JP3080061B2 - Method for forming element isolation region of semiconductor device - Google Patents
Method for forming element isolation region of semiconductor deviceInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の素子分
離領域の形成方法に関し、特に浅い溝に絶縁膜を埋め込
んでなるシャロー・トレンチ・アイソレーション(ST
I)の形成方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming an element isolation region of a semiconductor device, and more particularly to a shallow trench isolation (ST) in which an insulating film is embedded in a shallow groove.
The present invention relates to a method for forming I).
【0002】[0002]
【従来の技術】サブミクロン設計ルールによる半導体装
置の素子分離領域には、STIが採用されつつある。S
TIは半導体基板の表面に設けられた溝とこの溝を埋め
込む絶縁膜とから構成されている。溝の埋め込みは、絶
縁膜の形成とこの絶縁膜の化学機械研磨(CMP)とに
よりなされている。この絶縁膜の形成には段差被覆性の
優れた気相成長法が採用されており、具体的にはTEO
S(Si(OC2 H5 )4 )を原料とした減圧気相成長
(LPCVD)あるいはシラン(SiH4 )と酸素(O
2 )とを原料としてアルゴン・スパッタを併用した高密
度プラズマ励起気相成長(HD−PECVD)等があ
る。2. Description of the Related Art STI is being adopted in element isolation regions of semiconductor devices based on submicron design rules. S
The TI includes a groove provided on the surface of the semiconductor substrate and an insulating film filling the groove. The trench is filled by forming an insulating film and chemical mechanical polishing (CMP) of the insulating film. For the formation of this insulating film, a vapor phase growth method having excellent step coverage is employed.
S (Si (OC 2 H 5 ) 4 ) as a raw material under reduced pressure chemical vapor deposition (LPCVD) or silane (SiH 4 ) and oxygen (O
2 ) High-density plasma-enhanced vapor phase epitaxy (HD-PECVD) using argon sputtering as a raw material.
【0003】半導体装置の素子分離領域の形成工程の断
面模式図である図11および図12を参照すると、TE
OSを原料としたLPCVDによる二酸化シリコン膜を
利用したSTIの形成方法(第1の従来技術)は以下の
とおりになる。Referring to FIGS. 11 and 12, which are schematic cross-sectional views of a process for forming an element isolation region of a semiconductor device,
A method of forming an STI using a silicon dioxide film by LPCVD using an OS as a raw material (first conventional technique) is as follows.
【0004】まず、シリコン基板401の表面には、熱
酸化によるパッド酸化膜402が形成され、さらに、C
VDによる窒化シリコン膜403が形成される。窒化シ
リコン膜403,パッド酸化膜402が順次パターニン
グされてシリコン基板401の表面の素子形成予定領域
にのみにパッド酸化膜402と窒化シリコン膜403と
の積層膜が残置される。異方性ドライ・エッチングによ
り、シリコン基板401の表面の素子分離予定領域に、
この積層膜に自己整合的に溝404が形成される。続い
て、上記LPCVDにより、全面に二酸化シリコン膜4
21が形成される。窒化シリコン膜403の上面での二
酸化シリコン膜421の膜厚は、溝404の最小幅の1
/2より(例えば、溝404の最小幅の1/2の1.1
倍程度以上)厚くなっている。このとき、溝404の表
面は二酸化シリコン膜421により完全に覆われている
が、溝404内にはこの二酸化シリコン膜421による
鍵穴状のボイド451が形成されている〔図11
(a)〕。First, a pad oxide film 402 is formed on the surface of a silicon substrate 401 by thermal oxidation.
A silicon nitride film 403 is formed by VD. The silicon nitride film 403 and the pad oxide film 402 are sequentially patterned so that a laminated film of the pad oxide film 402 and the silicon nitride film 403 is left only in a region where a device is to be formed on the surface of the silicon substrate 401. By the anisotropic dry etching, a region for the element isolation on the surface of the silicon substrate 401 is
A groove 404 is formed in the laminated film in a self-aligned manner. Subsequently, the silicon dioxide film 4 is formed on the entire surface by the LPCVD.
21 are formed. The thickness of the silicon dioxide film 421 on the upper surface of the silicon nitride film 403 is 1
/ 2 (for example, 1.1 of 1/2 of the minimum width of the groove 404)
More than twice) thicker. At this time, the surface of the groove 404 is completely covered by the silicon dioxide film 421, and a keyhole-shaped void 451 is formed in the groove 404 by the silicon dioxide film 421.
(A)].
【0005】次に、二酸化シリコン膜421にCMPが
施されて、(パッド酸化膜402と窒化シリコン膜40
3とからなる上記積層膜の空隙部分を含めての)溝40
4内にのみに二酸化シリコン膜421aが残置される。
このCMPは例えばKOH系の溶液を用いて行なわれ
る。このとき、上記ボイド451の上端の部分の二酸化
シリコン膜も除去されて、ボイド451は窪み451a
になる。この段階での窪み451aの形状は(上端部分
を除いて)概ねボイド451と同じである〔図11
(b)〕。Next, CMP is performed on the silicon dioxide film 421 (the pad oxide film 402 and the silicon nitride film 40).
(Including the void portion of the laminated film)
4, the silicon dioxide film 421a is left.
This CMP is performed using, for example, a KOH-based solution. At this time, the silicon dioxide film at the upper end portion of the void 451 is also removed, and the void 451 becomes a depression 451a.
become. The shape of the depression 451a at this stage is substantially the same as that of the void 451 (except for the upper end portion) [FIG.
(B)].
【0006】続いて、稀弗酸系の溶液による洗浄が施さ
れて、二酸化シリコン膜がエッチングされる。このと
き、窪み451aの部分の二酸化シリコン膜421aも
エッチングされて二酸化シリコン膜421bになり、窪
み451aは窪み451bになる〔図12(a)〕。Subsequently, cleaning with a diluted hydrofluoric acid-based solution is performed to etch the silicon dioxide film. At this time, the silicon dioxide film 421a in the portion of the depression 451a is also etched to become the silicon dioxide film 421b, and the depression 451a becomes the depression 451b (FIG. 12A).
【0007】その後、熱燐酸を用いたウェット・エッチ
ングによる窒化シリコン膜403の除去と、緩衝弗酸を
用いたウェット・エッチングによるパッド酸化膜402
の除去とが行なわれて、二酸化シリコン膜411により
溝404の表面が覆われたSTIが形成される。このと
き、二酸化シリコン膜411に形成されている窪み45
1cは、パッド酸化膜402に対するウェット・エッチ
ングのため、窪み451bよりさらに広がっている〔図
12(b)〕。Thereafter, the silicon nitride film 403 is removed by wet etching using hot phosphoric acid, and the pad oxide film 402 is removed by wet etching using buffered hydrofluoric acid.
Is removed to form an STI in which the surface of the groove 404 is covered with the silicon dioxide film 411. At this time, the depression 45 formed in the silicon dioxide film 411 is formed.
1c is wider than the depression 451b due to wet etching of the pad oxide film 402 [FIG. 12 (b)].
【0008】上記HD−PECVDを用いたSTIの形
成方法(第2の従来技術)の概要は、次のとおりになっ
ている。The outline of the method of forming the STI using the HD-PECVD (second prior art) is as follows.
【0009】まず、溝の形成までは上記第1の従来技術
と同様に行なわれる。続いて、HD−PECVDによ
り、二酸化シリコン膜が形成される。この場合、溝を埋
め込む部分での二酸化シリコン膜に、窪みおよびボイド
は形成されないようにすることは容易である。このHD
−PECVDの条件は、例えば次のようになっている。
圧力は0.1Pa台,プラズマ・パワー密度(ソース・
パワー密度とも言う)は1W/cm2 〜5W/cm2 程
度,アルゴン・スパッタ用のバイアス・パワー密度は5
W/cm2 〜8W/cm2 程度,シランおよび酸素の流
量は50sccmおよび120sccm程度である。そ
の後、上記第1の従来技術と同様に、HD−PECVD
により形成された二酸化シリコン膜に対するCMPと窒
化シリコン膜およびパッド酸化膜に対するウェット・エ
ッチングとが行なわれて、このHD−PECVDを採用
したSTIが形成される。First, the steps up to the formation of the groove are performed in the same manner as in the first prior art. Subsequently, a silicon dioxide film is formed by HD-PECVD. In this case, it is easy to prevent dents and voids from being formed in the silicon dioxide film at the portion where the groove is buried. This HD
-The conditions of PECVD are, for example, as follows.
Pressure is on the order of 0.1 Pa, plasma power density (source
Power density also called) is 1W / cm 2 ~5W / cm 2 or so, the bias power density for argon sputtering 5
W / cm 2 ~8W / cm 2 or so, the flow of silane and oxygen is about 50sccm and 120 sccm. Thereafter, similarly to the first conventional technique, HD-PECVD
Is performed on the silicon dioxide film and wet etching is performed on the silicon nitride film and the pad oxide film to form an STI employing the HD-PECVD.
【0010】上記2つのSTIの形成方法の他に溝を多
結晶シリコン膜により充填してSTIを形成する方法が
ある。例えば、ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプ
ライド・フィジックス第36巻(1997年),第1部
−第3B号,1319−1321ページ(Japane
se−Journal−of−Applied−Phy
sics,Vol.36,pp1319−1321,P
art1,No.3B,March,1997)には、
次のようなSTIの形成方法(第3の従来技術)が報告
されている。In addition to the above two methods of forming STI, there is a method of forming STI by filling a trench with a polycrystalline silicon film. For example, Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 36 (1997), Part 1-No. 3B, pp. 1319-1321 (Japanese)
se-Journal-of-Applied-Phy
sics, Vol. 36, pp 1319-1321, P
art1, No. 1; 3B, March, 1997)
The following STI forming method (third prior art) has been reported.
【0011】まず、シリコン基板の表面に溝が形成され
る。次に、熱酸化による30nmの膜厚の第1の二酸化
シリコン膜が全面に形成され、さらに、CVDにより3
00nmの膜厚の窒化シリコン膜および22nmの膜厚
の第2の酸化シリコン膜が全面に形成される。これによ
り、溝の表面も第1の二酸化シリコン膜,窒化シリコン
膜および第2の二酸化シリコン膜からなる薄い積層絶縁
膜により覆われる。その後、CVDにより900nmの
膜厚の多結晶シリコン膜が全面に形成される。多結晶シ
リコン膜は二酸化シリコン膜より被覆性に優れているこ
とから、溝はこの多結晶シリコン膜により充分かつ容易
に充填される。この多結晶シリコン膜に対するCMPが
KOH系の溶液を用いて行なわれる。その後、多結晶シ
リコン膜が熱酸化される。溝の底部には多結晶シリコン
膜が残置するが、この残置した多結晶シリコン膜の表面
は膜厚400nmの第3の二酸化シリコン膜により覆わ
れる。続いて、シリコン基板の表面を覆う部分の窒化シ
リコン膜および第1の二酸化シリコン膜が反応性イオン
・エッチング(RIE)により順次エッチング除去され
て、STIが完成する。First, a groove is formed on the surface of a silicon substrate. Next, a first silicon dioxide film having a thickness of 30 nm is formed on the entire surface by thermal oxidation.
A silicon nitride film having a thickness of 00 nm and a second silicon oxide film having a thickness of 22 nm are formed on the entire surface. Thus, the surface of the groove is also covered with the thin laminated insulating film composed of the first silicon dioxide film, the silicon nitride film, and the second silicon dioxide film. Thereafter, a polycrystalline silicon film having a thickness of 900 nm is formed on the entire surface by CVD. Since the polycrystalline silicon film has better coverage than the silicon dioxide film, the trench is sufficiently and easily filled with the polycrystalline silicon film. CMP for this polycrystalline silicon film is performed using a KOH-based solution. Thereafter, the polycrystalline silicon film is thermally oxidized. A polycrystalline silicon film is left at the bottom of the groove, and the surface of the remaining polycrystalline silicon film is covered with a 400 nm-thick third silicon dioxide film. Subsequently, the silicon nitride film and the first silicon dioxide film in the portion covering the surface of the silicon substrate are sequentially etched and removed by reactive ion etching (RIE), thereby completing STI.
【0012】[0012]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記第
1,第2および第3の従来技術によりSTIは、それぞ
れに問題がある。However, each of the first, second and third prior arts has its own problem with the STI.
