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JPH1022374A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

Info

Publication number
JPH1022374A
JPH1022374A JP17780496A JP17780496A JPH1022374A JP H1022374 A JPH1022374 A JP H1022374A JP 17780496 A JP17780496 A JP 17780496A JP 17780496 A JP17780496 A JP 17780496A JP H1022374 A JPH1022374 A JP H1022374A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
polishing
silicon
chemical mechanical
mechanical polishing
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.)
Withdrawn
Application number
JP17780496A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akio Ito
昭男 伊藤
Hiroshi Horie
博 堀江
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.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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 Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP17780496A priority Critical patent/JPH1022374A/en
Publication of JPH1022374A publication Critical patent/JPH1022374A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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  • Local Oxidation Of Silicon (AREA)
  • Element Separation (AREA)
  • Weting (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To chemically and mechanically polish the surface of a semiconductor device flat, without using a block resist pattern and without being affected by the dependence of the polishing rate on the pattern density. SOLUTION: After depositing a polishing stopper film on the surface of a semiconductor substrate 1, the substrate is etched to form grooves 4 of element isolating regions. An insulation film 5 is deposited on the substrate 1 and burying it in the grooves 4, an S film 6 is deposited on the insulation film 5 and polished by the chemical-mechanical polishing to remove the Si film 6 on element regions 3, the film 6 remaining in the grooves 4 is thermally oxidized into a silicon dioxide film 7, and the insulation film 5 and dioxide film 7 are polished by the chemical-mechanical polishing at once to planarize them.

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の製造方
法に関するものであり、特に、化学機械研磨法(CM
P:Chemical Mechanical Pol
ishing)によって表面を平坦化して埋込酸化膜を
形成する素子分離用絶縁膜の平坦化方法の改良に関する
ものである。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a chemical mechanical polishing (CM) method.
P: Chemical Mechanical Pol
The present invention relates to an improvement in a method of flattening an insulating film for element isolation in which a buried oxide film is formed by flattening a surface by ising.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、半導体装置の素子分離法として
は、シリコン窒化膜を耐酸化性マスクとして用いた局所
酸化法(LOCOS法)、即ち、選択酸化法が広く用い
られているが、一般的な選択酸化法ではバーズビークと
い酸化膜の食い込みが入り、素子領域の上部まで酸化さ
れると言う問題がある。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a device isolation method of a semiconductor device, a local oxidation method (LOCOS method) using a silicon nitride film as an oxidation resistant mask, that is, a selective oxidation method has been widely used. In a selective oxidation method, there is a problem that a bird's beak is entangled in an oxide film, and the oxide film is oxidized to the upper portion of the element region.

【0003】また、素子領域が互いに近接している場
合、素子領域間の埋込酸化膜の膜厚が薄くなるため、十
分な素子分離ができなくなるという問題があり、さらに
は、熱酸化に伴うストレスによる半導体基板中への欠陥
の発生等の問題があった。
When the element regions are close to each other, the thickness of the buried oxide film between the element regions becomes small, so that there is a problem that sufficient element isolation cannot be achieved. There have been problems such as generation of defects in the semiconductor substrate due to stress.

【0004】この様な問題点を解決するために、素子領
域間にトレンチを設けてCVD−SiO2 膜を堆積さ
せ、トレンチをCVD−SiO2 膜で埋め込むという所
謂シャロートレンチ分離法が提案されているが、表面に
凹凸が生ずるために、この凹凸をなくすために、平坦化
工程を必要としている。
In order to solve such problems, a so-called shallow trench isolation method has been proposed in which a trench is provided between element regions, a CVD-SiO 2 film is deposited, and the trench is filled with the CVD-SiO 2 film. However, since unevenness occurs on the surface, a flattening step is required to eliminate the unevenness.

【0005】従来、この様な表面平坦化法としては、ト
レンチを覆うCVD−SiO2 膜の表面の大面積の凹部
にブロックレジストパターンを設けたのち、平坦化用レ
ジストを塗布し、レジストエッチバックによりレジスト
と共にCVD−SiO2 膜をエッチングしてその表面を
平坦化する方法(必要ならば、IEDM Tech.D
ig.,1987,p.732参照)が提案されてい
る。
Conventionally, as such a surface flattening method, a block resist pattern is provided in a large area concave portion on the surface of a CVD-SiO 2 film covering a trench, and then a flattening resist is applied, and a resist etch back is performed. To etch the CVD-SiO 2 film together with the resist to flatten its surface (if necessary, use IEDM Tech. D
ig. 1987, p. 732) has been proposed.

【0006】また、他の表面平坦化法としては、化学機
械研磨法によって表面を平坦化して埋込酸化膜を形成す
る方法(必要ならば、Applied Physics
Letters,vol.61,1992,p.13
44参照)も提案されている。
As another surface flattening method, a method of forming a buried oxide film by flattening the surface by a chemical mechanical polishing method (if necessary, using Applied Physics)
Letters, vol. 61, 1992, p. 13
44) has also been proposed.

