[go: up one dir, main page]

JP3064994B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method thereof

Info

Publication number
JP3064994B2
JP3064994B2 JP9300252A JP30025297A JP3064994B2 JP 3064994 B2 JP3064994 B2 JP 3064994B2 JP 9300252 A JP9300252 A JP 9300252A JP 30025297 A JP30025297 A JP 30025297A JP 3064994 B2 JP3064994 B2 JP 3064994B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
insulating film
semiconductor device
trench
nitrogen
silicon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP9300252A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH11135615A (en
Inventor
篤樹 小野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP9300252A priority Critical patent/JP3064994B2/en
Publication of JPH11135615A publication Critical patent/JPH11135615A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3064994B2 publication Critical patent/JP3064994B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Element Separation (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置及び半導
体装置の製造方法に関するものであり、特に詳しくは、
高集積可能な半導体回路を実現する微細なMOS型半導
体装置及びその製造方法に関んするものである。
The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing a semiconductor device.
The present invention relates to a fine MOS type semiconductor device for realizing a highly integrated semiconductor circuit and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、半導体回路の高性能化のため
には、半導体素子の高集積化が必要であり、そのため素
子領域を縮小しなくてはならない。一般的に、トランジ
スタの素子領域は酸化膜からなる素子分離領域で決まる
と言われている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in order to improve the performance of a semiconductor circuit, high integration of a semiconductor element is required, and therefore, the element area must be reduced. It is generally said that an element region of a transistor is determined by an element isolation region made of an oxide film.

【0003】処で、従来に於いて、トランジスタの設計
ルールが0.35mm程度までは、分離領域の形成方法
は熱酸化法を用いたLOCOS(LOCal Oxidation of Si
licon)もしくは改良LOCOS方法で形成されていた。
しかし、この熱酸化法を用いる方法では、酸化の際、素
子領域を決めている窒化シリコン膜の下が酸化される結
果、バーズビークが生じて素子分離領域の微細化を妨げ
ていた。
Conventionally, up to a transistor design rule of about 0.35 mm, an isolation region is formed by LOCOS (LOCal Oxidation of Si) using a thermal oxidation method.
licon) or modified LOCOS method.
However, in the method using the thermal oxidation method, a portion below the silicon nitride film that defines the element region is oxidized during the oxidation, resulting in a bird's beak, which hinders miniaturization of the element isolation region.

【0004】そこで、0.35mmルール以降の微細デ
バイスに対してはシャロートレンチ分離(Shallow Trenc
h Isolation)技術が主流になってきている。このシャロ
ートレンチの形成法を1997年シンポジウムオンVL
SIテクノロジーダイジェストオブテクニカルペーパー
ズ (1997 Symposium on VLSI Technology Digest of Te
chnical Paper)125〜126ページに示された方法を
元に、図7(A)〜図8(G)を用いて説明する。
[0004] Therefore, a shallow trench isolation (Shallow Trenc
h Isolation) technology is becoming mainstream. The method of forming this shallow trench is described in 1997 Symposium on VL
SI Technology Digest of Technical Papers (1997 Symposium on VLSI Technology Digest of Te
7 (A) to 8 (G) based on the method shown on pages 125 to 126.

【0005】図7(A)はシリコンからなる半導体基板
1に熱酸化法によってパッド酸化シリコン膜2を形成
し、更にプラズマ化学気相(CVD: Chemical Vapor D
eposition)法によって窒化シリコン膜3を堆積したとこ
ろの図である。これらの膜厚は酸化シリコン膜2は10
〜20nm、窒化シリコン膜3は150〜200nm程
度とする。
FIG. 7A shows a pad silicon oxide film 2 formed on a semiconductor substrate 1 made of silicon by a thermal oxidation method, and furthermore, a plasma chemical vapor (CVD) process.
FIG. 3 is a view showing a state where a silicon nitride film 3 is deposited by an eposition method. These film thicknesses are 10
20 nm, and the thickness of the silicon nitride film 3 is about 150-200 nm.

【0006】この窒化シリコンの膜厚は、後に行う化学
的機械研磨 (CMP: Chemical Mechanical Polishin
g)法における研磨のストッパー膜となり得る厚さの膜厚
とする。次に、フォトリソグラフィーによってレジスト
4をパターニングし、フォトレジストをマスクとして素
子分離領域になる領域の窒化シリコン膜と酸化シリコン
膜をエッチングする(図7(B))。
The film thickness of this silicon nitride is determined by chemical mechanical polishing (CMP) performed later.
The thickness is set to a thickness that can be a stopper film for polishing in the method g). Next, the resist 4 is patterned by photolithography, and the silicon nitride film and the silicon oxide film in a region to be an element isolation region are etched using the photoresist as a mask (FIG. 7B).

【0007】更に、素子分離領域となる領域のシリコン
基板をエッチングしてトレンチ溝5を形成する(図7
(C))。このトレンチ溝5の深さは300〜400n
mとし、75〜80°の傾斜角度をつけるようにエッチ
ングする。次に、フォトレジスト4を剥離した後、図7
(D)に示す様に、フォトレジスト4をP型MOSFE
T領域にのみ覆って、ボロンをイオン注入する。
Further, a trench is formed by etching the silicon substrate in a region to be an element isolation region (FIG. 7).
(C)). The depth of the trench 5 is 300 to 400 n.
The etching is performed so as to give an inclination angle of 75 to 80 °. Next, after the photoresist 4 is peeled off, FIG.
As shown in (D), the photoresist 4 is formed of a P-type MOSFET.
Boron is ion-implanted so as to cover only the T region.

【0008】このボロンのイオン注入はトレンチ溝5の
側壁部にも注入されるように、回転イオン注入し、N型
トランジスタ素子が形成される領域にはイオン注入され
ないようにするために、注入角度を10〜40°にし、
回転速度を一秒間に1.5回転程度の、回転イオン注入
で、CMPプロセスのストッパー膜である窒化シリコン
3の膜厚が150〜200nmであったら、イオン注入
の加速エネルギーを20keVで、注入ドーズ量1×1
13〜4×1013cm-2でイオン注入する。
This ion implantation of boron is carried out by rotating ion implantation so that it is also implanted into the side wall of the trench groove 5, and an implantation angle is set so as not to be implanted into the region where the N-type transistor element is formed. To 10-40 °,
If the thickness of the silicon nitride film 3 serving as a stopper film in the CMP process is 150 to 200 nm by the rotation ion implantation at a rotation speed of about 1.5 rotations per second, the ion implantation acceleration energy is 20 keV and the implantation dose is Quantity 1 × 1
Ion implantation is performed at 0 13 to 4 × 10 13 cm −2 .

【0009】このイオン注入は素子分離の幅が狭くなっ
てくるとMOSFETのしき値電圧が下がってしまうと
いう、点欠陥により発生するシリコン原子が、不純物と
結合して、当該トレンチ分離溝部を越えて当該トレンチ
分離溝部にある絶縁膜に移行する事によって、当該トレ
ンチ分離溝部間にあるトランジスタチャネル部分の不純
物濃度が低下する事によって当該トランジスタのしいき
値が低下すると言う、所謂逆狭チャネル効果を抑制する
ために行うものである。
In this ion implantation, when the width of the element isolation becomes narrow, the threshold voltage of the MOSFET is lowered. The silicon atoms generated by the point defect combine with the impurity and pass through the trench isolation trench. Suppressing the so-called inverse narrow channel effect, in which the transition to the insulating film in the trench isolation groove portion lowers the impurity concentration of the transistor channel portion between the trench isolation trench portions to lower the threshold value of the transistor. This is what you do.

【0010】このイオン注入工程後、フォトレジスト4
を剥離して、トレンチ5のコーナー部51の丸めのため
のトレンチ内壁の酸化を10nm程度行う。その後で、
CVD法によって酸化シリコン膜6を500〜700n
m堆積し、トレンチ内部を埋め込む(図8(E)、尚、
図中では内壁部の酸化膜は薄いため書き表していな
い)。
After this ion implantation step, the photoresist 4
And oxidation of the inner wall of the trench for rounding the corner portion 51 of the trench 5 is performed by about 10 nm. after,
500-700 n of silicon oxide film 6 by CVD
m, and bury the inside of the trench (FIG. 8E,
The oxide film on the inner wall is not shown in the figure because it is thin.)