【0013】第1の従来技術によるSTIでは、図12
(b)に示したように、溝404を覆う二酸化シリコン
膜411には窪み451cが形成されている。この窪み
451cの存在により、STIの表面上を横断する半導
体装置の配線は、加工が困難になり、さらには、マイグ
レーション耐性の低下による断線あるいは配線形成用の
導電体膜の窪み451cの側面に沿った残置による配線
間の短絡等の信頼の低下が生じやすくなる。In the STI according to the first prior art, FIG.
As shown in (b), a depression 451c is formed in the silicon dioxide film 411 covering the groove 404. Due to the presence of the depression 451c, the wiring of the semiconductor device crossing over the surface of the STI becomes difficult to process, and further, the disconnection due to a decrease in migration resistance or the side surface of the depression 451c of the conductor film for forming the wiring. It is easy to cause a decrease in reliability such as a short circuit between wirings due to the leftover.
【0014】第2の従来技術によるSTIには、ボイド
あるいは窪みを有さない形状の二酸化シリコン膜により
溝が埋め込まれるため、上記第1の従来技術に内在した
問題点は含まれない。しかしながらこの形成方法では、
このような形状の二酸化シリコン膜を溝内に形成するた
めに、大きな値の(アルゴン・スパッタ用の)バイアス
・パワー密度が必要とされることから、半導体基板の表
面にはスパッタリング時のダメージが発生しやすくな
る。その結果、特にMOSトランジスタを含んだ半導体
装置ではトランジスタ特性の劣化の回避が困難になる。
本発明者等の知見によれば、バイアス・パワー密度を
1.5W/cm2 未満に低減するならばダメージの程度
も低減される。但し、このような低バイアス・パワー密
度のもとでHD−PECVDにより形成した二酸化シリ
コン膜の溝に対する被覆形状は、上記第1の従来技術に
よる二酸化シリコン膜の溝に対する被覆形状と同様にな
る。In the STI according to the second prior art, since the trench is filled with a silicon dioxide film having no void or depression, the problem inherent in the first prior art is not included. However, in this forming method,
Since a large value of bias power density (for argon sputtering) is required to form a silicon dioxide film having such a shape in the trench, damage during sputtering is caused on the surface of the semiconductor substrate. More likely to occur. As a result, it is difficult to avoid deterioration of transistor characteristics especially in a semiconductor device including a MOS transistor.
According to the findings of the present inventors, the degree of damage is reduced if the bias power density is reduced to less than 1.5 W / cm 2 . However, the covering shape of the groove of the silicon dioxide film formed by HD-PECVD under such a low bias power density is the same as the covering shape of the groove of the silicon dioxide film according to the first prior art.
【0015】第3の従来技術によるSTIは上記第1,
第2の従来技術に存在したような問題点は無いが、厚い
二酸化シリコン膜に上面が覆われて溝内に残置した多結
晶シリコン膜は浮遊ゲート電極として機能することにな
る。このため、第3の従来技術によるSTIを具備した
半導体装置では、回路動作時の誤動作の発生が生じやす
いという電気特性および信頼性上の問題点が存在する。The STI according to the third prior art is the first,
Although there is no problem as in the second conventional technique, the polycrystalline silicon film whose upper surface is covered with the thick silicon dioxide film and which is left in the trench functions as a floating gate electrode. For this reason, the semiconductor device provided with the STI according to the third conventional technique has problems in electrical characteristics and reliability in that a malfunction during circuit operation is likely to occur.
【0016】したがって本発明の目的は、STIの表面
上に形成される配線の加工性と信頼性とを確保し、さら
に、半導体装置の電気特性および信頼性の劣化の抑制を
容易にできるSTIの形成方法を提供することにある。Accordingly, it is an object of the present invention to provide an STI capable of ensuring the workability and reliability of the wiring formed on the surface of the STI and further suppressing the deterioration of the electrical characteristics and the reliability of the semiconductor device. It is to provide a forming method.
【0017】[0017]
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の素
子分離領域の形成方法の第1の態様の特徴は、シリコン
基板の表面にパッド酸化膜と窒化シリコン膜とを順次形
成し、この窒化シリコン膜とこのパッド酸化膜とを順次
パターニングしてこのシリコン基板の表面の素子形成予
定領域にこれらのパッド酸化膜と窒化シリコン膜との積
層膜を残置し、異方性ドライ・エッチングによりこれら
の積層膜に自己整合的にこのシリコン基板の表面の素子
分離予定領域に溝を形成する工程と、TEOSを原料と
したLPCVDにより、上記窒化シリコン膜の上面にお
ける膜厚が上記溝の最小幅の1/2より薄くなるように
して、これらの溝の部分において窪みのある姿態を有し
てこれらの溝を覆う二酸化シリコン膜を全面に形成する
工程と、シランを原料としたLPCVDにより、上記窪
みの部分での膜厚がこれらの部分でのこの二酸化シリコ
ン膜の膜厚より薄く,さらに,上記窪みの上端を塞ぐよ
うに、全面に多結晶シリコン膜を形成する工程と、上記
窒化シリコン膜をストッパとしたCMPにより、上記多
結晶シリコン膜および上記二酸化シリコン膜を除去し
て、上記溝内にのみにこれらの多結晶シリコン膜および
二酸化シリコン膜を残置する工程と、熱酸化により、上
記多結晶シリコン膜を酸化する工程と、ウェット・エッ
チングにより、上記窒化シリコン膜およびパッド酸化膜
を順次除去する工程とを有することにある。A feature of the first aspect of the method for forming an element isolation region of a semiconductor device according to the present invention is that a pad oxide film and a silicon nitride film are sequentially formed on the surface of a silicon substrate, The silicon film and the pad oxide film are sequentially patterned to leave a layered film of the pad oxide film and the silicon nitride film in an area where a device is to be formed on the surface of the silicon substrate, and these layers are anisotropically dry-etched. A step of forming a groove in a region to be element-isolated on the surface of the silicon substrate in a self-aligned manner with the laminated film; / 2, forming a silicon dioxide film covering these grooves with a depressed appearance at the groove portions over the entire surface so as to be thinner than / 2. By using LPCVD as a raw material, a polycrystalline silicon film is formed on the entire surface so that the film thickness at the above-mentioned depressions is smaller than the film thickness of this silicon dioxide film at these parts and the upper end of the above-mentioned depressions is closed. Removing the polycrystalline silicon film and the silicon dioxide film by CMP using the silicon nitride film as a stopper, and leaving the polycrystalline silicon film and the silicon dioxide film only in the trench. A step of oxidizing the polycrystalline silicon film by thermal oxidation and a step of sequentially removing the silicon nitride film and the pad oxide film by wet etching.
【0018】好ましくは、上記CMPにより上記溝内に
残置された上記多結晶シリコン膜を上記熱酸化する工程
と、ウェット・エッチングにより上記窒化シリコン膜お
よびパッド酸化膜を順次除去する工程との間に、TEO
Sを原料としたLPCVDにより全面に第2の二酸化シ
リコン膜を形成し、シランを原料としたLPCVDによ
りこの第2の二酸化シリコン膜の表面を覆う第2の多結
晶シリコン膜を形成する工程と、上記窒化シリコン膜を
ストッパとした第2のCMPにより、上記第2の多結晶
シリコン膜および上記第2の二酸化シリコン膜を除去す
る工程と、上記第2の多結晶シリコン膜を熱酸化する工
程とを有している。Preferably, between the step of thermally oxidizing the polycrystalline silicon film left in the groove by the CMP and the step of sequentially removing the silicon nitride film and the pad oxide film by wet etching. , TEO
Forming a second silicon dioxide film over the entire surface by LPCVD using S as a raw material, and forming a second polycrystalline silicon film covering the surface of the second silicon dioxide film by LPCVD using silane as a raw material; Removing the second polycrystalline silicon film and the second silicon dioxide film by second CMP using the silicon nitride film as a stopper, and thermally oxidizing the second polycrystalline silicon film. have.
【0019】本発明の半導体装置の素子分離領域の形成
方法の第2の態様の特徴は、シリコン基板の表面にパッ
ド酸化膜と窒化シリコン膜とを順次形成し、この窒化シ
リコン膜とこのパッド酸化膜とを順次パターニングして
このシリコン基板の表面の素子形成予定領域にこれらの
パッド酸化膜と窒化シリコン膜との積層膜を残置し、異
方性ドライ・エッチングによりこれらの積層膜に自己整
合的にこのシリコン基板の表面の素子分離予定領域に溝
を形成する工程と、シランと酸素とを原料としてスパッ
タ用のバイアス・パワー密度が低い状態のもとでのHD
−PECVDによる二酸化シリコン膜の形成と、シラン
を原料としてスパッタ用のバイアス・パワー密度が低い
状態のもとでのHD−PECVDによりこの二酸化シリ
コン膜より膜厚の薄い非晶質シリコン膜の形成とを交互
に複数回繰り返して、全面を覆う第2の積層膜を形成す
る工程と、上記窒化シリコン膜をストッパとしたCMP
により、上記第2の積層膜を除去して、上記溝内にのみ
にこれらの第2の積層膜を残置する工程と、上記第2の
積層膜を構成する上記非晶質シリコン膜を熱酸化する工
程と、ウェット・エッチングにより、上記窒化シリコン
膜およびパッド酸化膜を順次除去する工程とを有するこ
とにある。A feature of the second aspect of the method for forming an element isolation region of a semiconductor device according to the present invention is that a pad oxide film and a silicon nitride film are sequentially formed on the surface of a silicon substrate, and the silicon nitride film and the pad oxide film are formed. The silicon oxide film and the silicon nitride film are sequentially patterned to leave a laminated film of the pad oxide film and the silicon nitride film in a region where a device is to be formed on the surface of the silicon substrate. Forming a groove in a device isolation region on the surface of the silicon substrate; and forming a HD with a low bias power density for sputtering using silane and oxygen as raw materials.
-Formation of a silicon dioxide film by PECVD and formation of an amorphous silicon film thinner than the silicon dioxide film by HD-PECVD under a condition of low bias power density for sputtering from silane. Alternately repeating a plurality of times to form a second laminated film covering the entire surface, and performing CMP using the silicon nitride film as a stopper.
Removing the second laminated film and leaving the second laminated film only in the groove, and thermally oxidizing the amorphous silicon film constituting the second laminated film. And a step of sequentially removing the silicon nitride film and the pad oxide film by wet etching.
【0020】好ましくは、上記CMPにより上記溝内に
残置された上記第2の積層膜の上記非晶質シリコン膜の
熱酸化する工程と、ウェット・エッチングにより上記窒
化シリコン膜およびパッド酸化膜を順次除去する工程と
の間に、シランと一酸化二窒素とを原料としたLPCV
Dにより、全面にHTO膜を形成する工程と、上記窒化
シリコン膜をストッパとした第2のCMPにより、上記
HTO膜を除去して、上記溝内にのみにこれらのHTO
膜を残置する工程とを有している。Preferably, the step of thermally oxidizing the amorphous silicon film of the second laminated film left in the groove by the CMP and the step of sequentially etching the silicon nitride film and the pad oxide film by wet etching. LPCV using silane and dinitrogen monoxide as raw materials during the removing step
D, forming the HTO film on the entire surface, and removing the HTO film by the second CMP using the silicon nitride film as a stopper, and leaving these HTO films only in the trenches.
Leaving the film.
【0021】[0021]
【発明の実施の形態】次に、本発明について図面を参照
して説明する。Next, the present invention will be described with reference to the drawings.
【0022】半導体装置の素子分離領域の形成工程の断
面模式図である図1および図2を参照すると、本発明の
第1の実施の形態の第1の実施例によるSTIの形成
は、以下のとおりになっている。Referring to FIGS. 1 and 2 which are schematic cross-sectional views of a step of forming an element isolation region of a semiconductor device, the formation of an STI according to the first example of the first embodiment of the present invention is as follows. It is as follows.
【0023】まず、所要導電型のシリコン基板101の
表面には、熱酸化により膜厚10nm程度のパッド酸化
膜102が形成され、さらに、CVDにより膜厚100
nm程度の窒化シリコン膜103が形成される。窒化シ
リコン膜103,パッド酸化膜102が順次パターニン
グされてシリコン基板101の表面の素子形成予定領域
にのみにパッド酸化膜102と窒化シリコン膜103と
の積層膜が残置される。異方性ドライ・エッチングによ
り、シリコン基板101の表面の素子分離予定領域に、
この積層膜に自己整合的に溝104が形成される。この
場合、この溝104の側面は、シリコン基板101の表
面に対して垂直になっている。この溝104の最小幅は
200nm程度であり、(シリコン基板101におけ
る)溝104の深さは300nm程度であり、溝104
のアスペクト比は1.5(上記積層膜を含めると2.