【0007】さらに、他の表面平坦化法としては、レジ
ストエッチバック法と化学機械研磨法を組み合わせた方
法(必要ならば、IEDM Tech.Dig.,19
89,p.61参照)が提案されている。
Further, as another surface flattening method, a method combining a resist etch back method and a chemical mechanical polishing method (if necessary, IEDM Tech. Dig., 19
89, p. 61) has been proposed.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかし、レジストエッ
チバック法を用いる場合には、ブロックレジストパター
ンの配置が難しく、即ち、どの程度の大きさのトレン
チ、或いは、凹部にブロックレジストパターンを配置す
るかの判断が難しく、且つ、位置合わせの必要なフォト
リソグラフィー工程を必要としている。
However, when the resist etch-back method is used, it is difficult to arrange a block resist pattern, that is, how large a trench resist or a concave should be when arranging a block resist pattern. Is difficult to determine, and a photolithography process requiring alignment is required.

【0009】また、化学機械研磨法を用いた場合には、
研磨特性にパターンの疎密依存性があり、大面積のメサ
や、メモリセル部の様に微細なパターンが密集した領域
においては実効的な研磨圧力が下がり、研磨速度が低下
するという問題がある。
When the chemical mechanical polishing method is used,
There is a problem that the polishing characteristics depend on the density of the pattern, and the effective polishing pressure is reduced in a large-area mesa or a region where fine patterns are densely packed like a memory cell portion, and the polishing rate is reduced.

【0010】ここで、この従来のCMP法の問題点を図
5を参照して説明する。 図5(a)及び(b)参照 シリコン基板31上に研磨ストッパー膜となるシリコン
窒化膜32を設けたのち、素子分離領域を形成するため
のトレンチ33を設け、全面にCVD−SiO 2 膜34
を堆積することによってトレンチ33をCVD−SiO
2 膜34で埋め込む。
Here, the problems of the conventional CMP method are illustrated.
This will be described with reference to FIG. See FIGS. 5A and 5B. Silicon serving as a polishing stopper film on a silicon substrate 31
After forming the nitride film 32, to form an element isolation region
Is formed, and CVD-SiO TwoMembrane 34
To form a trench 33 by CVD-SiO.
TwoIt is embedded with the film 34.

【0011】次いで、化学機械研磨法(CMP法)を用
いてCVD−SiO2 膜34を平坦化すると、孤立した
小面積のメサ35上に堆積されたCVD−SiO2 膜3
4は研磨されやすいため、過剰研磨により窪み38が生
じ、一方、大面積のメサ36上においては研磨不足が生
ずる。
Next, when the CVD-SiO 2 film 34 is flattened by using a chemical mechanical polishing method (CMP method), the CVD-SiO 2 film 3 deposited on the mesa 35 having an isolated small area is formed.
Since 4 is easily polished, a depression 38 is generated by excessive polishing, while insufficient polishing occurs on the mesa 36 having a large area.

【0012】そして、大面積のメサ36上に堆積された
CVD−SiO2 膜34を完全に除去しようとすると、
孤立した小面積のメサ35の表面に設けたシリコン窒化
膜32は研磨ストッパー膜として機能しないので、孤立
した小面積のメサ35自体も研磨され、且つ、埋込酸化
膜が薄くなるという問題がある。
When the CVD-SiO 2 film 34 deposited on the large-area mesa 36 is to be completely removed,
Since the silicon nitride film 32 provided on the surface of the isolated small-area mesa 35 does not function as a polishing stopper film, there is a problem that the isolated small-area mesa 35 itself is polished and the buried oxide film becomes thin. .

【0013】図5(c)参照 これは、シリコン基板31の表面形状に応じてCVD−
SiO2 膜34に形成される凸部37のサイズによって
研磨速度が異なるためであり、例えば、CVD−SiO
2 膜34に形成される段差を0.7μmとすると、凸部
37のパターンサイズが0.5mm×0.5mmの場合
には、研磨速度は約7000Å(0.7μm)/分であ
るのに対して、4mm×4mmの場合には、研磨速度は
約1000Å(0.1μm)/分で、約1/7となる。
Referring to FIG. 5C, this depends on the surface shape of the silicon substrate 31.
This is because the polishing rate varies depending on the size of the projections 37 formed on the SiO 2 film 34.
Assuming that the step formed on the second film 34 is 0.7 μm, when the pattern size of the convex portion 37 is 0.5 mm × 0.5 mm, the polishing rate is about 7,000 ° (0.7 μm) / min. On the other hand, in the case of 4 mm × 4 mm, the polishing rate is about 1000 ° (0.1 μm) / min, which is about 1/7.

