JP5248905B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、シリコン基板にSTI法により形成された素子分離層を有する高耐圧型の半導体素子およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a high breakdown voltage type semiconductor element having an element isolation layer formed on a silicon substrate by an STI method and a method for manufacturing the same.
一般に、高耐圧型の半導体素子は、9〜100Vの高いゲート電圧で使用されるため、素子形成領域に寄生トランジスタが形成されやすく、この寄生トランジスタが動作すると高耐圧型の半導体素子が正常に動作しなくなる。
このため、素子分離層の直下にチャネルストッパ層を形成し、寄生トランジスタの閾値を高くして寄生トランジスタの動作を抑制することが行われている。
In general, a high breakdown voltage type semiconductor element is used with a high gate voltage of 9 to 100 V. Therefore, a parasitic transistor is easily formed in the element formation region. When this parasitic transistor operates, the high breakdown voltage type semiconductor element operates normally. No longer.
For this reason, a channel stopper layer is formed immediately below the element isolation layer, and the threshold value of the parasitic transistor is increased to suppress the operation of the parasitic transistor.
また、高耐圧型の半導体素子は、低濃度拡散層とチャネルストッパ層との対向する端部間の間隔である距離d(図1参照)によって素子の耐圧が決まり、図6に示すように、接合耐圧Bvjは距離dが狭くなると低下し、高耐圧型の半導体素子の耐圧を低下させることになる。
一方、近年、高耐圧型の半導体素子の小型化が急速に進み、距離dの半導体素子の形成ピッチに与える影響は無視することが出来なくなってきており、フォトリソグラフィにより形成したレジストマスクを用いて素子分離層を形成した後に、フォトリソグラフィにより形成したレジストマスクを用いてチャネルストッパ層を形成すると、2回のフォトリソグラフィ工程におけるレジストマスクのマスク合せにずれが生じるため、合せ余裕を必要とし、素子特性を満足させるためには、低濃度拡散層とチャネルストッパ層との距離dを合せ余裕を加えた距離とすることが必要となり、距離dを広く設定せざるを得ず、高耐圧型の半導体素子の小型化を困難にする一つの要因になっている。
Further, in the high breakdown voltage type semiconductor element, the breakdown voltage of the element is determined by the distance d (see FIG. 1) which is the distance between the opposite end portions of the low concentration diffusion layer and the channel stopper layer, as shown in FIG. The junction breakdown voltage Bvj decreases as the distance d decreases, and the breakdown voltage of the high breakdown voltage type semiconductor element decreases.
On the other hand, in recent years, high-voltage semiconductor elements have been rapidly miniaturized, and the influence of the distance d on the formation pitch of the semiconductor elements cannot be ignored. Using a resist mask formed by photolithography If a channel stopper layer is formed using a resist mask formed by photolithography after the element isolation layer is formed, the alignment of the resist mask in the two photolithography steps will be misaligned. In order to satisfy the characteristics, the distance d between the low-concentration diffusion layer and the channel stopper layer needs to be adjusted to a distance plus a margin, and the distance d must be set wide. This is one factor that makes it difficult to reduce the size of the device.
このため、従来の高耐圧型の半導体素子においては、LOCOS法で素子分離層を形成する場合に、P型シリコン基板上に熱酸化法によりシリコン酸化膜を形成し、その上にCVD法により第1シリコン窒化膜、多結晶シリコン膜、第2シリコン窒化膜を形成し、フォトリソグラフィにより、素子分離領域を露出させたレジストマスクを形成し、これをマスクとして、第2シリコン窒化膜、多結晶シリコン膜、第1シリコン窒化膜をドライエッチングによりエッチングして除去し、レジストマスクの除去後に、LOCOS法による高温酸化により、素子分離領域に素子分離層を形成すると共に、多結晶シリコン膜を酸化して庇を形成し、この庇をマスクとして素子分離層下の領域にP型不純物を注入して、素子分離層の直下にチャネルストッパ層を自己整合的に形成し、イオン注入時のマスク合せのずれを防止している(例えば、特許文献1参照。)。
しかしながら、上述した従来の技術は、高耐圧型の半導体素子(高耐圧素子という。)における低濃度拡散層とチャネルストッパ層との距離dをレジストマスクの合せ余裕を考慮せずに所定の距離とすることができるため、高耐圧素子の小型化のためには有効な手段であるが、LOCOS(Local Oxidation of Silicon)法特有のシリコン層の高温酸化を利用してチャネルストッパ層を自己整合的に形成しているため、LOCOS法に較べて精度よく素子分離層を形成することが可能なために高耐圧素子の小型化に有利とされるSTI(Shallow Trench Isolation)法により素子分離層を形成する場合のチャネルストッパ層の形成には適用できないという問題がある。 However, in the conventional technique described above, the distance d between the low-concentration diffusion layer and the channel stopper layer in the high-breakdown-voltage semiconductor element (referred to as a high-breakdown-voltage element) is set to a predetermined distance without considering the alignment margin of the resist mask. Therefore, it is an effective means for miniaturization of the high breakdown voltage element. However, the channel stopper layer is formed in a self-aligning manner by utilizing the high temperature oxidation of the silicon layer peculiar to the LOCOS (Local Oxidation of Silicon) method. Therefore, the element isolation layer is formed by the STI (Shallow Trench Isolation) method, which is advantageous for downsizing of the high breakdown voltage element because the element isolation layer can be formed with higher accuracy than the LOCOS method. There is a problem that it cannot be applied to the formation of the channel stopper layer.