0)程度である。First, a pad oxide film 102 having a thickness of about 10 nm is formed on the surface of a silicon substrate 101 of a required conductivity type by thermal oxidation.
A silicon nitride film 103 of about nm is formed. The silicon nitride film 103 and the pad oxide film 102 are sequentially patterned so that a laminated film of the pad oxide film 102 and the silicon nitride film 103 is left only in a region where a device is to be formed on the surface of the silicon substrate 101. By anisotropic dry etching, a region to be element-isolated on the surface of the silicon substrate 101 is
A groove 104 is formed in the laminated film in a self-aligned manner. In this case, the side surface of the groove 104 is perpendicular to the surface of the silicon substrate 101. The minimum width of the groove 104 is about 200 nm, and the depth of the groove 104 (in the silicon substrate 101) is about 300 nm.
Has an aspect ratio of 1.5 (2.
0).
【0024】次に、成膜温度が700℃程度,圧力が9
3Pa程度,TEOSの流量が150sccm程度の条
件のもとでのLPCVDにより、全面に二酸化シリコン
膜121が形成される。このとき上記アスペクト比で
は、窒化シリコン膜103の側面近傍における二酸化シ
リコン膜121の段差被覆率は90%程度,溝104底
面での二酸化シリコン膜121の被覆率は70%程度と
なることから、溝104を覆う部分での二酸化シリコン
膜121には、窪みが形成される。窒化シリコン膜10
3の上面での二酸化シリコン膜121の膜厚は70nm
程度である。溝104の長て方向に直交する面におい
て、この窪みの最小空隙幅は74nm程度,最大空隙幅
は102nm程度になる。Next, the film formation temperature is about 700.degree.
A silicon dioxide film 121 is formed on the entire surface by LPCVD under the conditions of about 3 Pa and a flow rate of TEOS of about 150 sccm. At this time, in the above aspect ratio, the step coverage of the silicon dioxide film 121 near the side surface of the silicon nitride film 103 is about 90%, and the coverage of the silicon dioxide film 121 on the bottom of the groove 104 is about 70%. A dent is formed in the silicon dioxide film 121 in a portion covering 104. Silicon nitride film 10
The thickness of the silicon dioxide film 121 on the upper surface of No. 3 is 70 nm.
It is about. In a plane orthogonal to the longitudinal direction of the groove 104, the minimum gap width of this dent is about 74 nm, and the maximum gap width is about 102 nm.
【0025】本第1の実施の形態の本第1の実施例で
は、1.5×「二酸化シリコン膜121の窪みの最小空
隙幅」≧「二酸化シリコン膜121の窪みの最大空隙
幅」となることが好ましい。窒化シリコン膜103の上
面での二酸化シリコン膜121の膜厚は、この条件とこ
の成膜時の段差被覆率および底面被覆率とから設定され
る。段差被覆率および底面被覆率は、溝104のアスペ
クト比により一義的に定まるのではなく、溝104の最
小幅および深さにも依存した値になる。In the first example of the first embodiment, 1.5 × “minimum void width of the depression of the silicon dioxide film 121” ≧ “maximum void width of the depression of the silicon dioxide film 121”. Is preferred. The thickness of the silicon dioxide film 121 on the upper surface of the silicon nitride film 103 is set based on this condition and the step coverage and the bottom coverage at the time of this film formation. The step coverage and the bottom surface coverage are not uniquely determined by the aspect ratio of the groove 104, but take values depending on the minimum width and the depth of the groove 104.
【0026】続いて、同じLPCVD装置からシリコン
基板101を取り出すことなく、成膜温度が620℃程
度,圧力が13Pa程度,シランの流量が80sccm
程度の条件のもとでのLPCVDにより、全面に多結晶
シリコン膜122が形成される。この成膜条件のもとで
の多結晶シリコン膜122の成長は反応律速領域で行な
われることから、上記窪みをなす部分の二酸化シリコン
膜121の表面は概ね同じ膜厚の多結晶シリコン膜12
2により覆われる。この多結晶シリコン膜122の膜厚
は、上記窪みを除いた部分の二酸化シリコン膜121の
表面では50nm程度であり、窪みをなす部分での二酸
化シリコン膜121の表面では37nm程度である。こ
の場合、窪みを除いた部分の二酸化シリコン膜121の
表面を覆う多結晶シリコン膜122の膜厚が37nm以
上であるならば、この窪みの上端はこの多結晶シリコン
膜122により塞がれることとなる。多結晶シリコン膜
122に覆われた結果、窪みは鍵穴状のボイド151に
なる。このとき、溝104の長て方向に直交する面にお
けるボイド151の最大隙幅の値は、ボイド151を構
成する部分での多結晶シリコン膜122の膜厚の値より
小さくなっている〔図1(a)〕。Subsequently, without taking out the silicon substrate 101 from the same LPCVD apparatus, the film formation temperature is about 620 ° C., the pressure is about 13 Pa, and the flow rate of silane is 80 sccm.
A polycrystalline silicon film 122 is formed on the entire surface by LPCVD under such conditions. Since the growth of the polycrystalline silicon film 122 under these film forming conditions is performed in the reaction rate-determining region, the surface of the silicon dioxide film 121 in the above-mentioned concave portion has a substantially same thickness as the polycrystalline silicon film 12.
2 covered. The film thickness of the polycrystalline silicon film 122 is about 50 nm on the surface of the silicon dioxide film 121 excluding the above-mentioned depression, and is about 37 nm on the surface of the silicon dioxide film 121 in the part forming the depression. In this case, if the thickness of the polycrystalline silicon film 122 covering the surface of the silicon dioxide film 121 excluding the depression is 37 nm or more, the upper end of the depression is closed by the polycrystalline silicon film 122. Become. As a result of being covered with the polycrystalline silicon film 122, the depression becomes a keyhole-shaped void 151. At this time, the value of the maximum gap width of the void 151 in a plane orthogonal to the longitudinal direction of the groove 104 is smaller than the value of the film thickness of the polycrystalline silicon film 122 in a portion constituting the void 151 [FIG. (A)].
【0027】次に、窒化シリコン膜103をストッパに
して、シリコン基板101を覆う多結晶シリコン膜12
2,二酸化シリコン膜121に対して、12wt.%の
シリカを含だpH10.8前後のKOH系溶液を用いて
CMPが施される。このCMPにより、二酸化シリコン
膜121aと多結晶シリコン膜122aとが溝104を
覆う姿態を有して,溝104内に残置されれ、ボイド1
51の上端が開放されて窪み151aになる〔図1
(b)〕。このCMPでは、二酸化シリコン膜より多結
晶シリコン膜の方が研磨速度が高くなっている。しかし
ながらこの程度のpH(弱アルカリ性)では、多結晶シ
リコン膜はウェット・エッチングされない。続いて、稀
弗酸系の溶液による洗浄が行なわれる。本第1の実施の
形態の本第1の実施例では、上記第1の従来技術と相違
して、窪み151aの表面が多結晶シリコン膜122a
からなるため、この洗浄を施しても、窪み151aは広
がらない。Next, using the silicon nitride film 103 as a stopper, the polycrystalline silicon film 12 covering the silicon substrate 101 is formed.
2, 12 wt. CMP is performed using a KOH-based solution containing about 10.8% silica and having a pH of about 10.8. By this CMP, the silicon dioxide film 121a and the polycrystalline silicon film 122a are left in the groove 104 so as to cover the groove 104, and the void 1 is formed.
The upper end of 51 is opened to form a depression 151a [FIG.
(B)]. In this CMP, the polishing rate of the polycrystalline silicon film is higher than that of the silicon dioxide film. However, at this level of pH (weakly alkaline), the polycrystalline silicon film is not wet-etched. Subsequently, cleaning with a diluted hydrofluoric acid-based solution is performed. In the first example of the first embodiment, unlike the first prior art, the surface of the depression 151a is formed by a polycrystalline silicon film 122a.
Therefore, even if this cleaning is performed, the depression 151a does not spread.
【0028】次に、例えば1050℃程度のスチーム
(H2 O)による熱酸化が10分程度行なわれ、多結晶
シリコン膜122aの熱酸化と、二酸化シリコン膜12
1aの緻密化とがなされて、窪み151aが消滅し、溝
104は二酸化シリコン膜141により充填される〔図
1(c)〕。窪み151aが消滅する理由は、多結晶シ
リコン膜122aが熱酸化されると1.5倍の堆積の二
酸化シリコン膜になることと、ボイド151の部分に形
成されていた多結晶シリコン膜の膜厚がボイド151の
最大空隙幅以上であることとによる。この熱酸化では、
窪み151aに露出した面と二酸化シリコン膜121a
との界面とから多結晶シリコン膜122aに対して酸素
の供給が行なわれる。Next, thermal oxidation using steam (H 2 O) at, for example, about 1050 ° C. is performed for about 10 minutes to thermally oxidize the polycrystalline silicon film 122a and the silicon dioxide film 12a.
As the densification 1a is performed, the depression 151a disappears, and the groove 104 is filled with the silicon dioxide film 141 (FIG. 1C). The reason why the depression 151a disappears is that when the polycrystalline silicon film 122a is thermally oxidized, the polycrystalline silicon film 122a becomes a 1.5 times-deposited silicon dioxide film, and the film thickness of the polycrystalline silicon film formed in the void 151 portion. Is greater than or equal to the maximum void width of the void 151. In this thermal oxidation,
The surface exposed to the depression 151a and the silicon dioxide film 121a
Oxygen is supplied to polycrystalline silicon film 122a from the interface with.
【0029】この熱酸化の温度は、1000℃より高く
1200℃より低いことが好ましい。1000℃より高
い温度ではSiO2 分子が動きやすくなり、熱酸化され
た二酸化シリコンにストレスが蓄積されにくくなる。し
かしながら1200℃以上の温度で熱酸化を行なうと、
窒化シリコン膜103の軟化が生じて、素子形成領域の
区画が不明確になる。The temperature of this thermal oxidation is preferably higher than 1000 ° C. and lower than 1200 ° C. At a temperature higher than 1000 ° C., the SiO 2 molecules move easily, and stress is less likely to be accumulated in thermally oxidized silicon dioxide. However, when thermal oxidation is performed at a temperature of 1200 ° C. or more,
The softening of the silicon nitride film 103 occurs, and the division of the element formation region becomes unclear.
【0030】その後、熱燐酸を用いたウェット・エッチ
ングによる窒化シリコン膜103の除去と、緩衝弗酸を
用いたウェット・エッチングによるパッド酸化膜102
の除去とが行なわれる。この緩衝弗酸を用いたウェット
・エッチングにより二酸化シリコン膜141の表面をエ
ッチングされて二酸化シリコン膜111になり、これら
の二酸化シリコン膜111により溝104が充填された
STIが形成される〔図2〕。Thereafter, the silicon nitride film 103 is removed by wet etching using hot phosphoric acid, and the pad oxide film 102 is removed by wet etching using buffered hydrofluoric acid.
Is performed. The surface of silicon dioxide film 141 is etched by wet etching using buffered hydrofluoric acid to form silicon dioxide film 111, and STI in which trench 104 is filled with silicon dioxide film 111 is formed (FIG. 2). .
【0031】このように本第1の実施の形態の本第1の
実施例によれば、溝104を充填する二酸化シリコン膜
111は、窪みあるいは鍵穴状のボイドが存在しないよ
うに形成することが可能になる。このため、本第1の実
施例によるSTIでは、STIの表面上に形成される配
線の加工性と信頼性との確保が容易になり、さらに、半
導体装置の電気特性および信頼性の劣化の抑制も容易に
なる。なお本第1の実施例の説明に採用した各種の数値
は、上記数値に限定されるものではない。As described above, according to the first example of the first embodiment, the silicon dioxide film 111 filling the groove 104 can be formed such that no dent or keyhole-shaped void exists. Will be possible. Therefore, in the STI according to the first embodiment, it is easy to ensure the workability and reliability of the wiring formed on the surface of the STI, and furthermore, it is possible to suppress the deterioration of the electrical characteristics and the reliability of the semiconductor device. Will also be easier. The various numerical values adopted in the description of the first embodiment are not limited to the above numerical values.
