.
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing steps of a method of manufacturing the semiconductor device according to the embodiment.
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing steps of a method for manufacturing a semiconductor device according to the embodiment.
FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a step of a method of manufacturing the semiconductor device according to the embodiment.
FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing steps of a method for manufacturing a semiconductor device according to the embodiment.
FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing steps of a method for manufacturing a semiconductor device according to the embodiment.
FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing steps of a method for manufacturing a semiconductor device according to the embodiment.
FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing a step of the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment.
FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing a step of the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment.
FIG. 12 is a cross-sectional view schematically showing steps of a method for manufacturing a semiconductor device according to the embodiment.
FIG. 13 is a cross-sectional view schematically showing a step of the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment.
FIG. 14 is a cross-sectional view schematically showing a step of the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment.
FIG. 15 is a cross-sectional view schematically showing a step of the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment.
FIG. 16 is a cross-sectional view schematically showing a step of the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment.
FIG. 17 is a cross-sectional view schematically showing a step of the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment.
FIG. 18 is a cross-sectional view schematically showing a step of the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment.
FIG. 19 is a cross-sectional view schematically showing a step of the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment.
FIG. 20 is a cross-sectional view schematically showing a step of the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment.
FIG. 21 is a cross-sectional view schematically showing a step of the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment.
FIG. 22 is a cross-sectional view schematically showing a step of the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment.
FIG. 23 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor device according to an embodiment.
FIG. 24 is a cross-sectional view schematically showing steps of a method for manufacturing a semiconductor device according to a conventional example.
FIG. 25 is a cross-sectional view schematically showing steps of a method for manufacturing a semiconductor device according to a conventional example.
FIG. 26 is a cross-sectional view schematically showing steps of a method for manufacturing a semiconductor device according to a conventional example.
FIG. 27 is a cross-sectional view schematically showing steps of a method for manufacturing a semiconductor device according to a conventional example.
FIG. 28 is a schematic cross-sectional view in which the depression in FIG. 27 is enlarged.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 10 silicon substrate 12 pad layer 14 stopper layer 16 trench 18 trench oxide film 20 insulating layer 22 protrusion 23 trench element isolation region 24 sacrificial oxide film 26 oxide film 28 gate oxide film 30 n-type retrograde well 32 p-type retrograde Well 40 polycrystalline silicon layer 42 metal silicide layer 44 silicon oxide layer 46 gate electrode 50 n-type impurity diffusion layer 50a low concentration n-type impurity diffusion layer 50b high concentration n-type impurity diffusion layer 60 p-type impurity diffusion layer 60a low concentration P-type impurity diffusion layer 60b high-concentration p-type impurity diffusion layer 70 sidewall insulating film 80 n-type MOS element 82 p-type MOS element 90 protective film 100 semiconductor device

Claims (9)

(a)シリコン基板上にパッド層を形成する工程、
(b)前記パッド層上に、化学的機械的研磨のためのストッパ層を形成する工程、
(c)前記ストッパ層上に、所定のパターンを有するレジスト層を形成する工程、
(d)前記レジスト層をマスクとして、前記ストッパ層の表面に対して斜めの方向から、酸素系物質を該ストッパ層にイオン注入する工程、
(e)前記レジスト層をマスクとして、前記ストッパ層および前記パッド層をエッチングしてパターニングする工程、
(f)前記ストッパ層をマスクとして、前記シリコン基板をエッチングし、素子分離溝を形成する工程、
(g)熱酸化により、該ストッパ層の端部において、保護膜を形成する工程、
(h)前記素子分離溝を充填する絶縁層を全面に形成する工程、
(i)化学的機械的研磨法により、前記ストッパ層をストッパとして、前記絶縁層を平坦化する工程、
(j)前記ストッパ層を除去する工程、
(k)前記シリコン基板の素子が形成される領域の表面り突出した、前記絶縁層の部分と、前記保護膜とをエッチングして、トレンチ素子分離領域を形成する工程、を含み、
前記工程(d)は、前記素子分離溝が形成される前記シリコン基板の上方に、前記パッド層及び前記ストッパ層が形成されている状態で行われる、半導体装置の製造方法。
(A) forming a pad layer on a silicon substrate;
(B) forming a stopper layer for chemical mechanical polishing on the pad layer;
(C) forming a resist layer having a predetermined pattern on the stopper layer;
(D) ion-implanting an oxygen-based substance into the stopper layer from a direction oblique to the surface of the stopper layer using the resist layer as a mask;
(E) etching and patterning the stopper layer and the pad layer using the resist layer as a mask;
(F) using the stopper layer as a mask, etching the silicon substrate to form an element isolation groove;
(G) forming a protective film at an end of the stopper layer by thermal oxidation;
(H) forming an insulating layer filling the isolation trenches on the entire surface;
(I) a step of planarizing the insulating layer by a chemical mechanical polishing method using the stopper layer as a stopper;
(J) removing the stopper layer;
(K) projecting Ri by surface area element of the silicon substrate is formed, wherein a portion of the insulating layer, and etching said protective film to form a trench isolation region, and
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the step (d) is performed in a state where the pad layer and the stopper layer are formed above the silicon substrate on which the element isolation trench is formed.
