JP2007258302A - Semiconductor device and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造方法および半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device manufacturing method and a semiconductor device.
従来、半導体装置の製造方法のうち、単結晶シリコンウェーハ等のシリコン基板の表面に形成された素子間の電気的な分離(絶縁)を行う方法として、LOCOS(Local Oxidation of Silicon)法が知られている。
LOCOS法は、単結晶シリコンウェーハの表面の所定の領域を選択的に酸化することにより、シリコン基板の表面のうち、素子領域(シリコン基板の表面のうち、素子が形成される領域)の間に、素子分離領域(素子領域間の電気的な分離(絶縁)を行う領域)を形成する方法である。
2. Description of the Related Art Conventionally, a LOCOS (Local Oxidation of Silicon) method is known as a method for electrically separating (insulating) elements formed on the surface of a silicon substrate such as a single crystal silicon wafer among semiconductor device manufacturing methods. ing.
The LOCOS method selectively oxidizes a predetermined region on the surface of a single crystal silicon wafer, so that an element region (a region in which a device is formed on the surface of the silicon substrate) among the surfaces of the silicon substrate. This is a method of forming an element isolation region (a region where electrical isolation (insulation) between element regions is performed).
以下では、図42および図43を用いて従来のLOCOS法(以下「従来LOCOS法」と表記する。)について説明する。
図42に示す如く、従来LOCOS法は、一般的には、バッファ酸化膜形成工程(S10100)、窒化シリコン膜形成工程(S10200)、フォトリソグラフィ工程(S10300)、エッチング工程(S10400)、フォトレジスト除去工程(S10500)、フィールド酸化膜形成工程(S10600)、最終除去工程(S10700)、の順に行われる。
Hereinafter, a conventional LOCOS method (hereinafter referred to as “conventional LOCOS method”) will be described with reference to FIGS. 42 and 43.
As shown in FIG. 42, the conventional LOCOS method generally includes a buffer oxide film formation step (S10100), a silicon nitride film formation step (S10200), a photolithography step (S10300), an etching step (S10400), and a photoresist removal. The process (S10500), the field oxide film formation process (S10600), and the final removal process (S10700) are performed in this order.
図43に示す如く、バッファ酸化膜形成工程(S10100)は、単結晶シリコンウェーハ110の表面に厚さが数10nm〜100nm程度のバッファ酸化膜120を形成する工程である。バッファ酸化膜120はSiO2からなる膜であり、単結晶シリコンウェーハ110の表面の応力の緩和および保護を目的とするものである。バッファ酸化膜120は、通常は加熱炉等を用いて単結晶シリコンウェーハ110を加熱することにより形成される。
As shown in FIG. 43, the buffer oxide film forming step (S10100) is a step of forming a
窒化シリコン膜形成工程(S10200)は、バッファ酸化膜120の上に厚さが100nm〜300nm程度の窒化シリコン膜130を形成する工程である。窒化シリコン膜130は窒化シリコン(SiN)からなる膜であり、後工程であるフィールド酸化膜形成工程(S1600)において単結晶シリコンウェーハ110の表面の酸化を防止するものである。窒化シリコン膜130はCVD(Chemical Vapor Deposition)等により形成される。
The silicon nitride film forming step (S10200) is a step of forming a
フォトリソグラフィ工程(S10300)は、フォトレジスト塗布工程(S10310)、パターニング工程(S10320)を具備する工程である。 The photolithography process (S10300) is a process including a photoresist coating process (S10310) and a patterning process (S10320).
フォトレジスト塗布工程(S10310)は、窒化シリコン膜130の上にフォトレジスト140を塗布する工程である。フォトレジスト140は通常、ある程度の流動性を持たせるために溶剤が添加された液状またはペースト状の感光性樹脂である。フォトレジスト140が塗布された単結晶シリコンウェーハ110を所定の温度で所定の時間保持する(プレベークする)ことにより、フォトレジスト140に含まれる溶剤が除去され、流動性が抑制される。
The photoresist coating process (S10310) is a process of coating the
パターニング工程(S10320)は、さらに、露光工程(S10321)と、現像工程(S10322)に分かれている。 The patterning step (S10320) is further divided into an exposure step (S10321) and a development step (S10322).