【0032】本第1の実施の形態の上記第1の実施例で
は溝104の側面がシリコン基板101の表面に垂直で
あったが、本第1の実施の形態はこれに限定されるもの
ではない。Although the side surface of the groove 104 is perpendicular to the surface of the silicon substrate 101 in the first example of the first embodiment, the first embodiment is not limited to this. Absent.
【0033】半導体装置の素子分離領域の形成工程の断
面模式図である図3および図4を参照すると、本第1の
実施の形態の第2の実施例は、STIの溝の側面がシリ
コン基板の表面に対してテーパーを有し,溝の表面には
熱酸化膜が形成されている点において、本第1の実施の
形態の上記第1の実施例と相違している。本第2の実施
例によるSTIの形成は、以下のとおりになっている。Referring to FIGS. 3 and 4, which are schematic cross-sectional views of a step of forming an element isolation region of a semiconductor device, the second embodiment of the first embodiment is such that the side surface of the STI trench is a silicon substrate. This embodiment differs from the first embodiment of the first embodiment in that the surface of the groove has a taper and a thermal oxide film is formed on the surface of the groove. The formation of the STI according to the second embodiment is as follows.
【0034】まず、所要導電型のシリコン基板101の
表面には、熱酸化により膜厚10nm程度のパッド酸化
膜102が形成され、さらに、CVDにより膜厚100
nm程度の窒化シリコン膜103が形成される。フォト
レジスト膜パターン(図示せず)をマスクにした異方性
ドライ・エッチングにより、窒化シリコン膜103,パ
ッド酸化膜102が順次パターニングされて、シリコン
基板101の表面の素子形成予定領域にのみにパッド酸
化膜102と窒化シリコン膜103との積層膜が残置さ
れる。この積層膜の最小空隙幅は200nm程度であ
る。First, a pad oxide film 102 having a thickness of about 10 nm is formed on the surface of a silicon substrate 101 of a required conductivity type by thermal oxidation.
A silicon nitride film 103 of about nm is formed. The silicon nitride film 103 and the pad oxide film 102 are sequentially patterned by anisotropic dry etching using a photoresist film pattern (not shown) as a mask, and a pad is formed only in a region where a device is to be formed on the surface of the silicon substrate 101. A stacked film of the oxide film 102 and the silicon nitride film 103 is left. The minimum gap width of this laminated film is about 200 nm.
【0035】上記フォトレジスト膜パターンをマスクに
して、13Pa程度の圧力のもとで150sccm程度
の臭化水素(HBr)と40sccm程度の塩素(Cl
2 )と5sccm程度を酸素(O2 )とをエッチング・
ガスに用いた異方性エッチングにより、シリコン基板1
01がテーパー・エッチングされて、溝105が形成さ
れる。このときのテーパー角度は85°程度であり、溝
105の(シリコン基板101に設けられた部分の)深
さは300nm程度である。テーパー角度をさらに緩や
かにするには、酸素の流量比を高めればよい。なお、本
第2の実施例では、シリコン基板101の表面の素子形
成予定領域に残置される上記積層膜の形成のための異方
性エッチングはテーパー・エッチングを採用してない
が、これがテーパー・エッチングでもよい。この場合に
は、エッチング・ガス中に小量の流量の酸素を添加すれ
ばよい。Using the photoresist film pattern as a mask, about 150 sccm of hydrogen bromide (HBr) and about 40 sccm of chlorine (Cl) under a pressure of about 13 Pa.
2 ) Etch about 5 sccm with oxygen (O 2 )
Silicon substrate 1 is formed by anisotropic etching using gas.
01 is tapered etched to form a groove 105. At this time, the taper angle is about 85 °, and the depth of the groove 105 (the portion provided on the silicon substrate 101) is about 300 nm. To make the taper angle more gentle, the flow rate ratio of oxygen may be increased. In the second embodiment, the anisotropic etching for forming the laminated film left in the region where the element is to be formed on the surface of the silicon substrate 101 does not employ tapered etching. Etching may be used. In this case, a small amount of oxygen may be added to the etching gas.
【0036】次に、フォトレジスト膜パターンが除去さ
れる。例えば1100℃希釈酸素雰囲気で15分間程度
の熱酸化が行なわれて、溝105の表面には膜厚20n
m程度の二酸化シリコン膜108が形成される〔図3
(a)〕。この熱酸化の温度は、1050℃より高く1
200℃より低いことが好ましい。1050℃以下の温
度では窒化シリコン膜103(二酸化シリコン膜10
2)の側面直下近傍のシリコン基板101の酸化が抑制
されやすくなり、素子形成領域の区画が不明確になる。
この場合、特に、MOSトランジスタを含でなる半導体
装置では、電気特性に不具合が生じやすくなる。Next, the photoresist film pattern is removed. For example, thermal oxidation is performed for about 15 minutes in a diluted oxygen atmosphere at 1100 ° C.
m of silicon dioxide film 108 is formed [FIG.
(A)]. The temperature of this thermal oxidation is higher than 1050 ° C. and 1
Preferably it is lower than 200 ° C. At a temperature of 1050 ° C. or less, the silicon nitride film 103 (the silicon dioxide film 10
Oxidation of the silicon substrate 101 immediately below the side face in 2) is easily suppressed, and the division of the element formation region becomes unclear.
In this case, in particular, in a semiconductor device including a MOS transistor, a problem easily occurs in electrical characteristics.
【0037】次に、上記第1の実施例と同じ成膜条件の
もとに、二酸化シリコン膜123と多結晶シリコン膜1
24とが順次全面に形成される。窒化シリコン膜103
の上面でのこの二酸化シリコン膜123の膜厚は例えば
100nm程度であり、この二酸化シリコン膜123も
窪みを有した姿態で溝105の表面を覆っている。溝1
05の底部を覆う部分でのこの二酸化シリコン膜123
の膜厚は70nm程度である。この窪みの形状は、上記
第1の実施例における二酸化シリコン膜121の窪みと
相違して、溝105の底部近傍では底部に向うにしたが
って空隙幅が狭くなる。上記積層膜の側面での二酸化シ
リコン膜123の最小空隙幅は20nm程度になってい
る。(窒化シリコン膜103の上面を覆う部分におけ
る)二酸化シリコン膜123を覆う部分での多結晶シリ
コン膜124の膜厚は20nm程度であり、上記二酸化
シリコン膜123による窪みを覆う部分での多結晶シリ
コン膜124の平均膜厚は10nm程度である。この多
結晶シリコン膜124により二酸化シリコン膜123に
よる窪みの上端は塞がれることになり、溝105を充填
する部分での多結晶シリコン膜124には鍵穴状のボイ
ド152が形成される〔図3(b)〕。Next, the silicon dioxide film 123 and the polycrystalline silicon film 1 are formed under the same film forming conditions as in the first embodiment.
24 are sequentially formed on the entire surface. Silicon nitride film 103
The silicon dioxide film 123 on the upper surface has a thickness of, for example, about 100 nm, and the silicon dioxide film 123 also covers the surface of the groove 105 in a form having a depression. Groove 1
The silicon dioxide film 123 in a portion covering the bottom of the silicon dioxide film 123
Has a thickness of about 70 nm. The shape of the depression is different from the depression of the silicon dioxide film 121 in the first embodiment, and the gap width becomes smaller near the bottom of the groove 105 toward the bottom. The minimum gap width of the silicon dioxide film 123 on the side surface of the laminated film is about 20 nm. The thickness of the polycrystalline silicon film 124 at the portion covering the silicon dioxide film 123 (at the portion covering the upper surface of the silicon nitride film 103) is about 20 nm, and the polycrystalline silicon at the portion covering the depression by the silicon dioxide film 123 is provided. The average thickness of the film 124 is about 10 nm. The upper end of the depression formed by the silicon dioxide film 123 is closed by the polycrystalline silicon film 124, and a keyhole-shaped void 152 is formed in the polycrystalline silicon film 124 at a portion filling the groove 105 [FIG. (B)].
【0038】続いて、上記第1の実施例と同じ条件のも
とにCMPが施されて、溝105内にのみに二酸化シリ
コン膜123aと多結晶シリコン膜124aとが残置さ
れる。このCMPによって、ボイド152は窪み152
aになる〔図3(c)〕。Subsequently, CMP is performed under the same conditions as in the first embodiment, and the silicon dioxide film 123a and the polycrystalline silicon film 124a are left only in the trench 105. By this CMP, the void 152 is formed in the depression 152.
a (FIG. 3C).
【0039】次に、上記第1の実施例と同様に、稀弗酸
系の溶液による洗浄が行なわれる。続いて、例えば10
50℃程度のスチームによる熱酸化が10分程度行なわ
れ、多結晶シリコン膜124aの熱酸化と、二酸化シリ
コン膜123aの緻密化とがなされて、窪み152aが
消滅し、溝105は二酸化シリコン膜142により充填
される〔図4(a)〕。Next, similarly to the first embodiment, cleaning with a dilute hydrofluoric acid-based solution is performed. Then, for example, 10
The thermal oxidation by steam at about 50 ° C. is performed for about 10 minutes, the thermal oxidation of the polycrystalline silicon film 124a and the densification of the silicon dioxide film 123a are performed, the depression 152a disappears, and the trench 105 becomes the silicon dioxide film 142. [FIG. 4A].
【0040】その後、上記第1の実施例と同様に、熱燐
酸を用いたウェット・エッチングによる窒化シリコン膜
103の除去と、緩衝弗酸を用いたウェット・エッチン
グによるパッド酸化膜102の除去とが行なわれる。こ
の緩衝弗酸を用いたウェット・エッチングにより二酸化
シリコン膜142の表面がエッチングされてなる二酸化
シリコン膜112により、溝105が充填されたSTI
が形成される〔図4(b)〕。Thereafter, similarly to the first embodiment, the removal of the silicon nitride film 103 by wet etching using hot phosphoric acid and the removal of the pad oxide film 102 by wet etching using buffered hydrofluoric acid are performed. Done. STI in which trench 105 is filled with silicon dioxide film 112 formed by etching the surface of silicon dioxide film 142 by wet etching using buffered hydrofluoric acid
Is formed [FIG. 4 (b)].
【0041】本第1の実施の形態の本第2の実施例は、
本第1の実施の形態の上記第1の実施例の有した効果を
有している。さらに本第2の実施例では、溝105の形
成にテーパー・エッチングを採用したことにより、上記
第1の実施例に比べて、二酸化シリコン膜123(およ
び多結晶シリコン膜124)の膜厚設定に対する制約条
件は緩和される。なお、本第2の実施例の説明に採用し
た各種の数値は、上記数値に限定されるものではない。The second example of the first embodiment is as follows.
The second embodiment has the same advantages as the first embodiment of the first embodiment. Further, in the second embodiment, since the taper etching is used for forming the groove 105, the thickness of the silicon dioxide film 123 (and the polycrystalline silicon film 124) is set smaller than that in the first embodiment. Constraints are relaxed. Note that the various numerical values adopted in the description of the second embodiment are not limited to the above numerical values.
【0042】上記第1の実施の形態では、溝の最小幅は
1種類であった。本発明の第2の実施の形態によるST
Iの形成方法は、上記第1の実施の形態における第1の
溝の他に最小幅がこれより広い値を有した第2の溝が存
在する場合におけるSTIの形成方法の一例である。In the first embodiment, the minimum width of the groove is one. ST according to the second embodiment of the present invention
The method of forming I is an example of the method of forming STI in the case where there is a second groove having a wider minimum width than the first groove in the first embodiment.
【0043】半導体装置の素子分離領域の形成工程の断
面模式図である図5,図6および図7を参照すると、本
発明の第2の実施の形態の一実施例によるSTIの形成
方法は、以下のとおりになっている。Referring to FIGS. 5, 6, and 7, which are schematic cross-sectional views of a step of forming an element isolation region of a semiconductor device, a method of forming an STI according to an example of the second embodiment of the present invention is as follows. It is as follows.
