JP2000100931A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JP2000100931A
JP2000100931A JP10272113A JP27211398A JP2000100931A JP 2000100931 A JP2000100931 A JP 2000100931A JP 10272113 A JP10272113 A JP 10272113A JP 27211398 A JP27211398 A JP 27211398A JP 2000100931 A JP2000100931 A JP 2000100931A
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silicon oxide
silicon
conductivity type
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Toru Tono
徹 東野
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Abstract

(57)【要約】 【課題】素子能動領域の寸法制御が容易に行え、また、
平坦性の良好な半導体装置の素子分離、及びその製造方
法を提供する。 【解決手段】シリコン基板のウェル拡散層上に素子分離
シリコン酸化膜を形成し、素子能動領域を開口した後、
その開口部に、素子分離シリコン酸化膜との段差が10
0nm以内で、かつ前記シリコン基板との界面近傍50
0nm以内の深さ方向領域で1016cm-3〜1017cm
-3のピーク濃度を有する第1導電型不純物から構成され
るエピタキシャル単結晶シリコン層を選択的に形成す
る。 【効果】素子能動領域の寸法制御が容易であり、かつ、
平坦性の良好な半導体装置の素子分離を提供できる。ま
た、製造方法の工程数を削減できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置及びそ
の製造方法、特に素子分離の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】シリコン基板に第1導電型不純物層(以
下、ウェル拡散層)、選択酸化により形成した素子分離
(Local Oxidation Of Si、以下
LOCOSと略する)領域を具備する半導体装置の製造
方法は次の通りである。図2(a)の様に、シリコン基
板201上に第1シリコン酸化膜を形成し、ウェル不純
物となる第1導電型不純物をイオン注入した後、熱拡散
法でウェル拡散層202を形成する。次に、第2シリコ
ン酸化膜203を堆積させた後にシリコン窒化膜204
を堆積させ、フォトレジストを用いて素子分離を形成す
る領域のみ前記フォトレジストを除去し、前記フォトレ
ジストをマスクに前記シリコン窒化膜204を除去す
る。前記フォトレジストを除去した後に、前記シリコン
窒化膜204をマスクとして第1導電型不純物からなる
チャネルストッパー不純物205をイオン注入する。
【0003】次に、図2(b)の様に、前記シリコン窒
化膜204をマスクとして熱酸化により素子分離領域に
選択的に素子分離シリコン酸化膜206を形成する。そ
の後、前記シリコン窒化膜204及び前記第2シリコン
酸化膜203を除去する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】LOCOSによる素子
分離領域を形成する際、図2(b)の前記素子分離シリ
コン酸化膜206が前記シリコン窒化膜204の端部に
鳥の嘴状に食い込んで横方向にも成長してくる。この酸
化膜の食い込み(以下、バーズビークと称する)の発生
分だけ半導体装置における不活性領域が増加することと
なり、セルサイズは増大する。また、素子分離シリコン
酸化膜厚、及びゲート電極形成までの酸化工程での酸化
膜厚やエッチング工程でのエッチング量の変動により、
バーズビーク長が変動するため、素子分離領域のプロセ
ス寸法で決定される素子能動領域幅の寸法制御が困難と
なる。さらに、LOCOS端部で段差形状が発生するこ
とにより平坦性が悪くなるため、LOCOS段差上では
ゲート電極及び配線層のステップカバレッジが悪化し、
各配線層の配線寸法も変動する等の不具合が生じる。よ
って、半導体装置の微細化や高集積化が進む中で、バー
ズビークを如何に小さくするかが大きな課題となる。そ
して、LOCOS形成に要する工程数は、前記シリコン
窒化膜204と素子分離シリコン酸化膜形成時に用いら
れるH2Oとの反応生成物を除去するための酸化工程ま
でを含めると、8〜9工程と多くなり、それが半導体装
置製造プロセスのコスト上昇、及び製造日数の増大とな