露光工程(S10321)は、フォトレジスト140の表面を所定の形状のマスク150で覆った状態で所定の波長の光を照射する工程である。
マスク150には孔、溝、切り欠き等の開口部150a・150a・・・が設けられており、単結晶シリコンウェーハ110に塗布されたフォトレジスト140のうち、マスク150に覆われずに所定の波長の光が照射された感光部141(開口部150a・150a・・・に対応する部分)のみ変質し、マスク150に覆われていて所定の波長の光が照射されなかったマスク部142は変質しない。
The exposure step (S10321) is a step of irradiating light of a predetermined wavelength with the surface of the
The
現像工程(S10322)は、フォトレジスト140のうち、感光部141のみ除去することにより、窒化シリコンの膜130の上にマスク150の形状に対応するフォトレジスト140のパターンを形成する工程である。
現像工程(S10322)において、現像液を用いて感光部141を除去する。現像液は所定の波長の光が照射されることにより変質した感光部141のみ溶解する性質を有するため、現像液をフォトレジスト140に噴射する、あるいはフォトレジスト140が塗布された単結晶シリコンウェーハ110を現像液に浸漬することにより、感光部141のみが除去され、感光部141に対応する部分の窒化シリコン膜130が露出する。
その後、単結晶シリコンウェーハ110を所定の温度で所定の時間保持する(ポストベークする)ことにより、残ったフォトレジスト140、すなわちマスク部142から水分や溶剤が除去され、マスク部142と窒化シリコン膜130との密着性が高められる。
The developing step (S10322) is a step of forming a pattern of the
In the developing step (S10322), the
Thereafter, by holding (post-baking) the single crystal silicon wafer 110 at a predetermined temperature for a predetermined time, moisture and solvent are removed from the
エッチング工程(S10400)は、素子分離領域に対応する部分、すなわち感光部141に対応する部分の窒化シリコン膜130を選択的に除去する工程である。
エッチング工程(S10400)においては、ドライエッチング(気相中で行われるエッチング)、ウェットエッチング(液相中で行われるエッチング)、電界エッチング(液相中で通電して行われるエッチング)等の方法が用いられる。このとき、マスク部142に対応する部分の窒化シリコン膜130は、エッチング雰囲気(またはエッチング液)に接触しないため除去されない。一方、感光部141に対応する部分の窒化シリコン膜130は既に感光部141が除去されていて露出しているので、エッチング雰囲気(またはエッチング液)に接触し、分解除去される。
The etching step (S10400) is a step of selectively removing the
In the etching step (S10400), there are methods such as dry etching (etching performed in the gas phase), wet etching (etching performed in the liquid phase), electric field etching (etching performed by energizing in the liquid phase), and the like. Used. At this time, the portion of the
フォトレジスト除去工程(S10500)は、エッチング工程(S10400)が終了した時点で単結晶シリコンウェーハ110の表面に残っているフォトレジスト140、すなわちマスク部142を除去する工程である。
フォトレジスト除去工程(S10500)では、通常、酸素プラズマを用いてフォトレジスト140(マスク部142)を酸化することにより分解除去する(灰化;Ashing)。なお、リムーバ等の薬品を用いてフォトレジスト140(マスク部142)を分解除去する場合もある。
The photoresist removal step (S10500) is a step of removing the
In the photoresist removal step (S10500), the photoresist 140 (mask portion 142) is usually decomposed and removed by oxidization using oxygen plasma (ashing). In some cases, the photoresist 140 (mask portion 142) may be decomposed and removed using a chemical such as a remover.
フィールド酸化膜形成工程(S10600)は、エッチング工程(S10400)において窒化シリコン膜130が除去された部分に対応する単結晶シリコンウェーハ110の表面を酸化することにより、当該部分にフィールド酸化膜160を形成する工程である。
フィールド酸化膜形成工程(S10600)では、通常、単結晶シリコンウェーハ110を加熱炉を用いて所定の温度で所定の時間加熱する。
その結果、単結晶シリコンウェーハ110の表面のうち、窒化シリコン膜130が除去されている部分は加熱炉内の雰囲気に接触するため酸化され、当該部分には厚いSiO2からなるフィールド酸化膜160が形成されるが、窒化シリコン膜130が残っている部分は加熱炉内の雰囲気に接触しないため酸化されない。
In the field oxide film forming step (S10600), the surface of the single
In the field oxide film forming step (S10600), the single
As a result, a portion of the surface of the single
最終除去工程(S10700)は、単結晶シリコンウェーハ110の表面に形成された残りの窒化シリコン膜130およびバッファ酸化膜120を除去する工程である。
最終除去工程(S10700)では、エッチング工程(S10400)と同様にドライエッチング(気相中で行われるエッチング)、ウェットエッチング(液相中で行われるエッチング)、電界エッチング(液相中で通電して行われるエッチング)等の方法を用いて窒化シリコン膜130およびバッファ酸化膜120の除去が行われる。
The final removal step (S10700) is a step of removing the remaining
In the final removal step (S10700), as in the etching step (S10400), dry etching (etching performed in the gas phase), wet etching (etching performed in the liquid phase), electric field etching (energization in the liquid phase) The
以上の如く、従来LOCOS法は、単結晶シリコンウェーハ110の表面の所望の位置にフィールド酸化膜160からなる素子分離領域を形成し、当該素子分離領域を隔てた素子領域間の電気的な分離(絶縁)を可能としている。
As described above, the conventional LOCOS method forms an element isolation region composed of the
図43に示す如く、従来LOCOS法におけるフィールド酸化膜160の側端部にはバーズビーク(Bird’s Beak)部160a・160aが形成される。
バーズビーク部160a・160aは、フィールド酸化膜形成工程(S10600)において、窒化シリコン膜130の端部から窒化シリコン膜130と単結晶シリコンウェーハ110との境界部分(厳密には、バッファ酸化膜120、および単結晶シリコンウェーハ110においてバッファ酸化膜120と対向する部分)に沿って酸素が侵入・拡散することにより形成されるものであり、バッファ酸化膜120の面方向に沿って延びているために断面形状がちょうど鳥の嘴の如き形状を成す。
As shown in FIG. 43, bird's
Bird's
バーズビーク部160a・160aはフォトリソグラフィ工程(S10300)において形成されたフォトレジスト140のパターンの端部(すなわちマスク部142の端部)よりもマスク部142側に突出する形で形成されるため、フィールド酸化膜160の幅(一方のバーズビーク部160aの先端から他方のバーズビーク部160aの先端までの長さ)がマスク150に形成された開口部150aの幅よりも大きくなる。
そのため、単結晶シリコンウェーハ110の表面に形成される素子領域間の実質的な距離が大きくなってしまい、半導体装置における素子の集積化を図る上での障害となるという問題がある。
The bird's
Therefore, there is a problem that a substantial distance between element regions formed on the surface of the single
従って、フィールド酸化膜のバーズビーク部の突出量、すなわちバーズビーク長さ(より厳密には、フォトレジストのパターンの端部からバーズビーク部の先端までの長さ)を小さくする方法が検討されてきた。 Therefore, a method for reducing the protrusion amount of the bird's beak portion of the field oxide film, that is, the bird's beak length (more precisely, the length from the end of the photoresist pattern to the tip of the bird's beak) has been studied.