このため、STI法により素子分離層を形成した後に、フォトリソグラフィにより形成したレジストマスクを用いてチャネルストッパ層を形成すると、レジストマスクの合せ余裕を考慮することが必要になり、低濃度拡散層とチャネルストッパ層との距離dを所定の距離より広く設定しなければならず、高耐圧素子の小型化が困難になるという問題が生ずる。 For this reason, when the channel stopper layer is formed using a resist mask formed by photolithography after the element isolation layer is formed by the STI method, it is necessary to consider the alignment margin of the resist mask. The distance d to the channel stopper layer must be set wider than a predetermined distance, which causes a problem that it is difficult to reduce the size of the high breakdown voltage element.
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、STI法により素子分離層を形成する場合に、チャネルストッパ層を自己整合的に形成する手段を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide means for forming a channel stopper layer in a self-aligned manner when an element isolation layer is formed by the STI method.
本発明は、上記課題を解決するために、半導体素子が、素子形成領域と、前記素子形成領域を囲む素子分離領域とを設定したシリコン基板と、前記シリコン基板の素子分離領域に形成された分離溝と、前記分離溝の溝底の中央部に前記シリコン基板により形成された、前記分離溝の溝深さより低い高さの突起部と、前記分離溝に埋込まれた絶縁材料により埋設された前記突起部を有する素子分離層と、前記突起部の直下のシリコン基板に、第1導電型不純物を拡散させて形成されたチャネルストッパ層と、を備えたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention provides a silicon substrate in which an element formation region and an element isolation region surrounding the element formation region are set, and an isolation formed in the element isolation region of the silicon substrate. A groove, a protrusion formed at the center of the groove bottom of the separation groove by the silicon substrate and having a height lower than the groove depth of the separation groove, and an insulating material embedded in the separation groove; An element isolation layer having the protrusions, and a channel stopper layer formed by diffusing a first conductivity type impurity in a silicon substrate immediately below the protrusions.
また、半導体素子の製造方法が、素子形成領域と、前記素子形成領域を囲む素子分離領域とを設定したシリコン基板を準備する工程と、前記シリコン基板上に、シリコン酸化膜を形成する工程と、前記シリコン酸化膜上に、シリコン窒化膜を形成する工程と、前記シリコン窒化膜の前記素子分離領域に、前記シリコン酸化膜を露出させた開口部を形成する工程と、前記シリコン窒化膜の開口部の内部を含む前記シリコン基板上の全面に、絶縁材料層を形成する工程と、前記絶縁材料層を異方性エッチングによりエッチングして、前記シリコン窒化膜の開口部の側面に前記絶縁材料層を残留させると共に、前記素子分離領域の中央部に前記シリコン酸化膜に達する溝を形成する工程と、前記溝に、シリコン材料を埋込み、前記残留させた絶縁材料を除去して、前記素子分離領域の中央部にシリコン材料層を形成する工程と、前記開口部を形成したシリコン窒化膜をマスクとして、異方性エッチングにより、前記シリコン酸化膜、シリコン材料層およびシリコン基板をエッチングして、前記素子分離領域に分離溝を形成すると共に、その溝底の中央部に前記分離溝の溝深さより低い高さの突起部を形成する工程と、前記分離溝に絶縁材料を埋込んで、前記突起部が埋設された素子分離層を形成する工程と、前記突起部上の素子分離層を露出させたレジストマスクを形成する工程と、前記レジストマスクおよび前記素子分離層をマスクとして、前記突起部の直下のシリコン基板に、第1導電型不純物を注入してチャネルストッパ層を形成する工程と、を備えることを特徴とする。 Further, a method for manufacturing a semiconductor element includes a step of preparing a silicon substrate in which an element formation region and an element isolation region surrounding the element formation region are set, and a step of forming a silicon oxide film on the silicon substrate; Forming a silicon nitride film on the silicon oxide film; forming an opening exposing the silicon oxide film in the element isolation region of the silicon nitride film; and opening the silicon nitride film Forming an insulating material layer on the entire surface of the silicon substrate including the inside of the silicon substrate; and etching the insulating material layer by anisotropic etching to form the insulating material layer on a side surface of the opening of the silicon nitride film. A step of forming a groove reaching the silicon oxide film in a central portion of the element isolation region; and a silicon material is embedded in the groove to leave the remaining insulating material And forming a silicon material layer in the center of the element isolation region, and anisotropic etching using the silicon nitride film in which the opening is formed as a mask, the silicon oxide film, the silicon material layer, and Etching the silicon substrate to form an isolation groove in the element isolation region, and forming a protrusion having a height lower than the depth of the isolation groove at the center of the groove bottom; insulating the isolation groove; Embedding a material to form an element isolation layer in which the protrusion is embedded; forming a resist mask exposing the element isolation layer on the protrusion; and the resist mask and the element isolation layer And a step of forming a channel stopper layer by implanting a first conductivity type impurity into the silicon substrate immediately below the protrusion.