請求項1において、
前記工程(d)における前記酸素系物質は、酸素,オゾンである、トレンチ素子分離領域を有する半導体装置の製造方法。
In claim 1,
The method of manufacturing a semiconductor device having a trench element isolation region, wherein the oxygen-based material in the step (d) is oxygen or ozone.
請求項1または請求項2において、
前記工程(d)における前記イオン注入の条件は、エネルギーが15〜30keV、ドーズ量が5×1014〜5×1015cm-2である、トレンチ素子分離領域を有する半導体装置の製造方法。
In claim 1 or claim 2,
The method for manufacturing a semiconductor device having a trench element isolation region, wherein the conditions of the ion implantation in the step (d) are an energy of 15 to 30 keV and a dose of 5 × 10 14 to 5 × 10 15 cm −2 .
請求項1ないし請求項3のいずれかにおいて、
前記工程(d)における、前記ストッパ層の表面と前記酸素系物質のイオンの進行方向とのなす角は、45〜80度である、トレンチ素子分離領域を有する半導体装置の製造方法。
In any one of claims 1 to 3,
The method of manufacturing a semiconductor device having a trench element isolation region, wherein the angle between the surface of the stopper layer and the traveling direction of the ions of the oxygen-based material in the step (d) is 45 to 80 degrees.
請求項1ないし請求項4のいずれかにおいて、
前記工程(g)における、前記ストッパ層を熱酸化する方法は、水蒸気の存在下で熱酸化する方法である、トレンチ素子分離領域を有する半導体装置の製造方法。
In any one of claims 1 to 4,
The method of manufacturing a semiconductor device having a trench element isolation region, wherein the method of thermally oxidizing the stopper layer in the step (g) is a method of thermally oxidizing the stopper layer in the presence of water vapor.
請求項5において、
前記工程(g)における熱酸化の温度は、800〜950℃である、トレンチ素子分離領域を有する半導体装置の製造方法。
In claim 5,
A method for manufacturing a semiconductor device having a trench element isolation region, wherein the temperature of the thermal oxidation in the step (g) is 800 to 950 ° C.
請求項1ないし請求項4のいずれかにおいて、
前記工程(g)における、前記ストッパ層を熱酸化する方法は、酸素または酸素と不活性ガスとの混合ガスの雰囲気中で熱酸化する方法である、トレンチ素子分離領域を有する半導体装置の製造方法。
In any one of claims 1 to 4,
The method of manufacturing a semiconductor device having a trench element isolation region, wherein the method of thermally oxidizing the stopper layer in the step (g) is a method of performing thermal oxidation in an atmosphere of oxygen or a mixed gas of oxygen and an inert gas. .
請求項7において、
前記工程(g)における熱酸化の温度は、1000〜1150℃である、トレンチ素子分離領域を有する半導体装置の製造方法。
In claim 7,
The method of manufacturing a semiconductor device having a trench element isolation region, wherein the temperature of the thermal oxidation in the step (g) is 1000 to 1150 ° C.
請求項1〜8のいずれかにおいて、In any one of claims 1 to 8,
前記工程(f)と前記工程(g)との間に、前記パッド層の端部をエッチングする工程をさらに有し、  Further comprising a step of etching an end of the pad layer between the step (f) and the step (g);
前記工程(g)における前記熱酸化により、前記素子分離溝の上部のエッジ部が酸化される、半導体装置の製造方法。  A method for manufacturing a semiconductor device, wherein an upper edge portion of the element isolation groove is oxidized by the thermal oxidation in the step (g).
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