以下では、図44および図45を用いて従来ポリバッファLOCOS法について説明する。
図44に示す如く、従来ポリバッファLOCOS法は、一般的には、バッファ酸化膜形成工程(S20100)、ポリシリコン膜形成工程(S20150)、窒化シリコン膜形成工程(S20200)、フォトリソグラフィ工程(S20300)、エッチング工程(S20400)、フォトレジスト除去工程(S20500)、フィールド酸化膜形成工程(S20600)、最終除去工程(S20700)、の順に行われる。
Hereinafter, the conventional polybuffer LOCOS method will be described with reference to FIGS. 44 and 45. FIG.
As shown in FIG. 44, the conventional polybuffer LOCOS method generally includes a buffer oxide film forming step (S20100), a polysilicon film forming step (S20150), a silicon nitride film forming step (S20200), and a photolithography step (S20300). ), Etching step (S20400), photoresist removal step (S20500), field oxide film formation step (S20600), and final removal step (S20700).
従来ポリバッファLOCOS法は、バッファ酸化膜形成工程(S20100)と窒化シリコン膜形成工程(S20200)との間にポリシリコン膜形成工程(S20150)を具備している点において図42および図43に示す従来LOCOS法と異なる。 The conventional polybuffer LOCOS method is shown in FIGS. 42 and 43 in that a polysilicon film forming step (S20150) is provided between the buffer oxide film forming step (S20100) and the silicon nitride film forming step (S20200). Different from the conventional LOCOS method.
図45に示す如く、ポリシリコン膜形成工程(S20150)は、バッファ酸化膜120の上に厚さが150nm程度のポリシリコン膜170を形成する工程である。
ポリシリコン膜170は多結晶シリコンからなる膜であり、CVD等により形成される。
ポリシリコン膜170は単結晶シリコンウェーハ110に及ぼす熱歪みの影響(結晶欠陥の形成等)が窒化シリコン膜130に比べて小さく、かつ、単結晶シリコンウェーハ110の表面の酸化の防止に寄与する。
As shown in FIG. 45, the polysilicon film forming step (S20150) is a step of forming a
The
The
窒化シリコン膜形成工程(S20200)は、ポリシリコン膜170の上に厚さが100nm〜300nm程度の窒化シリコン膜130を形成する工程である。
The silicon nitride film forming step (S20200) is a step of forming a
以上の如く、従来ポリバッファLOCOS法は、バッファ酸化膜120と窒化シリコン膜130との間にポリシリコン膜170を形成することにより、フィールド酸化膜161のバーズビーク部161a・161aの面方向への成長を抑えることが可能であり、図43に示す従来LOCOS法に比べてバーズビーク部161a・161aのバーズビーク長さLbを短くすることが可能である(Lb<La)。
As described above, in the conventional polybuffer LOCOS method, by forming the
以下では、図46および図47を用いて従来R−LOCOS法について説明する。
従来R−LOCOS法は、一般的には、バッファ酸化膜形成工程(S30100)、窒化シリコン膜形成工程(S30200)、フォトリソグラフィ工程(S30300)、エッチング工程(S30400)、フォトレジスト除去工程(S30500)、フィールド酸化膜形成工程(S30600)、最終除去工程(S30700)、の順に行われる。
Hereinafter, the conventional R-LOCOS method will be described with reference to FIGS.
Conventional R-LOCOS methods generally include a buffer oxide film formation step (S30100), a silicon nitride film formation step (S30200), a photolithography step (S30300), an etching step (S30400), and a photoresist removal step (S30500). The field oxide film forming step (S30600) and the final removal step (S30700) are performed in this order.
従来R−LOCOS法は、エッチング工程(S30400)において窒化シリコン膜130だけでなく、バッファ酸化膜120および単結晶シリコンウェーハ110の表面から所定の深さの領域までエッチングにより除去し、単結晶シリコンウェーハ110の表面に凹み部110aを形成する点において図42および図43に示す従来LOCOS法と異なる。
In the conventional R-LOCOS method, in the etching step (S30400), not only the
以上の如く、従来R−LOCOS法は、フィールド酸化膜形成工程(S30600)において単結晶シリコンウェーハ110の表面に形成された凹み部110aに対応する部分を酸化することにより、図42および図43に示す従来LOCOS法に比べて単結晶シリコンウェーハ110の内部に深く埋め込まれた形状のフィールド酸化膜162を形成することが可能である。
その結果、単結晶シリコンウェーハ110の表面への突出量を抑えて単結晶シリコンウェーハ110の表面の平坦度を改善するとともに、バーズビーク部162a・162aの面方向への成長を抑えてバーズビーク部162a・162aのバーズビーク長さLcを図44および図45に示す従来ポリバッファLOCOS法よりもさらに短くすることが可能である(Lc<Lb)。なお、単結晶シリコンウェーハ110の表面の平坦度を改善することは、その後の素子領域への素子形成を容易とするため、素子の微細化、ひいては素子の集積化を可能とする。
As described above, the conventional R-LOCOS method oxidizes the portion corresponding to the recessed
As a result, the amount of protrusion to the surface of the single
このように、素子分離領域を形成するフィールド酸化膜のバーズビーク長さが小さいほどフィールド酸化膜の面方向の幅が小さくなり、素子の集積化を容易とする。 Thus, the smaller the bird's beak length of the field oxide film that forms the element isolation region, the smaller the width in the surface direction of the field oxide film, thereby facilitating device integration.