これにより、本発明は、シリコン窒化膜の素子分離領域に開口部を形成した後は、形成した開口部を証として、素子分離領域の中央部に、自己整合的に突起部を形成することができ、その突起部を用い、素子分離層とシリコン基板との飛程の差を利用して、素子分離層の直下にチャネルストッパ層を選択的に形成することができ、チャネルストッパ層を形成するためのレジストマスクの合せ余裕を考慮することなく、自己整合的にチャネルストッパ層を形成することが可能になり、低濃度拡散層とチャネルストッパ層との距離dを所定の距離で離間させて高耐圧素子の耐圧性を安定させることができるという効果が得られる。 Thus, according to the present invention, after the opening is formed in the element isolation region of the silicon nitride film, the protrusion can be formed in a self-aligned manner in the central portion of the element isolation region using the formed opening as a proof. The channel stopper layer can be selectively formed directly below the element isolation layer by using the protrusion and utilizing the difference in the range between the element isolation layer and the silicon substrate, and the channel stopper layer is formed. Therefore, it is possible to form the channel stopper layer in a self-aligned manner without considering the alignment margin of the resist mask, and the distance d between the low concentration diffusion layer and the channel stopper layer is separated by a predetermined distance and increased. There is an effect that the pressure resistance of the withstand voltage element can be stabilized.
以下に、図面を参照して本発明による半導体素子およびその製造方法の実施例について説明する。 Embodiments of a semiconductor device and a method for manufacturing the same according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は実施例1の半導体素子の断面を示す説明図、図2、図3、図4は実施例1の半導体素子の製造方法を示す説明図である。
図1において、1は半導体素子としての高耐圧型のnMOS(Metal Oxide Semiconductor)素子である。
2はシリコン基板であり、比較的低濃度に本実施例の第1導電型不純物であるボロン(B)等のP型不純物を拡散させたシリコン(Si)からなる基板であって、nMOS素子1等の半導体素子を形成するための素子形成領域3および素子形成領域3の周囲を囲う素子分離層12(後述)を形成するための素子分離領域4が設定されている。
FIG. 1 is an explanatory view showing a cross section of the semiconductor element of Example 1, and FIGS. 2, 3, and 4 are explanatory views showing a method for manufacturing the semiconductor element of Example 1. FIG.
In FIG. 1,
5はゲート絶縁膜であり、酸化シリコン(SiO2)等の絶縁材料からなる比較的膜厚の薄い絶縁膜である。
6はゲート電極であり、ポリシリコン等からなる電極であって、素子形成領域3のゲート長方向の中央部にゲート絶縁膜5を挟んで素子形成領域3のシリコン基板2に対向して形成され、その側面には窒化シリコン(Si3N4)等の絶縁材料からなるサイドウォール7が形成されている。
素子形成領域3のゲート電極6の両側のシリコン基板2の素子分離領域4との間には、比較的高濃度にP型とは逆型の本実施例の第2導電型不純物であるリン(P)や砒素(As)等のN型不純物を比較的低濃度に拡散させた低濃度拡散層8が形成され、低濃度拡散層8のサイドウォール7と素子分離領域4との間の表層には、比較的高濃度にN型不純物を拡散させたソース層9およびドレイン層10が形成されており、ゲート電極6下の低濃度にP型不純物を拡散させたシリコン基板2の表層が、本実施例のnMOS素子1のチャネル領域として機能する。
Between the
また、nMOS素子1が形成された素子形成領域3の周囲の素子分離領域4には、STI法により、隣合う素子形成領域3間を電気的に絶縁分離するための素子分離層12が形成されている。
本実施例の素子分離層12は、素子分離領域4に形成された分離溝13に、酸化シリコン等の絶縁材料を埋込んで形成され、その分離溝13の溝底の中央部には、分離溝13の深さに満たない高さのシリコン基板2からなる突起部14が形成されており、その突起部14の直下の低濃度拡散層8の端部から距離dを隔てた位置に比較的高濃度にP型不純物を拡散させた、寄生トランジスタの動作を抑制するためのチャネルストッパ層15が形成されている。
An
The
本実施例のチャネルストッパ層15への不純物イオン注入は、イオン注入時におけるシリコン基板2中の不純物イオンの飛程Rpが、シリコン酸化膜の不純物イオンの飛程Rpより大きいことを利用して行われる。
このため、本実施例の突起部14の幅Wは、チャネルストッパ層15の幅に設定され、その高さHは、分離溝13の溝深さD1より低くなるように、つまり素子分離層12の内部に埋設されるように設定される。