【0011】その後、CMP法によってストッパーとな
る窒化シリコン膜3が現れるまで平坦化する(図8
(F))。その後、ストッパーの窒化シリコン膜3をリ
ン酸系のエッチャントでエッチングし、更にパッド酸化
膜2をふっ酸系のエッチング液で除去して、分離領域が
形成される(図8(G))。
Thereafter, the surface is planarized by CMP until the silicon nitride film 3 serving as a stopper appears (FIG. 8).
(F)). Thereafter, the silicon nitride film 3 serving as a stopper is etched with a phosphoric acid-based etchant, and the pad oxide film 2 is removed with a hydrofluoric acid-based etchant to form an isolation region (FIG. 8G).

【0012】その後、イオン注入法によってウェル及び
チャネル領域のための不純物を導入して、更に、熱酸化
法によってゲート酸化膜を形成し、ゲート電極となるポ
リシリコン膜をCVD法によって形成していくのは、通
常のMOS型トランジスタを形成する工程と同じであ
る。
Thereafter, impurities for the well and the channel region are introduced by ion implantation, a gate oxide film is formed by thermal oxidation, and a polysilicon film to be a gate electrode is formed by CVD. This is the same as the process for forming a normal MOS transistor.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】然しながら、近年、浅
い不純物拡散層を必要とする微細なトランジスタ素子の
形成プロセスにおいては、ソースやドレイン領域への不
純物の導入の際に発生する点欠陥に原因する、異常な不
純物の拡散現象が問題になることが指摘されてきてい
る。
However, in recent years, in the process of forming a fine transistor element requiring a shallow impurity diffusion layer, a point defect generated when impurities are introduced into a source or drain region is caused. It has been pointed out that abnormal impurity diffusion phenomenon becomes a problem.

【0014】これは、ソースやドレインへの不純物の導
入は通常の半導体製造工程においてはイオン注入法が用
いられる事に起因している。そして、このイオン注入工
程の際、上記した様に、不純物はシリコン基板に加速エ
ネルギーをもって打ち込まれる訳であるが、このエネル
ギーを持った不純物が基板を構成しているシリコン原子
に衝突すると、基板の結晶を構成していたシリコン原子
が結晶構造位置からはずれてしまい(この現象をノック
オンという)、結晶格子位置からはずれたシリコン原子
は点欠陥(詳細な分類では、このような点欠陥を格子間
シリコン原子という)となる。
This is due to the fact that the introduction of impurities into the source and the drain uses an ion implantation method in a normal semiconductor manufacturing process. Then, during the ion implantation step, as described above, the impurities are implanted into the silicon substrate with acceleration energy. However, when the impurities having this energy collide with the silicon atoms constituting the substrate, the impurities in the substrate are damaged. The silicon atoms that constitute the crystal are displaced from the crystal structure position (this phenomenon is called knock-on), and the silicon atoms that are displaced from the crystal lattice position are point defects. Atom).

【0015】この格子間シリコン原子は、通常ある平衡
濃度、即ち、一定の濃度でシリコン基板中に存在する
が、その濃度はシリコン基板の原子密度である5×10
22cm -3に比較して、1011cm-3程度の量であるので
通常はほとんど問題になることはない。しかし、イオン
注入工程で発生した格子間シリコンの濃度は場合によっ
ては1022cm-3ほども生じてしまう。
This interstitial silicon atom usually has some equilibrium.
Concentration, i.e., exists in the silicon substrate at a certain concentration
However, the concentration is 5 × 10 which is the atomic density of the silicon substrate.
twenty twocm -3Compared to 1011cm-3Because it is about the amount
Usually this is rarely a problem. But Ion
The concentration of interstitial silicon generated during the implantation process
10twenty twocm-3It happens too much.

【0016】この格子間シリコンが高濃度に存在する場
合、不純物の拡散は通常の拡散に比べて何10〜何千倍
も早い拡散をするようになる(特に、N型MOSFET
のしきい値電圧を決める不純物であるボロンはこの格子
間原子の影響を受けて、異常な拡散をしやすい)。この
不純物の拡散が早くなる現象は、この格子間シリコンと
不純物が結合して、これが、不純物だけの場合より異常
に早い拡散をすることで起こり、又、格子間シリコン原
子が酸化シリコン膜に向かって拡散しやすい(等方的で
はない)ことから、例えば、酸化シリコンとシリコン基
板との界面で高濃度の格子間シリコン原子が存在した場
合、この界面近傍の不純物は熱処理後の分布は、酸化シ
リコンとシリコン基板との極界面に不純物が溜まるパイ
ルアップ及び、その近傍のシリコン基板領域では不純物
濃度の低減、という現象が起きることになる。
If the interstitial silicon is present at a high concentration, the diffusion of the impurity will be several to several thousand times faster than the normal diffusion (especially the N-type MOSFET).
Boron, which is an impurity that determines the threshold voltage, is likely to diffuse abnormally under the influence of the interstitial atoms.) The phenomenon that the diffusion of the impurity is accelerated is caused by the fact that the interstitial silicon and the impurity combine, and this diffuses abnormally faster than the case of only the impurity, and the interstitial silicon atoms are directed toward the silicon oxide film. For example, when high-concentration interstitial silicon atoms are present at the interface between silicon oxide and a silicon substrate, the distribution of impurities in the vicinity of the interface after the heat treatment is oxidized. Pile-up in which impurities accumulate at the polar interface between silicon and the silicon substrate and a phenomenon in which the impurity concentration is reduced in the silicon substrate region in the vicinity thereof occur.

【0017】従って、このような状況を満たす、素子分
離領域が密集している、微細な分離幅領域と素子密度が
比較的疎な領域とではトランジスタの電気的性能を決め
るシリコン基板中の不純物濃度が異なるという現象が起
きる。従って、トランジスタ域幅に対して、トランジス
タのしきい値電圧との関係をプロットすると、図9の様
になる。
Therefore, the impurity concentration in the silicon substrate, which determines the electrical performance of the transistor, in such a situation, where the element isolation regions are dense, where the fine isolation width region and the region where the element density is relatively low, are satisfied. Is different. Therefore, plotting the relationship between the transistor area width and the threshold voltage of the transistor is as shown in FIG.

【0018】即ち、微細化が進み素子分離領域が狭くな
り、トランジスタ幅が狭くなると、しきい値電圧は低く
なる、いわゆる逆狭チャネル現象が起きるようになる。
このような現象が起きると、素子領域の大きさが異なる
とトランジスタの電気的特性が変わってきてしまい、設
計が困難になるほか、このような欠陥を介した不純物の
拡散がトランジスタを性能を決めるため、プロセスの変
動を受けやすく、例えば、ソース・ドレイン活性化のた
めの熱処理条件等、プロセス温度が揺らいだ時にトラン
ジスタ素子の特性変動が大きくなるという、微細素子に
おいて致命的な問題が起きる。
That is, as the miniaturization progresses and the element isolation region becomes narrower and the transistor width becomes narrower, the threshold voltage becomes lower, that is, a so-called reverse narrow channel phenomenon occurs.
If such a phenomenon occurs, the electrical characteristics of the transistor will change if the size of the element region is different, making the design difficult, and the diffusion of impurities through such defects will determine the performance of the transistor. Therefore, the semiconductor device is susceptible to process fluctuations. For example, when the process temperature fluctuates, such as heat treatment conditions for activating the source / drain, the characteristics of the transistor device greatly fluctuate.

【0019】特に、この微細領域でのしきい値電圧の低
下はトランジスタのオフリークを増やし消費電力を増や
す、等といった、集積回路のシステム自体に対して大き
なデメリットとなる。又、図7及び図8で示した逆狭チ
ャネル効果が抑制される従来例では、ボロンのイオン注
入がP型MOSFET領域に注入されないようにフォト
リソグラフィーによるマスク工程が増える、又、分離領
域幅によってイオン注入の注入ドーズ量を変えなくては
ならず、回路設計や製造プロセスに大きな負担をかける
という問題があった。
In particular, the reduction of the threshold voltage in the fine region has a great disadvantage to the integrated circuit system itself, such as an increase in transistor off-leakage and an increase in power consumption. In the conventional example shown in FIGS. 7 and 8 in which the inverse narrow channel effect is suppressed, a mask step by photolithography is increased so that boron ion implantation is not implanted into the P-type MOSFET region. There is a problem in that the implantation dose of the ion implantation must be changed, which places a heavy burden on circuit design and manufacturing processes.