一方、近年電気自動車の普及等により、大電圧を取り扱う半導体装置の需要が高まってきており、大きな耐圧(絶縁可能な最大の電圧)を得る場合には、素子分離領域を形成するフィールド酸化膜のバーズビーク長さが大きい方が有利である。
また、このような半導体装置の場合には、同一のシリコン基板の表面に(1)大電圧を取り扱う素子の領域、および(2)これらの素子を制御するための素子であって大電圧を必要とせず集積化が求められる素子の領域、の両方を形成することにより半導体装置の最適化(コンパクト化)が求められている。
On the other hand, in recent years, the demand for semiconductor devices that handle large voltages has increased due to the spread of electric vehicles, and in the case of obtaining a large breakdown voltage (maximum voltage that can be insulated), the field oxide film that forms the element isolation region A larger bird's beak length is advantageous.
In the case of such a semiconductor device, (1) a region of an element that handles a large voltage on the surface of the same silicon substrate, and (2) an element for controlling these elements, which requires a large voltage. However, the optimization (compacting) of the semiconductor device is demanded by forming both the element regions where integration is required.
そして、同一のシリコン基板の表面にバーズビーク長さが異なるフィールド酸化膜を形成して耐圧が異なる素子分離領域を形成する方法が提案されている。例えば特許文献1および特許文献2に記載の如くである。
A method has been proposed in which field oxide films having different bird's beak lengths are formed on the surface of the same silicon substrate to form element isolation regions having different breakdown voltages. For example, it is as described in Patent Document 1 and
特許文献1および特許文献2に記載の方法は、いずれも異なるバーズビーク長さのフィールド酸化膜を形成するために、二回の熱処理(加熱炉等による加熱)を用いるものである。これは、熱処理の条件である熱処理温度、熱処理時間、熱処理雰囲気が定まると、バーズビーク長さは通常はほぼ一義的に定まることによる。
特許文献1に記載の方法は、まず従来ポリバッファLOCOS法に基づいてシリコン基板の表面に従来LOCOS法よりはバーズビーク長さが小さいフィールド酸化膜を形成し、次に従来LOCOS法に基づいてバーズビーク長さが長いフィールド酸化膜を形成することにより、同一のシリコン基板の表面にバーズビーク長さの異なるフィールド酸化膜を形成するものである。
特許文献2に記載の方法は、まず従来ポリバッファLOCOS法に基づいてシリコン基板の表面に従来LOCOS法に基づいてフィールド酸化膜を形成し、次に、シリコン基板の表面およびフィールド酸化膜の表面に窒化シリコン膜を形成し、フィールド酸化膜の端部に対応する部分の窒化シリコン膜をエッチングで除去したものを加熱することにより、先に形成されたフィールド酸化膜の端部(バーズビーク部)の厚みを成長させるものである。
In the method described in Patent Document 1, a field oxide film having a bird's beak length smaller than that of the conventional LOCOS method is first formed on the surface of the silicon substrate based on the conventional polybuffer LOCOS method, and then the bird's beak length is determined based on the conventional LOCOS method. By forming a long field oxide film, field oxide films having different bird's beak lengths are formed on the surface of the same silicon substrate.
In the method described in
しかし、特許文献1および特許文献2に記載の半導体装置の製造方法は、フィールド酸化膜の形成のために二回の熱処理(加熱炉による加熱)を用いることから、以下の問題点を有する。
(1)半導体装置の製造に係るエネルギーコストが大きい。
(2)加熱と降温を繰り返すため、生産に要する時間が長くなり生産性が良くない。
(3)加熱炉等を用いる熱処理は一般に炉内の温度分布を均一に制御するのが困難であるため、同一の加熱炉で同時に処理するシリコン基板の枚数が多くなった場合に歩留まりが低下しやすい。
However, the semiconductor device manufacturing methods described in Patent Document 1 and
(1) The energy cost for manufacturing a semiconductor device is large.
(2) Since heating and cooling are repeated, the time required for production becomes long and productivity is not good.
(3) Since heat treatment using a heating furnace or the like is generally difficult to control the temperature distribution in the furnace uniformly, the yield decreases when the number of silicon substrates processed simultaneously in the same heating furnace increases. Cheap.
また、特許文献2に記載の半導体装置の製造方法の場合、シリコン基板の表面に突出(膨出)し、平坦でないフィールド酸化膜の上に形成された酸化防止膜(窒化シリコン膜)の一部をエッチングで除去する必要がある。そして、これを達成するためには、焦点深度のマージンが小さい、あるいは露光作業において高度な重ね合わせ精度が要求されるといった条件下で、酸化防止膜の平坦でない部分にフォトレジストのパターンを精度良く形成しなければならず、作業が困難である。
In the method of manufacturing a semiconductor device described in
本発明は以上の如き状況に鑑み、フィールド酸化膜を形成するための熱処理を一回だけ用いて、同一のシリコン基板の表面にバーズビーク長さの異なるフィールド酸化膜を形成することが可能な半導体装置の製造方法、および半導体装置を提供するものである。 In view of the above circumstances, the present invention is a semiconductor device capable of forming field oxide films having different bird's beak lengths on the surface of the same silicon substrate using only one heat treatment for forming the field oxide film. Manufacturing method and semiconductor device are provided.
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。 The problem to be solved by the present invention is as described above. Next, means for solving the problem will be described.