Impurity ion implantation into the
For this reason, the width W of the
この場合に、分離溝13の溝深さD1は、チャネルストッパ層15に注入する不純物イオンを所定の注入条件で注入したときに、その不純物イオンの、分離溝13に絶縁材料を埋込んで形成される素子分離層12中の飛程Rpより深く、かつシリコン基板2中の飛程Rpより浅い深さに設定する。
例えば、絶縁材料を酸化シリコンとし、イオン種をリンとした場合に、インプラエネルギ1000keVにおける酸化シリコン中の飛程Rpは0.93μm、シリコン中の飛程Rpは1.1μmであるので、分離溝13のシリコン基板2の上面からの溝深さD1を、0.93μmより深く、1.1μmより浅く設定し、突起部14の頂部のシリコン基板2の上面からの深さD2を0.93μmより浅い深さに設定する。
In this case, the groove depth D1 of the
For example, when the insulating material is silicon oxide and the ion species is phosphorus, the range Rp in silicon oxide at an implantation energy of 1000 keV is 0.93 μm and the range Rp in silicon is 1.1 μm. The depth D1 of the
このような深さに形成された分離溝13に、酸化シリコンを埋込んでシリコン基板2からなる突起部14を埋設した素子分離層12を形成した後に、不純物イオンを注入すれば、突起部14が形成されていない領域の溝底には不純物イオンが到達せず、突起部14には0.93μmより薄い酸化シリコンを通過して不純物イオンが到達し、その不純物イオンが飛程Rpの長いシリコン中を通過するので、素子分離層12をマスクとして、突起部14の直下のシリコン基板2に飛程Rpの差を利用して選択的に不純物イオンを注入することが可能になる。
After forming the
図2ないし図4において、20はマスク部材としてのレジストマスクであり、フォトリソグラフィによりシリコン基板2の上面側にスピンコート法等により塗布されたポジ型またはネガ型のレジストを露光および現像処理して形成されたマスクパターンであって、本実施例のエッチング工程やイオン注入工程等におけるマスクとして機能する。
以下に、図2ないし図4にPで示す工程に従って、本実施例の半導体素子の製造方法について説明する。
2 to 4,
In the following, a method for manufacturing a semiconductor device of this example will be described according to a process indicated by P in FIGS.
P1(図2)、素子形成領域3と素子分離領域4とを設定したP型のシリコン基板2を準備し、シリコン基板2上に熱酸化法により酸化シリコンからなるシリコン酸化膜21を形成し、そのシリコン酸化膜21上にCVD(Chemical Vapor Deposition)法により窒化シリコンからなるシリコン窒化膜22を堆積する。
そして、フォトリソグラフィにより、シリコン窒化膜22上に素子分離領域4のシリコン窒化膜22を露出させたレジストマスク20を形成する。
P1 (FIG. 2), a P-
Then, a resist
P2(図2)、工程P1で形成したレジストマスク20をマスクとして、異方性エッチングにより、シリコン窒化膜22をエッチングして、シリコン窒化膜22の素子分離領域4に、シリコン酸化膜21に達する開口部23を形成する。
前記のレジストマスク20の除去後に、シリコン基板2上の全面に、CVD法により、絶縁材料(本実施例では、酸化シリコン)からなる絶縁材料層24を4000Å堆積し、開口部23の内部に絶縁材料を埋込む。
P2 (FIG. 2), using the resist
After the removal of the resist
P3(図2)、次いで、異方性エッチングにより、絶縁材料層24をエッチングしてシリコン窒化膜22を露出させ、開口部23の側面に、ゲート電極6に形成するサイドウォール7と同様の絶縁材料層24を残留させて、素子分離領域4の中央部に、自己整合的に突起部14の幅より大きい幅でシリコン酸化膜21に達する溝25を形成し、CVD法により、シリコン基板2上の全面に、シリコン材料(本実施例では、ポリシリコン)からなるシリコン材料層26を4000Å堆積し、溝25の内部にシリコン材料を埋込む。
Next, the insulating
P4(図2)、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法により、シリコン材料層26を研磨してシリコン窒化膜22を露出させ、フッ酸(HF)によるウェットエッチングにより、開口部23の側面に残留させた絶縁材料層24を除去し、素子分離領域4の中央部に突出するシリコン材料層26を形成する。
この素子分離領域4の中央部に突出するシリコン材料層26により、その両側に隣接するシリコン基板2とのシリコン層の高さを変えることができ、次工程の分離溝13の形成時における、エッチング後のシリコン基板2の上面から深さD1、D2(図1参照)に差を生じさせて、シリコン材料層26を突出させた部位に突起部14を形成することが可能になる。
The
The
P5(図3)、開口部23が形成されたシリコン窒化膜22をマスクとして、異方性エッチングにより、シリコン酸化膜21と突出させたシリコン材料層26およびそれぞれの下のシリコン基板2をエッチングして、図5に示すように、素子形成領域3の周囲を囲う分離溝13を形成すると共に、分離溝13の溝底の中央部に、幅Wで、溝深さD1より低い高さHの突起部14を形成する。
P5 (FIG. 3), using the
P6(図3)、そして、CVD法によりシリコン窒化膜22上および分離溝13の内部に、酸化シリコンからなる絶縁材料を堆積して絶縁層27を形成する。
P7(図3)、CMP法により、絶縁層27を研磨してシリコン窒化膜22を露出させ、ウェットエッチングによりシリコン窒化膜22、シリコン酸化膜21および絶縁層27の上部を除去して、シリコン基板2の上面を露出させ、分離溝13に、酸化シリコンからなる絶縁材料で、中央部に突起部14を埋設した素子分離層12を形成する。