【0020】このように、逆狭チャネル現象は、素子領
域を微細化された、シャロートレンチ分離技術を用いた
時に顕著な現象であり、0.2nm以降の微細デバイス
から急激に大きな問題になってきつつある。又、従来技
術として示されている特開昭61−252645号公報
には、予め予想される当該トレンチ分離溝部周辺の不純
物の減少に見合う不純物を、先にイオン注入しておくも
のであり、又特開平8−250583号公報は、トレン
チ溝部端部の導通性を制御する目的で、当該トレンチ溝
部端部に予め不純物を、先にイオン注入しておくもので
あり、トランジスタ領域の不純物濃度の減少を防止する
様な目的には使用されていない。
As described above, the reverse narrow channel phenomenon is a remarkable phenomenon when a shallow trench isolation technique in which an element region is miniaturized is used, and becomes a serious problem rapidly from a fine device of 0.2 nm or less. It is getting. Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-252645, which is shown as a prior art, discloses that impurities corresponding to the expected decrease in impurities around the trench isolation trench portion are previously ion-implanted. Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-250583 discloses a technique in which an impurity is implanted in advance into the end of the trench groove for the purpose of controlling the conductivity of the end of the trench groove. It is not used for the purpose of preventing

【0021】従って、本発明の目的は、上記した従来技
術の欠点を改良し、特に、シャロートレンチ分離を用い
た半導体素子を提供すると共にその製造工程において、
工程を複雑にすることなくトランジスタの性能を設計値
から変動させる逆狭チャネル効果の発生を抑制すること
で、トランジスタ素子領域を微細化していっても、安定
した電気的特性を得ることができる当該半導体装置の製
造方法を提供するものである。
Accordingly, an object of the present invention is to improve the above-mentioned disadvantages of the prior art, and in particular, to provide a semiconductor device using shallow trench isolation,
By suppressing the occurrence of the inverse narrow channel effect that changes the performance of the transistor from the design value without complicating the process, stable electrical characteristics can be obtained even if the transistor element region is miniaturized. A method for manufacturing a semiconductor device is provided.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】本発明は上記した目的を
達成する為、以下に示す様な基本的な技術構成を採用す
るものである。即ち、本発明に係る第一の態様として
は、MOS型半導体装置において、トレンチ分離の素子
分離構造に於ける、当該トレンチ分離内に埋め込まれて
いる素子分離酸化シリコン膜と、シリコン基板との間に
形成された界面に接する当該シリコン基板側の内側部
窒素がパイルアップされた層が形成されてい半導体装置
であり、又本発明に係る第2の態様としては、例えば、
半導体基板表面に第1及び第2の絶縁膜層を形成する第
1の工程、該第1の工程後、当該絶縁膜層から当該半導
体基板まで達するトレンチ溝を形成する第2の工程、そ
の後、当該トレンチ溝内に窒素をイオン注入する第3の
工程、当該トレンチ溝内に、第3の絶縁膜を埋め込む第
4の工程、その後、前記した第2の絶縁膜が表面に現れ
るまで第3の絶縁膜の表面を機械的研磨方法によって平
坦化する第5の工程、更に、第2、第1の絶縁膜を剥離
する第6の工程とを含む半導体装置の製造方法である。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention employs the following basic technical structure. That is, as a first aspect according to the present invention, in a MOS type semiconductor device, in a trench isolation in an element isolation structure, the trench is embedded in the trench isolation.
An isolation silicon oxide film are provided between the silicon substrate
A semiconductor device in which a layer in which nitrogen is piled up is formed in an inner portion of the silicon substrate side in contact with the formed interface , and a second embodiment according to the present invention includes, for example,
A first step of forming first and second insulating film layers on the surface of the semiconductor substrate, a second step of forming a trench extending from the insulating film layer to the semiconductor substrate after the first step, A third step of implanting nitrogen into the trench groove, a fourth step of burying a third insulating film in the trench groove, and then a third step until the second insulating film appears on the surface. A semiconductor device manufacturing method including a fifth step of planarizing the surface of an insulating film by a mechanical polishing method, and a sixth step of peeling off the second and first insulating films.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態の記載】本発明に係る半導体装置及
びその製造方法は、上記した様な技術構成を採用してい
るので、逆狭チャネル現象の発生を効果的に防止する事
が可能となるのである。即ち、逆狭チャネル現象の発生
原因は前述したように、ソース・ドレイン形成時などの
イオン注入プロセス時で発生する格子間シリコン原子等
の点欠陥が、酸化シリコン膜に向かって拡散し、素子分
離のための酸化シリコン膜とシリコン基板との界面で不
純物濃度が低下することが大きな理由である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The semiconductor device and the method of manufacturing the same according to the present invention employ the above-mentioned technical configuration, and therefore, it is possible to effectively prevent the occurrence of the inverse narrow channel phenomenon. It becomes. That is, as described above, the cause of the reverse narrow channel phenomenon is that point defects such as interstitial silicon atoms generated during an ion implantation process such as formation of a source / drain diffuse toward the silicon oxide film and cause element isolation. The main reason is that the impurity concentration decreases at the interface between the silicon oxide film and the silicon substrate.

【0024】従って酸化シリコン膜への、格子間シリコ
ン原子の拡散の流れを、抑制することが必要であり、そ
のために、本発明では、シャロートレンチ分離のトレン
チエッチング後に、窒素がパイルアップされた層或いは
窒化シリコン膜層を形成し、格子間シリコン原子をブロ
ックすることで、分離領域界面での不純物の拡散による
濃度低下を抑制することにある。
Therefore, it is necessary to suppress the flow of diffusion of interstitial silicon atoms into the silicon oxide film. For this reason, according to the present invention, a layer in which nitrogen is piled up after the trench etching for shallow trench isolation is performed. Another object is to form a silicon nitride film layer and block interstitial silicon atoms, thereby suppressing a decrease in concentration due to diffusion of impurities at the interface of the isolation region.

【0025】窒化シリコン膜の形成方法としては、
(1)素子分離領域形成後に窒素をイオン注入して熱処
理を行うこと、(2)トレンチ溝形成後に窒素もしくは
アンモニアやNO、N2 O等窒素を含む雰囲気中で窒化
すること等を特徴とする。つまり、本発明に於いては、
微細な素子分離領域をもつ集積回路内の半導体素子にお
いても素子分離領域近傍で起きる、不純物の低下を抑制
することで、電気的特性が素子分離領域に依存しない安
定した半導体素子を実現できる。
As a method of forming a silicon nitride film,
(1) heat treatment by ion implantation of nitrogen after forming the element isolation region; (2) nitriding in an atmosphere containing nitrogen or ammonia, NO, N 2 O, etc. after forming the trench groove. . That is, in the present invention,
Even in a semiconductor element in an integrated circuit having a fine element isolation region, a stable semiconductor element whose electrical characteristics do not depend on the element isolation region can be realized by suppressing a decrease in impurities that occurs near the element isolation region.

【0026】[0026]

【実施例】以下に、本発明に係る半導体装置及び半導体
装置の製造方法の具体例を図面を参照しながら詳細に説
明する。図1(A)〜図2(G)は、本発明に係る半導
体装置の一具体例の構成及びその製造方法の例を説明す
る断面図であり、図中、特に図2(G)には、MOS型
半導体装置において、トレンチ分離の素子分離構造5に
於ける、素子分離酸化シリコン膜6と、シリコン基板1
との界面の当該シリコン基板1側に窒素がパイルアップ
された層31が形成されている半導体装置20が示され
ている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, specific examples of a semiconductor device and a method of manufacturing the semiconductor device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIGS. 1A to 2G are cross-sectional views illustrating a configuration of a specific example of a semiconductor device according to the present invention and an example of a manufacturing method thereof. In a MOS type semiconductor device, an element isolation silicon oxide film 6 and a silicon substrate 1 in a trench isolation element isolation structure 5 are formed.
A semiconductor device 20 in which a layer 31 in which nitrogen is piled up is formed on the side of the silicon substrate 1 at the interface with the semiconductor device 20 is shown.

【0027】本発明に於いて、当該窒素を含む層31が
窒化膜の層であっても良く、又当該窒素を含む層が窒素
を含む酸化膜の層で有っても良い。更に、本発明に係る
当該半導体装置に於いては、当該窒素を含む酸化膜の層
は酸窒化膜で有っても良い。係る場合に於いて、当該酸
窒化膜は、シリコン酸化膜に窒素成分が含まれているも
ので有っても良い。
In the present invention, the nitrogen-containing layer 31 may be a nitride film layer, or the nitrogen-containing layer may be a nitrogen-containing oxide film layer. Further, in the semiconductor device according to the present invention, the nitrogen-containing oxide film layer may be an oxynitride film. In such a case, the oxynitride film may be a silicon oxide film containing a nitrogen component.