即ち、請求項1においては、
シリコン基板の表面の素子領域の上に酸化防止膜を形成する第一工程と、
前記シリコン基板の表面の素子分離領域の所定の位置に酸化促進イオンを注入する第二工程と、
前記シリコン基板に熱酸化処理を施し、前記シリコン基板の表面の素子分離領域にフィールド酸化膜を形成する第三工程と、
を具備するものである。
That is, in claim 1,
A first step of forming an antioxidant film on the element region on the surface of the silicon substrate;
A second step of implanting oxidation promoting ions at a predetermined position of the element isolation region on the surface of the silicon substrate;
Applying a thermal oxidation process to the silicon substrate, and forming a field oxide film in an element isolation region on the surface of the silicon substrate;
It comprises.
請求項2においては、
前記第二工程は、
前記素子分離領域のうち前記所定の位置を除く部分、および前記酸化防止膜を覆う形状のイオン注入用フォトレジストのパターンを形成するイオン注入用フォトリソグラフィ工程と、
前記素子分離領域の所定の位置に酸化促進イオンを注入するイオン注入工程と、
を具備するものである。
In
The second step includes
A photolithography process for ion implantation for forming a pattern of a photoresist for ion implantation having a shape covering the portion of the element isolation region excluding the predetermined position and the antioxidant film;
An ion implantation step of implanting oxidation promoting ions at a predetermined position of the element isolation region;
It comprises.
請求項3においては、
前記第二工程において、前記シリコン基板の表面に対して傾斜した角度で前記酸化促進イオンを注入するものである。
In claim 3,
In the second step, the oxidation promoting ions are implanted at an angle inclined with respect to the surface of the silicon substrate.
請求項4においては、
前記酸化促進イオンに酸素イオンが含まれるものである。
In claim 4,
The oxidation promoting ions include oxygen ions.
請求項5においては、
前記酸化促進イオンにボロンイオンが含まれるものである。
In claim 5,
The oxidation promoting ions include boron ions.
請求項6においては、
前記第一工程は、
前記シリコン基板の表面にバッファ酸化膜を形成するバッファ酸化膜形成工程と、
前記バッファ酸化膜の上に前記酸化防止膜を形成する酸化防止膜形成工程と、
前記酸化防止膜の上に素子領域を覆う形状のフォトレジストのパターンを形成するフォトリソグラフィ工程と、
前記素子分離領域に対応する部分の酸化防止膜を除去するエッチング工程と、
前記シリコン基板から前記フォトレジストを除去するフォトレジスト除去工程と、
を具備するものである。
In claim 6,
The first step includes
A buffer oxide film forming step of forming a buffer oxide film on the surface of the silicon substrate;
An antioxidant film forming step of forming the antioxidant film on the buffer oxide film;
A photolithography step of forming a photoresist pattern in a shape covering the element region on the antioxidant film;
An etching step of removing a portion of the antioxidant film corresponding to the element isolation region;
A photoresist removal step of removing the photoresist from the silicon substrate;
It comprises.
請求項7においては、
前記エッチング工程において、前記素子分離領域に対応する部分の酸化防止膜およびその下の所定の深さのシリコン基板を除去するものである。
In claim 7,
In the etching step, a portion of the antioxidant film corresponding to the element isolation region and a silicon substrate having a predetermined depth thereunder are removed.
請求項8においては、
前記第一工程は、
前記シリコン基板の表面にバッファ酸化膜を形成するバッファ酸化膜形成工程と、
前記バッファ酸化膜の上にポリバッファシリコン膜を形成するポリバッファシリコン膜形成工程と、
前記ポリバッファシリコン膜の上に前記酸化防止膜を形成する酸化防止膜形成工程と,
前記酸化防止膜の上に素子領域を覆う形状のフォトレジストのパターンを形成するフォトリソグラフィ工程と、
前記素子分離領域に対応する部分の酸化防止膜を除去するエッチング工程と、
前記シリコン基板から前記フォトレジストを除去するフォトレジスト除去工程と、
を具備するものである。
In claim 8,
The first step includes
A buffer oxide film forming step of forming a buffer oxide film on the surface of the silicon substrate;
A polybuffer silicon film forming step of forming a polybuffer silicon film on the buffer oxide film;
An antioxidant film forming step of forming the antioxidant film on the polybuffer silicon film;
A photolithography step of forming a photoresist pattern in a shape covering the element region on the antioxidant film;
An etching step of removing a portion of the antioxidant film corresponding to the element isolation region;
A photoresist removal step of removing the photoresist from the silicon substrate;
It comprises.
請求項9においては、
シリコン基板の表面の素子領域の上に酸化防止膜を形成する第一工程と、
前記シリコン基板の表面の素子分離領域の所定の位置に酸化促進イオンを注入する第二工程と、
前記シリコン基板に熱酸化処理を施し、前記シリコン基板の表面の素子分離領域にフィールド酸化膜を形成する第三工程と、
を経て製造されるものである。
In
A first step of forming an antioxidant film on the element region on the surface of the silicon substrate;
A second step of implanting oxidation promoting ions at a predetermined position of the element isolation region on the surface of the silicon substrate;
Applying a thermal oxidation process to the silicon substrate, and forming a field oxide film in an element isolation region on the surface of the silicon substrate;
It is manufactured through.
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。 As effects of the present invention, the following effects can be obtained.
請求項1においては、一回の熱酸化処理で同一のシリコン基板の表面にバーズビーク長の異なるフィールド酸化膜を形成することが可能である。 According to the first aspect, it is possible to form field oxide films having different bird's beak lengths on the surface of the same silicon substrate by one thermal oxidation treatment.