【0044】まず、所要導電型のシリコン基板201の
表面には、熱酸化により膜厚10nm程度のパッド酸化
膜202が形成され、さらに、CVDにより膜厚100
nm程度の窒化シリコン膜203が形成される。フォト
レジスト膜パターン(図示せず)をマスクにした異方性
ドライ・エッチングにより、窒化シリコン膜203,パ
ッド酸化膜202が順次パターニングされて、シリコン
基板201の表面の素子形成予定領域にのみにパッド酸
化膜202と窒化シリコン膜203との積層膜が残置さ
れる。この積層膜の最小空隙幅は、200nm程度のも
のと500nm程度のものとの2種類のものが存在す
る。First, a pad oxide film 202 having a thickness of about 10 nm is formed on the surface of a silicon substrate 201 of a required conductivity type by thermal oxidation.
A silicon nitride film 203 of about nm is formed. The silicon nitride film 203 and the pad oxide film 202 are sequentially patterned by anisotropic dry etching using a photoresist film pattern (not shown) as a mask, and a pad is formed only in a region where a device is to be formed on the surface of the silicon substrate 201. A stacked film of the oxide film 202 and the silicon nitride film 203 is left. There are two types of minimum gap widths of the laminated film, about 200 nm and about 500 nm.
【0045】上記フォトレジスト膜パターンをマスクに
して、上記第1の実施の形態の上記第2の実施例と同様
の条件でのシリコン基板201のテーパー・エッチング
が行なわれて、上記積層膜の最小空隙幅が200nm程
度の部分および最小空隙幅が500nm程度の部分に
は、それぞれ溝205および溝206が形成される。こ
のときのテーパー角度はそれぞれ85°程度であり、溝
205,206の(シリコン基板201に設けられた部
分の)深さはそれぞれ300nm程度である。フォトレ
ジスト膜パターンが除去された後、例えば1100℃の
希釈酸素雰囲気で15分間程度の熱酸化が行なわれて、
溝205,206の表面には膜厚20nm程度の二酸化
シリコン膜208がそれぞれ形成される。Using the photoresist film pattern as a mask, the silicon substrate 201 is subjected to taper etching under the same conditions as in the second embodiment of the first embodiment, and Grooves 205 and 206 are formed in a portion having a gap width of about 200 nm and a portion having a minimum gap width of about 500 nm, respectively. At this time, the taper angles are about 85 °, and the depths of the grooves 205 and 206 (portions provided on the silicon substrate 201) are about 300 nm. After the photoresist film pattern is removed, thermal oxidation is performed for about 15 minutes in a diluted oxygen atmosphere at 1100 ° C., for example.
A silicon dioxide film 208 having a thickness of about 20 nm is formed on the surfaces of the grooves 205 and 206, respectively.
【0046】次に、上記第1の実施の形態の上記第1の
実施例と同じ成膜条件のもとに、二酸化シリコン膜22
1と多結晶シリコン膜222とが順次全面に形成され
る。窒化シリコン膜203の上面におけるこの二酸化シ
リコン膜221の膜厚は例えば100nm程度であり、
この二酸化シリコン膜221も窪みを有した姿態で溝2
05および溝206の表面を覆っている。溝205の底
部を覆う部分でのこの二酸化シリコン膜221の膜厚は
70nm程度である。(窒化シリコン膜203の上面を
覆う部分において)二酸化シリコン膜221を覆う部分
での多結晶シリコン膜222の膜厚は20nm程度であ
り、溝205における上記二酸化シリコン膜221によ
る窪みを覆う部分での多結晶シリコン膜222の平均膜
厚は10nm程度である。溝205の部分では、この多
結晶シリコン膜222により二酸化シリコン膜221に
よる窪みの上端は塞がれることになり、溝205を充填
する部分での多結晶シリコン膜222には鍵穴状のボイ
ド252が形成される。溝206における二酸化シリコ
ン膜221の窪みを覆う部分での多結晶シリコン膜22
2の膜厚は20nm程度であり、この部分では多結晶シ
リコン膜222が露出面となる窪み256が形成される
ことになる〔図5(a)〕。Next, the silicon dioxide film 22 is formed under the same film forming conditions as in the first embodiment of the first embodiment.
1 and a polycrystalline silicon film 222 are sequentially formed on the entire surface. The thickness of the silicon dioxide film 221 on the upper surface of the silicon nitride film 203 is, for example, about 100 nm.
This silicon dioxide film 221 also has a recess 2
05 and the surface of the groove 206. The thickness of the silicon dioxide film 221 at the portion covering the bottom of the groove 205 is about 70 nm. The thickness of the polycrystalline silicon film 222 at the portion covering the silicon dioxide film 221 (at the portion covering the upper surface of the silicon nitride film 203) is about 20 nm, and at the portion covering the depression in the trench 205 due to the silicon dioxide film 221. The average thickness of the polycrystalline silicon film 222 is about 10 nm. In the groove 205, the upper end of the depression formed by the silicon dioxide film 221 is closed by the polycrystalline silicon film 222, and a keyhole-shaped void 252 is formed in the polycrystalline silicon film 222 in the portion filling the groove 205. It is formed. Polycrystalline silicon film 22 at a portion covering a depression of silicon dioxide film 221 in groove 206
The film thickness of No. 2 is about 20 nm, and a dent 256 is formed at this portion where the polycrystalline silicon film 222 is exposed (FIG. 5A).
【0047】続いて、上記第1の実施の形態の上記第1
の実施例と同じ条件のもとにCMPが施されて、溝20
5内には二酸化シリコン膜221aと多結晶シリコン膜
222aとが残置され、溝206内には二酸化シリコン
膜221bと多結晶シリコン膜222bとが残置され
る。このCMPによって、ボイド252は窪み252a
になり、窪み256は窪み256aになる〔図5
(b)〕。Subsequently, the first embodiment of the first embodiment is described.
CMP is performed under the same conditions as in the embodiment of FIG.
5, the silicon dioxide film 221a and the polycrystalline silicon film 222a are left, and the trench 206 is left with the silicon dioxide film 221b and the polycrystalline silicon film 222b. Due to this CMP, the void 252 becomes a depression 252a.
And the depression 256 becomes the depression 256a [FIG.
(B)].
【0048】次に、稀弗酸系の溶液による洗浄が行なわ
れる。続いて、上記第1の実施の形態の上記第1の実施
例と同様に、例えば1050℃程度のスチームによる熱
酸化が10分程度行なわれ、多結晶シリコン膜222
a,222bの熱酸化と、二酸化シリコン膜221a,
221bの緻密化とがなされて、窪み252a,256
aが消滅し、溝205および溝206はそれぞれ二酸化
シリコン膜242aおよび二酸化シリコン膜242bに
より充填される〔図5(c)〕。Next, cleaning with a dilute hydrofluoric acid-based solution is performed. Subsequently, similarly to the first example of the first embodiment, thermal oxidation using steam at about 1050 ° C. is performed for about 10 minutes, and the polycrystalline silicon film 222 is formed.
a, 222b, and a silicon dioxide film 221a,
221b is densified, and the depressions 252a, 256
a disappears, and the trench 205 and the trench 206 are filled with the silicon dioxide film 242a and the silicon dioxide film 242b, respectively (FIG. 5C).
【0049】その後、さらにLPCVDにより、(窒化
シリコン膜203上面上での)膜厚が150nm程度の
二酸化シリコン膜223と、(窒化シリコン膜203上
面上での)膜厚が30nm程度の多結晶シリコン膜22
4とが、順次全面に形成される。溝205を覆う部分で
の多結晶シリコン膜224には窪みは形成されるものの
ボイドは形成されない。一方、溝206を覆う部分で
は、多結晶シリコン膜224には鍵穴状のボイド255
が形成される〔図6(a)〕。Thereafter, a silicon dioxide film 223 having a thickness of about 150 nm (on the upper surface of the silicon nitride film 203) and a polycrystalline silicon film having a thickness of about 30 nm (on the upper surface of the silicon nitride film 203) are further formed by LPCVD. Membrane 22
4 are sequentially formed on the entire surface. Although a depression is formed in the polycrystalline silicon film 224 in a portion covering the groove 205, no void is formed. On the other hand, in the portion covering the groove 206, the keyhole-shaped void 255 is formed in the polycrystalline silicon film 224.
Is formed [FIG. 6 (a)].
【0050】次に、第2のCMPが施される。溝205
を充填する二酸化シリコン膜242aの上部には、これ
を覆う姿態を有した二酸化シリコン膜223aが残置す
る。溝206を充填する二酸化シリコン膜242bの上
部にはこれを覆う姿態を有した二酸化シリコン膜223
bが残置し、さらに二酸化シリコン膜223bによる窪
みにはボイド255を有した姿態で多結晶シリコン膜2
24bが残置する〔図6(b)〕。Next, a second CMP is performed. Groove 205
A silicon dioxide film 223a having a shape covering the silicon dioxide film 242a is left above the silicon dioxide film 242a filling the silicon dioxide film. A silicon dioxide film 223 having a shape covering the silicon dioxide film 242b filling the groove 206 is formed on the silicon dioxide film 242b.
b remains, and the polycrystalline silicon film 2 has a void 255 in the recess formed by the silicon dioxide film 223b.
24b are left [FIG. 6 (b)].
【0051】稀弗酸系の溶液による洗浄が行なわれた
後、例えば1050℃程度のスチームによる熱酸化が1
0分程度行なわれて、多結晶シリコン膜224bの熱酸
化と二酸化シリコン膜223a,223bの緻密化とが
行なわる。その結果、溝205は二酸化シリコン膜24
3aにより充填され、溝206は二酸化シリコン膜24
3bにより充填されることになる〔図6(c)〕。After cleaning with a dilute hydrofluoric acid solution, thermal oxidation with steam at about 1050 ° C.
After about 0 minute, thermal oxidation of the polycrystalline silicon film 224b and densification of the silicon dioxide films 223a and 223b are performed. As a result, the groove 205 is formed in the silicon dioxide film 24.
3a, and the groove 206 is filled with the silicon dioxide film 24.
3b (FIG. 6 (c)).
【0052】その後、上記第1の実施の形態の上記第1
の実施例と同様に、熱燐酸を用いたウェット・エッチン
グによる窒化シリコン膜203の除去と、緩衝弗酸を用
いたウェット・エッチングによるパッド酸化膜202の
除去とが行なわれる。この緩衝弗酸を用いたウェット・
エッチングにより二酸化シリコン膜243a,243b
の表面もエッチングされて二酸化シリコン膜212a,
212bになり、これらの二酸化シリコン膜212a,
212bにより溝205,206が充填されたSTIが
形成される〔図7〕。Thereafter, the first embodiment of the first embodiment is described.
In the same manner as in the third embodiment, removal of the silicon nitride film 203 by wet etching using hot phosphoric acid and removal of the pad oxide film 202 by wet etching using buffered hydrofluoric acid are performed. Wet using this buffered hydrofluoric acid
The silicon dioxide films 243a and 243b are etched.
Is also etched to form a silicon dioxide film 212a,
212b, these silicon dioxide films 212a,
The STI filled with the grooves 205 and 206 is formed by 212b (FIG. 7).
【0053】本第2の実施の形態の本一実施例は、上記
第1の実施の形態の上記第1の実施例の有した効果と同
等の効果を有している。なお、本一実施例の説明に採用
した各種の数値は、上記数値に限定されるものではな
い。The present example of the second embodiment has the same effect as that of the first example of the first embodiment. Note that the various numerical values adopted in the description of the present embodiment are not limited to the above numerical values.
【0054】上記第1,第2の実施の形態では、シリコ
ン基板に設けられた溝を覆う二酸化シリコン膜と多結晶
シリコン膜との形成にLPCVDが採用された。このと
き、二酸化シリコン膜の形成にはTEOSを原料とし、
多結晶シリコン膜の形成にはシランと酸素との原料とし
て用いた。In the first and second embodiments, LPCVD is used for forming a silicon dioxide film and a polycrystalline silicon film which cover a groove provided in a silicon substrate. At this time, TEOS is used as a material for forming the silicon dioxide film,
The polycrystalline silicon film was used as a source of silane and oxygen.
【0055】本発明の第3の実施の形態によるSTIの
形成方法では、溝を覆う膜として、HD−PECVDに
より二酸化シリコン膜と非晶質シリコン膜とを交互に複
数回繰り返して形成している。本第3の実施の形態で
は、二酸化シリコン膜と非晶質シリコン膜とが交互に積
層してなる積層膜の形成において、酸素の流通,遮断は
必要であるが、シランとTEOSとの(原料ガスの)切
り換え,成膜温度の変更等は不要になる。In the method of forming an STI according to the third embodiment of the present invention, a silicon dioxide film and an amorphous silicon film are alternately formed a plurality of times by HD-PECVD as a film covering a groove. . In the third embodiment, in the formation of a laminated film in which a silicon dioxide film and an amorphous silicon film are alternately laminated, it is necessary to flow and shut off oxygen. It is not necessary to switch the gas and change the film forming temperature.
