[go: up one dir, main page]

JP2005159211A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method thereof Download PDF

Info

Publication number
JP2005159211A
JP2005159211A JP2003398709A JP2003398709A JP2005159211A JP 2005159211 A JP2005159211 A JP 2005159211A JP 2003398709 A JP2003398709 A JP 2003398709A JP 2003398709 A JP2003398709 A JP 2003398709A JP 2005159211 A JP2005159211 A JP 2005159211A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor device
insulating film
trench
nitrogen
manufacturing
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Withdrawn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
JP2003398709A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takehisa Kishimoto
武久 岸本
Takato Handa
崇登 半田
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.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co 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 Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP2003398709A priority Critical patent/JP2005159211A/en
Publication of JP2005159211A publication Critical patent/JP2005159211A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

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

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent the concentration of an impurity which is injected into a channel area, from being reduced while suppressing occurrence of an interface state in a gate-insulated semiconductor device including a trench element separation. <P>SOLUTION: In the manufacturing method of the semiconductor device relating to the present invention, a part of a semiconductor layer 101 is removed to form a trench 104, and a surface of the trench 104 is oxidized to form a silicon oxide film 105. At least a surface portion of the silicon oxide film 105 is then nitrided by nitriding radicals in plasma. At such a time, it is preferable that the concentration of nitrogen in the surface portion of the silicon nitride film 105 is higher than the concentration of nitrogen in the interface of the silicon nitride film 105 and a silicon substrate 101. A filling insulating film 107 is then formed for filling the trench 104. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体装置とその製造方法に関するものであり、特に、トレンチ素子分離を有するゲート絶縁型の半導体装置とその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a gate insulating semiconductor device having trench element isolation and a manufacturing method thereof.

近年では、半導体装置の低コスト化のため、SRAM回路の高密度化が強く要望されている。高密度化のためには、トランジスタのゲート長方向の微細化も重要であるが、各素子の分離方向の縮小化も避けては通れない。そこで、分離幅を縮小するために、トランジスタのゲート幅の縮小化が必須となってきている。   In recent years, there has been a strong demand for higher density SRAM circuits in order to reduce the cost of semiconductor devices. In order to increase the density, miniaturization in the gate length direction of the transistor is important, but reduction in the isolation direction of each element cannot be avoided. Therefore, in order to reduce the isolation width, it is essential to reduce the gate width of the transistor.

しかしながら、トランジスタのゲート幅を縮小していくと、しきい値電圧が低下する逆ナロー効果が顕著になる。この逆ナロー効果は、ゲート酸化膜のための酸化を行う工程において、チャネル端に存在するチャネル不純物がトレンチ素子分離内に拡散し、チャネル端の不純物濃度が低下するために起こる。   However, as the gate width of the transistor is reduced, the inverse narrow effect that the threshold voltage decreases becomes more prominent. This reverse narrow effect occurs because in the step of oxidizing the gate oxide film, the channel impurity existing at the channel end diffuses into the trench element isolation, and the impurity concentration at the channel end decreases.

逆ナロー効果が発生するとゲート幅が異なるトランジスタ間でしきい値電圧が異なり、リーク電流、飽和電流のばらつきが発生したり、回路性能が低下する。逆ナロー効果を抑制する手段としては、例えば、特許文献1に開示されている手段がある。以下に、その方法について、図8(a)〜(f)を参照しながら説明する。図8(a)〜(f)は、従来の半導体装置の製造工程を示す断面図である。   When the inverse narrow effect occurs, the threshold voltage differs between transistors having different gate widths, and variations in leakage current and saturation current occur, and circuit performance deteriorates. As means for suppressing the reverse narrow effect, for example, there is a means disclosed in Patent Document 1. The method will be described below with reference to FIGS. 8 (a) to (f). 8 (a) to 8 (f) are cross-sectional views showing a manufacturing process of a conventional semiconductor device.

まず、図8(a)に示す構造を得るために次のような工程を行う。まず、P型のシリコン基板601の上に、下敷き酸化膜602とシリコン窒化膜603とを形成する。次に、フォトリソグラフィにより、シリコン窒化膜603の上に、トレンチ素子分離を形成する領域を開口するフォトレジスト(図示せず)を形成する。次に、フォトレジストをマスクとして反応性イオンエッチングを行うことにより、シリコン窒化膜603、下敷き酸化膜602およびシリコン基板601の上部を除去してなるトレンチ604を形成する。その後、シリコン窒化膜603をマスクとして回転斜めイオン注入を行うことにより、トレンチの側面および底面に窒素605をドーピングする。   First, in order to obtain the structure shown in FIG. First, an underlying oxide film 602 and a silicon nitride film 603 are formed on a P-type silicon substrate 601. Next, a photoresist (not shown) is formed on the silicon nitride film 603 by photolithography to open a region where trench element isolation is to be formed. Next, reactive ion etching is performed using a photoresist as a mask, thereby forming a trench 604 formed by removing the silicon nitride film 603, the underlying oxide film 602, and the upper portion of the silicon substrate 601. Thereafter, nitrogen 605 is doped on the side and bottom surfaces of the trench by performing rotational oblique ion implantation using the silicon nitride film 603 as a mask.

次に、図8(b)に示す工程で、熱CVD法あるいはバイアスCVD法により、基板上に、トレンチを埋める埋め込み酸化膜606を堆積する。   Next, in the step shown in FIG. 8B, a buried oxide film 606 filling the trench is deposited on the substrate by thermal CVD or bias CVD.

次に、図8(c)に示す工程で、CMP技術を用いて、埋め込み酸化膜606の平坦化を行う。この平坦化は、シリコン窒化膜603が露出するまで行う。   Next, in the step shown in FIG. 8C, the buried oxide film 606 is planarized using CMP technology. This planarization is performed until the silicon nitride film 603 is exposed.

次に、図8(d)に示す工程で、シリコン窒化膜603および下敷き酸化膜602を除去する。   Next, in the step shown in FIG. 8D, the silicon nitride film 603 and the underlying oxide film 602 are removed.

次に、図8(e)に示す工程で、シリコン基板601におけるチャネル領域に、閾値電圧制御用のチャネルボロン607をドーピングする。   Next, in the step shown in FIG. 8E, the channel region in the silicon substrate 601 is doped with channel boron 607 for controlling the threshold voltage.

次に、図8(f)に示す工程で、シリコン基板601の上に、ゲート絶縁膜608とゲート用ポリシリコン膜609とを形成する。その後、配線を形成する工程を経て、トレンチ素子分離型のMISFETを形成する。   Next, in the step shown in FIG. 8F, a gate insulating film 608 and a gate polysilicon film 609 are formed on the silicon substrate 601. Thereafter, a trench element isolation type MISFET is formed through a step of forming a wiring.

以上の製造方法によって形成された半導体装置では、窒素605が注入されていることにより、チャネル領域に注入されたボロン607が埋め込み酸化膜606中に拡散するのを抑制することが出来る。
特開平11−45996号公報
In the semiconductor device formed by the above manufacturing method, boron 607 implanted into the channel region can be prevented from diffusing into the buried oxide film 606 because nitrogen 605 is implanted.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-45996

しかしながら、上述の方法により形成した半導体装置では、シリコン基板601中へドーピングした窒素605の影響により、ゲート絶縁膜608とシリコン基板601との界面に界面準位が発生し、NBTI(Negative bias Temperature Instability)特性が劣化するという不具合が生じてしまう。   However, in the semiconductor device formed by the above-described method, an interface state is generated at the interface between the gate insulating film 608 and the silicon substrate 601 due to the influence of nitrogen 605 doped into the silicon substrate 601, and NBTI (Negative bias Temperature Instability). ) This causes a problem that the characteristics deteriorate.

本発明の目的は、チャネル領域に注入された不純物の濃度が低下するのを防止することができ、かつ、界面準位の発生を抑制することができる半導体装置とその製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a semiconductor device that can prevent the concentration of impurities implanted in a channel region from decreasing and can suppress the generation of interface states, and a method for manufacturing the same. is there.