【0014】したがって、本発明は、ブロックレジスト
パターンを用いることなく、且つ、研磨速度のパターン
の疎密依存性に影響されることなく、表面を平坦に化学
機械研磨することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to perform chemical mechanical polishing of a surface flat without using a block resist pattern and without being affected by the dependence of the polishing rate on the pattern density.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】図1は本発明の原理的構
成の説明図であり、この図1を参照して本発明における
課題を解決するための手段を説明する。 図1(a)乃至(c)参照 (1)本発明は、半導体装置の製造方法において、半導
体基板1の表面に研磨ストッパー膜2となる膜を堆積す
る工程、半導体基板1をエッチングして素子分離領域と
なる溝4を形成する工程、半導体基板1上に絶縁膜5を
堆積させて溝4を埋め込む工程、絶縁膜5上にシリコン
膜6を堆積する工程、シリコン膜6を化学機械研磨法に
よって研磨し、素子領域3上のシリコン膜6を除去する
工程、溝4上に残ったシリコン膜6を熱酸化して二酸化
シリコン膜7に変換する工程、及び、絶縁膜5及び二酸
化シリコン膜7を化学機械研磨法によって同時に研磨し
平坦化する工程を、順次行うことを特徴とする。
FIG. 1 is an explanatory view of the principle configuration of the present invention. Referring to FIG. 1, means for solving the problems in the present invention will be described. 1 (a) to 1 (c) (1) In the method of manufacturing a semiconductor device, a step of depositing a film serving as a polishing stopper film 2 on a surface of a semiconductor substrate 1 is performed. Forming a trench 4 to be an isolation region; depositing an insulating film 5 on the semiconductor substrate 1 to fill the trench 4; depositing a silicon film 6 on the insulating film 5; Polishing, removing the silicon film 6 on the element region 3, thermally oxidizing the silicon film 6 remaining on the trench 4 to convert it to a silicon dioxide film 7, and insulating the insulating film 5 and the silicon dioxide film 7. Are simultaneously polished by a chemical mechanical polishing method, and the step of flattening is sequentially performed.

【0016】シリコン膜6、即ち、多結晶シリコン膜或
いはアモルファスシリコン膜を熱酸化した場合、その堆
積は約2倍に膨張するので、シリコン膜パターンを熱酸
化して二酸化シリコン膜7に変換し、表面の凹凸を少な
くしてから研磨することにより、研磨速度のパターンの
疎密依存性の影響を受けることがなく、平坦な埋込絶縁
膜8を形成することができる。
When the silicon film 6, ie, the polycrystalline silicon film or the amorphous silicon film is thermally oxidized, the deposition expands about twice, so that the silicon film pattern is thermally oxidized and converted into the silicon dioxide film 7, By polishing after reducing the surface irregularities, a flat buried insulating film 8 can be formed without being affected by the dependence of the polishing rate on the pattern density.

【0017】また、シリコン膜6のパターニング工程及
び表面平坦化工程において、フォトリソグラフィー工程
を用いず、化学機械研磨法のみを用いているので、位置
合わせ工程が不要になり、工程を簡素化することができ
る。
Further, in the patterning step and the surface flattening step of the silicon film 6, only a chemical mechanical polishing method is used without using a photolithography step, so that an alignment step becomes unnecessary and the steps can be simplified. Can be.

【0018】(2)また、本発明は、半導体装置の製造
方法において、半導体基板1の表面に研磨ストッパー膜
2となる膜を堆積する工程、半導体基板1をエッチング
して素子分離領域となる溝4を形成する工程、半導体基
板1上に絶縁膜5を堆積させて溝4を埋め込む工程、絶
縁膜5上にシリコン膜6を堆積する工程、シリコン膜6
を化学機械研磨法によって研磨し、素子領域3上のシリ
コン膜6を除去する工程、溝4上に残ったシリコン膜6
を熱酸化して二酸化シリコン膜7に変換する工程、絶縁
膜5及び二酸化シリコン膜7を途中までエッチングバッ
クする工程、及び、絶縁膜5及び二酸化シリコン膜7を
化学機械研磨法によって同時に研磨し平坦化する工程
を、順次行うことを特徴とする。
(2) Further, according to the present invention, in a method of manufacturing a semiconductor device, a step of depositing a film serving as a polishing stopper film 2 on a surface of a semiconductor substrate 1 and a step of etching the semiconductor substrate 1 to form a groove serving as an element isolation region. 4, a step of depositing an insulating film 5 on the semiconductor substrate 1 to fill the groove 4, a step of depositing a silicon film 6 on the insulating film 5,
The silicon film 6 on the element region 3 is removed by polishing the silicon film 6 by a chemical mechanical polishing method.
Converting the insulating film 5 and the silicon dioxide film 7 to a halfway, thermally polishing the insulating film 5 and the silicon dioxide film 7 halfway, and simultaneously polishing and flattening the insulating film 5 and the silicon dioxide film 7 by the chemical mechanical polishing method. Is characterized in that the steps of converting are sequentially performed.