【0056】半導体装置の素子分離領域の形成工程の断
面模式図である図8および図9を参照すると、本発明の
第3の実施の形態の第1の実施例によるSTIの形成方
法は、以下のとおりになっている。Referring to FIGS. 8 and 9, which are schematic cross-sectional views of a step of forming an element isolation region of a semiconductor device, the method of forming an STI according to the first example of the third embodiment of the present invention is as follows. It is as follows.
【0057】まず、所要導電型のシリコン基板301の
表面には、熱酸化により膜厚10nm程度のパッド酸化
膜302が形成され、さらに、CVDにより膜厚100
nm程度の窒化シリコン膜303が形成される。フォト
レジスト膜パターン(図示せず)をマスクにした異方性
ドライ・エッチングにより、窒化シリコン膜303,パ
ッド酸化膜302が順次パターニングされて、シリコン
基板301の表面の素子形成予定領域にのみにパッド酸
化膜302と窒化シリコン膜303との積層膜が残置さ
れる。この積層膜の最小空隙幅は、200nm程度のも
のと500nm程度のものとの2種類のものが存在す
る。First, a pad oxide film 302 having a thickness of about 10 nm is formed on the surface of a silicon substrate 301 of a required conductivity type by thermal oxidation.
A silicon nitride film 303 of about nm is formed. The silicon nitride film 303 and the pad oxide film 302 are sequentially patterned by anisotropic dry etching using a photoresist film pattern (not shown) as a mask, and a pad is formed only in a region where a device is to be formed on the surface of the silicon substrate 301. A stacked film of the oxide film 302 and the silicon nitride film 303 is left. There are two types of minimum gap widths of the laminated film, about 200 nm and about 500 nm.
【0058】上記フォトレジスト膜パターンをマスクに
して、上記第1の実施の形態の上記第2の実施例と同様
の条件でのシリコン基板301のテーパー・エッチング
が行なわれて、上記積層膜の最小空隙幅が200nm程
度の部分および最小空隙幅が500nm程度の部分に
は、それぞれ溝305および溝306が形成される。こ
のときのテーパー角度はそれぞれ85°程度であり、溝
305,306の(シリコン基板301に設けられた部
分の)深さはそれぞれ300nm程度である。フォトレ
ジスト膜パターンが除去された後、例えば1100℃の
希釈酸素雰囲気で15分間程度の熱酸化が行なわれて、
溝305,306の表面には膜厚20nm程度の二酸化
シリコン膜308がそれぞれ形成される。Using the photoresist film pattern as a mask, the silicon substrate 301 is subjected to taper etching under the same conditions as in the second example of the first embodiment, and the minimum thickness of the laminated film is reduced. Grooves 305 and 306 are formed in a portion having a gap width of about 200 nm and a portion having a minimum gap width of about 500 nm, respectively. At this time, the taper angles are about 85 °, and the depths of the grooves 305 and 306 (portions provided on the silicon substrate 301) are each about 300 nm. After the photoresist film pattern is removed, thermal oxidation is performed for about 15 minutes in a diluted oxygen atmosphere at 1100 ° C., for example.
A silicon dioxide film 308 having a thickness of about 20 nm is formed on the surfaces of the grooves 305 and 306, respectively.
【0059】続いて、例えば電子サイクロトロン共鳴を
利用したHD−PECVDにより、二酸化シリコン膜3
21,非晶質シリコン膜322,二酸化シリコン膜32
3,非晶質シリコン膜324,二酸化シリコン膜32
5,非晶質シリコン膜326,二酸化シリコン膜32
7,非晶質シリコン膜328,二酸化シリコン膜32
9,非晶質シリコン膜330,二酸化シリコン膜331
および非晶質シリコン膜332が連続的(かつシーケン
シャル)に全面に形成される。二酸化シリコン膜32
1,323,325,327,329,331の膜厚は
それぞれ40nm程度であり、非晶質シリコン膜32
2,324,326,328,330,332の膜厚は
それぞれ10nm程度である。Subsequently, the silicon dioxide film 3 is formed by, for example, HD-PECVD utilizing electron cyclotron resonance.
21, amorphous silicon film 322, silicon dioxide film 32
3, amorphous silicon film 324, silicon dioxide film 32
5, amorphous silicon film 326, silicon dioxide film 32
7, amorphous silicon film 328, silicon dioxide film 32
9, amorphous silicon film 330, silicon dioxide film 331
An amorphous silicon film 332 is formed continuously (and sequentially) on the entire surface. Silicon dioxide film 32
1, 323, 325, 327, 329, and 331 each have a thickness of about 40 nm.
The thickness of each of 2,324,326,328,330,332 is about 10 nm.
【0060】溝305は二酸化シリコン膜321,非晶
質シリコン膜322,二酸化シリコン膜323および非
晶質シリコン膜324により充填されており、溝305
には非晶質シリコン膜324による鍵穴状のボイド35
2が形成されている。溝306は二酸化シリコン膜32
1,非晶質シリコン膜322,二酸化シリコン膜32
3,非晶質シリコン膜324,二酸化シリコン膜32
5,非晶質シリコン膜326,二酸化シリコン膜32
7,非晶質シリコン膜328,二酸化シリコン膜329
および非晶質シリコン膜330により充填されており、
溝306には非晶質シリコン膜330による鍵穴状のボ
イド353が形成されている〔図8(a)〕。The groove 305 is filled with a silicon dioxide film 321, an amorphous silicon film 322, a silicon dioxide film 323, and an amorphous silicon film 324.
The keyhole-shaped void 35 made of the amorphous silicon film 324
2 are formed. The groove 306 is a silicon dioxide film 32
1, amorphous silicon film 322, silicon dioxide film 32
3, amorphous silicon film 324, silicon dioxide film 32
5, amorphous silicon film 326, silicon dioxide film 32
7, amorphous silicon film 328, silicon dioxide film 329
And an amorphous silicon film 330,
A keyhole-shaped void 353 is formed in the groove 306 by the amorphous silicon film 330 (FIG. 8A).
【0061】二酸化シリコン膜321等の成膜条件は、
次のとおりになっている。圧力は0.1Pa台,プラズ
マ・パワー密度は1W/cm2 〜5W/cm2 程度,ア
ルゴン・スパッタ用のバイアス・パワー密度は1.5W
/cm2 程度未満,シランおよび酸素の流量は12sc
cmおよび30sccm程度である。この条件は、通常
のHD−PECVDによる二酸化シリコン膜の形成条件
に比べて、アルゴン・スパッタのためのバイアス・パワ
ー密度が低く,シランおよび酸素の流量が1/4程度に
低減してある。バイアス・パワー密度を低くするのはシ
リコン基板301に加わるダメージを低くするためであ
り、シランおよび酸素の流量を低減するのは50nm程
度の二酸化シリコンマ膜を制御性よく形成するためであ
る。非晶質シリコン膜322等の形成時には、酸素を遮
断する以外は上記条件と同じである。The conditions for forming the silicon dioxide film 321 and the like are as follows:
It is as follows. 0.1Pa base pressure, plasma power density 1W / cm 2 ~5W / cm 2 or so, the bias power density for argon sputtering 1.5W
/ Cm 2 , flow rate of silane and oxygen is 12 sc
cm and 30 sccm. Under these conditions, the bias power density for argon sputtering is lower and the flow rates of silane and oxygen are reduced to about 1/4 as compared with the conditions for forming a silicon dioxide film by ordinary HD-PECVD. The reason why the bias power density is lowered is to reduce damage to the silicon substrate 301, and the flow rate of silane and oxygen is reduced to form a silicon dioxide film of about 50 nm with good controllability. At the time of forming the amorphous silicon film 322 and the like, the above conditions are the same except that oxygen is cut off.
【0062】続いて、上記第1の実施の形態の上記第1
の実施例と同じ条件のもとにCMPが施される。これに
より、溝305内には二酸化シリコン膜321a,非晶
質シリコン膜322a,二酸化シリコン膜323aおよ
び非晶質シリコン膜324aが残置され、ボイド352
は窪み352aになる。溝306内には二酸化シリコン
膜321b,非晶質シリコン膜322b,二酸化シリコ
ン膜323b,非晶質シリコン膜324b,二酸化シリ
コン膜325b,非晶質シリコン膜326b,二酸化シ
リコン膜327b,非晶質シリコン膜328b,二酸化
シリコン膜329bおよび非晶質シリコン膜330bが
残置され、ボイド353は窪み353aになる〔図8
(b)〕。Subsequently, the first embodiment of the first embodiment is described.
CMP is performed under the same conditions as those of the embodiment. As a result, the silicon dioxide film 321a, the amorphous silicon film 322a, the silicon dioxide film 323a, and the amorphous silicon film 324a are left in the trench 305, and the void 352 is formed.
Becomes the depression 352a. In the groove 306, the silicon dioxide film 321b, the amorphous silicon film 322b, the silicon dioxide film 323b, the amorphous silicon film 324b, the silicon dioxide film 325b, the amorphous silicon film 326b, the silicon dioxide film 327b, and the amorphous silicon The film 328b, the silicon dioxide film 329b, and the amorphous silicon film 330b are left, and the void 353 becomes a depression 353a [FIG.
(B)].
【0063】稀弗酸系の溶液による洗浄が行なわれた
後、例えば1050℃程度のスチームによる熱酸化が1
0分程度行なわれて、非晶質シリコン膜322a,32
2b等の熱酸化と、二酸化シリコン膜321a,321
b等の緻密化とが行なわる。その結果、溝305は二酸
化シリコン膜342aにより充填され、溝306は二酸
化シリコン膜342bにより充填されることになる〔図
9(a)〕。After cleaning with a diluted hydrofluoric acid solution, thermal oxidation with steam at about 1050 ° C.
This is performed for about 0 minutes, and the amorphous silicon films 322a, 322
2b and the like, and silicon dioxide films 321a, 321
b etc. are performed. As a result, the trench 305 is filled with the silicon dioxide film 342a, and the trench 306 is filled with the silicon dioxide film 342b (FIG. 9A).
【0064】なお、ボイド352,353の表面が二酸
化シリコン膜からなる場合もあるが、上記稀弗酸系の溶
液による洗浄の後には窪み352a,353aの表面は
非晶質シリコン膜からなる。Although the surfaces of the voids 352 and 353 may be made of a silicon dioxide film, the surfaces of the depressions 352a and 353a are made of an amorphous silicon film after the cleaning with the dilute hydrofluoric acid-based solution.
【0065】その後、上記第1の実施の形態の上記第1
の実施例と同様に、熱燐酸を用いたウェット・エッチン
グによる窒化シリコン膜303の除去と、緩衝弗酸を用
いたウェット・エッチングによるパッド酸化膜302の
除去とが行なわれる。この緩衝弗酸を用いたウェット・
エッチングにより二酸化シリコン膜342a,342b
の表面もエッチングされて二酸化シリコン膜312a,
312bになり、これらの二酸化シリコン膜312a,
312bにより溝305,306が充填されたSTIが
形成される〔図9(b)〕。Thereafter, the first embodiment of the first embodiment is described.
Similarly to the embodiment, removal of the silicon nitride film 303 by wet etching using hot phosphoric acid and removal of the pad oxide film 302 by wet etching using buffered hydrofluoric acid are performed. Wet using this buffered hydrofluoric acid
The silicon dioxide films 342a and 342b are etched by etching.
Is also etched to form a silicon dioxide film 312a,
312b, and these silicon dioxide films 312a,
The STI filled with the grooves 305 and 306 is formed by 312b [FIG. 9B].
【0066】本第3の実施の形態の本第1の実施例は、
上記第1,第2の実施の形態の有した効果と同等の効果
を有している。さらに本第1の実施例は、上記第1,第
2の実施の形態に比べて、溝を覆う二酸化シリコン膜と
シリコン膜との形成が効率的に行なえる。なお、本第1
の実施例の説明に採用した各種の数値は、上記数値に限
定されるものではない。The first example of the third embodiment is as follows.