本発明の半導体装置は、素子領域を有する半導体層と、上記半導体層のうち上記素子領域に設けられた不純物層と、上記半導体層のうち上記不純物層の側方に位置し、第1の絶縁膜と、上記第1の絶縁膜の側面および下面を覆うように上記半導体層と上記第1の絶縁膜との間に形成された第2の絶縁膜とを有する素子分離とを備える半導体装置であって、上記第2の絶縁膜のうち少なくとも上記第1の絶縁膜と接する側の表面部には、窒素が含まれている。   The semiconductor device of the present invention includes a semiconductor layer having an element region, an impurity layer provided in the element region of the semiconductor layer, and a first insulating layer located on a side of the impurity layer of the semiconductor layer. A semiconductor device comprising: a film; and an element isolation having a second insulating film formed between the semiconductor layer and the first insulating film so as to cover a side surface and a lower surface of the first insulating film In the second insulating film, nitrogen is contained in at least the surface portion on the side in contact with the first insulating film.

このように第2の絶縁膜に窒素が含まれていることにより、不純物層に含まれる不純物が素子分離の第1の絶縁膜中に拡散するのを抑制することができる。これにより、不純物層の不純物濃度が低下しないので、逆狭チャネル効果を防止することができる。   As described above, when the second insulating film contains nitrogen, it is possible to suppress diffusion of impurities contained in the impurity layer into the first insulating film for element isolation. Thereby, since the impurity concentration of the impurity layer does not decrease, the reverse narrow channel effect can be prevented.

上記表面部における窒素濃度が、上記第2の絶縁膜と上記半導体層との間の界面における窒素濃度よりも高い場合には、第2の絶縁膜と上記半導体層との界面における窒素濃度は低いため、半導体層において界面準位が発生するのを抑制することができる。これにより、NBTI特性の劣化が抑制される。   When the nitrogen concentration at the surface portion is higher than the nitrogen concentration at the interface between the second insulating film and the semiconductor layer, the nitrogen concentration at the interface between the second insulating film and the semiconductor layer is low. Therefore, generation of interface states in the semiconductor layer can be suppressed. Thereby, deterioration of the NBTI characteristic is suppressed.

上記第2の絶縁膜のうち上記素子分離の側面および下面に位置する部分において、少なくとも上記表面部には上記窒素が含まれていてもよい。   In the portion of the second insulating film located on the side surface and the lower surface of the element isolation, at least the surface portion may contain the nitrogen.

あるいは、上記第2の絶縁膜のうち上記素子分離の側面に位置する部分のみにおいて、少なくとも上記表面部には上記窒素が含まれていてもよい。この場合には、第2の絶縁膜のうち上記素子分離の下面に位置する部分には窒素が含まれていないので、窒素に起因する応力が発生しにくくなる。   Alternatively, in only the portion of the second insulating film located on the side surface of the element isolation, at least the surface portion may contain the nitrogen. In this case, since the portion of the second insulating film located on the lower surface of the element isolation does not contain nitrogen, stress due to nitrogen is less likely to occur.

上記第2の絶縁膜における窒素のピーク濃度が6atmic%以上である場合には、効果的に不純物の移動を阻止することができる。   When the peak concentration of nitrogen in the second insulating film is 6 atomic% or more, the migration of impurities can be effectively prevented.

上記第2の絶縁膜と上記半導体層との間の界面における上記窒素濃度が2atmic%以下である場合には、半導体層中に含まれる窒素の量は十分に少ないので、界面準位がさらに発生しにくくなる。   When the nitrogen concentration at the interface between the second insulating film and the semiconductor layer is 2 atomic% or less, the amount of nitrogen contained in the semiconductor layer is sufficiently small, so that an interface level is further generated. It becomes difficult to do.

上記不純物層にボロンが含まれている場合には、第2の絶縁膜に窒素を含めるという上述の方法により、ボロンの移動が効果的に阻止される。   In the case where boron is contained in the impurity layer, the movement of boron is effectively prevented by the above-described method of including nitrogen in the second insulating film.

本発明の半導体装置の製造方法は、半導体層の上に保護膜を形成する工程(a)と、上記保護膜をマスクとして上記半導体層の一部を除去することにより、上記半導体層にトレンチを形成する工程(b)と、上記半導体層のうち上記トレンチの表面に露出する部分を酸化することにより、上記トレンチの側面および底面に、第1の絶縁膜を形成する工程(c)と、上記第1の絶縁膜のうち少なくとも表面部を窒化する工程(d)と、上記工程(d)の後に、上記トレンチを埋める第2の絶縁膜を形成する工程(e)と、上記工程(e)の後に、上記半導体層に不純物を注入して不純物層を形成する工程(f)とを備える。   The method of manufacturing a semiconductor device of the present invention includes a step (a) of forming a protective film on a semiconductor layer, and removing a part of the semiconductor layer using the protective film as a mask, thereby forming a trench in the semiconductor layer. A step (b) of forming, a step (c) of forming a first insulating film on a side surface and a bottom surface of the trench by oxidizing a portion of the semiconductor layer exposed on the surface of the trench, A step (d) of nitriding at least a surface portion of the first insulating film; a step (e) of forming a second insulating film filling the trench after the step (d); and the step (e). And (f) forming an impurity layer by implanting impurities into the semiconductor layer.

これにより、後に高温の熱処理等を行った場合でも、第1の絶縁膜の少なくとも表面部が窒化されているので、不純物が素子分離における第2の絶縁膜の中に拡散しにくい。そのため、逆狭チャネル効果を起こりにくくすることができる。   Thereby, even when a high-temperature heat treatment or the like is performed later, since at least the surface portion of the first insulating film is nitrided, it is difficult for impurities to diffuse into the second insulating film in element isolation. Therefore, the reverse narrow channel effect can be made difficult to occur.

そして、上記工程(d)において、上記表面部における窒素濃度を、上記第1の絶縁膜と上記半導体層との間の界面における窒素濃度よりも高く形成した場合には、第1の絶縁膜と半導体層との間の界面における窒素濃度は低いので、熱処理等によって界面準位が発生しにくい。以上のことから、この方法により製造した半導体装置では、NBTI特性の劣化が抑制される。   In the step (d), when the nitrogen concentration at the surface portion is formed higher than the nitrogen concentration at the interface between the first insulating film and the semiconductor layer, Since the nitrogen concentration at the interface between the semiconductor layer and the semiconductor layer is low, interface states are not easily generated by heat treatment or the like. From the above, in the semiconductor device manufactured by this method, the deterioration of the NBTI characteristic is suppressed.

上記工程(d)では、上記第1の絶縁膜における窒素のピーク濃度を6atmic%以上とすることにより、効果的に不純物の移動を阻止することができる。   In the step (d), the transfer of impurities can be effectively prevented by setting the peak concentration of nitrogen in the first insulating film to 6 atomic% or more.

上記工程(d)では、上記第1の絶縁膜と上記半導体層との間の界面における上記窒素濃度を2atmic%以下とすることにより、半導体層中に含まれる窒素の量は十分に少ないので、界面準位がさらに発生しにくくなる。   In the step (d), since the nitrogen concentration at the interface between the first insulating film and the semiconductor layer is 2 atomic% or less, the amount of nitrogen contained in the semiconductor layer is sufficiently small. Interface levels are less likely to occur.

上記工程(e)では、上記不純物としてボロンを注入する場合には、窒素を用いることにより、ボロンの移動が効果的に阻止される。   In the step (e), when boron is implanted as the impurity, the movement of boron is effectively prevented by using nitrogen.

上記工程(d)では、上記第1の絶縁膜に対してラジカル窒化処理を行ってもよい。   In the step (d), radical nitriding treatment may be performed on the first insulating film.

上記工程(d)では、上記第1の絶縁膜に窒素をイオン注入してもよい。   In the step (d), nitrogen may be ion-implanted into the first insulating film.

上記工程(b)の後で上記工程(c)の前に、上記半導体層のうち上記トレンチの表面に露出する部分を酸化することにより第3の絶縁膜を形成し、上記半導体層のうち上記トレンチの縁部に露出する部分を丸める工程(g)と、上記工程(g)の後で上記工程(c)の前に、上記第3の絶縁膜を除去する工程(h)とをさらに備えていてもよい。この場合には、半導体層のうちトレンチの縁部に露出する部分を十分に丸めることができる程度の厚さを有する第3の絶縁膜を形成して除去した後に、第3の絶縁膜よりも薄い厚さの第1の絶縁膜を形成することができる。厚さの薄い第1の絶縁膜を窒化することにより、より急峻な窒素のプロファイルを形成することができる。これにより、第1の絶縁膜のうち窒素濃度の低い領域が狭くなるので、不純物をより拡散しにくくすることができる。   After the step (b) and before the step (c), a portion of the semiconductor layer exposed to the surface of the trench is oxidized to form a third insulating film. A step (g) of rounding a portion exposed at an edge of the trench, and a step (h) of removing the third insulating film after the step (g) and before the step (c). It may be. In this case, after forming and removing the third insulating film having a thickness that can sufficiently round the portion of the semiconductor layer exposed at the edge of the trench, the third insulating film is formed more than the third insulating film. A thin first insulating film can be formed. By nitriding the first insulating film having a small thickness, a steeper nitrogen profile can be formed. Thereby, since the area | region with low nitrogen concentration becomes narrow among 1st insulating films, an impurity can be made hard to diffuse more.