る。
【0005】そこで、本発明はこのような課題を解決し
ようとするもので、その目的とするところは、素子能動
領域幅の寸法制御が容易に行なえ、また、平坦性の良好
な半導体装置の素子分離、及びその製造方法を提供する
ことにある。さらに、従来の半導体装置の製造方法より
も製造工程数を削減することにより、半導体装置製造プ
ロセスのコスト、及び製造日数を削減することにするこ
とにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】従って本発明では、上記
の課題を解決し、目的を達成するために、第1導電型不
純物からなるウェル不純物拡散層を具備する半導体装置
において、前記拡散層上にシリコン酸化膜、及び第1導
電型不純物を含有するエピタキシャル単結晶シリコン層
を有することを特徴とする。また、前記シリコン酸化膜
と前記エピタキシャル単結晶シリコン層相互の段差が1
00nm以下であることを特徴とする。また、シリコン
基板と前記エピタキシャル単結晶シリコン層の界面近傍
500nm以内の深さ方向領域で、1016cm-3〜10
17cm-3のピーク濃度を有する第1導電型不純物から構
成されることを特徴とする。さらに、半導体基板上にシ
リコン酸化膜を形成する工程と、パターニングされたフ
ォトレジストをマスクとしてエッチングすることにより
前記シリコン酸化膜を除去する工程と、開口された前記
半導体基板上にのみ選択的に第1導電型単結晶シリコン
層を形成する工程を具備することを特徴とする。
【0007】
【作用】以上説明した本発明の半導体装置の製造方法に
よれば、素子分離シリコン酸化膜の形成にプレーナ型プ
ロセスを用い、かつ、段差緩和のためのエピタキシャル
単結晶シリコン層を素子能動領域に選択的に堆積させる
ことにより、バーズビークの発生自体を無くすることが
できるため、素子能動領域幅の寸法制御が容易に実現で
きる。また、素子能動領域へのエピタキシャル単結晶シ
リコン層を素子分離シリコン酸化膜の膜厚と同等の厚さ
に形成することにより、平坦性の良好な半導体装置の素
子分離を提供することができる。さらに、素子分離シリ
コン酸化膜の酸化マスクとして用いられるシリコン窒化
膜の形成及び除去に要する工程が省略でき、素子分離に
LOCOS構造を用いた従来の半導体装置の製造よりも
製造工程数の削減が可能となることから、半導体装置製
造プロセスのコスト、及び製造日数を削減することがで
きる。
【0008】
【発明の実施の形態】次に本発明の一実施例を、製造工
程ごとに、図1に示す素子断面図を用いて詳しく説明し
ていく。
【0009】まず、シリコン基板101上に20〜10
0nm程度の第1シリコン酸化膜を熱酸化法により形成
し、続いて、第1導電型不純物をイオン注入法により前
記シリコン基板101中に導入する。例えば、第1導電
型不純物がp型不純物であるときのボロンのイオン注入
条件は、40〜60keV、6×1012cm-2〜3×1
13cm-2である。そして、O2雰囲気内、若しくはN2
及びO2雰囲気内で、1100℃〜1250℃の温度で
の熱拡散法を行う。このとき、3〜10μmの第1導電
型不純物からなる拡散深さを得るため、前記の温度にて
4時間〜24時間の処理を行う。こうして、ウェル拡散
層102を形成する。次に、H2O雰囲気内、若しくは
2及びO2雰囲気内で、950℃〜1100℃の温度で
シリコン基板101を酸化させることによって、第2シ
リコン酸化膜103を形成する。このときの、前記第2
シリコン酸化膜103の酸化膜厚は、1μm〜2μmで
ある。この状態が、図1(a)である。
【0010】次に、フォトレジストを塗布し、フォトリ
ソグラフィーにより前記第2シリコン酸化膜103にお
ける素子分離領域を形成する部分のみにマスクを形成す
る。そして、前記第2シリコン酸化膜103をドライエ
ッチングすることにより、素子能動領域に相当する部分
の前記シリコン基板101を露出させる。このときのド
ライエッチングガスとしては、例えば、CHF3を用い
ることができる。この状態が、図1(b)である。
【0011】次に、減圧雰囲気内でのO2プラズマ処理
によって、前記フォトレジスト104を除去した後に酸
洗浄を行うことにより、露出した前記シリコン基板10
1の自然酸化膜を除去し、その後、エピタキシャル単結
晶シリコン層105を露出した前記シリコン基板101
上に選択的に堆積する。このときのプロセス条件は、例
えば、900℃〜1100℃の温度領域で、SiH4
熱分解によって、若しくは、SiH2Cl2とH2ガスを
用いた還元法によって、単結晶シリコン成長を行う。ま
た、成長の際には、選択性を向上させるため、HCl等
のハロゲンガスを添加すると良い。さらに、第1導電型
不純物からなるチャネルストッパー不純物を、エピタキ