The second embodiment has the same effects as those of the first and second embodiments. Further, in the first embodiment, a silicon dioxide film and a silicon film covering the trench can be formed more efficiently than in the first and second embodiments. Note that the first
Various numerical values adopted in the description of the embodiment are not limited to the above numerical values.
【0067】本第3の実施の形態の技術思想の応用とし
て、非晶質シリコン膜の代りにシリコン・リッチな酸化
シリコン膜を採用してもよい。また、HD−PECVD
の代りにLPCVDを採用して、(シランと一酸化二窒
素(N2 O)とを原料とした)HTO膜と、LPCVD
による多結晶シリコン膜(もしくはシリコン・リッチな
酸化シリコン膜)とをシーケンシャルに連続的に成膜し
てもよい。As an application of the technical idea of the third embodiment, a silicon-rich silicon oxide film may be employed instead of the amorphous silicon film. HD-PECVD
HTO film (using silane and dinitrogen monoxide (N 2 O) as raw materials) and LPCVD
And a polycrystalline silicon film (or a silicon-rich silicon oxide film) may be sequentially and continuously formed.
【0068】半導体装置の素子分離領域の形成工程の断
面模式図である図10を参照すると、本第3の実施の形
態の第2の実施例によるSTIは、溝305,306を
充填する二酸化シリコン膜342a,342bの形成ま
では本第3の実施の形態の上記第1の実施例と同様に形
成される。Referring to FIG. 10, which is a schematic cross-sectional view of a step of forming an element isolation region of a semiconductor device, an STI according to a second example of the third embodiment is formed by silicon dioxide filling trenches 305 and 306. The films up to the formation of the films 342a and 342b are formed in the same manner as in the first example of the third embodiment.
【0069】その後、シランと一酸化二窒素とを原料と
したLPCVDにより、全面に膜厚100nm程度の二
酸化シリコン膜343が形成される。なお、TEOSを
原料としたLPCVDに比べて、この二酸化シリコン膜
343の段差被覆性は劣るため、溝305上において、
二酸化シリコン膜343にはボイド354が形成される
こともある〔図10(a)〕。Thereafter, a silicon dioxide film 343 having a thickness of about 100 nm is formed on the entire surface by LPCVD using silane and dinitrogen monoxide as raw materials. Since the step coverage of the silicon dioxide film 343 is inferior to that of LPCVD using TEOS as a raw material,
A void 354 may be formed in the silicon dioxide film 343 (FIG. 10A).
【0070】次に、CMPが施される。これにより、溝
305は二酸化シリコン膜342a,343aにより充
填される。溝306は、(二酸化シリコン膜342bの
上面が一部研磨されてなる)二酸化シリコン膜342b
aと(二酸化シリコン膜343が残置してなる)二酸化
シリコン膜343bとにより充填される〔図10
(b)〕。Next, CMP is performed. As a result, the trench 305 is filled with the silicon dioxide films 342a and 343a. The groove 306 is formed of the silicon dioxide film 342b (the upper surface of the silicon dioxide film 342b is partially polished).
a and a silicon dioxide film 343b (the silicon dioxide film 343 is left) [FIG.
(B)].
【0071】その後、窒化シリコン膜303およびパッ
ド酸化膜302が除去されて、溝305,306は二酸
化シリコン膜313a,313bにより充填される〔図
10(c)〕。Thereafter, the silicon nitride film 303 and the pad oxide film 302 are removed, and the grooves 305 and 306 are filled with the silicon dioxide films 313a and 313b (FIG. 10C).
【0072】本第3の実施の形態の本第2の実施例は本
第3の実施の形態の上記第1の実施例の有した効果を有
している。さらに本第2の実施例は、上記第1の実施例
に比べて、最終的に溝を充填する二酸化シリコン膜の上
面が滑らかになっている。The second example of the third embodiment has the same effect as the first example of the third embodiment. Furthermore, in the second embodiment, the upper surface of the silicon dioxide film that finally fills the groove is smoother than in the first embodiment.
【0073】[0073]
【発明の効果】以上説明したように本発明のSTIの形
成方法によれば、少なくとも1層の二酸化シリコン膜お
よび1層の多結晶シリコン膜もしくは二酸化シリコン膜
と非晶質シリコン膜とを交互に複数回形成した積層膜と
により素子分離領域となる位置に設けられた溝を覆い、
CMPの後に溝に残置した多結晶シリコン膜もしくは非
晶質シリコン膜を熱酸化することにより溝を二酸化シリ
コン膜で充填するとともに成膜時に溝に形成されていた
ボイドを消滅させることができる。As described above, according to the STI forming method of the present invention, at least one silicon dioxide film and one polycrystalline silicon film or a silicon dioxide film and an amorphous silicon film are alternately formed. Covering a groove provided at a position to be an element isolation region with the laminated film formed a plurality of times,
By thermally oxidizing the polycrystalline silicon film or the amorphous silicon film remaining in the trench after the CMP, the trench can be filled with the silicon dioxide film and the void formed in the trench at the time of film formation can be eliminated.
【0074】その結果、STIの表面上に形成される配
線の加工性と信頼性との確保が容易になり、半導体装置
の電気特性およびこれの信頼性の劣化の抑制が容易にな
る。As a result, it is easy to ensure the workability and reliability of the wiring formed on the surface of the STI, and it is easy to suppress the deterioration of the electrical characteristics of the semiconductor device and the reliability thereof.
【図1】本発明の第1の実施の形態の第1の実施例の形
成工程の断面模式図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a forming step of a first example of the first embodiment of the present invention.
【図2】上記第1の実施の形態の上記第1の実施例の形
成工程の断面模式図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a forming step of the first example of the first embodiment.
【図3】上記第1の実施の形態の第2の実施例の形成工
程の断面模式図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a forming step of a second example of the first embodiment.
【図4】上記第1の実施の形態の上記第2の実施例の形
成工程の断面模式図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a forming step of the second example of the first embodiment.
【図5】本発明の第2の実施の形態の一実施例の形成工
程の断面模式図である。FIG. 5 is a schematic sectional view of a forming step according to an example of the second embodiment of the present invention.
【図6】上記第2の実施の形態の上記一実施例の形成工
程の断面模式図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a forming step of the example of the second embodiment.
【図7】上記第2の実施の形態の上記一実施例の形成工
程の断面模式図である。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a forming step of the example of the second embodiment.
【図8】本発明の第3の実施の形態の第1の実施例の形
成工程の断面模式図である。FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a forming step of the first example of the third embodiment of the present invention.
【図9】上記第3の実施の形態の上記第1の実施例の形
成工程の断面模式図である。FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of a forming step of the first example of the third embodiment.
【図10】上記第3の実施の形態の第2の実施例の形成
工程の断面模式図である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of a forming step of a second example of the third embodiment.
【図11】従来のSTIの形成工程の断面模式図であ
る。FIG. 11 is a schematic sectional view of a conventional STI forming process.
【図12】上記従来のSTIの形成工程の断面模式図で
ある。FIG. 12 is a schematic sectional view of a step of forming the conventional STI.
101,201,301,401 シリコン基板 102,202,302,402 パッド酸化膜 103,203,303,403 窒化シリコン膜 104,105,205,206,305,306,4
04 溝 108,111,112,121,121a,123,
123a,141,142,212a,212b,22
1,221a,221b,223,223a,223
b,242a,242b,243a,243b,30
8,312a,312b,313a,313b,32
1,321a,321b,323,323a,323
b,325,325b,327,327b,329,3
29b,331,333,333a,333b,342
a,342b,343a,343b,411,421,
421a,421b 二酸化シリコン膜 122,122a,124,124a,222,222
a,222b,224,224b 多結晶シリコン膜 151,152,252,255,352,353,3
54,451 ボイド 151a,152a,252a,256,256a,2
56b,352a,253a,451i,451b,4
51c 窪み 332,332a,332b,334,334a,33
4b,336,336b,338,338b,330,
330b,332 非晶質シリコン膜101, 201, 301, 401 Silicon substrate 102, 202, 302, 402 Pad oxide film 103, 203, 303, 403 Silicon nitride film 104, 105, 205, 206, 305, 306, 4
04 grooves 108, 111, 112, 121, 121a, 123,
123a, 141, 142, 212a, 212b, 22
1,221a, 221b, 223, 223a, 223
b, 242a, 242b, 243a, 243b, 30
8, 312a, 312b, 313a, 313b, 32
1,321a, 321b, 323, 323a, 323
b, 325, 325b, 327, 327b, 329, 3
29b, 331, 333, 333a, 333b, 342
a, 342b, 343a, 343b, 411, 421,
421a, 421b Silicon dioxide film 122, 122a, 124, 124a, 222, 222
a, 222b, 224, 224b Polycrystalline silicon film 151, 152, 252, 255, 352, 353, 3
54,451 voids 151a, 152a, 252a, 256, 256a, 2
56b, 352a, 253a, 451i, 451b, 4
51c depression 332, 332a, 332b, 334, 334a, 33
4b, 336, 336b, 338, 338b, 330,
330b, 332 amorphous silicon film
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−17852(JP,A) 特開 昭62−132341(JP,A) 特開 昭62−112345(JP,A) 特開 平8−97277(JP,A) 特開 平4−259239(JP,A) 特開 平1−99230(JP,A) 特開 平5−74929(JP,A) 特開 昭58−61641(JP,A) 特開 昭63−25947(JP,A) 特開 平9−82703(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/76 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-9-17852 (JP, A) JP-A-62-132341 (JP, A) JP-A-62-112345 (JP, A) JP-A-8-132 97277 (JP, A) JP-A-4-259239 (JP, A) JP-A-1-99230 (JP, A) JP-A-5-74929 (JP, A) JP-A-58-61641 (JP, A) JP-A-63-25947 (JP, A) JP-A-9-82703 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/76
Claims (14)
化シリコン膜とを順次形成し、該窒化シリコン膜と該パ
ッド酸化膜とを順次パターニングして該シリコン基板の
表面の素子形成予定領域に該パッド酸化膜と窒化シリコ
ン膜との積層膜を残置し、異方性ドライ・エッチングに
より該積層膜に自己整合的に該シリコン基板の表面の素
子分離予定領域に溝を形成する工程と、 TEOSを原料とした減圧気相成長(LPCVD)によ
り、前記窒化シリコン膜の上面における膜厚が前記溝の
最小幅の1/2より薄くなるようにして、該溝の部分に
おいて窪みのある姿態を有して該溝を覆う二酸化シリコ
ン膜を全面に形成する工程と、 シランを原料としたLPCVDにより、前記窪みの部分
での膜厚が該部分での該二酸化シリコン膜の膜厚より薄
く,さらに,前記窪みの上端を塞ぐように、全面に多結
晶シリコン膜を形成する工程と、 前記窒化シリコン膜をストッパとした化学機械研磨(C
MP)により、前記多結晶シリコン膜および前記二酸化
シリコン膜を除去して、前記溝内にのみに該多結晶シリ
コン膜および二酸化シリコン膜を残置する工程と、 熱酸化により、前記多結晶シリコン膜を酸化する工程
と、 ウェット・エッチングにより、前記窒化シリコン膜およ
びパッド酸化膜を順次除去する工程とを有することを特
徴とする半導体装置の素子分離領域の形成方法。A pad oxide film and a silicon nitride film are sequentially formed on a surface of a silicon substrate, and the silicon nitride film and the pad oxide film are sequentially patterned to form an element formation region on the surface of the silicon substrate. Leaving a laminated film of the pad oxide film and the silicon nitride film and forming a groove in a device isolation region on the surface of the silicon substrate in a self-aligned manner with the laminated film by anisotropic dry etching; A low-pressure vapor deposition (LPCVD) process using a raw material is performed so that the film thickness on the upper surface of the silicon nitride film is smaller than 最小 of the minimum width of the groove, so that the groove has a concave shape. Forming a silicon dioxide film covering the trenches over the entire surface by LPCVD using silane as a raw material, so that the film thickness at the recess is smaller than the film thickness of the silicon dioxide film at the portion. Furthermore, so as to close the upper end of the recess, forming a polycrystalline silicon film on the entire surface, a chemical mechanical polishing the silicon nitride film as a stopper (C
MP), the polycrystalline silicon film and the silicon dioxide film are removed, and the polycrystalline silicon film and the silicon dioxide film are left only in the trenches. A method for forming an element isolation region of a semiconductor device, comprising: a step of oxidizing; and a step of sequentially removing the silicon nitride film and the pad oxide film by wet etching.