上記工程(c)の後で上記工程(d)の前に、上記トレンチの途中の深さまでをフォトレジストで埋める工程(i)と、上記工程(d)の後に、上記フォトレジストを除去する工程(j)とをさらに備えることにより、トレンチの表面に露出する半導体層のうち浅い領域のみを選択的に窒化することができるので、窒素に起因する応力の発生を抑制することができる。   After step (c), before step (d), step (i) of filling the trench to a depth in the middle of the trench, and after step (d), removing the photoresist (J) can be further provided, so that only a shallow region of the semiconductor layer exposed on the surface of the trench can be selectively nitrided, so that generation of stress due to nitrogen can be suppressed.

本発明の半導体装置では、トレンチ素子分離の側面および底面におけるシリコン酸化膜を窒化して窒化膜を形成することにより、チャネル領域における不純物がトレンチ素子分離の方に拡散するのを抑制することができる。これにより、チャネル領域不純物濃度が低下しないので、逆狭チャネル効果を防止することができる。ここで、半導体層とシリコン酸化膜との界面における窒素の濃度は低いため、ゲート絶縁膜を形成するための熱処理等を行っても界面準位が発生しにくく、NBTI特性の劣化を抑制することができる。   In the semiconductor device of the present invention, by nitriding the silicon oxide film on the side and bottom surfaces of the trench element isolation to form the nitride film, it is possible to suppress diffusion of impurities in the channel region toward the trench element isolation. . Thereby, since the channel region impurity concentration does not decrease, the reverse narrow channel effect can be prevented. Here, since the concentration of nitrogen at the interface between the semiconductor layer and the silicon oxide film is low, even when heat treatment or the like for forming the gate insulating film is performed, interface states are hardly generated, and deterioration of NBTI characteristics is suppressed. Can do.

(第1の実施形態)
以下に、本発明の第1の実施形態について、図1(a)〜(f)を参照しながら説明する。図1(a)〜(f)は、第1の実施形態において、半導体装置のプロセスフローを示す断面図である。
(First embodiment)
Below, the 1st Embodiment of this invention is described, referring FIG. 1 (a)-(f). 1A to 1F are cross-sectional views showing a process flow of a semiconductor device in the first embodiment.

まず、図1(a)に示す構成を得るために、以下の工程を行う。まず、P型のシリコン基板101の上に、厚さ5〜100nmの下敷き酸化膜102と、厚さ50〜1000nmのシリコン窒化膜103とを形成する。次に、フォトリソグラフィーにより、シリコン窒化膜103の上に、トレンチ素子分離を形成する領域に開口を有するフォトレジスト(図示せず)を形成する。その後、フォトレジストをマスクとして反応性イオンエッチングを行うことにより、シリコン窒化膜103、下敷き酸化膜102を貫通し、シリコン基板101の上部を除去してなる、深さ100〜1000nmのトレンチ104を形成する。   First, in order to obtain the configuration shown in FIG. First, an underlying oxide film 102 having a thickness of 5 to 100 nm and a silicon nitride film 103 having a thickness of 50 to 1000 nm are formed on a P-type silicon substrate 101. Next, a photoresist (not shown) having an opening in a region where trench element isolation is to be formed is formed on the silicon nitride film 103 by photolithography. Thereafter, reactive ion etching is performed using a photoresist as a mask to form a trench 104 having a depth of 100 to 1000 nm that penetrates the silicon nitride film 103 and the underlying oxide film 102 and removes the upper portion of the silicon substrate 101. To do.

次に、図1(b)に示す工程で、シリコン基板101のうちトレンチ104の表面に露出する部分を熱酸化することにより、厚さ10〜50nmのシリコン酸化膜105を形成する。   Next, in the step shown in FIG. 1B, a portion of the silicon substrate 101 exposed at the surface of the trench 104 is thermally oxidized to form a silicon oxide film 105 having a thickness of 10 to 50 nm.

次に、図1(c)に示す工程で、プラズマ中の窒素ラジカルによってシリコン酸化膜105の少なくとも表面部を窒化して、窒素のピーク濃度が6atmic%以上の表面窒化層106を形成する。シリコン酸化膜105とシリコン基板101との界面にまで窒化が起こっていてもよいが、その場合には、その界面における窒素の濃度は2atmic%以下となることが好ましい。ここで、プラズマを発生させるための窒化ガスとして、N2 /O2 、NO、N2O 、NH3 等のガスを用いればよい。 Next, in the step shown in FIG. 1C, at least the surface portion of the silicon oxide film 105 is nitrided by nitrogen radicals in plasma to form a surface nitrided layer 106 having a nitrogen peak concentration of 6 atomic% or more. Nitriding may occur up to the interface between the silicon oxide film 105 and the silicon substrate 101. In that case, the concentration of nitrogen at the interface is preferably 2 atomic% or less. Here, a gas such as N 2 / O 2 , NO, N 2 O, or NH 3 may be used as a nitriding gas for generating plasma.

ここで、窒素の濃度分布について説明する。図7は、プラズマ中の窒素ラジカルによってシリコン酸化膜を窒化した場合において、窒素の濃度分布を示すグラフ図である。図7に示すように、窒素の濃度は、シリコン酸化膜の表面近くで最大になり、表面からの深さが深くなるにつれて減少している。そして、シリコン酸化膜とシリコン基板との界面において、窒素はごく低濃度でしか含まれていない。   Here, the concentration distribution of nitrogen will be described. FIG. 7 is a graph showing the concentration distribution of nitrogen when the silicon oxide film is nitrided by nitrogen radicals in the plasma. As shown in FIG. 7, the concentration of nitrogen is maximized near the surface of the silicon oxide film, and decreases as the depth from the surface increases. Nitrogen is contained only at a very low concentration at the interface between the silicon oxide film and the silicon substrate.

次に、図1(d)に示す工程で、熱CVD法あるいはバイアスCVD法等により、トレンチ104の深さの1〜3倍の厚さの埋め込み酸化膜107を堆積する。続いて、CMP技術を用いて、埋め込み酸化膜107の平坦化を行う。この平坦化は、シリコン窒化膜103が露出するまで行う。   Next, in the step shown in FIG. 1D, a buried oxide film 107 having a thickness of 1 to 3 times the depth of the trench 104 is deposited by a thermal CVD method or a bias CVD method. Subsequently, the buried oxide film 107 is planarized using CMP technology. This planarization is performed until the silicon nitride film 103 is exposed.

次に、図1(e)に示す工程で、シリコン窒化膜103および下敷き酸化膜102を除去する。このとき、埋め込み酸化膜107(図1(d)に示す)はトレンチ素子分離107aとなる。   Next, in the step shown in FIG. 1E, the silicon nitride film 103 and the underlying oxide film 102 are removed. At this time, the buried oxide film 107 (shown in FIG. 1D) becomes the trench element isolation 107a.

次に、図1(f)に示す工程で、フォトリソグラフィーにより、P型MISFETを形成する領域をフォトレジスト108で覆い、N型MISFETを形成する領域を露出する。その後、フォトレジスト108をマスクとしてボロン109のイオン注入を行うことにより、N型MISFETを形成する領域にチャネル不純物領域110を形成する。このチャネル不純物領域110は、閾値電圧を制御するために形成する。   Next, in the step shown in FIG. 1F, the region for forming the P-type MISFET is covered with a photoresist 108 by photolithography, and the region for forming the N-type MISFET is exposed. Thereafter, boron 109 is ion-implanted using the photoresist 108 as a mask, thereby forming a channel impurity region 110 in a region where an N-type MISFET is to be formed. This channel impurity region 110 is formed to control the threshold voltage.