【0028】つまり、本発明に於ける当該半導体装置2
0の当該窒素がパイルアップされた層31は、シリコン
成分、酸素成分及び窒素成分が混在された層で構成され
ている事が望ましい。以下に上記した本発明に係る半導
体装置20のそれぞれの製造方法の具体例を個別に図面
を参照しながら説明する。
That is, the semiconductor device 2 according to the present invention
It is preferable that the layer 31 in which the nitrogen is piled up is a layer in which a silicon component, an oxygen component, and a nitrogen component are mixed. Hereinafter, specific examples of the respective manufacturing methods of the semiconductor device 20 according to the present invention will be described individually with reference to the drawings.

【0029】本発明の第1の具体例を図1(A)〜図2
(G)を用いて説明する。図1(A)は半導体基板1に
熱酸化法によってパッド酸化シリコン膜2を形成し、更
にプラズマ化学気相(CVD:Chemical Vapor Deposit
ion)法によって窒化シリコン膜3を堆積したところを示
してある。これらの膜厚は酸化シリコン膜2は10〜2
0nm、窒化シリコン膜3は150〜200nm程度と
する。
FIGS. 1A to 2 show a first embodiment of the present invention.
This will be described with reference to FIG. FIG. 1A shows that a pad silicon oxide film 2 is formed on a semiconductor substrate 1 by a thermal oxidation method, and furthermore, a plasma chemical vapor deposition (CVD).
2 shows a state where the silicon nitride film 3 is deposited by the (ion) method. These film thicknesses are 10 to 2 for the silicon oxide film 2.
0 nm, and the silicon nitride film 3 has a thickness of about 150 to 200 nm.

【0030】この窒化シリコンの膜厚は、後に行う化学
的機械研磨 (CMP: Chemical Mechanical Polishin
g)法における研磨のストッパー膜となり得る厚さの膜厚
とする。次に、フォトリソグラフィーによってレジスト
4をパターニングし、フォトレジストをマスクとして素
子分離領域になる領域の窒化シリコン膜と酸化シリコン
膜をエッチングする(図1(B))。
The film thickness of this silicon nitride is determined by chemical mechanical polishing (CMP) performed later.
The thickness is set to a thickness that can be a stopper film for polishing in the method g). Next, the resist 4 is patterned by photolithography, and the silicon nitride film and the silicon oxide film in a region to be an element isolation region are etched using the photoresist as a mask (FIG. 1B).

【0031】更に、素子分離領域となる領域のシリコン
基板をエッチングしてトレンチ溝5を形成する(図1
(C))。このトレンチ溝5の深さは300〜400n
mとし、75〜80°の傾斜角度をつけるようにエッチ
ングする。次に、フォトレジスト4を剥離した後、図1
(D)に示すように、基板全体に窒素をイオン注入す
る。窒素のイオン注入は注入エネルギーが20keV程
度でドーズ量は1×1014〜1×1015cm-2のドーズ
量を注入する。
Further, a trench groove 5 is formed by etching the silicon substrate in a region to be an element isolation region.
(C)). The depth of the trench 5 is 300 to 400 n.
The etching is performed so as to give an inclination angle of 75 to 80 °. Next, after the photoresist 4 is peeled off, FIG.
As shown in (D), nitrogen is ion-implanted into the entire substrate. Nitrogen ion implantation is performed at an implantation energy of about 20 keV and a dose of 1 × 10 14 to 1 × 10 15 cm −2 .

【0032】このイオン注入工程後、フォトレジスト4
を剥離して、トレンチ5のコーナー部51の丸めのため
のトレンチ内壁の酸化を10nm程度行う。この内壁酸
化の際に、酸化膜とシリコン基板との界面にパイルアッ
プし、窒化シリコン膜31となる。この窒化シリコン膜
層は、後工程で生じる(ソース・ドレイン形成のイオン
注入で生じる)格子間シリコンの酸化膜への拡散を抑制
し、素子分離の酸化膜/シリコン界面近傍での不純物の
低減を抑制し、その結果、逆狭チャネル効果を抑制する
働きがある。
After this ion implantation step, the photoresist 4
And oxidation of the inner wall of the trench for rounding the corner portion 51 of the trench 5 is performed by about 10 nm. During the oxidation of the inner wall, pile-up occurs at the interface between the oxide film and the silicon substrate, and the silicon nitride film 31 is formed. This silicon nitride film layer suppresses the diffusion of interstitial silicon into the oxide film that occurs in a later step (generated by ion implantation for forming the source and drain) and reduces impurities near the oxide film / silicon interface for element isolation. It has the function of suppressing, and consequently, the inverse narrow channel effect.

【0033】また、その組成は熱窒化シリコン膜よりは
窒素を多く含む膜だと考えられている。その後で、CV
D法によって酸化シリコン膜6を500〜700nm堆
積し、トレンチ内部を埋め込む(図2(E)、図中では
先の内壁部の酸化膜は薄いため書き表していない) 。そ
の後、CMP法によってストッパーとなる窒化シリコン
膜3が現れるまで平坦化する (図2(F))。
It is considered that the composition is a film containing more nitrogen than the thermal silicon nitride film. After that, CV
A silicon oxide film 6 is deposited to a thickness of 500 to 700 nm by the method D to bury the inside of the trench (FIG. 2 (E), which is not shown in the figure because the oxide film on the inner wall is thin). Thereafter, the surface is planarized by CMP until the silicon nitride film 3 serving as a stopper appears (FIG. 2F).

【0034】その後、ストッパーの窒化シリコン膜3を
リン酸系のエッチャントでエッチングし、更にパッド酸
化膜2をふっ酸系のエッチング液で除去して、分離領域
が形成される(図2(G))。その後、イオン注入法に
よってウェル及びチャネル領域のための不純物を導入し
て、更に、熱酸化法によってゲート酸化膜を形成し、ゲ
ート電極となるポリシリコン膜をCVD法によって形成
していくのは、通常のMOS型トランジスタを形成する
工程と同じである。
Thereafter, the silicon nitride film 3 serving as a stopper is etched with a phosphoric acid-based etchant, and the pad oxide film 2 is removed with a hydrofluoric acid-based etchant to form an isolation region (FIG. 2G). ). After that, the impurity for the well and the channel region is introduced by the ion implantation method, the gate oxide film is further formed by the thermal oxidation method, and the polysilicon film to be the gate electrode is formed by the CVD method. This is the same as the process for forming a normal MOS transistor.

【0035】本発明に於いては、このプロセスでは、素
子分離領域を縮小していっても、素子分離領域界面近傍
での不純物の低減は抑制されるため、MOSFETのし
きい値電圧の変動はなくなる。図10は、この効果を説
明するN型MOSFETのしきい値電圧の素子分離領域
幅依存性である。
In the present invention, in this process, even if the element isolation region is reduced, the reduction of impurities near the interface of the element isolation region is suppressed, so that the variation in the threshold voltage of the MOSFET is reduced. Disappears. FIG. 10 shows the dependence of the threshold voltage of the N-type MOSFET on the element isolation region width for explaining this effect.

【0036】●は窒素をイオン注入しなかった場合であ
り、○は窒素を、先の実施例に従って加速エネルギー2
0keVで、イオン注入ドーズ量2×1014cm-2のイ
オン注入した試料の特性である。図から判る様に、窒素
イオン注入を行わなかった場合では、素子分離領域が小
さくなるにつれて変動量が大きくなるのに対して、窒素
イオン注入した場合では、素子分離領域が0.3mmま
で縮小されてもほとんど変わらないことが分かる。
● indicates the case where nitrogen was not ion-implanted. ○ indicates that nitrogen was implanted at an acceleration energy of 2 according to the previous embodiment.
This is a characteristic of a sample implanted with ions at 0 keV and an ion implantation dose of 2 × 10 14 cm −2 . As can be seen from the figure, when nitrogen ion implantation was not performed, the fluctuation amount increased as the element isolation region became smaller, whereas when nitrogen ion implantation was performed, the element isolation region was reduced to 0.3 mm. It turns out that there is almost no change.