【0019】この様に、表面平坦化工程を、エッチバッ
ク工程と化学機械研磨工程の2段階工程で行うことによ
って、化学機械研磨工程により除去する膜の厚さを少な
くし、埋込絶縁膜8の表面平坦化をより均質に且つ高精
度に行うことができる。
As described above, by performing the surface flattening step in two steps of the etch-back step and the chemical mechanical polishing step, the thickness of the film removed by the chemical mechanical polishing step is reduced, and the buried insulating film 8 is formed. Can be more uniformly and highly accurately performed.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】本発明の第1の実施の形態の製造
工程を図2及び図3を参照して説明する。 図2(a)参照 まず、シリコン基板11の表面を熱酸化して厚さ5〜2
0nm、例えば、10nmのパッド酸化膜12を形成し
たのち、CVD法によって厚さ50〜200nm、例え
ば、100nmの化学機械研磨の際に研磨ストッパー膜
となるシリコン窒化膜13を堆積させ、次いで、レジス
トパターン(図示せず)をマスクとしたドライ・エッチ
ングによりシリコン窒化膜13、パッド酸化膜12、及
び、シリコン基板11を順次エッチングすることによっ
て、深さ200〜600nm、例えば、400nmのト
レンチ14,15を形成する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A manufacturing process according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2A, the surface of the silicon substrate 11 is first thermally oxidized to a thickness of 5 to 2 mm.
After forming a pad oxide film 12 having a thickness of 0 nm, for example, 10 nm, a silicon nitride film 13 serving as a polishing stopper film at the time of chemical mechanical polishing with a thickness of 50 to 200 nm, for example, 100 nm is deposited by a CVD method. The silicon nitride film 13, the pad oxide film 12, and the silicon substrate 11 are sequentially etched by dry etching using a pattern (not shown) as a mask, thereby forming trenches 14 and 15 having a depth of 200 to 600 nm, for example, 400 nm. To form

【0021】なお、トレンチ14は図の左側の周辺回路
形成領域と図の右側のメモリ等の素子形成領域とを分離
する幅広の溝であり、また、トレンチ15は各素子形成
領域間を分離する幅狭の溝である。
The trench 14 is a wide groove for separating a peripheral circuit formation region on the left side of the drawing from an element formation region of a memory or the like on the right side of the drawing, and the trench 15 separates each element formation region. It is a narrow groove.

【0022】図2(b)参照 次いで、レジストパターンを除去したのち、熱酸化によ
って、露出したトレンチ14,15の表面に厚さ5nm
〜30nm、例えば、30nmの犠牲酸化膜(図示せ
ず)を形成し、次いで、CVD法によって全面に厚さ3
00〜800nm、例えば、500nmのCVD−Si
2 膜16を堆積させる。
Next, after removing the resist pattern, the surface of the exposed trenches 14 and 15 is thermally oxidized to a thickness of 5 nm.
A sacrificial oxide film (not shown) having a thickness of, for example, 30 nm, for example, 30 nm, is formed.
100-800 nm, for example, 500 nm CVD-Si
An O 2 film 16 is deposited.

【0023】なお、犠牲酸化膜の形成に先立って、必要
に応じて露出したトレンチ14,15の表面にチャネル
カット領域(図示せず)を形成しても良く、チャネルカ
ット領域を形成する際は、シリコン基板11の表面領域
がn型の場合には、As等を斜めイオン注入してn+
領域を形成し、p型領域の場合には、B等を斜めイオン
注入してp+ 型領域を形成すれば良く、また、犠牲酸化
膜は、CVD−SiO 2 膜16の堆積工程、或いは、そ
れ以降の工程において、シリコン基板11の表面が汚染
したり、湿気等が進入することを防止するため、また、
シリコンエッチング時のダメージ層を除去するためにに
設けるものである。
Prior to the formation of the sacrificial oxide film,
The channel is formed in the surface of the trenches 14 and 15 exposed according to
A cut region (not shown) may be formed,
When the cut region is formed, the surface region of the silicon substrate 11 is formed.
Is n-type, As or the like is obliquely ion-implanted and n+Type
A region is formed, and in the case of a p-type region, B and the like are oblique ions.
Inject and p+Mold region and sacrificial oxidation
The film is CVD-SiO TwoThe deposition process of the film 16 or the
In the subsequent steps, the surface of the silicon substrate 11 is contaminated.
Or to prevent moisture from entering,
To remove the damaged layer during silicon etching
It is provided.

【0024】次いで、ドライ酸素雰囲気中で、1000
℃で25分間、熱処理を行うことによって、CVD−S
iO2 膜16を緻密化する。この熱処理によって、CV
D−SiO2 膜16は、埋込酸化膜として十分機能する
程度に緻密化すると共に、以降の化学機械研磨工程にお
いて、熱酸化膜と同程度の研磨速度を有することにな
る。
Next, in a dry oxygen atmosphere, 1000
By performing heat treatment at 25 ° C. for 25 minutes, CVD-S
The iO 2 film 16 is densified. By this heat treatment, CV
The D-SiO 2 film 16 becomes dense enough to function as a buried oxide film, and has a polishing rate similar to that of a thermal oxide film in a subsequent chemical mechanical polishing step.