その後、図示は省略するが、シリコン基板101のうちチャネル不純物領域110の上に、ゲート絶縁膜およびゲート電極を形成する。その後、ソース・ドレイン領域を形成するためのイオン注入等を行うことにより、本実施形態の半導体装置が形成される。   Thereafter, although not shown, a gate insulating film and a gate electrode are formed on the channel impurity region 110 in the silicon substrate 101. Thereafter, ion implantation or the like for forming source / drain regions is performed to form the semiconductor device of this embodiment.

本実施形態の半導体装置では、シリコン基板101のうちトレンチ104の表面上に表面窒化層106が形成されていることにより、チャネル不純物領域110に注入されたボロンが埋め込み酸化膜107中へ拡散することを抑制できる。これにより、チャネル不純物領域110のボロン濃度が低下しないので、逆狭チャネル効果を防止することができる。一方、シリコン基板101とシリコン酸化膜105との界面における窒素の濃度は低い。そのため、ゲート絶縁膜を形成するための熱処理等を行っても界面準位が発生しにくく、NBTI特性の劣化を抑制することができる。   In the semiconductor device of this embodiment, the surface nitride layer 106 is formed on the surface of the trench 104 in the silicon substrate 101, so that boron implanted into the channel impurity region 110 diffuses into the buried oxide film 107. Can be suppressed. As a result, the boron concentration in the channel impurity region 110 does not decrease, so that the reverse narrow channel effect can be prevented. On the other hand, the concentration of nitrogen at the interface between the silicon substrate 101 and the silicon oxide film 105 is low. Therefore, even when heat treatment or the like for forming the gate insulating film is performed, interface states are hardly generated, and deterioration of NBTI characteristics can be suppressed.

(第2の実施形態)
以下に、本発明の第2の実施形態について、図2(a)〜(f)を参照しながら説明する。図2(a)〜(f)は、第2の実施形態において、半導体装置のプロセスフローを示す断面図である。
(Second Embodiment)
Below, the 2nd Embodiment of this invention is described, referring Fig.2 (a)-(f). 2A to 2F are cross-sectional views showing a process flow of the semiconductor device in the second embodiment.

まず、図2(a)に示す構成を得るために、以下の工程を行う。まず、P型のシリコン基板201の上に、厚さ5〜100nmの下敷き酸化膜202と、厚さ50〜1000nmのシリコン窒化膜203とを形成する。次に、フォトリソグラフィーにより、シリコン窒化膜203の上に、トレンチ素子分離を形成する領域に開口を有するフォトレジスト(図示せず)を形成する。その後、フォトレジストをマスクとして反応性イオンエッチングを行うことにより、シリコン窒化膜203、下敷き酸化膜202を貫通し、シリコン基板201の上部を除去してなる、深さ100〜1000nmのトレンチ204を形成する。   First, in order to obtain the configuration shown in FIG. First, an underlying oxide film 202 having a thickness of 5 to 100 nm and a silicon nitride film 203 having a thickness of 50 to 1000 nm are formed on a P-type silicon substrate 201. Next, a photoresist (not shown) having an opening in a region for forming trench element isolation is formed on the silicon nitride film 203 by photolithography. Thereafter, reactive ion etching is performed using a photoresist as a mask to form a trench 204 having a depth of 100 to 1000 nm that penetrates the silicon nitride film 203 and the underlying oxide film 202 and removes the upper portion of the silicon substrate 201. To do.

次に、図2(b)に示す工程で、シリコン基板201のうちトレンチ204の表面に露出する部分を熱酸化することにより、厚さ10〜50nmのシリコン酸化膜205を形成する。   Next, in the step shown in FIG. 2B, a portion of the silicon substrate 201 exposed at the surface of the trench 204 is thermally oxidized to form a silicon oxide film 205 having a thickness of 10 to 50 nm.

次に、図2(c)に示す工程で、P型シリコン基板201に対して少なくとも2方向から、大傾角(例えば、法線方向からの傾きが15度〜45度)で窒素を低エネルギー注入する。例えば、注入エネルギー5keV、注入ドーズ量1×1016ions/cm2、注入角度15度の注入条件で窒素をイオン注入する。これにより、シリコン酸化膜205の少なくとも表面部を窒化して、窒素のピーク濃度が6atmic%以上の表面窒化層206を形成する。ここで、シリコン酸化膜105とシリコン基板101との界面にまで窒化が起こっていてもよいが、その場合には、その界面における窒素の濃度は2atmic%以下となる。 Next, in the step shown in FIG. 2C, nitrogen is injected with low energy from at least two directions with respect to the P-type silicon substrate 201 at a large inclination angle (for example, the inclination from the normal direction is 15 to 45 degrees). To do. For example, nitrogen is ion-implanted under an implantation condition of an implantation energy of 5 keV, an implantation dose of 1 × 10 16 ions / cm 2 , and an implantation angle of 15 degrees. Thus, at least the surface portion of the silicon oxide film 205 is nitrided to form a surface nitride layer 206 having a nitrogen peak concentration of 6 atomic% or more. Here, nitridation may occur up to the interface between the silicon oxide film 105 and the silicon substrate 101. In that case, the concentration of nitrogen at the interface is 2 atomic% or less.

次に、図2(d)に示す工程で、熱CVD法あるいはバイアスCVD法等により、トレンチ204の深さの1〜3倍の厚さの埋め込み酸化膜207を堆積する。続いて、CMP技術を用いて、埋め込み酸化膜207の平坦化を行う。この平坦化は、シリコン窒化膜203が露出するまで行う。   Next, in the step shown in FIG. 2D, a buried oxide film 207 having a thickness of 1 to 3 times the depth of the trench 204 is deposited by thermal CVD or bias CVD. Subsequently, the buried oxide film 207 is planarized using CMP technology. This planarization is performed until the silicon nitride film 203 is exposed.

次に、図2(e)に示す工程で、シリコン窒化膜203および下敷き酸化膜202を除去する。これにより、埋め込み酸化膜207(図2(d)に示す)はトレンチ素子分離207aとなる。   Next, in the step shown in FIG. 2E, the silicon nitride film 203 and the underlying oxide film 202 are removed. Thereby, the buried oxide film 207 (shown in FIG. 2D) becomes the trench element isolation 207a.

次に、図2(f)に示す工程で、フォトリソグラフィーにより、P型MISFETを形成する領域をフォトレジスト208で覆い、N型MISFETを形成する領域を露出する。その後、フォトレジスト208をマスクとしてボロン209のイオン注入を行うことにより、N型MISFETを形成する領域にチャネル不純物領域210を形成する。このチャネル不純物領域210は、閾値電圧を制御するために形成する。   Next, in the step shown in FIG. 2F, the region for forming the P-type MISFET is covered with a photoresist 208 by photolithography, and the region for forming the N-type MISFET is exposed. Thereafter, ion implantation of boron 209 is performed using the photoresist 208 as a mask, thereby forming a channel impurity region 210 in a region where an N-type MISFET is to be formed. This channel impurity region 210 is formed to control the threshold voltage.

その後、図示は省略するが、シリコン基板201のうちチャネル不純物領域210の上に、ゲート絶縁膜およびゲート電極を形成する。その後、ソース・ドレイン領域を形成するためのイオン注入等を行うことにより、本実施形態の半導体装置が形成される。   Thereafter, although not shown, a gate insulating film and a gate electrode are formed on the channel impurity region 210 in the silicon substrate 201. Thereafter, ion implantation or the like for forming source / drain regions is performed to form the semiconductor device of this embodiment.

本実施形態の半導体装置では、シリコン基板201のうちトレンチ204の表面上に表面窒化層206が形成されていることにより、チャネル不純物領域210に注入されたボロンが埋め込み酸化膜207中へ拡散することを抑制できる。これにより、チャネル不純物領域210のボロン濃度が低下しないので、逆狭チャネル効果を防止することができる。一方、シリコン基板201とシリコン酸化膜205との界面における窒素の濃度は低い。そのため、ゲート絶縁膜を形成するための熱処理等を行っても界面準位が発生しにくく、NBTI特性の劣化を抑制することができる。   In the semiconductor device of this embodiment, the surface nitride layer 206 is formed on the surface of the trench 204 in the silicon substrate 201, so that boron implanted into the channel impurity region 210 diffuses into the buried oxide film 207. Can be suppressed. Thereby, since the boron concentration of the channel impurity region 210 is not lowered, the reverse narrow channel effect can be prevented. On the other hand, the concentration of nitrogen at the interface between the silicon substrate 201 and the silicon oxide film 205 is low. Therefore, even when heat treatment or the like for forming the gate insulating film is performed, interface states are hardly generated, and deterioration of NBTI characteristics can be suppressed.