請求項2においては、素子分離領域の所定の位置にのみ確実に酸化促進イオンを注入することが可能であり、シリコン基板の表面にバーズビーク長の異なるフィールド酸化膜を容易かつ確実に形成することが可能である。 According to the second aspect of the present invention, it is possible to reliably implant oxidation promoting ions only at predetermined positions in the element isolation region, and to easily and reliably form field oxide films having different bird's beak lengths on the surface of the silicon substrate. Is possible.
請求項3においては、素子分離領域に形成されるフィールド酸化膜のバーズビーク部のシリコン基板の面方向への成長を促進することが可能である。 According to the third aspect of the present invention, it is possible to promote the growth of the bird's beak portion of the field oxide film formed in the element isolation region in the surface direction of the silicon substrate.
請求項4においては、素子分離領域の所定の位置に形成されるフィールド酸化膜のバーズビーク部のシリコン基板の面方向への成長を促進することが可能である。 According to the fourth aspect of the present invention, it is possible to promote the growth of the bird's beak portion of the field oxide film formed at a predetermined position in the element isolation region in the surface direction of the silicon substrate.
請求項5においては、素子分離領域の所定の位置に形成されるフィールド酸化膜のバーズビーク部のシリコン基板の面方向への成長を促進することが可能である。 According to the fifth aspect of the present invention, it is possible to promote the growth of the bird's beak portion of the field oxide film formed at a predetermined position in the element isolation region in the surface direction of the silicon substrate.
請求項6においては、バーズビーク長さの異なるフィールド酸化膜を容易に形成することが可能である。 According to the sixth aspect, it is possible to easily form field oxide films having different bird's beak lengths.
請求項7においては、バーズビーク長さの異なるフィールド酸化膜を容易に形成することが可能である。 According to the seventh aspect, it is possible to easily form field oxide films having different bird's beak lengths.
請求項8においては、バーズビーク長さの異なるフィールド酸化膜を容易に形成することが可能である。 According to the eighth aspect, it is possible to easily form field oxide films having different bird's beak lengths.
請求項9においては、一回の熱酸化処理で同一のシリコン基板の表面にバーズビーク長の異なるフィールド酸化膜を形成することが可能である。 According to the ninth aspect, it is possible to form field oxide films having different bird's beak lengths on the surface of the same silicon substrate by one thermal oxidation treatment.
以下では図1乃至図16を用いて、本発明に係る半導体装置の製造方法の第一実施例について説明する。
本発明に係る「半導体装置」は、(a)半導体素子それ自体、または(b)単数または複数の半導体素子を具備する装置、を含む。
「単数または複数の半導体素子を具備する装置」の具体例としては、横型パワーMOS(例えば、LDMOS)、IGBT(Insulated(またはInerted) Gate Bipolar Transistor)、BT(Bipolar Transistor)モジュールやGTOサイリスタ(Gate Turn Off Thyristor)等、IGBTやダイオード、CMOS等の半導体素子がフェノール樹脂等からなる絶縁基板に実装され、所定の回路を形成しているものが挙げられる。
A first embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described below with reference to FIGS.
The “semiconductor device” according to the present invention includes (a) a semiconductor element itself or (b) a device including one or more semiconductor elements.
Specific examples of the “device including one or a plurality of semiconductor elements” include a lateral power MOS (for example, LDMOS), an IGBT (Insulated (or Inverted) Gate Bipolar Transistor), a BT (Bipolar Transistor) module, and a GTO thyristor (Gate). (Turn Off Thyristor) and the like, in which semiconductor elements such as IGBTs, diodes, and CMOSs are mounted on an insulating substrate made of phenol resin or the like to form a predetermined circuit.
図1に示す如く、本発明に係る半導体装置の製造方法の第一実施例は、第一工程(S1001)、第二工程(S1002)、第三工程(S1003)を具備する。 As shown in FIG. 1, the first embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a first step (S1001), a second step (S1002), and a third step (S1003).
以下では、図1乃至図8を用いて第一工程(S1001)について説明する。
図1に示す如く、第一工程(S1001)は、バッファ酸化膜形成工程(S1010)、窒化シリコン膜形成工程(S1020)、フォトリソグラフィ工程(S1030)、エッチング工程(S1040)、フォトレジスト除去工程(S1050)を具備する。
Hereinafter, the first step (S1001) will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the first step (S1001) includes a buffer oxide film formation step (S1010), a silicon nitride film formation step (S1020), a photolithography step (S1030), an etching step (S1040), and a photoresist removal step ( S1050).
図2に示す如く、バッファ酸化膜形成工程(S1010)はシリコン単結晶ウェーハ10の表面にバッファ酸化膜20を形成する工程である。
As shown in FIG. 2, the buffer oxide film forming step (S <b> 1010) is a step of forming the
シリコン単結晶ウェーハ10は本発明に係る「シリコン基板」の実施の一形態であり、例えばチョクラルスキー法(CZ法)等の引き上げ法やFZ法(フローティングゾーン法)により作製された単結晶シリコンのインゴットをスライスして略円盤形状に切り出したものである。
The silicon
本発明に係るシリコン基板は、本実施例の如きシリコン単結晶ウェーハ10に限定されず、多結晶のシリコンを板状に切り出したもの等でも良い。
また、本発明に係るシリコン基板はP型、N型のいずれでも良い。
The silicon substrate according to the present invention is not limited to the silicon
The silicon substrate according to the present invention may be either P-type or N-type.