【0025】図2(c)参照 次いで、全面に、CVD法によって厚さ200〜400
nm、例えば、300nmの多結晶シリコン膜17を堆
積させる。
Next, as shown in FIG. 2C, the entire surface is formed to a thickness of 200 to 400 by the CVD method.
A polycrystalline silicon film 17 having a thickness of, for example, 300 nm is deposited.

【0026】図3(d)参照 次いで、研磨布として発泡ポリウレタン製研磨布を用
い、且つ、研磨剤としてコロダイル・シリカ研磨剤を用
いた化学機械研磨によって多結晶シリコン膜17を研磨
し、周辺回路形成領域と素子形成領域上に堆積した多結
晶シリコン膜17を除去する。
Next, as shown in FIG. 3D, the polycrystalline silicon film 17 is polished by chemical mechanical polishing using a foamed polyurethane polishing cloth as a polishing cloth and a corodyl silica polishing agent as a polishing agent. The polycrystalline silicon film 17 deposited on the formation region and the element formation region is removed.

【0027】なお、この場合、幅広のトレンチ14上に
堆積した多結晶シリコン膜の残膜18も、研磨により、
例えば、100nm程度目減りするので、堆積時の多結
晶シリコン膜17の膜厚は、幅広のトレンチ14上に堆
積した多結晶シリコン膜の残膜18の研磨による目減り
分を考慮して決定する必要がある。
In this case, the remaining polycrystalline silicon film 18 deposited on the wide trench 14 is also polished by polishing.
For example, since the thickness is reduced by about 100 nm, the thickness of the polycrystalline silicon film 17 at the time of deposition needs to be determined in consideration of the reduction due to polishing of the remaining film 18 of the polycrystalline silicon film deposited on the wide trench 14. is there.

【0028】図3(e)参照 次いで、多結晶シリコン膜の残膜18が200nmの場
合、ウェット酸素雰囲気中で、1000℃で125分間
熱処理することにより、幅広のトレンチ14上の多結晶
シリコン膜の残膜18を熱酸化して、二酸化シリコン
膜、即ち、熱酸化膜19に変換する。
Referring to FIG. 3E, when the remaining film 18 of the polycrystalline silicon film is 200 nm, the polycrystalline silicon film on the wide trench 14 is heat-treated at 1000 ° C. for 125 minutes in a wet oxygen atmosphere. Is thermally oxidized to be converted into a silicon dioxide film, that is, a thermal oxide film 19.

【0029】この熱酸化によって多結晶シリコン膜の残
膜18の厚さは、約2倍になるので、即ち、厚さ200
nmの多結晶シリコン膜の残膜18は、厚さ約400n
mの熱酸化膜19に変換されるので、トレンチ14上に
形成されたCVD−SiO2膜16の深さが400nm
程度の凹部は、ほぼ平坦に埋め込まれることになり、グ
ローバルな段差がなくなる。
Since the thickness of the remaining film 18 of the polycrystalline silicon film is approximately doubled by this thermal oxidation, that is, the thickness 200
The remaining film 18 of a polycrystalline silicon film having a thickness of about 400 nm
m, the depth of the CVD-SiO 2 film 16 formed on the trench 14 is 400 nm.
The concave portion of the degree is buried almost flat, and the global step is eliminated.

【0030】図3(f)参照 次いで、発泡ポリウレタン製研磨布、及び、コロダイル
・シリカ研磨剤を用いた化学機械研磨によって、シリコ
ン基板11の凸部、即ち、周辺回路形成領域及び素子形
成領域表面に設けたシリコン窒化膜13が露出するま
で、研磨を行うことによって、熱酸化膜19及びCVD
−SiO2 膜16の不要部を除去し、表面が平坦化され
た熱酸化膜19及びCVD−SiO2 膜16からなる埋
込酸化膜20によってトレンチ14,15を埋め込む。
Next, as shown in FIG. 3 (f), the convex portion of the silicon substrate 11, ie, the surface of the peripheral circuit forming region and the element forming region, is formed by a polishing cloth made of polyurethane foam and a chemical mechanical polishing using a colloidal silica abrasive. Polishing is performed until the silicon nitride film 13 provided on the substrate is exposed, so that the thermal oxide film 19 and the CVD are removed.
-SiO 2 unnecessary portion is removed in the film 16, the surface fill the trench 14 and 15 by the buried oxide film 20 made of a thermal oxide film 19 and the CVD-SiO 2 film 16 having a planarized.

【0031】次いで、図示しないものの、シリコン窒化
膜13及びパッド酸化膜12をエッチング除去すること
によって、埋込酸化膜20によって埋め込まれた素子分
離構造が完成する。
Next, although not shown, the silicon nitride film 13 and the pad oxide film 12 are removed by etching to complete an element isolation structure buried by the buried oxide film 20.