さらに、本実施形態では、図2(c)に示す工程で、大傾角でイオン注入を行っているため、トレンチ204の表面のうち深さが深い領域には窒素がドーピングされにくくなる。つまり、トレンチ204の表面のうち深さが浅い領域のみを選択的に窒化することができるので、チャネル領域に注入された不純物の拡散を抑制しつつ、窒素に起因する応力の発生を防止することができる。   Furthermore, in the present embodiment, since ion implantation is performed at a large tilt angle in the step shown in FIG. 2C, a deep region in the surface of the trench 204 is difficult to be doped with nitrogen. That is, since only the shallow region of the surface of the trench 204 can be selectively nitrided, it is possible to prevent the generation of stress due to nitrogen while suppressing the diffusion of the impurity implanted into the channel region. Can do.

(第3の実施形態)
以下に、本発明の第3の実施形態について、図3(a)〜(d)および図4(a)〜(d)を参照しながら説明する。図3(a)〜(d)および図4(a)〜(d)は、第3の実施形態において、半導体装置のプロセスフローを示す断面図である。
(Third embodiment)
Below, the 3rd Embodiment of this invention is described, referring FIG. 3 (a)-(d) and FIG. 4 (a)-(d). FIGS. 3A to 3D and FIGS. 4A to 4D are cross-sectional views showing the process flow of the semiconductor device in the third embodiment.

まず、図3(a)に示す構成を得るために、以下の工程を行う。まず、P型のシリコン基板301の上に、厚さ5〜100nmの下敷き酸化膜302と、厚さ50〜1000nmのシリコン窒化膜303とを形成する。次に、フォトリソグラフィーにより、シリコン窒化膜303の上に、トレンチ素子分離を形成する領域に開口を有するフォトレジスト(図示せず)を形成する。その後、フォトレジストをマスクとして反応性イオンエッチングを行うことにより、シリコン窒化膜303、下敷き酸化膜302を貫通し、シリコン基板301の上部を除去してなる、深さ100〜1000nmのトレンチ304を形成する。   First, in order to obtain the configuration shown in FIG. First, an underlying oxide film 302 having a thickness of 5 to 100 nm and a silicon nitride film 303 having a thickness of 50 to 1000 nm are formed on a P-type silicon substrate 301. Next, a photoresist (not shown) having an opening in a region for forming trench element isolation is formed on the silicon nitride film 303 by photolithography. Thereafter, reactive ion etching is performed using a photoresist as a mask to form a trench 304 having a depth of 100 to 1000 nm that penetrates the silicon nitride film 303 and the underlying oxide film 302 and removes the upper portion of the silicon substrate 301. To do.

次に、図3(b)に示す工程で、シリコン基板301のうちトレンチ304の表面に露出する部分を熱酸化することにより、厚さ10〜50nmのシリコン酸化膜305を形成する。   Next, in a step shown in FIG. 3B, a silicon oxide film 305 having a thickness of 10 to 50 nm is formed by thermally oxidizing a portion of the silicon substrate 301 exposed on the surface of the trench 304.

次に、図3(c)に示す工程で、ウェットエッチングを行うことにより、トレンチ304の側面および底面の上に形成されているシリコン酸化膜305を除去する。   Next, in the step shown in FIG. 3C, wet etching is performed to remove the silicon oxide film 305 formed on the side surface and the bottom surface of the trench 304.

次に、図3(d)に示す工程で、トレンチ304の表面に露出するシリコン基板301の表面部を熱酸化することにより、厚さ10nm以下のシリコン酸化膜311を形成する。   Next, in the step shown in FIG. 3D, the surface portion of the silicon substrate 301 exposed on the surface of the trench 304 is thermally oxidized to form a silicon oxide film 311 having a thickness of 10 nm or less.

次に、図4(a)に示す工程で、プラズマ中の窒素ラジカルによってシリコン酸化膜311を窒化することにより、窒化層311’を形成する。このとき、窒素のピーク濃度は6atmic%以上になる。シリコン酸化膜311とシリコン基板301との界面にまで窒化が起こっていてもよいが、その場合には、その界面における窒素の濃度は2atmic%以下となる。ここで、プラズマを発生させるための窒化ガスとして、N2 /O2 、NO、N2O 、NH3 等のガスを用いればよい。 Next, in the step shown in FIG. 4A, the nitride layer 311 ′ is formed by nitriding the silicon oxide film 311 with nitrogen radicals in the plasma. At this time, the peak concentration of nitrogen is 6 atomic% or more. Nitridation may occur up to the interface between the silicon oxide film 311 and the silicon substrate 301. In this case, the concentration of nitrogen at the interface is 2 atomic% or less. Here, a gas such as N 2 / O 2 , NO, N 2 O, or NH 3 may be used as a nitriding gas for generating plasma.

次に、図4(b)に示す工程で、熱CVD法あるいはバイアスCVD法等により、トレンチ304の深さの1〜3倍の厚さの埋め込み酸化膜307を堆積する。その後、CMP技術を用いて、埋め込み酸化膜307の平坦化を行う。この平坦化は、シリコン窒化膜303が露出するまで行う。   Next, in the step shown in FIG. 4B, a buried oxide film 307 having a thickness of 1 to 3 times the depth of the trench 304 is deposited by a thermal CVD method or a bias CVD method. Thereafter, the buried oxide film 307 is planarized using CMP technology. This planarization is performed until the silicon nitride film 303 is exposed.

次に、図4(c)に示す工程で、シリコン窒化膜303および下敷き酸化膜302を除去する。このとき、埋め込み酸化膜307(図4(b)に示す)はトレンチ素子分離307aとなる。
次に、図4(d)に示す工程で、フォトリソグラフィーにより、P型MISFETを形成する領域をフォトレジスト308で覆い、N型MISFETを形成する領域を露出する。その後、フォトレジスト308をマスクとしてボロン309のイオン注入を行うことにより、、N型MISFETを形成する領域にチャネル不純物領域310を形成する。このチャネル不純物領域310は、閾値電圧を制御するために形成する。
Next, in the step shown in FIG. 4C, the silicon nitride film 303 and the underlying oxide film 302 are removed. At this time, the buried oxide film 307 (shown in FIG. 4B) becomes the trench element isolation 307a.
Next, in the step shown in FIG. 4D, the region for forming the P-type MISFET is covered with a photoresist 308 by photolithography, and the region for forming the N-type MISFET is exposed. Thereafter, ion implantation of boron 309 is performed using the photoresist 308 as a mask, thereby forming a channel impurity region 310 in a region where an N-type MISFET is to be formed. This channel impurity region 310 is formed in order to control the threshold voltage.

その後、図示は省略するが、シリコン基板301の上に、ゲート絶縁膜およびゲート電極等を形成する。その後、イオン注入等を行うことにより、本実施形態の半導体装置が形成される。   Thereafter, although not shown, a gate insulating film, a gate electrode, and the like are formed on the silicon substrate 301. Thereafter, by performing ion implantation or the like, the semiconductor device of this embodiment is formed.

本実施形態の半導体装置では、シリコン基板301のうちトレンチ304の表面上に窒化層311’が形成されていることにより、後に注入されたチャネル不純物領域310のボロンが埋め込み酸化膜307中へ拡散することを抑制できる。これにより、チャネルにおけるボロン濃度が低下しないので、逆狭チャネル効果を防止することができる。一方、窒化層311’における窒素の濃度は、シリコン基板301に近づくにつれて低くなる。そのため、ゲート絶縁膜を形成するための熱処理等を行っても界面準位が発生しにくく、NBTI特性の劣化を抑制することができる。   In the semiconductor device of this embodiment, the nitride layer 311 ′ is formed on the surface of the trench 304 in the silicon substrate 301, so that boron in the channel impurity region 310 implanted later diffuses into the buried oxide film 307. This can be suppressed. Thereby, since the boron concentration in the channel does not decrease, the reverse narrow channel effect can be prevented. On the other hand, the nitrogen concentration in the nitride layer 311 ′ decreases as the silicon substrate 301 is approached. Therefore, even when heat treatment or the like for forming the gate insulating film is performed, interface states are hardly generated, and deterioration of NBTI characteristics can be suppressed.