【0037】このように、窒素イオン注入による、格子
間シリコン原子の素子分離の酸化膜近傍での拡散を抑制
することは、トランジスタ素子の電気的特性の安定化に
非常に有効であることが分かる。また、この実施例で
は、窒素のイオン注入をトレンチ溝形成直後に行った
が、トレンチ溝にCVD酸化膜を埋め込んで、CMP工
程を行った後に窒素をイオン注入しても、通常のMOS
FET製造工程においてはウェルやチャネル領域への不
純物導入のために、イオン注入前に、スルー酸化膜を形
成する熱酸化工程が行われるので、この熱処理の際に窒
素の分離酸化膜と基板シリコンとの界面でパイルアップ
が起きて、窒素を含む酸化膜が形成されるので、同様な
効果が得られることになる。
As described above, it can be understood that suppressing the diffusion of interstitial silicon atoms in the vicinity of an oxide film for element isolation by nitrogen ion implantation is very effective for stabilizing the electrical characteristics of a transistor element. . In this embodiment, the ion implantation of nitrogen is performed immediately after the trench groove is formed. However, even if nitrogen ion implantation is performed after the trench groove is buried with a CVD oxide film and the CMP process is performed, a normal MOS transistor may be used.
In the FET manufacturing process, a thermal oxidation process for forming a through oxide film is performed before ion implantation in order to introduce impurities into the well and the channel region. Pile-up occurs at the interface, and an oxide film containing nitrogen is formed, so that a similar effect can be obtained.

【0038】次に、本発明の第二の具体例について図3
(A)〜図4(G)を用いて説明する。図3(A)は半
導体基板1に熱酸化法によってパッド酸化シリコン膜2
を形成し、更にプラズマ化学気相( CVD: Chemical V
apor Deposition)法によって窒化シリコン膜3を堆積し
たところを示してある。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to FIGS. FIG. 3A shows a pad silicon oxide film 2 formed on a semiconductor substrate 1 by a thermal oxidation method.
To form a plasma chemical vapor phase (CVD: Chemical V).
2 shows a state where the silicon nitride film 3 is deposited by the apor deposition method.

【0039】これらの膜厚は酸化シリコン膜2は10〜
20nm、窒化シリコン膜3は150〜200nm程度
とする。この窒化シリコンの膜厚は、後に行う化学的機
械研磨 (CMP: Chemical Mechanical Polishing)法に
おける研磨のストッパー膜となり得る厚さの膜厚とす
る。
The thickness of the silicon oxide film 2 is 10 to
The thickness of the silicon nitride film 3 is set to about 150 to 200 nm. The thickness of the silicon nitride is set to a thickness that can be used as a stopper film for polishing in a later-described chemical mechanical polishing (CMP) method.

【0040】次に、フォトリソグラフィーによってレジ
スト4をパターニングし、フォトレジストをマスクとし
て素子分離領域になる領域の窒化シリコン膜と酸化シリ
コン膜をエッチングする(図3(B))。更に、素子分
離領域となる領域のシリコン基板をエッチングしてトレ
ンチ溝5を形成する(図3(C))。
Next, the resist 4 is patterned by photolithography, and the silicon nitride film and the silicon oxide film in a region to be an element isolation region are etched using the photoresist as a mask (FIG. 3B). Further, the silicon substrate in a region to be an element isolation region is etched to form a trench 5 (FIG. 3C).

【0041】このトレンチ溝5の深さは300〜400
nmとし、75〜80°の傾斜角度をつけるようにエッ
チングする。次に、フォトレジスト4を剥離した後、図
3(D)に示すように、基板全体をNOもしくはN
2 O、又は、これらのガスを窒素で希釈した雰囲気中
で、酸窒化する。
The depth of the trench 5 is 300 to 400.
Etching is performed so as to give a tilt angle of 75 to 80 °. Next, after the photoresist 4 is peeled off, as shown in FIG.
Oxynitridation is performed in an atmosphere of 2 O or a gas diluted with nitrogen.

【0042】この酸窒化された膜32は窒素を多量に含
む酸化シリコン層であり、具体例1と同様に格子間シリ
コン原子の拡散の流れをブロックする働きを持ち、従っ
て、後工程で生じる(ソース・ドレイン形成のイオン注
入で生じる)格子間シリコンの酸化膜への拡散を抑制
し、素子分離の酸化膜/シリコン界面近傍での不純物の
低減を抑制し、その結果、逆狭チャネル効果を抑制する
働きがある。
This oxynitrided film 32 is a silicon oxide layer containing a large amount of nitrogen, and has a function of blocking the flow of diffusion of interstitial silicon atoms, as in the first embodiment, and is therefore generated in a later step ( Suppress diffusion of interstitial silicon into oxide film (produced by ion implantation for source / drain formation), suppress reduction of impurities near oxide / silicon interface for element isolation, and consequently, reverse narrow channel effect It has the function of doing.

【0043】この工程の後は具体例1と同様であり、フ
ォトレジスト4を剥離して、トレンチ5のコーナー部5
1の丸めのためのトレンチ内壁の酸化を10nm程度行
う。その後、CVD法によって酸化シリコン膜6を50
0〜700nm堆積し、トレンチ内部を埋め込む(図4
(E)、図中では先の内壁部の酸化膜は薄いため書き表
していない)。
After this step, the process is the same as that of the first embodiment.
Oxidation of the inner wall of the trench for rounding 1 is performed to about 10 nm. After that, the silicon oxide film 6 is deposited by the CVD
0 to 700 nm is deposited to bury the inside of the trench (FIG. 4)
(E), the oxide film on the inner wall portion is not shown in the figure because it is thin).

【0044】その後、CMP法によってストッパーとな
る窒化シリコン膜3が現れるまで平坦化する(図4
(F))。その後、ストッパーの窒化シリコン膜3をリ
ン酸系のエッチャントでエッチングし、更にパッド酸化
膜2をふっ酸系のエッチング液で除去して、分離領域が
形成される(図4(G))。その後、イオン注入法によ
ってウェル及びチャネル領域のための不純物を導入し
て、更に、熱酸化法によってゲート酸化膜を形成し、ゲ
ート電極となるポリシリコン膜をCVD法によって形成
していくのは、通常のMOS型トランジスタを形成する
工程と同じである。
Thereafter, the surface is planarized by CMP until the silicon nitride film 3 serving as a stopper appears (FIG. 4).
(F)). Thereafter, the silicon nitride film 3 serving as a stopper is etched with a phosphoric acid-based etchant, and the pad oxide film 2 is further removed with a hydrofluoric acid-based etchant to form an isolation region (FIG. 4G). After that, the impurity for the well and the channel region is introduced by the ion implantation method, the gate oxide film is further formed by the thermal oxidation method, and the polysilicon film to be the gate electrode is formed by the CVD method. This is the same as the process for forming a normal MOS transistor.

【0045】次に、本発明の第3の具体例について図5
(A)〜図6(G)を用いて説明する。図5(A)は半
導体基板1に熱酸化法によってパッド酸化シリコン膜2
を形成し、更にプラズマ化学気相(CVD: Chemical V
apor Deposition)法によって窒化シリコン膜3を堆積し
たところを示してある。
Next, a third specific example of the present invention will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to FIGS. FIG. 5A shows a pad silicon oxide film 2 formed on a semiconductor substrate 1 by a thermal oxidation method.
To form a plasma chemical vapor phase (CVD: Chemical V).
2 shows a state where the silicon nitride film 3 is deposited by the apor deposition method.

【0046】これらの膜厚は酸化シリコン膜2は10〜
20nm、窒化シリコン膜3は150〜200nm程度
とする。この窒化シリコンの膜厚は、後に行う化学的機
械研磨 (CMP: Chemical Mechanical Polishing)法に
おける研磨のストッパー膜となり得る厚さの膜厚とす
る。
The thickness of the silicon oxide film 2 is 10 to
The thickness of the silicon nitride film 3 is set to about 150 to 200 nm. The thickness of the silicon nitride is set to a thickness that can be used as a stopper film for polishing in a later-described chemical mechanical polishing (CMP) method.

【0047】次に、フォトリソグラフィーによってレジ
スト4をパターニングし、フォトレジストをマスクとし
て素子分離領域になる領域の窒化シリコン膜と酸化シリ
コン膜をエッチングする(図5(B))。更に、素子分
離領域となる領域のシリコン基板をエッチングしてトレ
ンチ溝5を形成する(図5(C))。
Next, the resist 4 is patterned by photolithography, and using the photoresist as a mask, the silicon nitride film and the silicon oxide film in a region to be an element isolation region are etched (FIG. 5B). Further, the silicon substrate in a region to be an element isolation region is etched to form a trench 5 (FIG. 5C).

【0048】このトレンチ溝5の深さは300〜400
nmとし、75〜80°の傾斜角度をつけるようにエッ
チングする。次に、フォトレジスト4を剥離した後、図
5(D)に示すように、基板全体をN2 もしくはNH3
雰囲気中で窒化する。この更に、この窒化の温度は例え
ば、NH3を用いるならば、常圧で900〜1000℃
で10〜30秒である。
The depth of the trench 5 is 300 to 400.
Etching is performed so as to give a tilt angle of 75 to 80 °. Next, after removing the photoresist 4, 5 (D), the whole substrate N 2 or NH 3
Nitriding in atmosphere. Furthermore, if the temperature of this nitriding is, for example, NH 3 , the pressure is 900 to 1000 ° C. at normal pressure.
For 10 to 30 seconds.