Dと前記多結晶シリコン膜の形成のためのLPCVDと
が、同一の気相成長装置を用いて連続的に行なわれる請
求項1記載の半導体装置の素子分離領域の形成方法。2. An LPCV for forming said silicon dioxide film.
2. The method according to claim 1, wherein D and LPCVD for forming the polycrystalline silicon film are continuously performed using the same vapor deposition apparatus.
イ・エッチングが、テーパー・エッチングである請求項
1記載の半導体装置の素子分離領域の形成方法。3. The method according to claim 1, wherein the anisotropic dry etching for forming the groove is a taper etching.
1000℃より高く1200℃より低い温度で行なわれ
る請求項1記載の半導体装置の素子分離領域の形成方
法。4. The thermal oxidation of the polycrystalline silicon film,
2. The method according to claim 1, wherein the method is performed at a temperature higher than 1000 [deg.] C. and lower than 1200 [deg.] C.
化シリコン膜とを順次形成し、該窒化シリコン膜と該パ
ッド酸化膜とを順次パターニングして該シリコン基板の
表面の素子形成予定領域に該パッド酸化膜と窒化シリコ
ン膜との積層膜を残置し、異方性ドライ・エッチングに
より該積層膜に自己整合的に該シリコン基板の表面の素
子分離予定領域に溝を形成する工程と、 TEOSを原料とした減圧気相成長(LPCVD)によ
り、前記窒化シリコン膜の上面における膜厚が前記溝の
最小幅の1/2より薄くなるようにして、該溝の部分に
おいて窪みのある姿態を有して該溝を覆う第1の二酸化
シリコン膜を全面に形成する工程と、 シランを原料としたLPCVDにより、前記窪みの部分
での膜厚が該部分での該二酸化シリコン膜の膜厚より薄
く,さらに,前記窪みの上端を塞ぐように、全面に第1
の多結晶シリコン膜を形成する工程と、 前記窒化シリコン膜をストッパとした第1のCMPによ
り、前記第1の多結晶シリコン膜および前記第1の二酸
化シリコン膜を除去して、前記溝内にのみに該第1の多
結晶シリコン膜および第2の二酸化シリコン膜を残置す
る工程と、 前記第1の多結晶シリコン膜を熱酸化する工程と、 TEOSを原料としたLPCVDにより全面に第2の二
酸化シリコン膜を形成し、シランを原料としたLPCV
Dにより該第2の二酸化シリコン膜の表面を覆う第2の
多結晶シリコン膜を形成する工程と、 前記窒化シリコン膜をストッパとした第2のCMPによ
り、前記第2の多結晶シリコン膜および前記第2の二酸
化シリコン膜を除去する工程と、 前記第2の多結晶シリコン膜を熱酸化する工程と、 ウェット・エッチングにより、前記窒化シリコン膜およ
びパッド酸化膜を順次除去する工程とを有することを特
徴とする半導体装置の素子分離領域の形成方法。5. A pad oxide film and a silicon nitride film are sequentially formed on a surface of a silicon substrate, and the silicon nitride film and the pad oxide film are sequentially patterned to form an element formation region on the surface of the silicon substrate. Leaving a laminated film of the pad oxide film and the silicon nitride film and forming a groove in a device isolation region on the surface of the silicon substrate in a self-aligned manner with the laminated film by anisotropic dry etching; A low-pressure vapor deposition (LPCVD) process using a raw material is performed so that the film thickness on the upper surface of the silicon nitride film is smaller than 最小 of the minimum width of the groove, so that the groove has a concave shape. Forming a first silicon dioxide film covering the groove by LPCVD using silane as a raw material, so that the film thickness at the depression is smaller than the film thickness of the silicon dioxide film at this portion. Thin, furthermore, so as to close the upper end of the recess, first on the entire surface
Forming the polycrystalline silicon film, and removing the first polycrystalline silicon film and the first silicon dioxide film by the first CMP using the silicon nitride film as a stopper. Leaving only the first polycrystalline silicon film and the second silicon dioxide film, thermally oxidizing the first polycrystalline silicon film, and forming a second polycrystalline silicon film on the entire surface by LPCVD using TEOS. LPCV with silicon dioxide film formed from silane
Forming a second polycrystalline silicon film covering the surface of the second silicon dioxide film by D; and performing second CMP using the silicon nitride film as a stopper to form the second polycrystalline silicon film and the second polycrystalline silicon film. Removing a second silicon dioxide film, thermally oxidizing the second polycrystalline silicon film, and sequentially removing the silicon nitride film and the pad oxide film by wet etching. A method for forming an element isolation region of a semiconductor device.
PCVDと前記第1の多結晶シリコン膜の形成のための
LPCVDとが同一の気相成長装置を用いて連続的に行
なわれ、前記第2の二酸化シリコン膜の形成のLPCV
Dと前記第2の多結晶シリコン膜の形成のためのLPC
VDとが該気相成長装置を用いて連続的に行なわれる請
求項5記載の半導体装置の素子分離領域の形成方法。6. The method according to claim 1, wherein the step of forming the first silicon dioxide film comprises the steps of:
PCVD and LPCVD for forming the first polycrystalline silicon film are continuously performed by using the same vapor phase growth apparatus, and LPCV for forming the second silicon dioxide film is performed.
D and LPC for forming the second polycrystalline silicon film
6. The method according to claim 5, wherein VD is continuously performed using the vapor deposition apparatus.
イ・エッチングが、テーパー・エッチングである請求項
5記載の半導体装置の素子分離領域の形成方法。7. The method according to claim 5, wherein the anisotropic dry etching for forming the groove is a taper etching.
の前記熱酸化が、それぞれ1000℃より高く1200
℃より低い温度で行なわれる請求項5記載の半導体装置
の素子分離領域の形成方法。8. The method according to claim 1, wherein said thermal oxidation of said first and second polycrystalline silicon films is each higher than 1000.degree.
6. The method for forming an element isolation region of a semiconductor device according to claim 5, wherein the method is performed at a temperature lower than C.
化シリコン膜とを順次形成し、該窒化シリコン膜と該パ
ッド酸化膜とを順次パターニングして該シリコン基板の
表面の素子形成予定領域に該パッド酸化膜と窒化シリコ
ン膜との積層膜を残置し、異方性ドライ・エッチングに
より該積層膜に自己整合的に該シリコン基板の表面の素
子分離予定領域に溝を形成する工程と、 シランと酸素とを原料としてスパッタ用のバイアス・パ
ワー密度が低い状態のもとでの高密度プラズマ励起気相
成長(HD−PECVD)による二酸化シリコン膜の形
成と、シランを原料としてスパッタ用のバイアス・パワ
ー密度が低い状態のもとでのHD−PECVDにより該
二酸化シリコン膜より膜厚の薄い非晶質シリコン膜の形
成とを交互に複数回繰り返して、全面を覆う第2の積層
膜を形成する工程と、 前記窒化シリコン膜をストッパとしたCMPにより、前
記第2の積層膜を除去して、前記溝内にのみに該第2の
積層膜を残置する工程と、 前記第2の積層膜を構成する前記非晶質シリコン膜を熱
酸化する工程と、 ウェット・エッチングにより、前記窒化シリコン膜およ
びパッド酸化膜を順次除去する工程とを有することを特
徴とする半導体装置の素子分離領域の形成方法。9. A pad oxide film and a silicon nitride film are sequentially formed on a surface of a silicon substrate, and the silicon nitride film and the pad oxide film are sequentially patterned to form an element formation region on the surface of the silicon substrate. Leaving a laminated film of a pad oxide film and a silicon nitride film, forming a groove in a device isolation region on the surface of the silicon substrate in a self-aligned manner with the laminated film by anisotropic dry etching; Formation of a silicon dioxide film by high-density plasma-enhanced chemical vapor deposition (HD-PECVD) under the condition of low bias power density for sputtering using oxygen as a raw material, and bias power for sputtering using silane as a raw material The formation of an amorphous silicon film having a thickness smaller than that of the silicon dioxide film is alternately repeated a plurality of times by HD-PECVD under a low density state, Forming a second laminated film covering the surface, and removing the second laminated film by CMP using the silicon nitride film as a stopper, and leaving the second laminated film only in the groove. Performing a step of: thermally oxidizing the amorphous silicon film forming the second laminated film; and sequentially removing the silicon nitride film and the pad oxide film by wet etching. Forming a device isolation region of a semiconductor device.
ライ・エッチングが、テーパー・エッチングである請求
項9記載の半導体装置の素子分離領域の形成方法。10. The method according to claim 9, wherein the anisotropic dry etching for forming the groove is a taper etching.
が、1000℃より高く1200℃より低い温度で行な
われる請求項9記載の半導体装置の素子分離領域の形成
方法。11. The method according to claim 9, wherein the thermal oxidation of the polycrystalline silicon film is performed at a temperature higher than 1000 ° C. and lower than 1200 ° C.
窒化シリコン膜とを順次形成し、該窒化シリコン膜と該
パッド酸化膜とを順次パターニングして該シリコン基板
の表面の素子形成予定領域に該パッド酸化膜と窒化シリ
コン膜との積層膜を残置し、異方性ドライ・エッチング
により該積層膜に自己整合的に該シリコン基板の表面の
素子分離予定領域に溝を形成する工程と、 シランと酸素とを原料としてスパッタ用のバイアス・パ
ワー密度が低い状態のもとでの高密度プラズマ励起気相
成長(HD−PECVD)による二酸化シリコン膜の形
成と、シランを原料としてスパッタ用のバイアス・パワ
ー密度が低い状態のもとでのHD−PECVDにより該
二酸化シリコン膜より膜厚の薄い非晶質シリコン膜の形
成とを交互に複数回繰り返して、全面を覆う第2の積層
膜を形成する工程と、 前記窒化シリコン膜をストッパとした第1のCMPによ
り、前記第2の積層膜を除去して、前記溝内にのみに該
第2の積層膜を残置する工程と、 前記第2の積層膜を構成する前記非晶質シリコン膜を熱
酸化する工程と、 シランと一酸化二窒素とを原料としたLPCVDによ
り、全面にHTO膜を形成する工程と、 前記窒化シリコン膜をストッパとした第2のCMPによ
り、前記HTO膜を除去して、前記溝内にのみに該HT
O膜を残置する工程と、 ウェット・エッチングにより、前記窒化シリコン膜およ
びパッド酸化膜を順次除去する工程とを有することを特
徴とする半導体装置の素子分離領域の形成方法。12. A pad oxide film and a silicon nitride film are sequentially formed on a surface of a silicon substrate, and the silicon nitride film and the pad oxide film are sequentially patterned to form an element formation region on the surface of the silicon substrate. Leaving a laminated film of a pad oxide film and a silicon nitride film, forming a groove in a device isolation region on the surface of the silicon substrate in a self-aligned manner with the laminated film by anisotropic dry etching; Formation of a silicon dioxide film by high-density plasma-enhanced chemical vapor deposition (HD-PECVD) under the condition of low bias power density for sputtering using oxygen as a raw material, and bias power for sputtering using silane as a raw material The formation of an amorphous silicon film thinner than the silicon dioxide film by HD-PECVD under a low density state is alternately repeated a plurality of times. Forming a second laminated film covering the entire surface; and removing the second laminated film by first CMP using the silicon nitride film as a stopper, and forming the second laminated film only in the trench. Leaving a film, thermally oxidizing the amorphous silicon film constituting the second laminated film, and forming an HTO film on the entire surface by LPCVD using silane and nitrous oxide as raw materials. The HTO film is removed by a second CMP using the silicon nitride film as a stopper, and the HT is removed only in the trench.
A method for forming an element isolation region of a semiconductor device, comprising: a step of leaving an O film; and a step of sequentially removing the silicon nitride film and the pad oxide film by wet etching.
ライ・エッチングが、テーパー・エッチングである請求
項12記載の半導体装置の素子分離領域の形成方法。13. The method according to claim 12, wherein the anisotropic dry etching for forming the groove is a taper etching.
が、1000℃より高く1200℃より低い温度で行な
われる請求項12記載の半導体装置の素子分離領域の形
成方法。14. The method according to claim 12, wherein the thermal oxidation of the amorphous silicon film is performed at a temperature higher than 1000 ° C. and lower than 1200 ° C.
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