JP2001223266A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JP2001223266A
JP2001223266A JP2000394103A JP2000394103A JP2001223266A JP 2001223266 A JP2001223266 A JP 2001223266A JP 2000394103 A JP2000394103 A JP 2000394103A JP 2000394103 A JP2000394103 A JP 2000394103A JP 2001223266 A JP2001223266 A JP 2001223266A
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JP
Japan
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semiconductor device
film
insulating film
substrate
silicon oxide
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Application number
JP2000394103A
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English (en)
Inventor
Kazuhiko Shirakawa
一彦 白川
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
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  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐圧特性の改善およびリーク電流の抑制がで
きる半導体装置の製造方法を提供する。 【解決手段】 本発明の半導体装置は、絶縁膜上の半導
体層に形成された半導体装置において、前記半導体層が
素子間分離溝によって分離され、前記素子間分離溝の側
壁に不純物拡散層からなる反転防止層を有することを特
徴とする

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置に関
し、特に、シリコン基板に極微細な素子間分離領域を形
成できる半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の半導体装置の製造方法と
しては、LOCOS(ローカル・オキシデーション・オ
ブ・シリコン)分離法を用いた以下に説明するものがあ
る。
【0003】この製造方法は、まず、図9(A)に示す
ように、シリコン基板51A上のシリコン酸化膜60の
上のSOI(シリコン・オン・インシュレータ)基板5
1を熱酸化して、第1のシリコン酸化膜52を形成す
る。次に、図9(B)に示すように、上記シリコン酸化
膜52上に、CVD(化学的気相成長)法などにより、
シリコン窒化膜58を積層する。
【0004】次に、図9(C)に示すように、通常のフ
ォトリソグラフィー技術により、SOI基板51の素子
領域に対応する部分にフォトレジストパターン53を形
成する。次に、図10(D)に示すように、フォトレジ
ストパターン53をマスクとして、RIE(リアクチブ
・イオン・エッチング)法により、シリコン窒化膜58
のエッチングを行ない、フィールド部となる非素子領域
の部分のシリコン窒化膜58を除去する。
【0005】次に、図10(E)に示すように、上記フ
ォトレジストパターン53を除去してから、シリコン窒
化膜58を耐酸化マスクとして、SOI基板51の熱酸
化を行う。すると、シリコン窒化膜58で覆われていな
い領域のSOI領域51が酸化され、上記フィールド部
にシリコン酸化膜59が成長する。そして、この成長と
共に、このシリコン酸化膜59は、SOI基板51の下
のシリコン基板51Aと一体となる。
【0006】次に、シリコン窒化膜58と、SOI基板
51上のシリコン酸化膜52を除去して、図10(F)
に示すようにSOI基板51が各素子領域に分離され
る。
【0007】以降、通常のMOSFET作成プロセスに
より、図11に示す断面構造のSOIMOSFET半導
体装置を形成する。図11において、61はソース・ド
レイン拡散層、62はゲート絶縁膜、63はゲート電
極、64は層間絶縁膜、65は金属配線である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところが、LOCOS
分離法を用いた上記従来の半導体装置の製造方法では、
図10(E)に示すように、シリコン窒化膜58のパタ
ーンエッジ58aが、成長したシリコン酸化膜59によ
って押し上げられる形になるいわゆるバーズビークが発
生する。このため、非素子領域に寸法変化が生じるとい
う問題がある。
【0009】また、熱酸化で成長したシリコン酸化膜5
9によって、SOI基板51の底部側のエッジ部51b
が裾野の形状となってしまう。このため、上記シリコン
酸化膜59による素子間分離幅は、フォトリソグラフィ
ー技術で形成したフォトレジストパターン53のパター
ン間隔よりも広くなる。したがって、上記従来の製造方
法では、フォトリソグラフィー技術で形成できる最小の
パターン間隔よりも素子間分離幅が広くなり、半導体装
置の高密度化および高集積化が妨げられるという問題が
ある。
【0010】更に、図11に示すようにSOIMOSF
ET半導体装置を形成した場合に、SOI基板51のエ
ッジ部51bにサイドチャネルが発生して耐圧が低下し
たり、エッジ部51bにおいてリーク電流が増加しやす