【0049】この窒化によって窒化シリコン膜33が厚
さ3〜5nm程度形成される。この後、1050〜11
00℃で酸化雰囲気、例えば、H2 O、H2 希釈O2
囲気中で、酸化工程を行う。これは、窒化による窒化シ
リコン33とシリコン基板との界面は準位が多く、この
界面準位を低減するためには酸化することが必要である
からである。
By this nitridation, a silicon nitride film 33 is formed with a thickness of about 3 to 5 nm. Thereafter, 1050-11
The oxidation step is performed at 00 ° C. in an oxidizing atmosphere, for example, an H 2 O, H 2 diluted O 2 atmosphere. This is because the interface between the silicon nitride 33 formed by nitriding and the silicon substrate has many levels, and it is necessary to oxidize the interface to reduce the interface level.

【0050】この再酸化された膜34は、具体例1及び
具体例2と同様に窒素を多量に含む酸化シリコン層であ
り、格子間シリコン原子の拡散の流れをブロックする働
きを持ち、従って、後工程で生じる(ソース・ドレイン
形成のイオン注入で生じる)格子間シリコンの酸化膜へ
の拡散を抑制し、素子分離の酸化膜/シリコン界面近傍
での不純物の低減を抑制し、その結果、逆狭チャネル効
果を抑制する働きがある。
The reoxidized film 34 is a silicon oxide layer containing a large amount of nitrogen, as in the first and second embodiments, and has a function of blocking the flow of diffusion of interstitial silicon atoms. It suppresses the diffusion of interstitial silicon into the oxide film that occurs in the subsequent process (generated by ion implantation for forming the source / drain), and suppresses the reduction of impurities near the oxide film / silicon interface for element isolation. It works to suppress the narrow channel effect.

【0051】この工程の後は具体例1と同様であり、フ
ォトレジスト4を剥離して、トレンチ5のコーナー部5
1の丸めのためのトレンチ内壁の酸化を10nm程度行
う。その後、CVD法によって酸化シリコン膜6を50
0〜700nm堆積し、トレンチ内部を埋め込む(図6
(F)、図中では先の内壁部の酸化膜は薄いため書き表
していない)。
After this step, the process is the same as that of the first embodiment.
Oxidation of the inner wall of the trench for rounding 1 is performed to about 10 nm. After that, the silicon oxide film 6 is deposited by the CVD
Deposit 0 to 700 nm to bury the inside of the trench (FIG. 6)
(F), the oxide film on the inner wall portion is not shown in the figure because it is thin).

【0052】その後、CMP法によってストッパーとな
る窒化シリコン膜3が現れるまで平坦化する (図6
(G))。その後、ストッパーの窒化シリコン膜3をリ
ン酸系のエッチャントでエッチングし、更にパッド酸化
膜2をふっ酸系のエッチング液で除去して、分離領域が
形成される(図6(H))。その後、イオン注入法によ
ってウェル及びチャネル領域のための不純物を導入し
て、更に、熱酸化法によってゲート酸化膜を形成し、ゲ
ート電極なるポリシリコン膜をCVD法によって形成し
ていくのは、通常のMOS型トランジスタを形成する工
程と同じである。
Thereafter, the surface is planarized by CMP until the silicon nitride film 3 serving as a stopper appears (FIG. 6).
(G)). Thereafter, the silicon nitride film 3 serving as a stopper is etched with a phosphoric acid-based etchant, and the pad oxide film 2 is further removed with a hydrofluoric acid-based etchant to form an isolation region (FIG. 6H). Thereafter, it is usual to introduce impurities for the well and channel regions by ion implantation, further form a gate oxide film by thermal oxidation, and form a polysilicon film to be a gate electrode by CVD. This is the same as the step of forming the MOS transistor.

【0053】以上の発明は形成するトランジスタの導電
型、即ち、N型MOSFETにもP型MOSFETに対
して別々の工程、即ち、マスク工程を追加することな
く、素子分離の酸化シリコン膜とシリコン基板の界面に
窒素を含む酸化膜層を形成でき、更に、これら実施例の
いずれも格子間シリコン原子の素子分離の酸化シリコン
膜中への拡散を抑制し、素子分離領域近傍での不純物の
低減を抑制し、トランジスタ素子の電気的特性を安定化
するという効果を得ることができる。
According to the above-mentioned invention, the conductivity type of the transistor to be formed, that is, the N-type MOSFET and the P-type MOSFET are separated from each other, that is, the silicon oxide film for element isolation and the silicon substrate can be formed without adding a mask step. An oxide film layer containing nitrogen can be formed at the interface of the silicon oxide film. Further, in each of these embodiments, the diffusion of interstitial silicon atoms into the silicon oxide film in element isolation is suppressed, and the reduction of impurities near the element isolation region is suppressed. Thus, the effect of suppressing and stabilizing the electrical characteristics of the transistor element can be obtained.

【0054】上記の説明から明らかな様に、本発明に係
る当該半導体装置の製造方法としては、第1の態様とし
ては、半導体基板表面に第1及び第2の絶縁膜層を形成
する第1の工程、該第1の工程後、当該絶縁膜層から当
該半導体基板まで達するトレンチ溝を形成する第2の工
程、その後、当該トレンチ溝内に窒素をイオン注入する
第3の工程、当該トレンチ溝内に、第3の絶縁膜を埋め
込む第4の工程、その後、前記した第2の絶縁膜が表面
に現れるまで第3の絶縁膜の表面を機械的研磨方法によ
って平坦化する第5の工程、更に、第2、第1の絶縁膜
を剥離する第6の工程とからなる半導体装置の製造方法
であり、その際当該第3の工程に於ける窒素のイオン注
入は加速エネルギー15〜30keVで、ドーズ量は1
×1014〜1×1015で行う事が望ましい。
As is apparent from the above description, the method for manufacturing the semiconductor device according to the present invention is, in a first aspect, a first method for forming a first and a second insulating film layer on the surface of a semiconductor substrate. A second step of forming a trench extending from the insulating film layer to the semiconductor substrate after the first step; a third step of ion-implanting nitrogen into the trench; A fourth step of embedding a third insulating film therein, and thereafter, a fifth step of flattening the surface of the third insulating film by a mechanical polishing method until the second insulating film appears on the surface, Further, the present invention provides a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a sixth step of removing the second and first insulating films. In this case, the ion implantation of nitrogen in the third step is performed at an acceleration energy of 15 to 30 keV, The dose is 1
It is desirable to perform the process at × 10 14 to 1 × 10 15 .

【0055】又、本発明に係る当該半導体装置の製造方
法に係る第2の態様としては、半導体基板表面に第1及
び第2の絶縁膜層を形成する第1の工程、該第1の工程
後、当該絶縁膜層から当該半導体基板まで達するトレン
チ溝を形成する第2の工程、その後、基板全体を熱酸窒
化する第3の工程、当該トレンチ溝内に、第3の絶縁膜
を埋め込む第4の工程、その後、前記した第2の絶縁膜
が表面に現れるまで第3の絶縁膜の表面を機械的研磨方
法によって平坦化する第5の工程、更に、第2、第1の
絶縁膜を剥離する第6の工程とを含む半導体装置の製造
方法であり、当該第3の工程に於ける該熱酸窒化処理
は、NOもしくはN2 O雰囲気中で、基板温度は750
〜950℃で行うものである事が望ましい。
As a second aspect of the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a first step of forming first and second insulating film layers on a surface of a semiconductor substrate; A second step of forming a trench groove extending from the insulating film layer to the semiconductor substrate, a third step of thermally oxynitriding the entire substrate, and a third step of embedding a third insulating film in the trench groove. Step 4, after that, a fifth step of flattening the surface of the third insulating film by a mechanical polishing method until the above-mentioned second insulating film appears on the surface, and further, the second and first insulating films And a sixth step of separating the semiconductor device. The thermal oxynitriding in the third step is performed in an NO or N 2 O atmosphere at a substrate temperature of 750.
It is desirable to carry out at 950 ° C.