【0032】この様に、本発明の第1の実施の形態にお
いては、CVD−SiO2 膜16に形成された凹部を、
多結晶シリコン膜の残膜18を熱酸化して変換した熱酸
化膜19で埋め込んで表面を平坦にしてから研磨を行う
ので、研磨の際のパターンの疎密依存性がなくなり、ま
た、シリコン基板11の周辺回路形成領域及び素子形成
領域の頂面にシリコン窒化膜13からなる研磨ストッパ
ー膜を設けているので、研磨時間が長くなっても研磨面
は研磨ストッパー膜で自動的に停止し、過剰研磨による
ディッシング(dishing)が生ずることがない。
As described above, in the first embodiment of the present invention, the recess formed in the CVD-SiO 2 film 16 is
Polishing is performed after the surface is flattened by embedding the remaining film 18 of the polycrystalline silicon film with a thermally oxidized film 19 converted by thermal oxidation, so that the pattern at the time of polishing does not depend on the density of the silicon substrate. Since the polishing stopper film made of the silicon nitride film 13 is provided on the top surface of the peripheral circuit formation region and the device formation region, the polishing surface is automatically stopped by the polishing stopper film even if the polishing time is long, resulting in excessive polishing. No dishing occurs due to the above.

【0033】次に、図4を参照して、研磨工程をエッチ
バック工程と化学機械研磨工程の2段階で行う本発明の
第2の実施の形態を説明する。 図4(a)参照 まず、第1の実施の形態と同様に、シリコン基板11の
表面を熱酸化して厚さ5〜20nm、例えば、10nm
のパッド酸化膜12を形成したのち、CVD法によって
厚さ50〜200nm、例えば、100nmの化学機械
研磨(CMP)の際に研磨ストッパー膜となるシリコン
窒化膜13を堆積させ、次いで、レジストパターン(図
示せず)をマスクとしたドライ・エッチングによりシリ
コン窒化膜13、パッド酸化膜12、及び、シリコン基
板11を順次エッチングすることによって、深さ200
〜600nm、例えば、400nmのトレンチ14,1
5を形成する。
Next, referring to FIG. 4, a second embodiment of the present invention in which the polishing step is performed in two stages of an etch-back step and a chemical mechanical polishing step will be described. Referring to FIG. 4A, first, similarly to the first embodiment, the surface of the silicon substrate 11 is thermally oxidized to a thickness of 5 to 20 nm, for example, 10 nm.
After the pad oxide film 12 is formed, a silicon nitride film 13 serving as a polishing stopper film at the time of chemical mechanical polishing (CMP) with a thickness of 50 to 200 nm, for example, 100 nm is deposited by a CVD method, and then a resist pattern ( The silicon nitride film 13, the pad oxide film 12, and the silicon substrate 11 are sequentially etched by dry etching using a
ト レ ン チ 600 nm, for example, 400 nm trenches 14,1
5 is formed.

【0034】次いで、レジストパターンを除去したの
ち、熱酸化によって、露出したトレンチ14,15の表
面に厚さ5nm〜30nm、例えば、30nmの犠牲酸
化膜(図示せず)を形成し、次いで、CVD法によって
全面に厚さ300〜800nm、例えば、500nmの
CVD−SiO2 膜16を堆積させる。
Next, after removing the resist pattern, a sacrificial oxide film (not shown) having a thickness of 5 nm to 30 nm, for example, 30 nm is formed on the exposed surfaces of the trenches 14 and 15 by thermal oxidation. A CVD-SiO 2 film 16 having a thickness of 300 to 800 nm, for example, 500 nm is deposited on the entire surface by a method.

【0035】次いで、ドライ酸素雰囲気中で、1000
℃で25分間、熱処理を行うことによって、CVD−S
iO2 膜16を緻密化したのち、全面に、CVD法によ
って厚さ200〜600nm、例えば、300nmの多
結晶シリコン膜を堆積させる。
Next, in a dry oxygen atmosphere, 1000
By performing heat treatment at 25 ° C. for 25 minutes, CVD-S
After the iO 2 film 16 is densified, a polycrystalline silicon film having a thickness of 200 to 600 nm, for example, 300 nm is deposited on the entire surface by CVD.

【0036】次いで、研磨布として発泡ポリウレタン製
研磨布を用い、且つ、研磨剤としてコロダイル・シリカ
研磨剤を用いた化学機械研磨によって多結晶シリコン膜
を研磨し、周辺回路形成領域と素子形成領域上に堆積し
た多結晶シリコン膜を除去したのち、多結晶シリコン膜
の残膜が200nmの場合、ウェット酸素雰囲気中で、
1000℃で125分間熱処理することにより、幅広の
トレンチ14上の多結晶シリコン膜の残膜を熱酸化し
て、二酸化シリコン膜、即ち、熱酸化膜19に変換す
る。
Next, the polycrystalline silicon film is polished by chemical mechanical polishing using a foamed polyurethane polishing cloth as a polishing cloth and a corodyl / silica polishing agent as a polishing agent. After removing the polycrystalline silicon film deposited on the substrate, if the remaining polycrystalline silicon film has a thickness of 200 nm, in a wet oxygen atmosphere,
By performing heat treatment at 1000 ° C. for 125 minutes, the remaining polycrystalline silicon film on the wide trench 14 is thermally oxidized and converted into a silicon dioxide film, that is, a thermal oxide film 19.