くなり素子特性が劣化するという問題もある。
【0011】そこで、本発明の目的は、極微細な素子間
分離ができると共に、耐圧特性の改善およびリーク電流
の抑制ができ、高密度化と高信頼性を図ることができる
半導体装置を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の半導体装置は、絶縁膜上の半導体層に形成
された半導体装置において、前記半導体層が素子間分離
溝によって分離され、前記素子間分離溝の側壁に不純物
拡散層からなる反転防止層を有することを特徴としてい
る。
【0013】また、前記素子間分離溝上に絶縁膜を有
し、前記素子間分離溝上の絶縁膜と組成の異なる絶縁膜
を、前記反転防止層上に有することを特徴とする。
【0014】さらに、前記素子間分離溝上の絶縁膜が窒
化シリコン膜であり、前記反転防止層上の絶縁膜が酸化
シリコン膜であることを特徴とするこのように、本発明
の半導体装置によれば、極微細な素子間分離が可能にな
って、半導体装置の高密度化が図れる。また、上記素子
間分離溝の両脇の不純物拡散層が、素子領域の半導体基
板の反転を防止するので、半導体装置の耐圧特性が改善
され、リーク電流が抑制される。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施例によ
り詳細に説明する。
【0016】図1〜図4を順に参照しながら、SOI基
板に対して素子間分離を行う第1の実施例を説明する。
【0017】(i) まず、図1(A)に示すよう
に、シリコン基板1A上のシリコン酸化膜10の上のS
OI基板1上にCVD(化学気相成長)法により、第1
の絶縁膜としてのPSG膜(リンケイ素ガラス膜)2を
500nm程度の膜厚に積層する。
【0018】(ii) 次に、図1(B)に示すよう
に、通常のフォトリソグラフィー技術を用いて、SOI
基板1の素子領域上のPSG膜2の表面にフォトレジス
トパターン3を形成する。
【0019】(iii) 次に、図1(C)に示すよう
に、フォトレジストパターン3をマスクにしてPSG膜
2をRIE法によりエッチングすることにより、SOI
基板1の素子領域上のみにPSG膜2を残す。そして、
そのPSG膜2をマスクにして、イオン注入4を行い、
反転防止層を形成するための不純物拡散層5を、SOI
基板1の非素子領域に形成する。
【0020】(iv) 次に、フォトレジストパターン
3を除去してから、図2(D)に示すように、PSG膜
2および不純物拡散層5の上に第2の絶縁膜としてのシ
リコン酸化膜6を、CVD法により700nm厚程度の
膜厚で積層する。
【0021】(v) 次に、図2(E)に示すよう
に、シリコン酸化膜6に対して全面RIE(リアクチブ
・イオン・エッチング)によるエッチバック処理を行な
い、PSG膜の側壁付近だけにシリコン酸化膜6を残
す。
【0022】(vi) 次に、図2(F)に示すよう
に、PSG膜2とシリコン酸化膜6をマスクとして、R
IE法によりSOI基板1の不純物拡散層5をエッチン
グすることにより、素子間分離溝Tを形成すると共に、
素子間分離溝Tの両脇に不純物拡散層5を残す。この不
純物拡散層5が反転防止層となる。
【0023】(vii) 次に、図3(G)に示すよう
に、素子間分離溝TおよびPSG膜2とシリコン酸化膜
6上に、CVD法により第3の絶縁膜としてのシリコン
窒化膜7を1μmの程度の膜厚で積層する。
【0024】(viii) 次に、図3(H)に示すよう
に、シリコン窒化膜7に対して全面RIEによるエッチ
バック処理を行ない、シリコン窒化膜7の上面をPSG
膜2の上面を一致させる。
【0025】(ix) 次に、図3(I)に示すよう
に、PSG膜2のみを選択的に除去し、素子領域のSO
I基板1の表面を露出させる。
【0026】上記(i)〜(ix)の工程により、素子間
分離が完了する。この後、通常のMOSFET作成プロ
セスにより、図4に示す断面構造のSOIMOSFET
半導体装置を形成する。図4において、11はソース・
ドレイン拡散層、12はゲート絶縁膜、13はゲート電
極、14は層間絶縁膜、15は金属配線である。
【0027】上記実施例によれば、フォトリソグラフィ
ー法によって形成したフォトレジストパターン3が規定
するSOI基板1の非素子領域の幅が素子間分離幅にな
る。したがって、フォトリソグラフィー法で可能な最小
の線幅を素子間分離幅にでき、極微細な素子間分離が可
能になり、SOIMOSFET半導体装置を高密度化で
きる。
【0028】また、非素子領域のSOI基板1を熱酸化
させずに素子間分離を行なうので、バーズビークが発生
せず非素子領域に寸法変化を生じることがない。
【0029】また、素子間分離溝Tの両脇の不純物拡散
層5が素子領域のSOI基板1の反転を防止するので、
SOIMOSFET半導体装置の耐圧特性を改善でき、
リーク電流を抑制できる。
【0030】次に、図5〜図8を順に参照しながら、バ
ルクシリコン基板に対して素子間分離を行う第2の実施
例を説明する。
【0031】(i) まず、図5(A)に示すように、
バルクシリコン基板21上にCVD法により、第1の絶
縁膜としてのPSG膜22を500nm程度の膜厚に積
層する。
【0032】(ii) 次に、図5(B)に示すように、
通常のフォトリソグラフィー技術を用いて、バルクシリ
コン基板21の素子領域上のPSG膜22の表面にフォ
トレジストパターン23を形成する。
【0033】(iii) 次に、図5(C)に示すよう
に、フォトレジストパターン23をマスクにしてPSG
膜22をRIE法によりエッチングすることにより、バ
ルクシリコン基板21の素子領域上のみにPSG膜22
を残す。そして、そのPSG膜22をマスクにして、イ
オン注入24を行い、反転防止層を形成するための不純
物拡散層25を、バルクシリコン基板21の非素子領域