さらに、図3(b)に示す工程で形成したシリコン酸化膜305を除去し、図3(d)に示す工程でシリコン酸化膜311を新たに形成することにより、次のような効果を得ることができる。   Further, by removing the silicon oxide film 305 formed in the step shown in FIG. 3B and forming a new silicon oxide film 311 in the step shown in FIG. 3D, the following effects can be obtained. Can do.

図3(b)に示す工程では、シリコン酸化膜305を形成することにより、シリコン基板301のうちトレンチ304の上縁部に露出する部分(シリコン基板301の上端部)を丸めている。この工程は、シリコン基板301の上端部への電界集中を緩和するために行う。ここで、十分に電界集中の効果を得るためには、シリコン酸化膜305の厚さを10nm以上にすることが好ましい。それに対し、図3(d)に示す工程で新たに形成するシリコン酸化膜311の厚さは、10nm以下に設定している。そして、図4(a)に示す工程で、膜厚の薄いシリコン酸化膜311を窒化することにより、より急峻な窒素のプロファイルを形成することができる。これにより、窒化層311’のうち窒素濃度の低い領域は狭いので、シリコン基板301内に含まれるボロン等の不純物がより拡散しにくくなる。   In the step shown in FIG. 3B, by forming the silicon oxide film 305, the portion of the silicon substrate 301 exposed at the upper edge of the trench 304 (the upper end portion of the silicon substrate 301) is rounded. This step is performed to alleviate electric field concentration on the upper end portion of the silicon substrate 301. Here, in order to obtain a sufficient electric field concentration effect, the thickness of the silicon oxide film 305 is preferably 10 nm or more. In contrast, the thickness of the silicon oxide film 311 newly formed in the step shown in FIG. 3D is set to 10 nm or less. Then, in the step shown in FIG. 4A, a steeper nitrogen profile can be formed by nitriding the thin silicon oxide film 311. As a result, the region having a low nitrogen concentration in the nitride layer 311 ′ is narrow, so that impurities such as boron contained in the silicon substrate 301 are less likely to diffuse.

(第4の実施形態)
以下に、本発明の第4の実施形態について、図5(a)〜(d)および図6(a)〜(d)を参照しながら説明する。図5(a)〜(d)および図6(a)〜(d)は、第4の実施形態において、半導体装置のプロセスフローを示す断面図である。
(Fourth embodiment)
Below, the 4th Embodiment of this invention is described, referring FIG. 5 (a)-(d) and FIG. 6 (a)-(d). FIGS. 5A to 5D and FIGS. 6A to 6D are cross-sectional views showing the process flow of the semiconductor device in the fourth embodiment.

まず、図5(a)に示す構成を得るために、以下の工程を行う。まず、P型のシリコン基板401の上に、厚さ5〜100nmの下敷き酸化膜402と、厚さ50〜1000nmのシリコン窒化膜403とを形成する。次に、フォトリソグラフィーにより、シリコン窒化膜403の上に、トレンチ素子分離を形成する領域に開口を有するフォトレジスト(図示せず)を形成する。その後、フォトレジストをマスクとして反応性イオンエッチングを行うことにより、シリコン窒化膜403、下敷き酸化膜402を貫通し、シリコン基板401の上部を除去してなる、深さ100〜1000nmのトレンチ404を形成する。   First, in order to obtain the configuration shown in FIG. First, an underlying oxide film 402 having a thickness of 5 to 100 nm and a silicon nitride film 403 having a thickness of 50 to 1000 nm are formed on a P-type silicon substrate 401. Next, a photoresist (not shown) having an opening in a region where trench element isolation is to be formed is formed on the silicon nitride film 403 by photolithography. Thereafter, reactive ion etching is performed using a photoresist as a mask to form a trench 404 having a depth of 100 to 1000 nm that penetrates the silicon nitride film 403 and the underlying oxide film 402 and removes the upper portion of the silicon substrate 401. To do.

次に、図5(b)に示す工程で、シリコン基板401のうちトレンチ404の表面に露出する部分を熱酸化することにより、厚さ10〜50nmのシリコン酸化膜405を形成する。   Next, in a step shown in FIG. 5B, a portion of the silicon substrate 401 exposed at the surface of the trench 404 is thermally oxidized to form a silicon oxide film 405 having a thickness of 10 to 50 nm.

次に、図5(c)に示す工程で、フォトレジスト412を、トレンチ404の深さの1〜3倍の厚さで堆積する。   Next, in the step shown in FIG. 5C, a photoresist 412 is deposited with a thickness of 1 to 3 times the depth of the trench 404.

次に、図5(d)に示す工程で、アッシングを行うことにより、フォトレジスト412を、トレンチ404の途中の深さまで除去する。これにより、シリコン酸化膜405のうち、トレンチ404の側壁のうちの上部を露出させる。   Next, in the step shown in FIG. 5D, ashing is performed to remove the photoresist 412 to a depth in the middle of the trench 404. As a result, the upper part of the side wall of the trench 404 in the silicon oxide film 405 is exposed.

次に、図6(a)に示す工程で、プラズマ中の窒素ラジカルによって、トレンチの側壁のうちの上部に露出するシリコン酸化膜405の少なくとも表面部を窒化することにより、表面窒化層413を形成する。このとき、窒素のピーク濃度は6atmic%以上になる。シリコン酸化膜405とシリコン基板401との界面にまで窒化が起こっていてもよいが、その場合には、その界面における窒素の濃度は2atmic%以下となる。ここで、プラズマを発生させるための窒化ガスとして、N2 /O2 、NO、N2O 、NH3 等のガスを用いればよい。 Next, in the step shown in FIG. 6A, the surface nitride layer 413 is formed by nitriding at least the surface portion of the silicon oxide film 405 exposed on the upper portion of the sidewall of the trench with nitrogen radicals in the plasma. To do. At this time, the peak concentration of nitrogen is 6 atomic% or more. Nitridation may occur up to the interface between the silicon oxide film 405 and the silicon substrate 401, but in this case, the concentration of nitrogen at the interface is 2 atomic% or less. Here, a gas such as N 2 / O 2 , NO, N 2 O, or NH 3 may be used as a nitriding gas for generating plasma.

次に、図6(b)に示す工程で、フォトレジスト412を除去した後、熱CVD法あるいはバイアスCVD法等により、トレンチ404の深さの1〜3倍の厚さの埋め込み酸化膜407を堆積する。その後、CMP技術を用いて、埋め込み酸化膜407の平坦化を行う。この平坦化は、シリコン窒化膜403が露出するまで行う。   Next, after removing the photoresist 412 in the step shown in FIG. 6B, a buried oxide film 407 having a thickness of 1 to 3 times the depth of the trench 404 is formed by thermal CVD or bias CVD. accumulate. Thereafter, the buried oxide film 407 is planarized using CMP technology. This planarization is performed until the silicon nitride film 403 is exposed.

次に、図6(c)に示す工程で、シリコン窒化膜403および下敷き酸化膜402を除去する。このとき、埋め込み酸化膜407(図6(b)に示す)はトレンチ素子分離407aとなる。   Next, in the step shown in FIG. 6C, the silicon nitride film 403 and the underlying oxide film 402 are removed. At this time, the buried oxide film 407 (shown in FIG. 6B) becomes the trench element isolation 407a.

次に、図6(d)に示す工程で、フォトリソグラフィーにより、P型MISFETを形成する領域をフォトレジスト408で覆い、N型MISFETを形成する領域を露出する。その後、フォトレジスト408をマスクとしてボロン409のイオン注入を行うことにより、N型MISFETを形成する領域にチャネル不純物領域410を形成する。このチャネル不純物領域410は、閾値電圧を制御するために形成する。   Next, in the step shown in FIG. 6D, the region for forming the P-type MISFET is covered with a photoresist 408 by photolithography, and the region for forming the N-type MISFET is exposed. Thereafter, ion implantation of boron 409 is performed using the photoresist 408 as a mask, thereby forming a channel impurity region 410 in a region where an N-type MISFET is to be formed. This channel impurity region 410 is formed to control the threshold voltage.