【0037】図4(b)参照 次いで、反応ガスとしてCF4 或いはCHF3 を用いた
ドライ・エッチングによって、周辺回路形成領域及び素
子形成領域上のCVD−SiO2 膜16の厚さが20〜
200nm、例えば、100nm程度になるまでエッチ
バックを行って薄層化する。
Next, the thickness of the CVD-SiO 2 film 16 on the peripheral circuit formation region and the element formation region is reduced to 20 to 20 by dry etching using CF 4 or CHF 3 as a reaction gas.
Etch back is performed to a thickness of about 200 nm, for example, about 100 nm, to reduce the thickness.

【0038】図4(c)参照 次いで、発泡ポリウレタン製研磨布、及び、コロダイル
・シリカ研磨剤を用いた化学機械研磨によって、シリコ
ン基板11の凸部、即ち、周辺回路形成領域及び素子形
成領域表面に設けたシリコン窒化膜13が露出するま
で、研磨を行うことによって、薄層化した熱酸化膜19
及びCVD−SiO2 膜16の不要部を除去し、表面が
平坦化された熱酸化膜19及びCVD−SiO2 膜16
からなる埋込酸化膜20によってトレンチ14,15を
埋め込む。
4C, the convex portions of the silicon substrate 11, ie, the surface of the peripheral circuit formation region and the element formation region, are formed by a polishing machine made of foamed polyurethane and chemical mechanical polishing using a colloidal silica abrasive. Polishing is performed until the silicon nitride film 13 provided on the silicon oxide film 13 is exposed.
And CVD-SiO 2 unnecessary portion is removed in the film 16, a thermal oxide film surface is flattened 19 and CVD-SiO 2 film 16
The trenches 14 and 15 are buried with a buried oxide film 20 made of.

【0039】次いで、図示しないものの、シリコン窒化
膜13及びパッド酸化膜12をエッチング除去すること
によって、埋込酸化膜20によって埋め込まれた素子分
離構造が完成する。
Next, although not shown, the silicon nitride film 13 and the pad oxide film 12 are removed by etching to complete an element isolation structure buried by the buried oxide film 20.

【0040】この様に、本発明の第2の実施の形態にお
いては、CVD−SiO2 膜16及び熱酸化膜19を予
めエッチバックにより薄層化しているの、化学機械研磨
工程に要する時間が短くなり、且つ、研磨精度も向上す
る。
As described above, in the second embodiment of the present invention, the CVD-SiO 2 film 16 and the thermal oxide film 19 are thinned in advance by etch-back. It becomes shorter and the polishing accuracy is improved.

【0041】なお、この第2の実施の形態においては、
エッチバックをドライ・エッチングで行っているが、希
釈フッ化水素酸、或いは、バッファードフッ化水素酸等
をエッチャントとしたウェット・エッチングを用いても
良いものである。
In the second embodiment,
Although the etchback is performed by dry etching, wet etching using diluted hydrofluoric acid, buffered hydrofluoric acid, or the like as an etchant may be used.

【0042】また、この第2の実施の形態においても、
犠牲酸化膜の形成に先立って、レジストパターンをマス
クとして不純物を斜めイオン注入することによって、露
出したトレンチ14,15の表面にチャネルカット領域
を形成しても良いものである。
Also in the second embodiment,
Prior to the formation of the sacrificial oxide film, a channel cut region may be formed on the exposed surfaces of the trenches 14 and 15 by oblique ion implantation of impurities using a resist pattern as a mask.

【0043】また、上記各実施の形態の説明において
は、熱酸化膜に変化するために多結晶シリコン膜を用い
ているが、多結晶シリコン膜に限られるものではなく、
アモルファスシリコン膜を用いても良いものである。
In the description of each of the above embodiments, a polycrystalline silicon film is used to change into a thermal oxide film. However, the present invention is not limited to a polycrystalline silicon film.
An amorphous silicon film may be used.

【0044】[0044]

【発明の効果】本発明によれば、ブロックレジスト等の
ダミーパターンの露光工程を用いることなく、化学機械
研磨法(CMP法)を用いて素子分離用の埋込酸化膜を
形成する際に、研磨して凹部に残った多結晶シリコン膜
を熱酸化して二酸化シリコン膜に変換してCVD−Si
2 膜の表面を平坦化したのち、平坦化のための研磨を
行うので、パターンの疎密依存性がなく、また、ディッ
シングが生ずることなく、平坦で微細な素子分離構造を
実現することができる。
According to the present invention, it is possible to form a buried oxide film for element isolation using a chemical mechanical polishing method (CMP method) without using a step of exposing a dummy pattern such as a block resist. The polycrystalline silicon film remaining in the concave portion by polishing is thermally oxidized to be converted into a silicon dioxide film and
After the surface of the O 2 film is flattened, polishing for flattening is performed, so that there is no dependency on pattern density and no dishing occurs, and a flat and fine element isolation structure can be realized. .