【0056】更に本発明に係る当該半導体装置の製造方
法に関する第3の態様としては、半導体基板表面に第1
及び第2の絶縁膜層を形成する第1の工程、該第1の工
程後、当該絶縁膜層から当該半導体基板まで達するトレ
ンチ溝を形成する第2の工程、その後、基板全体を窒化
する第3の工程、更にその後に当該基板全体を酸化する
第4の工程、当該トレンチ溝内に、第3の絶縁膜を埋め
込む第5の工程、その後、前記した第2の絶縁膜が表面
に現れるまで第3の絶縁膜の表面を機械的研磨方法によ
って平坦化する第6の工程、更に、第2、第1の絶縁膜
を剥離する第7の工程とを含む半導体装置の製造方法で
あり、当該第3の工程に於ける窒化処理工程は、窒素雰
囲気又は、NH3 雰囲気中で行い、且つその時の基板温
度は900〜1050℃で行うものである事が望まし
い。
Further, as a third aspect related to the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the first aspect is that the first
And a first step of forming a second insulating film layer; a second step of forming a trench extending from the insulating film layer to the semiconductor substrate after the first step; and a second step of nitriding the entire substrate. Step 3, followed by a fourth step of oxidizing the entire substrate, a fifth step of embedding a third insulating film in the trench, and thereafter, until the above-mentioned second insulating film appears on the surface. A sixth step of flattening the surface of the third insulating film by a mechanical polishing method; and a seventh step of peeling off the second and first insulating films. The nitriding treatment step in the third step is preferably performed in a nitrogen atmosphere or an NH 3 atmosphere, and the substrate temperature at that time is preferably 900 to 1050 ° C.

【0057】更に上記態様に於いて、当該第4の工程に
於ける窒化処理の後の酸化処理工程は、酸素若しくは水
蒸気又は、水素希釈された酸素等の酸化性雰囲気中で行
い、その時の基板温度は750〜950℃で行うもので
ある事が望ましい。又、本発明に於ける別の態様として
は、半導体基板表面に第1及び第2の絶縁物を形成した
後、半導体基板まで達する溝を形成し、当該溝内に第3
の絶縁膜を埋め込んだ後、第2の絶縁膜が表面に現れる
まで第3の絶縁膜の表面を機械的研磨方法によって平坦
化し、更に、第2と第1の絶縁膜を剥離した後に半導体
装置の電気的特性を決める不純物のイオン注入を行う
前、及び、そのためのスルーの酸化膜を形成する前に、
窒素をイオン注入する様な方法を採用する事も可能であ
る。
Further, in the above embodiment, the oxidation treatment step after the nitridation treatment in the fourth step is performed in an oxidizing atmosphere such as oxygen, steam, or hydrogen-diluted oxygen. The temperature is desirably set at 750 to 950 ° C. In another aspect of the present invention, after forming first and second insulators on the surface of the semiconductor substrate, a groove reaching the semiconductor substrate is formed, and a third groove is formed in the groove.
After embedding the first insulating film, the surface of the third insulating film is planarized by a mechanical polishing method until the second insulating film appears on the surface, and further, after the second and first insulating films are separated, the semiconductor device is removed. Before performing ion implantation of impurities that determine the electrical characteristics of the substrate, and before forming a through oxide film therefor,
It is also possible to adopt a method such as ion implantation of nitrogen.

【0058】本発明に於いては、上記した様な構成を採
用しているので、プロセス複雑にすることなく、低エッ
チングレートの埋め込み酸化膜を形成することで、トラ
ンジスタ領域と素子領域の完全平坦化が実現でき、従っ
て高集積化とトランジスタ特性の安定化が両立できる。
In the present invention, since the above-described structure is employed, a buried oxide film having a low etching rate is formed without complicating the process, so that the transistor region and the device region are completely flat. Therefore, high integration and stabilization of transistor characteristics can be achieved at the same time.

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

【図1】図1は、本発明に係る半導体装置の製造方法に
関する第1の具体例を説明する断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a first specific example of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.

【図2】図2は、本発明に係る半導体装置の製造方法に
関する第1の具体例を説明する断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a first specific example of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.

【図3】図3は、本発明に係る半導体装置の製造方法に
関する第2の具体例を説明する断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a second specific example of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.

【図4】図4は、本発明に係る半導体装置の製造方法に
関する第2の具体例を説明する断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a second specific example of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.

【図5】図5は、本発明に係る半導体装置の製造方法に
関する第3の具体例を説明する断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a third specific example of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.

【図6】図6は、本発明に係る半導体装置の製造方法に
関する第3の具体例を説明する断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a third specific example of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.

【図7】図7は、従来に於ける半導体装置の製造方法の
一例を説明する断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating an example of a conventional method for manufacturing a semiconductor device.

【図8】図8は、従来に於ける半導体装置の製造方法の
一例を説明する断面図である。
FIG. 8 is a sectional view illustrating an example of a conventional method for manufacturing a semiconductor device.

【図9】図9は、逆狭チャネル効果を説明する図であ
る。
FIG. 9 is a diagram illustrating an inverse narrow channel effect.

【図10】図10は、本発明による逆狭チャネル効果を
低減する効果を表わす図である。
FIG. 10 is a diagram illustrating an effect of reducing an inverse narrow channel effect according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…シリコン基板 2…パッド酸化シリコン膜 3…窒化シリコン膜 32…熱酸窒化膜 33…窒化による窒化シリコン膜 34…酸化された窒化シリコン膜 4…フォトレジスト 5…トレンチ溝 51…トレンチのコーナー部 6…CVD酸化シリコン膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Silicon substrate 2 ... Pad silicon oxide film 3 ... Silicon nitride film 32 ... Thermal oxynitride film 33 ... Silicon nitride film by nitridation 34 ... Oxidized silicon nitride film 4 ... Photoresist 5 ... Trench groove 51 ... Corner of trench 6. CVD silicon oxide film