その後、図示は省略するが、シリコン基板401の上に、ゲート絶縁膜およびゲート電極等を形成する。その後、ソース・ドレイン領域を形成するためのイオン注入等を行うことにより、本実施形態の半導体装置が形成される。   Thereafter, although not shown, a gate insulating film, a gate electrode, and the like are formed on the silicon substrate 401. Thereafter, ion implantation or the like for forming source / drain regions is performed to form the semiconductor device of this embodiment.

本実施形態の半導体装置では、トレンチ404の表面に形成されたシリコン酸化膜405のうちトレンチ上部に位置する領域に窒素を含んでいることにより、後に注入されたチャネル不純物領域410のボロンが埋め込み酸化膜407中へ拡散することを抑制できる。これにより、チャネルにおけるボロン濃度が低下しないので、逆狭チャネル効果を防止することができる。一方、シリコン基板401とシリコン酸化膜405との界面における窒素の濃度は低い。そのため、ゲート絶縁膜を形成するための熱処理等を行っても界面準位が発生しにくく、NBTI特性の劣化を抑制することができる。   In the semiconductor device of the present embodiment, since the silicon oxide film 405 formed on the surface of the trench 404 contains nitrogen in the region located above the trench, boron in the channel impurity region 410 implanted later is buried and oxidized. Diffusion into the film 407 can be suppressed. Thereby, since the boron concentration in the channel does not decrease, the reverse narrow channel effect can be prevented. On the other hand, the concentration of nitrogen at the interface between the silicon substrate 401 and the silicon oxide film 405 is low. Therefore, even when heat treatment or the like for forming the gate insulating film is performed, interface states are hardly generated, and deterioration of NBTI characteristics can be suppressed.

また、図6(a)に示す工程で、トレンチ404の側壁のうちの上部に露出する部分のみを選択的に窒化するため、チャネル領域に注入された不純物の拡散を抑制しつつ、窒素に起因する応力の発生を防止することができる。   Further, in the step shown in FIG. 6A, only the portion exposed at the upper part of the side wall of the trench 404 is selectively nitrided, so that it is caused by nitrogen while suppressing the diffusion of the impurity implanted into the channel region. It is possible to prevent the generation of stress.

以上説明したように、本発明は、NBTI特性を劣化させることなく、チャネル領域の不純物濃度を保持できる点で、産業上の利用可能性は高い。   As described above, the present invention has high industrial applicability in that the impurity concentration of the channel region can be maintained without deteriorating the NBTI characteristics.

(a)〜(f)は、第1の実施形態において、半導体装置のプロセスフローを示す断面図である。(A)-(f) is sectional drawing which shows the process flow of a semiconductor device in 1st Embodiment. (a)〜(f)は、第2の実施形態において、半導体装置のプロセスフローを示す断面図である。(A)-(f) is sectional drawing which shows the process flow of a semiconductor device in 2nd Embodiment. (a)〜(d)は、第3の実施形態において、半導体装置のプロセスフローを示す断面図である。(A)-(d) is sectional drawing which shows the process flow of a semiconductor device in 3rd Embodiment. (a)〜(d)は、第3の実施形態において、半導体装置のプロセスフローを示す断面図である。(A)-(d) is sectional drawing which shows the process flow of a semiconductor device in 3rd Embodiment. (a)〜(d)は、第4の実施形態において、半導体装置のプロセスフローを示す断面図である。(A)-(d) is sectional drawing which shows the process flow of a semiconductor device in 4th Embodiment. (a)〜(d)は、第4の実施形態において、半導体装置のプロセスフローを示す断面図である。(A)-(d) is sectional drawing which shows the process flow of a semiconductor device in 4th Embodiment. プラズマ中の窒素ラジカルによってシリコン酸化膜を窒化した場合において、窒素の濃度分布を示すグラフ図である。FIG. 6 is a graph showing a nitrogen concentration distribution when a silicon oxide film is nitrided by nitrogen radicals in plasma. (a)〜(f)は、従来の半導体装置の製造工程を示す断面図である。(A)-(f) is sectional drawing which shows the manufacturing process of the conventional semiconductor device.

符号の説明Explanation of symbols

101 シリコン基板
102 下敷き酸化膜
103 シリコン窒化膜
104 トレンチ
105 シリコン酸化膜
106 表面窒化層
107 埋め込み酸化膜
107a トレンチ素子分離
108 フォトレジスト
109 ボロン
110 チャネル不純物領域
201 シリコン基板
202 下敷き酸化膜
203 シリコン窒化膜
204 トレンチ
205 シリコン酸化膜
206 表面窒化層
207 埋め込み酸化膜
207a トレンチ素子分離
208 フォトレジスト
209 ボロン
210 チャネル不純物領域
301 シリコン基板
302 下敷き酸化膜
303 シリコン窒化膜
304 トレンチ
305 シリコン酸化膜
307 埋め込み酸化膜
307a トレンチ素子分離
308 フォトレジスト
309 ボロン
310 チャネル不純物領域
311 シリコン酸化膜
311’ 窒化層
401 シリコン基板
402 下敷き酸化膜
403 シリコン窒化膜
404 トレンチ
405 シリコン酸化膜
407 埋め込み酸化膜
407a トレンチ素子分離
408 フォトレジスト
409 ボロン
410 チャネル不純物領域
412 フォトレジスト
413 表面窒化層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Silicon substrate 102 Underlay oxide film 103 Silicon nitride film 104 Trench 105 Silicon oxide film 106 Surface nitride layer 107 Embedded oxide film 107a Trench element isolation 108 Photoresist 109 Boron 110 Channel impurity region 201 Silicon substrate 202 Underlay oxide film 203 Silicon nitride film 204 Trench 205 Silicon oxide film 206 Surface nitride layer 207 Embedded oxide film 207a Trench element isolation 208 Photoresist 209 Boron 210 Channel impurity region 301 Silicon substrate 302 Underlay oxide film 303 Silicon nitride film 304 Trench 305 Silicon oxide film 307 Embedded oxide film 307a Trench element Isolation 308 Photoresist 309 Boron 310 Channel impurity region 311 Silicon oxide film 11 'nitride layer 401 silicon substrate 402 underlying oxide film 403 a silicon nitride film 404 trench 405 silicon oxide film 407 buried oxide film 407a trench isolation 408 photoresist 409 boronic 410 channel impurity regions 412 photoresist 413 surface nitriding layer

Claims (16)