シャル成長中のドーピングガスとして、上記の原料ガス
と共に供給し、その流量を変動させることによって、前
記シリコン基板101と前記エピタキシャル単結晶シリ
コン層105の界面近傍500nmの深さ方向の領域
で、1016cm-3〜1017cm-3のピーク濃度を有す
る、第1導電型不純物の濃度制御を行うことができる。
第1導電型不純物がp型不純物であるとき、B26を含
有したキャリアガスを原料ガスに対して数〜数十ppm
程度添加する。こうして、前記エピタキシャル単結晶シ
リコン層105と前記第2シリコン酸化膜103の膜厚
との段差が同等、若しくは100nm以内になる様に、
1μm〜2μmの厚さで前記エピタキシャル単結晶シリ
コン層105を堆積する。この状態が、本発明の素子分
離形成最終工程である、図1(c)である。
【0012】本発明の実施例中では、ウェル拡散層10
2を形成後に、第2シリコン酸化膜103をH2O雰囲気
でシリコン基板101を酸化させることによって形成し
ているが、前記ウェル拡散層102を形成するための熱
拡散によって前記シリコン基板101上に形成されたシ
リコン酸化膜を用いても良い。
【0013】
【発明の効果】以上説明した本発明の半導体装置の製造
方法によれば、素子分離シリコン酸化膜の形成にプレー
ナ型プロセスを用い、かつ、段差緩和のためのエピタキ
シャル単結晶シリコン層を素子能動領域に選択的に堆積
させることにより、バーズビークの発生自体を無くする
ことができるため、素子能動領域幅の寸法制御が容易に
実現できる。また、素子能動領域へのエピタキシャル単
結晶シリコン層を素子分離シリコン酸化膜の膜厚と同等
の厚さに形成することにより、平坦性の良好な半導体装
置の素子分離を提供することができる。さらに、素子分
離シリコン酸化膜の酸化マスクとして用いられるシリコ
ン窒化膜の形成及び除去に要する工程が省略でき、素子
分離にLOCOS構造を用いた従来の半導体装置の製造
よりも製造工程数の削減が可能となることから、半導体
装置製造プロセスのコスト、及び製造日数を削減するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来の半導体装置の実施例を示す素子断面
図。
【図2】 本発明の半導体装置の実施例を示す素子断面
図。
【符号の説明】
101、201…シリコン基板 102、202…ウェル拡散層 203 …第2シリコン酸化膜 204 …シリコン窒化膜 205 …チャネルストッパー不純物層 103、206…素子分離シリコン酸化膜 104 …フォトレジスト 105 …エピタキシャル単結晶シリコン層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F032 AA82 AC01 CA03 DA02 DA12 DA16 DA23 DA43 DA47 DA48 DA53 DA74 DA78 5F045 AA03 AB02 AB32 AC01 AC13 AC19 AD13 AD14 AD15 AF03 BB08 BB19 DA59 DB02 HA13 HA16

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1導電型不純物からなるウェル不純物拡
    散層を具備する半導体装置において、前記拡散層上にシ
    リコン酸化膜、及び第1導電型不純物を含有するエピタ
    キシャル単結晶シリコン層を有することを特徴とする半
    導体装置。
  2. 【請求項2】請求項1記載の半導体装置において、前記
    シリコン酸化膜と前記エピタキシャル単結晶シリコン層
    相互の段差が100nm以下であることを特徴とする半
    導体装置。
  3. 【請求項3】請求項1記載の半導体装置において、シリ
    コン基板と前記エピタキシャル単結晶シリコン層の界面
    近傍500nm以内の深さ方向領域で、1016cm-3
    1017cm-3のピーク濃度を有する第1導電型不純物か
    ら構成されることを特徴とする半導体装置。
  4. 【請求項4】請求項1記載の半導体装置において、半導
    体基板上にシリコン酸化膜を形成する工程と、パターニ
    ングされたフォトレジストをマスクとしてエッチングす
    ることにより前記シリコン酸化膜を除去する工程と、開
    口された前記半導体基板上にのみ選択的に第1導電型単
    結晶シリコン層を形成する工程を具備することを特徴と
    する半導体装置の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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