Then, an insulating
P7 (FIG. 3), the insulating
次いで、フォトリソグラフィにより、シリコン基板2上に、突起部14上の素子分離層12を突起部14の幅Wより広い幅で露出させた開口部28を有するレジストマスク20形成し、これをマスクとしてP型不純物(本実施例では、ボロン)を注入し、突起部14の直下のシリコン基板2に、飛程Rpの差を利用してP型不純物を比較的高濃度に拡散させたチャネルストッパ層15を形成する。
Next, a resist
このようにして、STI法により形成された素子分離層12の直下のシリコン基板2に、自己整合的に形成された突起部14を用い、素子分離層12とシリコン基板2との飛程Rpの差を利用して、レジストマスク20の合せずれを考慮せずにチャネルストッパ層15が選択的に形成される。
P8(図3)、工程P7で形成したレジストマスク20を除去し、熱酸化法により素子形成領域3のシリコン基板2の上面を酸化してゲート絶縁膜5を形成し、ゲート絶縁膜5上および素子分離層12上にCVD法によりゲート電極6を形成するためのポリシリコン膜を堆積し、そのポリシリコン膜上に、フォトリソグラフィにより、素子形成領域3のゲート電極6の形成領域を覆うレジストマスク20(不図示)を形成し、異方性エッチングにより露出しているポリシリコン膜およびゲート絶縁膜5をエッチングし、ゲート絶縁膜5を介してシリコン基板2に対向するゲート電極6を形成する。
In this way, the
P8 (FIG. 3), the resist
P9(図4)、フォトリソグラフィにより、素子形成領域3およびその周囲に隣接する素子分離層12の一部を露出させた、つまり突起部14上を覆うレジストマスク20を形成し、これをマスクとしてN型不純物(本実施例では、リン)を注入し、ゲート電極6の両側の素子分離層12との間のシリコン基板2に、N型不純物を比較的低濃度に拡散させた、素子分離層12の溝底の深さD1より浅い深さを有する低濃度拡散層8を形成する。
P9 (FIG. 4), a resist
これにより、チャネルストッパ層15との端部から距離dを隔てた位置(図1参照)に確実に端部を有する低濃度拡散層8が形成される。
P10(図4)、工程P9で形成したレジストマスク20を除去し、ゲート電極6上等のシリコン基板2上の全面にCVD法により窒化シリコンを堆積してシリコン窒化膜を形成し、異方性エッチングによりシリコン窒化膜をエッチングして、ゲート電極6の上面およびシリコン基板2の上面を露出させ、ゲート電極6の側面にサイドウォール7を形成する。
As a result, the low-
The resist
そして、ゲート電極6、サイドウォール7および素子分離層12をマスクとして、露出している素子形成領域3のシリコン基板2にN型不純物(本実施例では、砒素)を注入し、ゲート電極6の両側の低濃度拡散層8の表層のサイドウォール7と素子分離層12との間にN型不純物を比較的高濃度に拡散させたソース層9およびドレイン層10を形成する。
Then, using the
このようにして形成された、本実施例のnMOS素子1は、シリコン基板2上に形成したシリコン窒化膜22の素子分離領域4に開口部23を形成し、その開口部23に埋込んだ絶縁材料層24を異方性エッチングによりエッチングして、シリコン窒化膜22の開口部23の側面に絶縁材料層24を残留させると共に、素子分離領域4の中央部にシリコン酸化膜21に達する溝25を形成し、その溝25にシリコン材料を埋込んで素子分離領域4の中央部にシリコン材料層26を突出形成し、シリコン窒化膜22をマスクとして、異方性エッチングにより、シリコン材料層26およびシリコン基板2をエッチングして、素子分離領域4に分離溝13を形成すると共に、その溝底の中央部にシリコン基板2からなる突起部14を形成し、分離溝13に絶縁材料を埋込んで突起部14が埋設された素子分離層12を形成した後に、突起部14上の素子分離層12を露出させたレジストマスク20を形成し、素子分離層12をマスクとして、突起部14の直下のシリコン基板2にP型不純物を高濃度に注入してチャネルストッパ層15を形成するので、レジストマスク20を用いてシリコン窒化膜22の素子分離領域4に開口部23を形成した後は、形成した開口部を証として、素子分離領域4の中央部に、自己整合的に突起部14を形成することができ、その突起部14を用い、素子分離層12とシリコン基板2との飛程Rpの差を利用して素子分離層12の直下にチャネルストッパ層15を選択的に形成することができ、チャネルストッパ層15を形成するためのレジストマスク20の合せ余裕を考慮することなく、自己整合的にチャネルストッパ層15を形成することができ、低濃度拡散層8とチャネルストッパ層15との距離dを所定の距離で離間させて、高耐圧素子の耐圧性を安定させることができる。
In the
また、分離溝13の溝深さD1を、チャネルストッパ層15に所定の注入条件で不純物イオンを注入するときの不純物イオンの、素子分離層12中の飛程Rpより深く、シリコン基板2中の飛程Rpより浅い深さに形成するので、素子分離層12をマスクとして利用して、自己整合的に形成したシリコン基板2からなる突起部14の直下のシリコン基板2に選択的に不純物イオンを注入することができ、チャネルストッパ層15を形成するためのレジストマスク20の合せ余裕を考慮することなく、自己整合的にチャネルストッパ層15を形成することができる。
Also, the groove depth D1 of the
さらに、低濃度拡散層8を素子分離層12より浅く形成したので、異方性エッチングによる分離溝13の側面の垂直性を利用して、低濃度拡散層8とチャネルストッパ層15との距離dを確実に所定の距離で離間させることができ、チャネルストッパ層15を形成するためのレジストマスク20の合せ余裕を考慮することなく、素子分離層12を形成する素子形成領域3の幅を縮小して高耐圧素子の小型化を図ることができる。
Further, since the low