本発明に係る「素子領域」は、シリコン基板の表面(通常は広い板面)のうち半導体素子が形成される領域を指し、「素子分離領域」は、シリコン基板の表面のうちフィールド酸化膜が形成される領域を指す。従って、シリコン基板の表面のうち素子分離領域を除いた部分を素子領域と定義することができる。
また、素子分離領域のうち、大電圧を取り扱う半導体素子が形成される素子領域に隣接するために高い耐圧が重視される領域を高耐圧素子分離領域とし、耐圧はそれほど重視されないが隣接する素子領域の集積度が重視される領域を高密度素子分離領域とする。
なお、本実施例では、図2中の二つの素子分離領域のうち、左側の素子分離領域を高耐圧素子分離領域、右側の素子分離領域を高密度素子分離領域とする。
The “element region” according to the present invention refers to a region where a semiconductor element is formed on the surface (usually a wide plate surface) of the silicon substrate, and the “element isolation region” refers to a field oxide film on the surface of the silicon substrate. Refers to the area to be formed. Accordingly, a portion of the surface of the silicon substrate excluding the element isolation region can be defined as an element region.
Further, among the element isolation regions, a region where high breakdown voltage is important because it is adjacent to an element region where a semiconductor element that handles a large voltage is formed is a high breakdown voltage element isolation region, and adjacent element regions where breakdown voltage is not so important A region where the degree of integration is important is defined as a high-density element isolation region.
In this embodiment, of the two element isolation regions in FIG. 2, the left element isolation region is the high breakdown voltage element isolation region, and the right element isolation region is the high density element isolation region.
バッファ酸化膜20は本発明に係る「バッファ酸化膜」の実施の一形態であり、二酸化シリコン(SiO2)からなる膜である。
The
バッファ酸化膜形成工程(S1010)において、シリコン単結晶ウェーハ10は加熱炉に収容され、所定の温度で所定の時間加熱される。その結果、加熱炉内の雰囲気中の酸素とシリコン単結晶ウェーハ10の表面のシリコンとが結合し、シリコン単結晶ウェーハ10の表面に50nm〜100nm程度のバッファ酸化膜20が形成される。
なお、バッファ酸化膜はシリコン基板および酸化防止膜に生じる歪みを緩和するためのものであり、当該歪みの大きさはシリコン基板の大きさ(直径)や後述するフィールド酸化膜形成工程における熱処理条件(熱処理温度、熱処理時間、加熱炉内の雰囲気)等により変化する。従って、バッファ酸化膜の厚さはこれらの条件に応じて適宜選択すれば良く、本実施例に限定されるものではない。
In the buffer oxide film forming step (S1010), the silicon
The buffer oxide film is used to alleviate the distortion generated in the silicon substrate and the antioxidant film. The magnitude of the distortion depends on the size (diameter) of the silicon substrate and heat treatment conditions (described later in the field oxide film formation step). It varies depending on the heat treatment temperature, heat treatment time, atmosphere in the heating furnace) and the like. Therefore, the thickness of the buffer oxide film may be appropriately selected according to these conditions, and is not limited to this embodiment.
バッファ酸化膜形成工程(S1010)が終了したら、窒化シリコン膜形成工程(S1020)に移行する。 When the buffer oxide film forming step (S1010) is completed, the process proceeds to the silicon nitride film forming step (S1020).
図3に示す如く、窒化シリコン膜形成工程(S1020)はバッファ酸化膜20の上に窒化シリコン膜30を形成する工程である。
As shown in FIG. 3, the silicon nitride film forming step (S1020) is a step of forming a
窒化シリコン膜30は本発明に係る「酸化防止膜」の実施の一形態であり、窒化シリコン(SiN)からなる膜である。窒化シリコン膜30は、後述するフィールド酸化膜形成工程(S1090)においてシリコン単結晶ウェーハ10の表面の酸化(の進行)を防止するために形成される膜である。
窒化シリコン膜形成工程(S1020)において、CVD(Chemical Vapor Deposition)により、バッファ酸化膜20の上に200nm程度の窒化シリコン膜30が形成される。
The
In the silicon nitride film formation step (S1020), a
本発明に係る「酸化防止膜」は、本実施例の如き窒化シリコン膜30に限定されず、シリコン基板の表面の酸化(の進行)を防止可能であれば他の材料からなる膜としても良い。
また、本発明に係る酸化防止膜の厚さは、酸化防止膜を構成する材料、後述するフィールド酸化膜形成工程における熱処理条件(熱処理温度、熱処理時間、加熱炉内の雰囲気)等に応じて適宜選択されるものであるため、本実施例に限定されるものではない。
本発明に係る酸化防止膜の形成方法は、本実施例の如くCVDに限定されず、他の方法を用いて形成しても良い。
The “antioxidation film” according to the present invention is not limited to the
Further, the thickness of the antioxidant film according to the present invention is appropriately determined according to the material constituting the antioxidant film, the heat treatment conditions (heat treatment temperature, heat treatment time, atmosphere in the heating furnace) in the field oxide film forming step described later, and the like. Since it is selected, it is not limited to this embodiment.
The method of forming the antioxidant film according to the present invention is not limited to CVD as in this embodiment, and other methods may be used.
窒化シリコン膜形成工程(S1020)が終了したら、フォトリソグラフィ工程(S1030)に移行する。 When the silicon nitride film forming step (S1020) is completed, the process proceeds to the photolithography step (S1030).
図1に示す如く、フォトリソグラフィ工程(S1030)はフォトレジスト塗布工程(S1031)、パターニング工程(S1032)を具備する。 As shown in FIG. 1, the photolithography process (S1030) includes a photoresist coating process (S1031) and a patterning process (S1032).