に形成する。
【0034】(iv) 次に、フォトレジストパターン2
3を除去してから、図6(D)に示すように、PSG膜
22および不純物拡散層25の上に第2の絶縁膜として
のシリコン酸化膜26を、高温のCVD法により700
nm程度の膜厚で積層する。
【0035】(v) 次に、図6(E)に示すように、
シリコン酸化膜26に対して全面RIEによるエッチバ
ック処理を行ない、PSG膜22の側壁付近だけにシリ
コン酸化膜26を残す。
【0036】(vi) 次に、図6(F)に示すように、
PSG膜22とシリコン酸化膜26をマスクとして、R
IE法により不純物拡散層25およびバルクシリコン基
板21をエッチングすることにより、素子間分離溝Uを
形成する。
【0037】(vii) 次に、図7(G)に示すよう
に、素子間分離溝UおよびPSG膜22とシリコン酸化
膜26上に、CVD法により第3の絶縁膜としてのシリ
コン窒化膜28を1μm程度の膜厚で積層する。
【0038】(viii) 次に、図7(H)に示すよう
に、シリコン窒化膜28に対して全面RIEによるエッ
チング処理を行ない、シリコン窒化膜28の上面とPS
G膜22の上面を一致させる。
【0039】(ix) 次に、図7(I)に示すように、
PSG膜22をフッ酸等の水溶液によりエッチング除去
して、素子領域のバルクシリコン基板21の表面を露出
させる。
【0040】上記(i)〜(ix)の工程により、素子間
分離が完了する。この後、通常のMOSFET作成プロ
セスにより、図8に示す断面構造のMOSFETを形成
する。図8において、31はソース・ドレイン拡散層、
32はゲート絶縁膜、33はゲート電極、34は層間絶
縁膜、35は金属配線である。
【0041】上記実施例によれば、フォトリソグラフィ
ー法によって形成したフォトレジストパターン23が規
定するバルクシリコン基板21の非素子領域の幅が素子
間分離幅になる。したがって、フォトリソグラフィー法
で可能な最小の線幅を素子間分離幅にでき、極微細な素
子間分離が可能になり、MOSFET半導体装置を高密
度化できる。
【0042】また、非素子領域のバルクシリコン基板2
1を熱酸化させずに素子間分離を行なうので、バーズビ
ークが発生せず非素子領域に寸法変化を生じることがな
い。
【0043】また、素子間分離溝Uの両脇の不純物拡散
層25が素子領域のバルクシリコン基板21の反転を防
止するので、MOSFET半導体装置の耐圧特性を改善
でき、リーク電流を抑制できる。
【0044】尚、第1,第2の実施例では、第1の絶縁
膜として500nm程度の膜厚のPSG膜を用い、第2
の絶縁膜として700nm程度の膜厚のシリコン酸化膜
を用い、第3の絶縁膜として1μm程度の膜厚のシリコ
ン窒化膜を用いたが、第1,第2,第3の絶縁膜の膜
厚,膜種は第1,第2の実施例のものに限られるもので
はない。
【0045】
【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
の半導体装置によれば、極微細な素子間分離が可能にな
って、半導体装置の高密度化が図れる。また、上記非素
子領域の半導体基板の反転を防止するので、半導体装置
の耐圧特性を改善でき、リーク電流を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の工程説明図である。
【図2】上記実施例の工程説明図である。
【図3】上記実施例の工程説明図である。
【図4】上記実施例により製造した半導体装置の断面図
である。
【図5】本発明の第2の実施例の工程説明図である。
【図6】上記実施例の工程説明図である。
【図7】上記実施例の工程説明図である。
【図8】上記実施例により製造した半導体装置の断面図
である。
【図9】従来例の工程説明図である。
【図10】従来例の工程説明図である。
【図11】従来例により製造した半導体装置の断面図で
ある。
【符号の説明】
1,51 SOI基板 1A,51A シリコン基板 2,22 PSG膜 3,23,53 フォトレジストパターン 5,25 不純物拡散層 6,10,26,52,60シリコン酸化膜 7,28,58 シリコン窒化膜 11,33,61 ソース・ドレイン拡散層 12,32 ゲート絶縁膜 13,33 ゲート電極 14,34,64 層間絶縁膜 15,35,65金属配線 T,U 素子間分離溝

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 絶縁膜上の半導体層に形成された半導体
    装置において、前記半導体層が素子間分離溝によって分
    離され、前記素子間分離溝の側壁に不純物拡散層からな
    る反転防止層を有することを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記素子間分離溝上に絶縁膜を有し、 前記素子間分離溝上の絶縁膜と組成の異なる絶縁膜を、
    前記反転防止層上に有することを特徴とする請求項1に
    記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記素子間分離溝上の絶縁膜が窒化シリ
    コン膜であり、 前記反転防止層上の絶縁膜が酸化シリコン膜であること
    を特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7019380B2 (en) 2003-06-20 2006-03-28 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device

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Effective date: 20040127