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

【図1】本発明の原理的構成の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a basic configuration of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施の形態の途中までの製造工
程の説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram of a manufacturing process partway through the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1の実施の形態の図2以降の製造工
程の説明図である。
FIG. 3 is an explanatory view of a manufacturing process of the first embodiment of the present invention after FIG. 2;

【図4】本発明の第2の実施の形態の製造工程の説明図
である。
FIG. 4 is an explanatory diagram of a manufacturing process according to a second embodiment of the present invention.

【図5】従来のCMP法の問題点の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of a problem of a conventional CMP method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板 2 研磨ストッパー膜 3 素子領域 4 溝 5 絶縁膜 6 シリコン膜 7 二酸化シリコン膜 8 埋込絶縁膜 11 シリコン基板 12 パッド酸化膜 13 シリコン窒化膜 14 トレンチ 15 トレンチ 16 CVD−SiO2 膜 17 多結晶シリコン膜 18 多結晶シリコン膜の残膜 19 熱酸化膜 20 埋込酸化膜 31 シリコン基板 32 シリコン窒化膜 33 トレンチ 34 CVD−SiO2 膜 35 孤立した小面積のメサ 36 大面積のメサ 37 凸部 38 窪みREFERENCE SIGNS LIST 1 semiconductor substrate 2 polishing stopper film 3 element region 4 groove 5 insulating film 6 silicon film 7 silicon dioxide film 8 buried insulating film 11 silicon substrate 12 pad oxide film 13 silicon nitride film 14 trench 15 trench 16 CVD-SiO 2 film 17 many Crystalline silicon film 18 polycrystalline silicon film remaining film 19 thermal oxide film 20 buried oxide film 31 silicon substrate 32 silicon nitride film 33 trench 34 CVD-SiO 2 film 35 isolated small area mesa 36 large area mesa 37 convex part 38 hollow

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板の表面に研磨ストッパー膜と
なる膜を堆積する工程、前記半導体基板をエッチングし
て素子分離領域となる溝を形成する工程、前記半導体基
板上に絶縁膜を堆積させて前記溝を埋め込む工程、前記
絶縁膜上にシリコン膜を堆積する工程、前記シリコン膜
を化学機械研磨法によって研磨し、素子領域上の前記シ
リコン膜を除去する工程、前記溝上に残ったシリコン膜
を熱酸化して二酸化シリコン膜に変換する工程、及び、
前記絶縁膜及び前記二酸化シリコン膜を化学機械研磨法
によって同時に研磨し平坦化する工程を、順次行うこと
を特徴とする半導体装置の製造方法。
A step of depositing a film serving as a polishing stopper film on a surface of a semiconductor substrate; a step of forming a groove serving as an element isolation region by etching the semiconductor substrate; and a step of depositing an insulating film on the semiconductor substrate. Filling the groove, depositing a silicon film on the insulating film, polishing the silicon film by a chemical mechanical polishing method, removing the silicon film on the element region, removing the silicon film remaining on the groove. Converting it to a silicon dioxide film by thermal oxidation, and
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the steps of simultaneously polishing and planarizing the insulating film and the silicon dioxide film by a chemical mechanical polishing method are sequentially performed.
【請求項2】 半導体基板の表面に研磨ストッパー膜と
なる膜を堆積する工程、前記半導体基板をエッチングし
て素子分離領域となる溝を形成する工程、前記半導体基
板上に絶縁膜を堆積させて前記溝を埋め込む工程、前記
絶縁膜上にシリコン膜を堆積する工程、前記シリコン膜
を化学機械研磨法によって研磨し、素子領域上の前記シ
リコン膜を除去する工程、前記溝上に残ったシリコン膜
を熱酸化して二酸化シリコン膜に変換する工程、前記絶
縁膜及び前記二酸化シリコン膜を途中までエッチバック
する工程、及び、前記絶縁膜及び前記二酸化シリコン膜
を化学機械研磨法によって同時に研磨し平坦化する工程
を、順次行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A step of depositing a film serving as a polishing stopper film on a surface of the semiconductor substrate; a step of forming a groove serving as an element isolation region by etching the semiconductor substrate; and a step of depositing an insulating film on the semiconductor substrate. Filling the groove, depositing a silicon film on the insulating film, polishing the silicon film by a chemical mechanical polishing method, removing the silicon film on the element region, removing the silicon film remaining on the groove. Thermally oxidizing into a silicon dioxide film, etching back the insulating film and the silicon dioxide film halfway, and simultaneously polishing and flattening the insulating film and the silicon dioxide film by a chemical mechanical polishing method A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the steps are sequentially performed.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0954023A1 (en) * 1998-04-30 1999-11-03 Hewlett-Packard Company Isolation trench fabrication process
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