以上説明したように、本実施例では、シリコン基板上に、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とを積層し、シリコン窒化膜の素子分離領域に、シリコン酸化膜を露出させた開口部を形成し、シリコン窒化膜の開口部の内部を含むシリコン基板上の全面に絶縁材料層を形成し、その絶縁材料層を異方性エッチングによりエッチングして、シリコン窒化膜の開口部の側面に絶縁材料層を残留させると共に、素子分離領域の中央部にシリコン酸化膜に達する溝を形成し、その溝に、シリコン材料を埋込み、残留させた絶縁材料を除去して、素子分離領域の中央部にシリコン材料層を形成し、開口部を形成したシリコン窒化膜をマスクとして、異方性エッチングにより、シリコン酸化膜、シリコン材料層およびシリコン基板をエッチングして、素子分離領域に分離溝を形成すると共に、その溝底の中央部に分離溝の溝深さより低い高さの突起部を形成し、分離溝に絶縁材料を埋込んで突起部が埋設された素子分離層を形成した後に、突起部上の素子分離層を露出させたレジストマスクを形成して、そのレジストマスクおよび素子分離層をマスクとして、突起部の直下のシリコン基板に、P型不純物を注入してチャネルストッパ層を形成するようにしたことによって、シリコン窒化膜の素子分離領域に開口部を形成した後は、形成した開口部を証として、素子分離領域の中央部に、自己整合的に突起部を形成することができ、その突起部を用い、素子分離層とシリコン基板との飛程Rpの差を利用して素子分離層の直下にチャネルストッパ層を選択的に形成することができ、チャネルストッパ層を形成するためのレジストマスクの合せ余裕を考慮することなく、自己整合的にチャネルストッパ層を形成することが可能になり、低濃度拡散層とチャネルストッパ層との距離dを所定の距離で離間させて高耐圧素子の耐圧性を安定させることができる。 As described above, in this embodiment, a silicon oxide film and a silicon nitride film are stacked on a silicon substrate, and an opening in which the silicon oxide film is exposed is formed in an element isolation region of the silicon nitride film. An insulating material layer is formed on the entire surface of the silicon substrate including the inside of the opening of the silicon nitride film, the insulating material layer is etched by anisotropic etching, and the insulating material layer is formed on the side surface of the opening of the silicon nitride film. A trench reaching the silicon oxide film is formed in the central portion of the element isolation region, and a silicon material is embedded in the trench, and the remaining insulating material is removed, and a silicon material layer is formed in the central portion of the element isolation region. The silicon oxide film, the silicon material layer, and the silicon substrate are etched by anisotropic etching using the silicon nitride film with the opening formed as a mask, thereby isolating the element. An element isolation layer in which an isolation groove is formed in the region, a protrusion having a height lower than the groove depth of the isolation groove is formed at the center of the groove bottom, and the protrusion is embedded by embedding an insulating material in the isolation groove Then, a resist mask exposing the element isolation layer on the protrusion is formed, and using the resist mask and the element isolation layer as a mask, a P-type impurity is implanted into the silicon substrate immediately below the protrusion. By forming the channel stopper layer, after the opening is formed in the element isolation region of the silicon nitride film, the protrusion is formed in a self-aligned manner at the center of the element isolation region as a proof of the formed opening. The channel stopper layer can be selectively formed directly below the element isolation layer using the difference in the range Rp between the element isolation layer and the silicon substrate by using the protrusion. Stopper layer The channel stopper layer can be formed in a self-aligned manner without considering the alignment margin of the resist mask for forming, and the distance d between the low concentration diffusion layer and the channel stopper layer is separated by a predetermined distance. Thus, the breakdown voltage of the high breakdown voltage element can be stabilized.