Claims (16)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 MOS型半導体装置において、トレンチ
分離の素子分離構造に於ける、当該トレンチ分離内に埋
め込まれている素子分離酸化シリコン膜と、シリコン基
との間に形成された界面に接する当該シリコン基板側
の内側部に窒素がパイルアップされた層が形成されてい
る事を特徴とする半導体装置。
In a MOS type semiconductor device, in a trench isolation element isolation structure, the trench is embedded in the trench isolation.
The silicon substrate side in contact with the interface formed between the embedded element isolation silicon oxide film and the silicon substrate
Wherein a layer in which nitrogen is piled up is formed in an inner portion of the semiconductor device.
【請求項2】 当該窒素を含む層が窒化膜の層である事
を特徴とする請求項1記載の半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein said nitrogen-containing layer is a nitride film layer.
【請求項3】 当該窒素を含む層が窒素を含む酸化膜の
層である事を特徴とする請求項1又は2に記載の半導体
装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the layer containing nitrogen is an oxide film layer containing nitrogen.
【請求項4】 当該窒素を含む酸化膜の層は酸窒化膜で
ある事を特徴とする請求項3記載の半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 3, wherein said oxide film layer containing nitrogen is an oxynitride film.
【請求項5】 当該酸窒化膜は、シリコン酸化膜に窒素
成分が含まれているものである事を特徴とする請求項4
記載の半導体装置。
5. The oxynitride film according to claim 4, wherein the silicon oxide film contains a nitrogen component.
13. The semiconductor device according to claim 1.
【請求項6】 当該窒素がパイルアップされた層は、シ
リコン成分、酸素成分及び窒素成分が混在された層で構
成されている事を特徴とする請求項1記載の半導体装
置。
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein the layer in which nitrogen is piled up is a layer in which a silicon component, an oxygen component, and a nitrogen component are mixed.
【請求項7】 半導体基板表面に第1及び第2の絶縁膜
層を形成する第1の工程、該第1の工程後、当該絶縁膜
層から当該半導体基板まで達するトレンチ溝を形成する
第2の工程、その後、当該トレンチ溝内に窒素をイオン
注入する第3の工程、当該トレンチ溝内に、第3の絶縁
膜を埋め込む第4の工程、その後、前記した第2の絶縁
膜が表面に現れるまで第3の絶縁膜の表面を機械的研磨
方法によって平坦化する第5の工程、更に、第2、第1
の絶縁膜を剥離する第6の工程とを含むことを特徴とす
る半導体装置の製造方法。
7. A first step of forming first and second insulating film layers on a surface of a semiconductor substrate, and a second step of forming a trench extending from the insulating film layer to the semiconductor substrate after the first step. Step, then a third step of implanting nitrogen into the trench groove, a fourth step of burying a third insulating film in the trench groove, and then the second insulating film A fifth step of flattening the surface of the third insulating film by a mechanical polishing method until it appears,
And a sixth step of removing the insulating film.
【請求項8】 当該第3の工程に於ける窒素のイオン注
入は加速エネルギー15〜30keVで、ドーズ量は1
×1014〜1×1015で行う事を特徴とする請求項7記
載の半導体装置の製造方法。
8. The ion implantation of nitrogen in the third step has an acceleration energy of 15 to 30 keV and a dose of 1
8. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the method is performed at a rate of from x10 < 14 > to 1 * 10 < 15 >.
【請求項9】 当該第1と第3の絶縁膜は酸化シリコン
膜であり、当該第2の絶縁膜は窒化シリコン膜である事
を特徴とする請求項7記載の半導体装置の製造方法。
9. The method according to claim 7, wherein the first and third insulating films are silicon oxide films, and the second insulating film is a silicon nitride film.
【請求項10】 半導体基板表面に第1及び第2の絶縁
膜層を形成する第1の工程、該第1の工程後、当該絶縁
膜層から当該半導体基板まで達するトレンチ溝を形成す
る第2の工程、その後、基板全体を熱酸窒化する第3の
工程、当該トレンチ溝内に、第3の絶縁膜を埋め込む第
4の工程、その後、前記した第2の絶縁膜が表面に現れ
るまで第3の絶縁膜の表面を機械的研磨方法によって平
坦化する第5の工程、更に、第2、第1の絶縁膜を剥離
する第6の工程とを含むことを特徴とする半導体装置の
製造方法。
10. A first step of forming first and second insulating film layers on a surface of a semiconductor substrate, and a second step of forming a trench extending from the insulating film layer to the semiconductor substrate after the first step. And then a third step of thermally oxynitriding the entire substrate, a fourth step of embedding a third insulating film in the trench, and then a third step until the second insulating film appears on the surface. 3. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a fifth step of flattening the surface of an insulating film by a mechanical polishing method, and a sixth step of peeling off the second and first insulating films. .
【請求項11】 当該第3の工程に於ける該熱酸窒化処
理は、NOもしくはN2 O雰囲気中で、基板温度は75
0〜950℃で行うものである事を特徴とする請求項1
0記載の半導体装置の製造方法。
11. The thermal oxynitriding process in the third step is performed in a NO or N 2 O atmosphere at a substrate temperature of 75 ° C.
2. The method according to claim 1, wherein the heating is performed at 0 to 950.degree.
0. A method for manufacturing a semiconductor device according to item 0.
【請求項12】 当該第1と第3の絶縁膜は酸化シリコ
ン膜であり、当該第2の絶縁膜は窒化シリコン膜である
事を特徴とする請求項11記載の半導体装置の製造方
法。
12. The method according to claim 11, wherein the first and third insulating films are silicon oxide films, and the second insulating film is a silicon nitride film.
【請求項13】 半導体基板表面に第1及び第2の絶縁
膜層を形成する第1の工程、該第1の工程後、当該絶縁
膜層から当該半導体基板まで達するトレンチ溝を形成す
る第2の工程、その後、基板全体を窒化する第3の工
程、更にその後に当該基板全体を酸化する第4の工程、
当該トレンチ溝内に、第3の絶縁膜を埋め込む第5の工
程、その後、前記した第2の絶縁膜が表面に現れるまで
第3の絶縁膜の表面を機械的研磨方法によって平坦化す
る第6の工程、更に、第2、第1の絶縁膜を剥離する第
7の工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方
法。
13. A first step of forming first and second insulating film layers on a surface of a semiconductor substrate, and a second step of forming a trench extending from the insulating film layer to the semiconductor substrate after the first step. A third step of nitriding the entire substrate, followed by a fourth step of oxidizing the entire substrate,
A fifth step of embedding a third insulating film in the trench, and then a sixth step of planarizing the surface of the third insulating film by a mechanical polishing method until the second insulating film appears on the surface; And a seventh step of peeling off the second and first insulating films.
【請求項14】 当該第3の工程に於ける窒化処理工程
は、窒素雰囲気又は、NH3 雰囲気中で行い、且つその
時の基板温度は900〜1050℃で行うものである事
を特徴とする請求項13記載の半導体装置の製造方法。
14. A method according to claim 3, wherein the nitriding step in the third step is performed in a nitrogen atmosphere or an NH 3 atmosphere, and the substrate temperature at that time is 900 to 1050 ° C. Item 14. The method for manufacturing a semiconductor device according to item 13.
【請求項15】 当該第4の工程に於ける窒化処理の後
の酸化処理工程は、酸素若しくは水蒸気又は、水素希釈
された酸素等の酸化性雰囲気中で行い、その時の基板温
度は750〜950℃で行うものである事を特徴とする
請求項13記載の半導体装置の製造方法。
15. An oxidation treatment step after the nitridation treatment in the fourth step is performed in an oxidizing atmosphere such as oxygen, water vapor, or oxygen diluted with hydrogen, and the substrate temperature at that time is 750 to 950. 14. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 13, wherein the method is performed at a temperature of ° C.
【請求項16】 当該第1と第3の絶縁膜は酸化シリコ
ン膜であり、当該第2の絶縁膜は窒化シリコン膜である
事を特徴とする請求項13記載の半導体装置の製造方
法。
16. The method according to claim 13, wherein the first and third insulating films are silicon oxide films, and the second insulating film is a silicon nitride film.
JP9300252A 1997-10-31 1997-10-31 Semiconductor device and manufacturing method thereof Expired - Fee Related JP3064994B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9300252A JP3064994B2 (en) 1997-10-31 1997-10-31 Semiconductor device and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9300252A JP3064994B2 (en) 1997-10-31 1997-10-31 Semiconductor device and manufacturing method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH11135615A JPH11135615A (en) 1999-05-21
JP3064994B2 true JP3064994B2 (en) 2000-07-12

Family

ID=17882553

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP9300252A Expired - Fee Related JP3064994B2 (en) 1997-10-31 1997-10-31 Semiconductor device and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3064994B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6441444B1 (en) 1998-10-22 2002-08-27 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor device having a nitride barrier for preventing formation of structural defects

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6724053B1 (en) * 2000-02-23 2004-04-20 International Business Machines Corporation PMOSFET device with localized nitrogen sidewall implantation
KR20020057524A (en) * 2001-01-05 2002-07-11 박종섭 Method of isolating semiconductor devices
JP5194328B2 (en) 2001-02-01 2013-05-08 ソニー株式会社 Semiconductor device and manufacturing method thereof
KR20030056213A (en) * 2001-12-27 2003-07-04 동부전자 주식회사 shallow trench isolation forming method of semiconductor substrate
KR100458731B1 (en) * 2002-06-20 2004-12-03 동부전자 주식회사 Method For Manufacturing Semiconductor Devices
KR100554836B1 (en) * 2003-06-30 2006-03-03 주식회사 하이닉스반도체 Manufacturing Method of Flash Memory Device
JP7537840B2 (en) * 2019-03-29 2024-08-21 ラピスセミコンダクタ株式会社 Manufacturing method of semiconductor device and manufacturing method of solid-state image pickup device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6441444B1 (en) 1998-10-22 2002-08-27 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor device having a nitride barrier for preventing formation of structural defects

Also Published As

Publication number Publication date
JPH11135615A (en) 1999-05-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6242323B1 (en) Semiconductor device and process for producing the same
US20030119276A1 (en) Semiconductor device and process for producing the same
US6156620A (en) Isolation trench in semiconductor substrate with nitrogen-containing barrier region, and process for forming same
US6989316B2 (en) Semiconductor device and method for manufacturing
EP0208356B1 (en) Method of manufacturing a semiconductor device, in which a silicon slice is locally provided with field oxide with a channel stopper
EP0113517A2 (en) Method for forming an isolation region
JPH11145273A (en) Method for manufacturing semiconductor device
JPH0982956A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2802600B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP3064994B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JPH0685412B2 (en) Method of manufacturing semiconductor device
JP2007281280A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
US6635537B2 (en) Method of fabricating gate oxide
US5612247A (en) Method for fabricating isolation region for a semiconductor device
US6344374B1 (en) Method of fabricating insulators for isolating electronic devices
US7061128B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method of the same
KR100336567B1 (en) Device Separation Method in Semiconductor Devices
JP3409134B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP2000200830A (en) Method for manufacturing semiconductor device having trench element isolation region
JP3371600B2 (en) Method for manufacturing MIS transistor
JP2003332413A (en) Method for forming semiconductor element isolation layer and insulated gate transistor
JPH04249324A (en) Manufacture of semiconductor substrate
JPH0685053A (en) Manufacture of semiconductor integrated circuit
KR20010025923A (en) Method for shallow trench isolation
JP2000208611A (en) Method for manufacturing semiconductor device having trench element isolation region

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees