JP2006216815A - フィールド酸化膜形成法 - Google Patents

Abstract

【課題】フィールド酸化膜形成法において、フィールド酸化膜の直下に素子孔から離間してチャンネルストッパ領域を簡単に且つ精度良く形成する。
【解決手段】図４（Ｇ）に示すようにシリコン基板１０の一方の主面においてシリコン酸化膜１８、シリコン窒化膜２０及びシリコン酸化膜２４を含む積層２７の側部にシリコン窒化物からなるサイドスペーサ２８ａを形成した後、積層２７、サイドスペーサ２８ａ及びレジスト層３０をマスクとするイオン注入処理によりチャンネルストッパ用イオン注入領域３２を形成する。レジスト層３０及びサイドスペーサ２８ａを除去した後、図４（Ｈ）に示すように積層２７をマスクとする選択酸化処理によりフィールド酸化膜３４と、イオン注入領域３２に基づくチャンネルストッパ領域３６とを形成する。積層２７を除去した後、フィールド酸化膜３４の素子孔３４Ａ内にＭＯＳ型トランジスタ等の回路素子を形成する。
【選択図】図４

Description

この発明は、ＭＯＳ型ＩＣ（集積回路）等の製造に用いるに好適なフィールド酸化膜（素子分離膜）形成法に関し、特にフィールド酸化膜の直下に素子孔から離間してチャンネルストッパ領域を形成する技術の改良に関するものである。

従来、フィールド酸化膜の直下に素子孔から離間してチャンネルストッパ領域を形成するフィールド酸化膜形成法としては、図７〜９に示すようにサイドスペーサを利用するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

図７の工程では、Ｐ型シリコン基板１の表面に熱酸化法によりシリコン酸化膜２を形成した後、シリコン酸化膜２の上にＣＶＤ（ケミカル・ベーパー・デポジション）法によりシリコン窒化膜３を形成し、さらにシリコン窒化膜３の上にＣＶＤ法によりシリコン酸化膜４を形成する。そして、レジスト層（図示せず）をマスクとするドライエッチング処理によりシリコン窒化膜３及びシリコン酸化膜４の積層を所望の素子孔パターンに従ってパターニングする。

次に、残存するシリコン窒化膜３及びシリコン酸化膜４の積層を覆ってシリコン酸化膜２の上にシリコン酸化膜をＣＶＤ法により形成した後、このシリコン酸化膜を異方性ドライエッチング処理によりエッチバックすることにより該シリコン酸化膜の残存部からなるサイドスペーサ４ａをシリコン窒化膜３及びシリコン酸化膜４の積層の側部を覆ってシリコン酸化膜２の上に閉ループ状に形成する。そして、シリコン酸化膜２、シリコン窒化膜３及びシリコン酸化膜４の積層Ｍと、シリコン酸化膜２及びサイドスペーサ４ａの積層とをマスクとするイオン注入処理によりボロンイオンＢ^＋をシリコン酸化膜２を介して基板１の表面に注入することによりサイドスペーサ４ａの周辺部にチャンネルストッパ用のイオン注入領域５ａを形成する。この後、フッ酸系の薬液を用いるエッチング処理によりシリコン酸化膜４と、サイドスペーサ４ａと、シリコン酸化膜２においてシリコン窒化膜３で覆われない部分（破線で示す部分）とを除去する。この結果、基板１の表面において残存シリコン酸化膜２とシリコン窒化膜３との積層に覆われない部分が露呈され、イオン注入領域５ａの表面も露呈される。

図８の工程では、シリコン酸化膜２とシリコン窒化膜３との積層をマスクとする選択酸化処理により基板１の表面に素子孔６Ａを有するフィールド酸化膜６を形成する。このときの熱処理によりイオン注入領域５ａに基づいてＰ型のチャンネルストッパ領域５が形成される。チャンネルストッパ領域５は、フィールド酸化膜６の直下に素子孔６Ａから離間して形成される。

図９の工程では、シリコン窒化膜３及びシリコン酸化膜２を順次のエッチング処理により除去して素子孔６Ａ内に基板１の表面部分を露呈させる。素子孔６Ａ内のシリコン表面に熱酸化法によりシリコン酸化膜からなるゲート酸化膜７を形成した後、ゲート酸化膜７の上にドープトポリシリコン等からなるゲート電極層８を形成し、さらにフィールド絶縁膜６とゲート電極層８とをマスクとするイオン注入処理によりＮ^＋型のソース，ドレイン領域９Ｓ，９Ｄを形成する。この結果、素子孔６Ａ内には、ＭＯＳ型トランジスタが形成される。

上記したフィールド酸化膜形成法によれば、フィールド絶縁膜６の直下に素子孔６Ａから離間してチャンネルストッパ領域５が形成される。このため、素子孔６Ａ内に図９に示すようにＭＯＳ型トランジスタを形成した場合に、（イ）ソース，ドレイン領域９Ｓ，９Ｄとチャンネルストッパ領域５との間にＰＮ接合が形成されず、接合耐圧の向上及び接合容量の低減が可能になること、（ロ）チャンネル長さ方向（ソース−ドレイン間電流の流通方向）に直交する方向のチャンネル幅がチャンネルストッパ領域５によって狭小化されず、チャンネル幅の狭小化によるトランジスタ特性の変動（いわゆる狭チャンネル効果）を回避できることなどの利点がある。

しかしながら、上記したフィールド酸化膜形成法にあっては、図７の工程でシリコン酸化膜４と、サイドスペーサ４ａと、シリコン酸化膜２の破線で示す部分とをフッ酸系の薬液を用いるエッチング処理で除去する際にシリコン窒化膜３の直下のシリコン酸化膜２にアンダーカットが生ずるため、フィールド酸化膜６のバーズビーク長（シリコン窒化膜３の直下への延長部分の長さ）が増大したり、変動したりするという問題点がある。このような問題点を解決するため、図１０，１１に示すようなフィールド酸化膜形成法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図１０の工程では、図７に関して前述したと同様にしてＰ型シリコン基板１の表面にシリコン酸化膜２及びシリコン窒化膜３を順次に形成した後、シリコン窒化膜３を所望の素子孔パターンに従ってパターニングする。そして、シリコン酸化膜２の上に残存シリコン窒化膜３を覆ってシリコン酸化膜４ＡをＣＶＤ法により形成する。シリコン酸化膜４Ａは、シリコン酸化膜２の上でシリコン窒化膜３の側部を覆う閉ループ状部分４ｂを有するように形成される。この後、シリコン酸化膜２、シリコン窒化膜３及びシリコン酸化膜４Ａの積層Ｍ’と、シリコン酸化膜２及びシリコン酸化膜４Ａの閉ループ状部分４ｂの積層とをマスクとするイオン注入処理によりボロンイオンＢ^＋をシリコン酸化膜２，４Ａの積層を介して基板１の表面に注入することによりシリコン酸化膜４Ａの閉ループ状部分４ｂの周辺部にチャンネルストッパ用のイオン注入領域５ａを形成する。

図１１の工程では、シリコン酸化膜２とシリコン窒化膜３とシリコン酸化膜４Ａとの積層Ｍ’をマスクとする選択酸化処理により基板１の表面に素子孔６Ａを有するフィールド酸化膜６を形成する。このときの熱処理によりイオン注入領域５ａに基づいてＰ型のチャンネルストッパ領域５が形成される。チャンネルストッパ領域５は、フィールド酸化膜６の直下に素子孔６Ａから離間して形成される。この後は、シリコン酸化膜４Ａ、シリコン窒化膜３及びシリコン酸化膜２を順次に除去してから、図９に関して前述したと同様にして素子孔６Ａ内にＭＯＳ型トランジスタを形成する。

図１０，１１に関して上記したフィールド酸化膜形成法によれば、図１０のイオン注入工程の後、シリコン酸化膜２，４Ａを除去しないので、シリコン酸化膜２のアンダーカットに基づくバーズビーク長の増大や変動を抑制可能である。

チャンネルストッパ領域形成法としては、フィールド酸化膜を熱酸化処理により形成した後、熱酸化処理に用いた酸化マスクをイオン注入マスクとして流用し且つフィールド酸化膜を介してイオン注入を行なうことによりチャンネルストッパ用のイオン注入領域を形成するものが知られている（例えば、特許文献２，３参照）。この場合、バーズビークの発生を抑制するため、酸化マスクの側部にシリコン窒化物からなる５０ｎｍ程度の厚さのサイドウォールを形成している（いわゆるLaterally Sealed LOCOS法を採用している）が、このサイドウォールの存在だけでチャンネルストッパ用のイオン注入領域をフィールド酸化膜の素子孔から離間させるのは困難である。

そこで、特許文献２に記載されたチャンネルストッパ領域形成法では、イオン注入処理の前にシリコン窒化物からなるサイドウォールに重ねてポリシリコンからなる５０ｎｍ程度の厚さのサイドウォールを形成することでチャンネルストッパ用イオン注入領域を素子孔から離間させるのを可能にしている。また、特許文献３に記載されたチャンネルストッパ領域形成法では、酸化マスクとして下から順にシリコン酸化膜、ポリシリコン膜及びシリコン窒化膜を重ねた積層を用いると共に熱酸化処理時に酸化マスク中のポリシリコン膜の端部を酸化させることでチャンネルストッパ用イオン注入領域を素子孔から離間させるのを可能にしている。
特開平５−１３６１２３号公報 特開平６−５５８８号公報 特開平６−８５０５３号公報

図７〜９に関して上記したフィールド酸化膜形成法においては、図７の工程でボロンイオンＢ^＋を１００ｋｅＶ以上の加速エネルギーで注入する通常のイオン注入処理を想定すると、シリコン酸化膜２及びサイドスペーサ４ａの積層のマスク作用が十分でなく（イオン突き抜けの可能性があり）、積層Ｍとサイドスペーサ４ａとを覆ってレジスト層を追加的に形成してイオン注入マスクを強化する必要がある。これは、サイドスペーサ４ａを構成するシリコン酸化物のイオン阻止能力が低いことによるものである。また、図１０のイオン注入工程においても、シリコン酸化膜２及び閉ループ状部分４ｂの積層のマスク作用が十分でなく、積層Ｍ’と部分４ｂとを覆ってレジスト層を追加的に形成してイオン注入マスクを強化する必要がある。上記のようにレジスト層を追加的に形成してイオン注入マスクを強化する場合には、レジスト剥がれ等のトラブルが発生し、歩留りの低下を招くという問題点がある。

図１０，１１に関して上記したフィールド酸化膜形成法では、図７〜９に関して上記したフィールド酸化膜形成法に比べると、シリコン酸化膜２，４Ａの積層を介して熱酸化処理を行なうため、処理時間が長くなるという問題点もある。

上記したようにフィールド酸化膜を形成した後でフィールド酸化膜を介してイオン注入を行なうチャンネルストッパ領域形成法では、６００ｎｍ程度の厚いフィールド酸化膜を介してイオン注入を行なうため、２００ｋｅＶ以上の加速エネルギーを有する高価なイオンインプランタを必要とするという問題点がある。

この発明の目的は、フィールド酸化膜の直下に素子孔から離間してチャンネルストッパ領域を簡単に且つ精度良く形成することができる新規なフィールド酸化膜形成法を提供することにある。

この発明に係るフィールド酸化膜形成法は、
少なくとも一方の主面側が一導電型であるシリコン基板を用意する工程と、
前記シリコン基板の一方の主面に下から順に第１のシリコン酸化膜、シリコン窒化膜及び第２のシリコン酸化膜を重ねて形成する工程と、
前記第１のシリコン酸化膜、前記シリコン窒化膜及び前記第２のシリコン酸化膜のうち少なくとも前記シリコン窒化膜及び前記第２のシリコン酸化膜を含む積層を所望の素子孔パターンに従ってパターニングする工程と、
前記一導電型を決定する不純物を前記積層及び前記サイドスペーサをマスクとして前記シリコン基板の一方の主面にイオン注入することによりチャンネルストッパ用のイオン注入領域を形成する工程と、
前記サイドスペーサを除去した後、前記積層をマスクとする選択酸化処理により前記シリコン基板の一方の主面に前記積層に対応する素子孔を有するフィールド酸化膜と、前記イオン注入領域に基づいて前記一導電型を有するチャンネルストッパ領域とを形成する工程と
を含むものである。

この発明のフィールド酸化膜形成法によれば、少なくともシリコン窒化膜及び第２のシリコン酸化膜を含む積層と、この積層の側部を覆って形成したシリコン窒化物からなるサイドスペーサとをマスクとしてイオン注入を行なうことによりチャンネルストッパ用のイオン注入領域が形成される。積層の側部からサイドスペーサを除去した後、積層をマスクとする選択酸化処理により積層に対応する素子孔を有するフィールド酸化膜と、イオン注入領域に基づくチャンネルストッパ領域とが形成される。サイドスペーサをマスクとしてイオン注入を行なったので、チャンネルストッパ領域は、フィールド酸化膜の直下に素子孔から離間して形成される。この場合、サイドスペーサがイオン阻止能力の高いシリコン窒化物からなっており、しかもサイドスペーサの除去時に積層中のシリコン窒化膜がサイドエッチを受けるので、チャンネルストッパ領域を素子孔から確実に離間させることができる。従って、レジスト層を追加的に形成する必要がなく、工程的に簡単となる。また、サイドスペーサを除去した後の積層をマスクとして選択酸化処理を行なうので、比較的短い処理時間でフィールド酸化膜及びチャンネルストッパ領域を形成できる。

この発明のフィールド酸化膜形成法において、前記第２のシリコン酸化膜としては、前記シリコン窒化膜の上に堆積したポリシリコン膜を熱酸化して形成したシリコン酸化膜を用いるようにしてもよい。このようにすると、第２のシリコン酸化膜のイオン阻止能力が向上し、イオン突き抜けによる不良発生を防止できる。この場合、前記シリコン窒化膜の上に前記ポリシリコン膜を堆積する前に前記シリコン窒化膜を熱処理により緻密化するようにしてもよい。このようにすると、ポリシリコン膜とシリコン窒化膜との密着性が向上し、ポリシリコン剥がれ等による不良発生を防止できる。

この発明のフィールド酸化膜形成法において、前記第２のシリコン酸化膜としては、前記シリコン窒化膜の上に堆積した後熱処理により緻密化したシリコン酸化膜を用いるようにしてもよい。このようにすると、第２のシリコン酸化膜のイオン阻止能力が向上し、イオン突き抜けによる不良発生を防止できる。

この発明によれば、少なくともシリコン窒化膜及び第２のシリコンン酸化膜を含む積層と、この積層の側部を覆って形成したシリコン窒化物からなるサイドスペーサとをマスクとするイオン注入処理によりチャンネルストッパ用のイオン注入領域を形成した後、サイドスペーサを除去してから、積層をマスクとする選択酸化処理により積層に対応する素子孔を有するフィールド酸化膜とイオン注入領域に基づくチャンネルストッパ領域とを形成するようにしたので、素子孔から離間したチャンネルストッパ領域を簡単に且つ精度良く形成可能となる効果が得られる。

図１〜５は、この発明の一実施形態に係るフィールド酸化膜形成法を用いるＭＯＳ型ＩＣの製法を示すもので、各々の図に対応する工程（１）〜（５）を順次に説明する。

（１）図１（Ａ）の工程では、Ｐ型シリコン基板１０の一方の主面にＰ型ウエル領域１２及びＮ型ウエル領域１４，１６を公知の方法で並べて形成する。Ｎ型ウエル領域１４，１６は、Ｐ型ウエル領域１２を取囲むように１つのウエル領域として形成してもよい。ウエル領域１２〜１６を形成した後、基板１０の一方の主面に熱酸化処理によりシリコン酸化膜（ストレス緩和用のパッド酸化膜）１８を形成する。シリコン酸化膜１８の厚さは、例えば３０〜４０ｎｍの範囲内とすることができる。シリコン酸化膜１８の上には、ＣＶＤ法によりシリコン窒化膜２０を形成し、シリコン窒化膜２０の上には、ＣＶＤ法によりポリシリコン膜２２を形成する。ポリシリコン膜２２の厚さは、イオン注入条件及びシリコン窒化膜２０の厚さを考慮して決定される。一例として、ボロンイオンＢ^＋を１００ｋｅＶの加速エネルギーで注入する場合、シリコン窒化膜２０の厚さを１７０ｎｍとし、ポリシリコン膜２２の厚さを２００〜３００ｎｍ（好ましくは２５０ｎｍ）とすることができる。

シリコン窒化膜２０の上にポリシリコン膜２２を堆積する前に、シリコン窒化膜２２を酸化性雰囲気中での熱処理により緻密化するのが好ましい。このような熱処理では、シリコン窒化膜２０の膜質が緻密化されると共にシリコン窒化膜２０の表面に極薄いシリコン酸化膜が形成される。このため、シリコン窒化膜２０の上にポリシリコン膜２２を堆積する際にシリコン窒化膜２０とポリシリコン膜２２との密着性が向上し、ポリシリコン剥がれによる不良発生を防止することができる。

次に、図１（Ｂ）の工程では、熱酸化処理によりポリシリコン膜２２を酸化してシリコン酸化膜２４とする。このときの熱酸化処理は、一例として、縦型ファーネスを用い、温度９５０℃、ガス流量Ｏ_２／Ｈ_２＝１３．３／７［ｌ／ｍｉｎ］の条件で行なうことができる。ポリシリコン膜２２を熱酸化処理により酸化したので、イオン阻止能力の高い緻密な膜質のシリコン酸化膜２４が得られる。シリコン酸化膜２４としては、シリコン窒化膜２０の上にＣＶＤ法により堆積したシリコン酸化膜を用いてもよく、あるいはＣＶＤ法により堆積した後熱処理により緻密化したシリコン酸化膜を用いてもよい。堆積後に熱処理により緻密化したシリコン酸化膜を用いた場合には、シリコン酸化膜は高いイオン阻止能力を有する。

（２）図２（Ｃ）の工程では、シリコン酸化膜２４の上にホトリソグラフィ処理により所定の素子孔（活性領域配置孔）パターンに従ってレジスト層２６を形成する。そして、図２（Ｄ）の工程では、レジスト層２６をマスクとするエッチング処理によりシリコン酸化膜２４、シリコン窒化膜２０及びシリコン酸化膜１８の積層膜をパターニングすることにより該積層膜の残存部（膜１８，２０，２４の残存部）からなるマスク用の積層２７を得る。

シリコン酸化膜２４はドライエッチング処理により除去可能であり、この処理では、エッチングガスとしてＣｌ_２／Ｏ_２の混合ガス、ＣＦ_４ガス又はＳＦ_６ガスを用い、圧力数ｍＴｏｒｒの条件下でマイクロ波プラズマエッチング（周波数２．４５ＭＨ_Ｚ）又はＥＣＲ（エレクトロサイクロトロン共鳴）プラズマエッチングを行なうことができる。シリコン窒化膜２０はドライエッチング処理により除去可能であり、この処理では、エッチングガスとしてＣＦ_４／ＣＨＦ_４の混合ガスを用い、圧力１６０ｍＴｏｒｒの条件下でＲＦプラズマエッチングを行なうことができる。このとき、ＲＦパワーを約７００Ｗとし、周波数を１３．５６ＭＨ_Ｚとすることができる。

シリコン酸化膜１８を除去するためのエッチング処理では、ＭＯＳ型トランジスタ等の素子が形成される基板表面に不純物の吸着やダメージ層が残存するようなエッチング方法を使用せず、基板表面を清浄に保つことができ、しかもシリコン窒化膜２０やシリコン基板１０に対して高いエッチング選択比が得られるエッチング方法を使用するのが好ましい。一例として、バッファードフッ酸（ＨＦ＋ＮＨ_４Ｆ＋（Ｈ_２Ｏ））等を用いるウェットエッチング処理によりシリコン酸化膜１８をエッチングすることができる。なお、シリコン酸化膜１８は、エッチングせずに残しておいてもよい。シリコン酸化膜１８を残しておいた場合には、シリコン基板表面の汚染の問題がなく、イオン注入時にチャンネリング防止効果も期待できる。

エッチング処理の後、レジスト層２６をＯ_２又はＯ_３のアッシングにより除去する。そして、硫酸＋過酸化水素水を用いる薬液処理と純水リンス処理とを順次に施し、さらに乾燥処理を施す。

（３）図３（Ｅ）の工程では、基板１０の表面に積層２７を覆ってサイドスペーサ形成用のシリコン窒化膜２８を低圧ＣＶＤ法等により形成する。シリコン窒化膜２８の厚さは、１００〜２５０ｎｍ（好ましくは１２０〜１８０ｎｍ、更に好ましくは１５０ｎｍ）とすることができる。シリコン窒化膜２８を形成する際には、シラン（ＳｉＨ_４，Ｓｉ_２Ｈ_８等）系ガス又はテトラエチルオルソシリケート（ＴＥＯＳ）系ガスを原料ガスとし、反応ガスとして酸素（Ｏ_２）又はオゾン（Ｏ_３）とＮＯｘとの混合ガスを用いる熱分解型ＣＶＤ法を用いればよい。また、これと同種のガス系にてプラズマ励起型ＣＶＤ法を用いてもよく、あるいはＥＣＲプラズマ等の高密度プラズマ型のＣＶＤ法を用いてもよい。高密度プラズマ型ＣＶＤ法では、低温で速度の速い成膜が可能である。

次に、異方性ドライエッチング処理によりシリコン窒化膜２８をエッチバックしてサイドスペーサ２８ａを形成する。サイドスペーサ２８ａは、シリコン窒化膜２８の残存部からなるもので、基板１０の表面で積層２７の側部を覆うように閉ループ状に形成される。異方性ドライエッチング処理では、エッチングガスとしてＣＦ_４とＣＨＦ_３とを１：２の比率で混合した混合ガスを用い、圧力１６０ｍＴｏｒｒの条件下でＲＦプラズマエッチングを行なうことができる。このとき、ＲＦパワーを約７００Ｗとし、周波数を１３．５６ＭＨ_Ｚとすることができる。積層２７の側部から離れる方向のサイドスペーサ２８ａの厚さは、１５０ｎｍ程度とすることができる。なお、前述したように図２（Ｄ）の工程でシリコン酸化膜１８を残存させた場合には、シリコン酸化膜１８がサイドスペーサ２８ａの直下に残存する。この場合、シリコン酸化膜１８は、サイドスペーサ２８ａの直下の残存部の外側では除去してもよいし、あるいは残しておいてもよい（残したときの効果は前述したものと同じ）。

図３（Ｆ）の工程では、Ｎ型ウエル領域１４，１６を覆い且つＰ型ウエル領域１２を露呈するようにレジスト層３０を基板１０の一方の主面にホトリソグラフィ処理により形成する。そして、レジスト層３０と、積層２７と、サイドスペーサ２８ａとをマスクとするイオン注入処理によりボロンイオンＢ^＋をＰ型ウエル領域１２の表面に注入することによりチャンネルストッパ用のイオン注入領域３２を形成する。このときのイオン注入条件は、加速エネルギー１００ｋｅＶ、ドーズ量１．５×１０^１３ｃｍ^−２とすることができる。イオン注入領域３２は、積層２７の側部からサイドスペーサ２８ａの厚さ（例えば１５０ｎｍ程度）に対応する距離を隔てた状態でサイドスペーサ２８ａの周辺部に閉ループ状に形成される。

（４）図４（Ｇ）の工程では、レジスト層３０及びサイドスペーサ２８ａを除去する。サイドスペーサ２８ａは、一例として、１６０℃の熱リン酸を用いる５０分程度の等方性ウェットエッチング処理により除去することができる。このとき、積層２７を構成するシリコン窒化膜２０の端部がサイドエッチを受けて後退するため、イオン注入領域３２との間の距離が増大する。このようなサイドエッチの影響を少なくするためには、プラズマエッチャを用いて次のような条件で等方性のドライエッチングを行なうことができる。すなわち、
ガス流量：ＣＦ_４／Ｏ_２（８〜１５％）＝１００〜２００ｓｃｃｍ
（好ましくは１５０ｓｃｃｍ）
圧力：０．５〜１Ｔｏｒｒ
ＲＦパワー：２５０〜５００Ｗ
カソード温度：８０℃
のような条件とする。このようにすると、シリコン窒化物のエッチレートとして、８００Å／ｍｉｎ程度のエッチレートが得られる。

シリコン窒化膜２０の端部におけるサイドエッチ量の制御性を良好にするためには、サイドスペーサ２８ａのドライエッチング処理において最初に異方性のドライエッチングを行なうとよい。この異方性ドライエッチングの条件としては、
ガス流量：ＣＨＦ_３／ＣＦ_４／Ｎ_２＝６０〜１００／６０〜１００
／１０〜２０ｓｃｃｍ（好ましくは９０／９０／１５ｓｃｃｍ）
圧力：３００〜５００ ｍＴｏｒｒ
ＲＦパワー：５００〜７００Ｗ
とし、エッチャとしては平行平板形プラズマエッチャ等を用いることができる。このような異方性ドライエッチングによりサイドスペーサ２８ａの厚さが薄くなった段階で前述の等方性ドライエッチングを行なう。このように異方性ドライエッチングの後等方性ドライエッチングを行なうと、等方性ドライエッチングの処理時間が短いので、シリコン窒化膜２０のサイドエッチ量も少なくなる。

図６は、サイドスペーサ部の変形例を示すもので、図３，４と同様の部分には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。この例の特徴は、サイドスペーサ２８ａと積層２７及びＰ型ウエル領域１２との間に薄いシリコン酸化膜２８ｂを介在配置した点にある。

図６に示すサイドスペーサ構造を得るには、図３（Ｅ）の工程において、シリコン窒化膜２８を堆積する前に、基板上面にＣＶＤ法によりシリコン酸化膜２８ｂを例えば３０〜６０ｎｍ（好ましくは５０ｎｍ）の厚さに堆積形成する。この後、前述したと同様にしてシリコン窒化膜２８を例えば１２０〜９０（好ましくは１００ｎｍ）の厚さに堆積形成する。必要に応じてシリコン窒化膜２８は、より厚く例えば１５０〜１２０ｎｍ（好ましくは１３０ｎｍ）の厚さに堆積形成してもよい。この後、前述したと同様にしてシリコン酸化膜２８ｂ及びシリコン窒化膜２８の積層をエッチバックしてサイドスペーサ２８ａを形成すると共にサイドスペーサ２８ａと積層２７及びＰ型ウエル領域１２との間にシリコン酸化膜２８ｂを残存させる。

図６のサイドスペーサ構造によれば、図４（Ｇ）の工程でサイドスペーサ２８ａをウェットエッチングにより等方的にエッチングしても、シリコン酸化膜２８ｂが存在するため、シリコン窒化膜２０にはサイドエッチが入らない。従って、寸法制御性が向上する。サイドスペーサ２８ａを除去した後、シリコン酸化膜２８ｂのみをウェットエッチング等により除去するのは容易である。

図４（Ｈ）の工程では、積層２７をマスクとする選択酸化処理により基板１０の表面に素子孔３４Ａを有するフィールド酸化膜３４を形成する。このときの熱処理によりフィールド酸化膜３４の直下にはイオン注入領域３２に基づくＰ型チャンネルストッパ領域３６が素子孔３６Ａから離間して形成される。選択酸化処理では、一例として、横型拡散炉を用い、温度１０００℃のウェット熱酸化を行なうことができ、フィールド酸化膜３４としては、３５０〜１０００ｎｍ（好ましくは４００〜６００ｎｍ、更に好ましくは５００ｎｍ）の厚さのシリコン酸化膜を得ることができる。

（５）図５（Ｉ）の工程では、積層２７を構成するシリコン酸化膜２４、シリコン窒化膜２０及びシリコン酸化膜１８を順次に除去する。シリコン酸化膜２４，１８は、バッファードフッ酸を用いるウェットエッチング処理により除去することができ、シリコン窒化膜２０は、１６０℃の熱リン酸を用いる６０分程度のウェットエッチング処理により除去することができる。

素子孔３４Ａ内においてシリコン酸化膜１８を除去したシリコン表面には、犠牲酸化膜として３０〜５０ｎｍの厚さのシリコン酸化膜を熱酸化処理により形成する。このときの熱酸化処理では、ドライＯ_２（又はドライ空気）中９５０℃の温度で行なうことができる。犠牲酸化膜としてのシリコン酸化膜をフッ酸処理により除去した後、素子孔３４Ａ内のシリコン表面には、ゲート絶縁膜３８としてのシリコン酸化膜を熱酸化処理により形成する。このときの熱酸化処理は、ドライＯ_２中９５０℃の温度で行なうことができる。ゲート絶縁膜３８としてのシリコン酸化膜の厚さは、６．５〜３５ｎｍ（好ましくは１２〜２０ｎｍ、更に好ましくは１５ｎｍ）とすることができる。

ゲート絶縁膜３８としては、上記のようにして形成した単層のシリコン酸化膜に限らず、シリコン酸化膜にシリコン窒化膜（又はシリコン酸化窒化膜）を重ねた積層、酸化タンタル膜（又は高誘電率膜）とシリコン酸化膜やシリコン窒化膜（又はシリコン酸化窒化膜）との積層あるいは２層のシリコン酸化膜の間にシリコン窒化膜（又はシリコン酸化窒化膜）や高誘電率膜を介在させたサンドイッチ構造等を用いてもよい。

図５（Ｊ）の工程では、基板上面にドープトポリシリコン等のゲート電極材層を被着した後、ゲート電極材層をホトリソグラフィ及びドライエッチング処理によりパターニングしてゲート電極層４０をゲート絶縁膜３８の上に形成する。そして、フィールド酸化膜３４とゲート電極層４０とをマスクとしてリンイオン等のＮ型決定不純物イオンをＰ型ウエル領域１２の表面に注入した後、注入不純物を活性化するためのアニール処理を行なうことによりＮ^＋型ソース，ドレイン領域４２，４４を形成する。この結果、素子孔３４Ａ内には、ＮチャンネルＭＯＳ型トランジスタが形成される。なお、ＭＯＳ型トランジスタの構造及び形成方法は、上記したものに限らず、公知の種々の構造及び形成方法を用いることができる。Ｎ型ウエル領域１４，１６に対応する素子孔内にも、公知の方法によりＰチャンネルＭＯＳ型トランジスタを形成することができる。素子孔内には、ＭＯＳ型トランジスタに限らず、ＭＯＳ型キャパシタ、抵抗素子等の回路素子を形成することもできる。

上記したフィールド酸化膜形成法によれば、図４（Ｈ）に示すようにフィールド酸化膜３４の直下に素子孔３４Ａから離間してチャンネルストッパ領域３６が形成されるので、図５（Ｊ）に示すようにソース，ドレイン領域４２，４４とチャンネルストッパ領域３６との間に十分な距離ΔＬを確保することができ、接合耐圧の向上及び接合容量の低減を達成することができる。また、チャンネルストッパ領域３６によりチャンネル幅が狭小化されないので、狭チャンネル効果によるトランジスタ特性の劣化（しきい値電圧の増大とドレイン電流の低下）を防止することができる。その上、図３（Ｅ）の工程ではサイドスペーサ２８ａをイオン阻止能力が高いシリコン窒化物で構成してマスク作用を十分にすると共に図４（Ｇ）の工程ではシリコン窒化膜２０にサイドエッチを与えるようにしたので、図４（Ｈ）の工程ではチャンネルストッパ領域３６を素子孔３４Ａから確実に離間させることができる。さらに、サイドスペーサ２８ａのマスク作用の向上と相俟ってシリコン酸化膜２４の膜質の緻密化によりシリコン酸化膜２４のマスク作用を向上させたので、図３（Ｆ）のイオン注入工程では積層２７やサイドスペーサ２８ａを覆ってレジスト層を追加的に形成する必要がなく、工程の簡略化により製造歩留りが向上する。

（Ａ）及び（Ｂ）は、この発明の一実施形態に係るＣＭＯＳ型ＩＣの製法における積層膜形成工程及びポリシリコン酸化工程をそれぞれ示す断面図である。 （Ｃ）及び（Ｄ）は、図１（Ｂ）の工程に続くレジスト層形成工程及びドライエッチング工程をそれぞれ示す断面図である。 （Ｅ）及び（Ｆ）は、図２（Ｄ）の工程に続くサイドスペーサ形成工程及びイオン注入工程をそれぞれ示す断面図である。 （Ｇ）及び（Ｈ）は、図３（Ｆ）の工程に続くレジスト・サイドスペーサ除去工程及び選択酸化工程をそれぞれ示す断面図である。 （Ｉ）及び（Ｊ）は，図４（Ｈ）の工程に続くゲート絶縁膜形成工程及びゲート・ソース・ドレイン形成工程をそれぞれ示す断面図である。 サイドスペーサ部の変形例を示す断面図である。 従来のフィールド酸化膜形成法の一例におけるイオン注入工程を示す断面図である。 図７の工程に続く選択酸化工程を示す断面図である。 図８の工程に続くＭＯＳ型トランジスタ形成工程を示す断面図である。 従来のフィールド酸化膜形成法の他の例におけるイオン注入工程を示す断面図である。 図１０の工程に続く選択酸化工程を示す断面図である。

符号の説明

１０：シリコン基板、１２〜１６：ウエル領域、１８，２４，２８ｂ：シリコン酸化膜、２０，２８：シリコン窒化膜、２２：ポリシリコン膜、２６，３０：レジスト層、２７：積層、２８ａ：サイドスペーサ，３２：イオン注入領域、３４：フィールド酸化膜、３４Ａ：素子孔、３６：チャンネルストッパ領域、３８：ゲート絶縁膜、４０：ゲート電極層、４２，４４：ソース，ドレイン領域。

Claims (4)

1. 少なくとも一方の主面側が一導電型であるシリコン基板を用意する工程と、
   前記シリコン基板の一方の主面に下から順に第１のシリコン酸化膜、シリコン窒化膜及び第２のシリコン酸化膜を重ねて形成する工程と、
   前記第１のシリコン酸化膜、前記シリコン窒化膜及び前記第２のシリコン酸化膜のうち少なくとも前記シリコン窒化膜及び前記第２のシリコン酸化膜を含む積層を所望の素子孔パターンに従ってパターニングする工程と、
   前記積層の側部を覆うようにシリコン窒化物からなるサイドスペーサを形成する工程と、
   前記一導電型を決定する不純物を前記積層及び前記サイドスペーサをマスクとして前記シリコン基板の一方の主面にイオン注入することによりチャンネルストッパ用のイオン注入領域を形成する工程と、
   前記サイドスペーサを除去した後、前記積層をマスクとする選択酸化処理により前記シリコン基板の一方の主面に前記積層に対応する素子孔を有するフィールド酸化膜と、前記イオン注入領域に基づいて前記一導電型を有するチャンネルストッパ領域とを形成する工程と
   を含むフィールド酸化膜形成法。
2. 前記第２のシリコン酸化膜としては、前記シリコン窒化膜の上に堆積したポリシリコン膜を熱酸化して形成したシリコン酸化膜を用いる請求項１記載のフィールド酸化膜形成法。
3. 前記シリコン窒化膜の上に前記ポリシリコン膜を堆積する前に前記シリコン窒化膜を熱処理により緻密化する請求項２記載のフィールド酸化膜形成法。
4. 前記第２のシリコン酸化膜としては、前記シリコン窒化膜の上に堆積した後熱処理により緻密化したシリコン酸化膜を用いる請求項１記載のフィールド酸化膜形成法。

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