また、低濃度拡散層を素子分離層より浅く形成するようにしたことによって、異方性エッチングによる分離溝の側面の垂直性を利用して、低濃度拡散層とチャネルストッパ層との距離dを確実に所定の距離で離間させることができ、素子分離層を形成する素子形成領域の幅を縮小して高耐圧素子の小型化を図ることができる。
なお、上記実施例においては、半導体素子はnMOS素子として説明したが、pMOS素子であってもよい。この場合には、第1導電型不純物としてN型不純物を、第2導電型不純物としてP型不純物を用いるようにする。
In addition, since the low concentration diffusion layer is formed shallower than the element isolation layer, the distance d between the low concentration diffusion layer and the channel stopper layer is set by utilizing the perpendicularity of the side surface of the isolation groove by anisotropic etching. The element can be reliably separated by a predetermined distance, and the width of the element formation region for forming the element isolation layer can be reduced to reduce the size of the high breakdown voltage element.
In the above embodiments, the semiconductor element is described as an nMOS element, but it may be a pMOS element. In this case, an N-type impurity is used as the first conductivity type impurity, and a P-type impurity is used as the second conductivity type impurity.
1 nMOS素子
2 シリコン基板
3 素子形成領域
4 素子分離領域
5 ゲート絶縁膜
6 ゲート電極
7 サイドウォール
8 低濃度拡散層(第2拡散層)
9 ソース層
10 ドレイン層
12 素子分離層
13 分離溝
14 突起部
15 チャネルストッパ層
20 レジストマスク
21 シリコン酸化膜
22 シリコン窒化膜
23、28 開口部
24 絶縁材料層
25 溝
26 シリコン材料層
27 絶縁層
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記シリコン基板の素子分離領域に形成された分離溝と、
前記分離溝の溝底の中央部に前記シリコン基板により形成された、前記分離溝の溝深さより低い高さの突起部と、
前記分離溝に埋込まれた絶縁材料により埋設された前記突起部を有する素子分離層と、
前記突起部の直下のシリコン基板に、第1導電型不純物を拡散させて形成されたチャネルストッパ層と、を備えたことを特徴とする半導体素子。 A silicon substrate in which an element formation region and an element isolation region surrounding the element formation region are set;
An isolation groove formed in an element isolation region of the silicon substrate;
A protrusion formed by the silicon substrate at the center of the groove bottom of the separation groove and having a height lower than the groove depth of the separation groove;
An element isolation layer having the protrusion embedded in an insulating material embedded in the isolation trench;
A semiconductor device comprising: a channel stopper layer formed by diffusing a first conductivity type impurity in a silicon substrate immediately below the protrusion.
前記分離溝の溝深さは、前記チャネルストッパ層に注入する不純物イオンの、前記素子分離層中の飛程より深く、シリコン基板中の飛程より浅い深さに形成されていることを特徴とする半導体素子。 In claim 1,
The depth of the isolation trench is such that impurity ions implanted into the channel stopper layer are deeper than the range in the element isolation layer and shallower than the range in the silicon substrate. Semiconductor element.