素子領域を有する半導体層と、
上記半導体層のうち上記素子領域に設けられた不純物層と、
上記半導体層のうち上記不純物層の側方に位置し、第1の絶縁膜と、上記第1の絶縁膜の側面および下面を覆うように上記半導体層と上記第1の絶縁膜との間に形成された第2の絶縁膜とを有する素子分離と
を備える半導体装置であって、
上記第2の絶縁膜のうち少なくとも上記第1の絶縁膜と接する側の表面部には、窒素が含まれている、半導体装置。
A semiconductor layer having an element region;
An impurity layer provided in the element region of the semiconductor layer;
Of the semiconductor layer, located on the side of the impurity layer, between the semiconductor layer and the first insulating film so as to cover the first insulating film and the side and bottom surfaces of the first insulating film A semiconductor device including an element isolation having a formed second insulating film,
A semiconductor device in which nitrogen is contained in at least a surface portion of the second insulating film on a side in contact with the first insulating film.
請求項1に記載の半導体装置であって、
上記表面部における窒素濃度は、上記第2の絶縁膜と上記半導体層との間の界面における窒素濃度よりも高い、半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor device, wherein a nitrogen concentration in the surface portion is higher than a nitrogen concentration at an interface between the second insulating film and the semiconductor layer.
請求項1または2に記載の半導体装置であって、
上記第2の絶縁膜のうち上記素子分離の側面および下面に位置する部分において、少なくとも上記表面部には上記窒素が含まれている、半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1, wherein
The semiconductor device, wherein at least the surface portion contains the nitrogen in portions of the second insulating film located on the side surface and the lower surface of the element isolation.
請求項1または2に記載の半導体装置であって、
上記第2の絶縁膜のうち上記素子分離の側面に位置する部分のみにおいて、少なくとも上記表面部には上記窒素が含まれている、半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1, wherein
A semiconductor device, wherein only the portion of the second insulating film located on the side surface for element isolation contains at least the surface portion of the nitrogen.
請求項1〜4のうちいずれか1項に記載の半導体装置であって、
上記第2の絶縁膜における窒素のピーク濃度は6atmic%以上である、半導体装置。
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 4,
A semiconductor device in which the peak concentration of nitrogen in the second insulating film is 6 atomic% or more.
請求項1〜5のうちいずれか1項に記載の半導体装置であって、
上記第2の絶縁膜と上記半導体層との間の界面における上記窒素濃度は2atmic%以下である、半導体装置。
A semiconductor device according to any one of claims 1 to 5,
The semiconductor device, wherein the nitrogen concentration at the interface between the second insulating film and the semiconductor layer is 2 atomic% or less.
請求項1〜6のうちいずれか1項に記載の半導体装置であって、
上記不純物層にはボロンが含まれる、半導体装置。
It is a semiconductor device given in any 1 paragraph among Claims 1-6,
A semiconductor device in which the impurity layer contains boron.
半導体層の上に保護膜を形成する工程(a)と、
上記保護膜をマスクとして上記半導体層の一部を除去することにより、上記半導体層にトレンチを形成する工程(b)と、
上記半導体層のうち上記トレンチの表面に露出する部分を酸化することにより、上記トレンチの側面および底面に、第1の絶縁膜を形成する工程(c)と、
上記第1の絶縁膜のうち少なくとも表面部を窒化する工程(d)と、
上記工程(d)の後に、上記トレンチを埋める第2の絶縁膜を形成する工程(e)と、
上記工程(e)の後に、上記半導体層に不純物を注入して不純物層を形成する工程(f)と
を備える、半導体装置の製造方法。
Forming a protective film on the semiconductor layer (a);
(B) forming a trench in the semiconductor layer by removing a part of the semiconductor layer using the protective film as a mask;
(C) forming a first insulating film on the side and bottom surfaces of the trench by oxidizing a portion of the semiconductor layer exposed on the surface of the trench;
A step (d) of nitriding at least a surface portion of the first insulating film;
A step (e) of forming a second insulating film filling the trench after the step (d);
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising the step (f) of injecting impurities into the semiconductor layer to form an impurity layer after the step (e).
請求項8に記載の半導体装置の製造方法であって、
上記工程(d)では、上記表面部における窒素濃度を、上記第1の絶縁膜と上記半導体層との間の界面における窒素濃度よりも高く形成する、半導体装置の製造方法。
A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 8, comprising:
In the step (d), a method for manufacturing a semiconductor device, wherein the nitrogen concentration at the surface portion is formed higher than the nitrogen concentration at the interface between the first insulating film and the semiconductor layer.
請求項8または9に記載の半導体装置の製造方法であって、
上記工程(d)では、上記第1の絶縁膜における窒素のピーク濃度を6atmic%以上とする、半導体装置の製造方法。
A manufacturing method of a semiconductor device according to claim 8 or 9,
In the step (d), a method for manufacturing a semiconductor device, wherein the peak concentration of nitrogen in the first insulating film is 6 atomic% or more.
請求項8〜10のうちいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法であって、
上記工程(d)では、上記第1の絶縁膜と上記半導体層との間の界面における上記窒素濃度を2atmic%以下とする、半導体装置の製造方法。
It is a manufacturing method of the semiconductor device given in any 1 paragraph among Claims 8-10,
In the step (d), the method for manufacturing a semiconductor device, wherein the nitrogen concentration at the interface between the first insulating film and the semiconductor layer is 2 atomic% or less.
請求項8〜11のうちいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法であって、
上記工程(e)では、上記不純物としてボロンを注入する、半導体装置の製造方法。
It is a manufacturing method of a semiconductor device given in any 1 paragraph among Claims 8-11,
In the step (e), a method for manufacturing a semiconductor device, wherein boron is implanted as the impurity.
請求項8〜12のうちいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法であって、
上記工程(d)では、上記第1の絶縁膜に対してラジカル窒化処理を行う、半導体装置の製造方法。
It is a manufacturing method of the semiconductor device according to any one of claims 8 to 12,
In the step (d), a radical nitriding process is performed on the first insulating film.
請求項8〜12のうちいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法であって、
上記工程(d)では、上記第1の絶縁膜に窒素をイオン注入する、半導体装置の製造方法。
It is a manufacturing method of the semiconductor device according to any one of claims 8 to 12,
In the step (d), a method for manufacturing a semiconductor device, wherein nitrogen is ion-implanted into the first insulating film.
請求項8〜14のうちいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法であって、
上記工程(b)の後で上記工程(c)の前に、上記半導体層のうち上記トレンチの表面に露出する部分を酸化することにより第3の絶縁膜を形成し、上記半導体層のうち上記トレンチの上縁部に露出する部分を丸める工程(g)と、
上記工程(g)の後で上記工程(c)の前に、上記第3の絶縁膜を除去する工程(h)とをさらに備える、半導体装置の製造方法。
It is a manufacturing method of the semiconductor device according to any one of claims 8 to 14,
After the step (b) and before the step (c), a portion of the semiconductor layer exposed to the surface of the trench is oxidized to form a third insulating film. Rounding the portion exposed at the upper edge of the trench (g);
A method of manufacturing a semiconductor device, further comprising a step (h) of removing the third insulating film after the step (g) and before the step (c).
請求項8〜15のうちいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法であって、
上記工程(c)の後で上記工程(d)の前に、上記トレンチの途中の深さまでをフォトレジストで埋める工程(i)と、
上記工程(d)の後に、上記フォトレジストを除去する工程(j)とをさらに備える、半導体装置の製造方法。
It is a manufacturing method of the semiconductor device according to any one of claims 8 to 15,
After the step (c) and before the step (d), a step (i) of filling up to a depth in the middle of the trench with a photoresist;
A method of manufacturing a semiconductor device, further comprising a step (j) of removing the photoresist after the step (d).
JP2003398709A 2003-11-28 2003-11-28 Semiconductor device and manufacturing method thereof Withdrawn JP2005159211A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003398709A JP2005159211A (en) 2003-11-28 2003-11-28 Semiconductor device and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003398709A JP2005159211A (en) 2003-11-28 2003-11-28 Semiconductor device and manufacturing method thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2005159211A true JP2005159211A (en) 2005-06-16

Family

ID=34723484

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003398709A Withdrawn JP2005159211A (en) 2003-11-28 2003-11-28 Semiconductor device and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2005159211A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7785985B2 (en) 2008-02-13 2010-08-31 Samsung Electronics Co., Ltd. Methods of manufacturing semiconductor devices
CN117747535A (en) * 2024-02-21 2024-03-22 合肥晶合集成电路股份有限公司 Shallow trench isolation structure, semiconductor structure and preparation method

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7785985B2 (en) 2008-02-13 2010-08-31 Samsung Electronics Co., Ltd. Methods of manufacturing semiconductor devices
CN117747535A (en) * 2024-02-21 2024-03-22 合肥晶合集成电路股份有限公司 Shallow trench isolation structure, semiconductor structure and preparation method
CN117747535B (en) * 2024-02-21 2024-05-28 合肥晶合集成电路股份有限公司 Shallow trench isolation structure, semiconductor structure and preparation method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100862816B1 (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2000332237A (en) Method for manufacturing semiconductor device
US20120049253A1 (en) Semiconductor device and method for fabricating the same
JP4993248B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device having recess channel and asymmetric junction structure
JP3058112B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2004327493A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP3713020B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
KR100304082B1 (en) Manufacturing method of semiconductor device capable of providing metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) with improved threshold voltage
JP2005026665A (en) Method for manufacturing flash memory element
CN1812103B (en) Semiconductor device having silicon layer on gate electrode
JP4039854B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
KR100840659B1 (en) Manufacturing method of dimos device
JP2005159211A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
KR100873356B1 (en) Manufacturing method of high voltage transistor
JP2007088138A (en) Manufacturing method of semiconductor device
CN100444403C (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP3063834B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JPH0425076A (en) Thin film transistor
JP2004186359A (en) Semiconductor integrated circuit device and its manufacturing method
US20070105295A1 (en) Method for forming lightly-doped-drain metal-oxide-semiconductor (LDD MOS) device
KR100632043B1 (en) Manufacturing method of MOS transistor of semiconductor device
JP2001244324A (en) Method for manufacturing semiconductor device
KR100626908B1 (en) Method of forming device isolation film of semiconductor device
KR100247478B1 (en) CMOS transistor manufacturing method
JP2008193013A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060725

A761 Written withdrawal of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761

Effective date: 20080707