前記シリコン基板の前記素子形成領域の中央部に、ゲート絶縁膜を挟んで前記シリコン基板に対向するゲート電極と、
前記ゲート電極の両側の、前記素子分離層との間の前記シリコン基板に、前記第1導電型不純物とは逆型の第2導電型不純物を拡散させて形成された、前記素子分離層より浅い深さを有する低濃度拡散層と、を備えたことを特徴とする半導体素子。 In claim 1 or claim 2,
A gate electrode facing the silicon substrate across a gate insulating film at a central portion of the element formation region of the silicon substrate;
Shallow than the element isolation layer formed by diffusing a second conductivity type impurity opposite to the first conductivity type impurity in the silicon substrate between both sides of the gate electrode and the element isolation layer. A semiconductor device comprising: a low-concentration diffusion layer having a depth.
前記シリコン基板上に、シリコン酸化膜を形成する工程と、
前記シリコン酸化膜上に、シリコン窒化膜を形成する工程と、
前記シリコン窒化膜の前記素子分離領域に、前記シリコン酸化膜を露出させた開口部を形成する工程と、
前記シリコン窒化膜の開口部の内部を含む前記シリコン基板上の全面に、絶縁材料層を形成する工程と、
前記絶縁材料層を異方性エッチングによりエッチングして、前記シリコン窒化膜の開口部の側面に前記絶縁材料層を残留させると共に、前記素子分離領域の中央部に前記シリコン酸化膜に達する溝を形成する工程と、
前記溝に、シリコン材料を埋込み、前記残留させた絶縁材料を除去して、前記素子分離領域の中央部にシリコン材料層を形成する工程と、
前記開口部を形成したシリコン窒化膜をマスクとして、異方性エッチングにより、前記シリコン酸化膜、シリコン材料層およびシリコン基板をエッチングして、前記素子分離領域に分離溝を形成すると共に、その溝底の中央部に前記分離溝の溝深さより低い高さの突起部を形成する工程と、
前記分離溝に絶縁材料を埋込んで、前記突起部が埋設された素子分離層を形成する工程と、
前記突起部上の素子分離層を露出させたレジストマスクを形成する工程と、
前記レジストマスクおよび前記素子分離層をマスクとして、前記突起部の直下のシリコン基板に、第1導電型不純物を注入してチャネルストッパ層を形成する工程と、を備えることを特徴とする半導体素子の製造方法。 Preparing a silicon substrate in which an element formation region and an element isolation region surrounding the element formation region are set;
Forming a silicon oxide film on the silicon substrate;
Forming a silicon nitride film on the silicon oxide film;
Forming an opening exposing the silicon oxide film in the element isolation region of the silicon nitride film;
Forming an insulating material layer on the entire surface of the silicon substrate including the inside of the opening of the silicon nitride film;
The insulating material layer is etched by anisotropic etching so that the insulating material layer remains on the side surface of the opening of the silicon nitride film, and a groove reaching the silicon oxide film is formed at the center of the element isolation region And a process of
Embedding a silicon material in the trench, removing the remaining insulating material, and forming a silicon material layer in a central portion of the element isolation region;
Using the silicon nitride film having the opening as a mask, the silicon oxide film, the silicon material layer, and the silicon substrate are etched by anisotropic etching to form an isolation groove in the element isolation region, and the groove bottom Forming a protrusion having a height lower than the depth of the separation groove at the center of
Embedding an insulating material in the isolation trench to form an element isolation layer in which the protrusion is embedded;
Forming a resist mask exposing the element isolation layer on the protrusion; and
And a step of forming a channel stopper layer by implanting a first conductivity type impurity into a silicon substrate immediately below the protrusion using the resist mask and the element isolation layer as a mask. Production method.
前記チャネルストッパ層の形成後に、前記レジストマスクを除去し、前記シリコン基板の前記素子形成領域の中央部に、ゲート絶縁膜を挟んで前記シリコン基板に対向するゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極の両側の、前記素子分離層との間の前記シリコン基板に、前記第1導電型不純物とは逆型の第2導電型不純物を拡散させて、前記素子分離層より浅い深さを有する低濃度拡散層を形成する工程と、を備えることを特徴とする半導体素子の製造方法。 In claim 4,
Removing the resist mask after forming the channel stopper layer, and forming a gate electrode facing the silicon substrate with a gate insulating film in between at the center of the element formation region of the silicon substrate;
A second conductivity type impurity opposite to the first conductivity type impurity is diffused in the silicon substrate between both sides of the gate electrode and the element isolation layer so as to have a shallower depth than the element isolation layer. Forming a low-concentration diffusion layer having a semiconductor element manufacturing method.
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