図4に示す如く、フォトレジスト塗布工程(S1031)は窒化シリコン膜30の上にフォトレジスト40を塗布する工程である。
As shown in FIG. 4, the photoresist coating process (S <b> 1031) is a process of coating a
フォトレジスト40は通常、ある程度の流動性を持たせるために溶剤が添加された液状またはペースト状の感光性樹脂である。フォトレジスト40は所定の波長の光が照射されると変質する。変質していないフォトレジスト40は現像液により溶解不能であるが、変質したフォトレジスト40は現像液により溶解可能である。
The
フォトレジスト塗布工程(S1031)において、窒化シリコン膜30の上にフォトレジスト40が塗布される。次に、窒化シリコン膜30の上にフォトレジスト40が塗布されたシリコン単結晶ウェーハ10が加熱炉等に収容され、所定の温度で所定の時間保持される(プレベーク)。プレベークによりフォトレジスト40に含まれる溶剤が除去され、フォトレジスト40の流動性が抑制される。
In the photoresist coating process (S1031), a
酸化防止膜の上にフォトレジストを塗布する方法は、(1)フォトレジストを酸化防止膜の上に所定量滴下してシリコン基板を回転させることにより、遠心力でフォトレジストを酸化防止膜上に均一に引き延ばす方法、(2)ローラやスキージ等の道具を用いてフォトレジストを酸化防止膜上に均一に引き延ばす方法、等が挙げられ、フォトレジストの材料やシリコン基板の大きさ、形状等に応じて適宜選択される。 The method of applying the photoresist on the antioxidant film is as follows: (1) A predetermined amount of the photoresist is dropped on the antioxidant film, and the silicon substrate is rotated to rotate the photoresist on the antioxidant film by centrifugal force. (2) A method of uniformly stretching the photoresist on the antioxidant film using a tool such as a roller or a squeegee, etc., depending on the material of the photoresist and the size and shape of the silicon substrate Are appropriately selected.
フォトレジスト塗布工程(S1031)が終了したら、パターニング工程(S1032)に移行する。 When the photoresist coating process (S1031) is completed, the process proceeds to the patterning process (S1032).
図1に示す如く、パターニング工程(S1032)は、露光工程(S1033)、現像工程(S1034)を具備する。
図5に示す如く、露光工程(S1033)はフォトレジスト40の表面を所定の形状のマスク50で覆った状態で所定の波長の光を照射する工程である。
マスク50は所定の波長の光を遮断することが可能な材料からなり、マスク50に照射された所定の波長の光は遮られてマスク50の反対側には到達しない。しかし、マスク50には孔、溝、切り欠き等の開口部50a・50a・・・が設けられており、開口部50a・50a・・・からは所定の波長の光がマスク50の反対側に到達する。
マスク50の開口部50a・50a・・・の形状は、マスク50をフォトレジスト40の上に配置したときに、所定の波長の光の照射方法から見て、素子分離領域の形状と略同じである。
マスク50をフォトレジスト40の上に配置した状態(マスク50でフォトレジスト40を覆った状態)で所定の波長の光を照射すると、フォトレジスト40のうち、素子分離領域に対応する部分にのみ所定の波長の光が照射され、素子領域に対応する部分には所定の波長の光が照射されない。
その結果、単結晶シリコンウェーハ10に塗布されたフォトレジスト40のうち、素子分離領域に対応する部分は変質して感光部41を形成し、素子領域に対応する部分は変質せずにマスク部42を形成する。
As shown in FIG. 1, the patterning step (S1032) includes an exposure step (S1033) and a development step (S1034).
As shown in FIG. 5, the exposure step (S1033) is a step of irradiating light of a predetermined wavelength with the surface of the
The
The shape of the
When light having a predetermined wavelength is irradiated in a state where the
As a result, in the
露光工程(S1033)が終了したら、現像工程(S1034)に移行する。 When the exposure process (S1033) is completed, the process proceeds to the development process (S1034).
図6に示す如く、現像工程(S1034)は、フォトレジスト40のうち、感光部41のみ除去することにより、マスク50の形状、すなわち素子領域の形状に対応するフォトレジスト40のパターンを形成する工程である。
As shown in FIG. 6, in the developing step (S1034), only the
現像工程(S1034)において、フォトレジスト40に現像液が吹き付けられる。その結果、フォトレジスト40のうち感光部41のみが溶解し、マスク部42が残ることにより、マスク50の形状に対応するフォトレジスト40のパターンが形成される。
なお、本実施例ではフォトレジスト40に現像液を吹き付ける構成としたが、感光部41のみを除去可能であれば他の方法でも良い。他の方法の例としては、現像液にフォトレジスト40が塗布された単結晶シリコンウェーハ10を浸漬する方法が挙げられる。
In the developing step (S1034), a developer is sprayed onto the
In this embodiment, the developer is sprayed onto the
現像工程(S1034)が終了したら、パターニング工程(S1032)は終了する。パターニング工程(S1032)が終了したら、フォトリソグラフィ工程(S1030)は終了する。フォトリソグラフィ工程(S1030)が終了したら、エッチング工程(S1040)に移行する。 When the development process (S1034) is completed, the patterning process (S1032) is completed. When the patterning step (S1032) ends, the photolithography step (S1030) ends. When the photolithography process (S1030) is completed, the process proceeds to the etching process (S1040).
以上の如く、フォトリソグラフィ工程(S1030)は、窒化シリコン膜30の上に素子領域を覆う形状のフォトレジスト40のパターン(マスク部42)を形成する工程である。
As described above, the photolithography step (S1030) is a step of forming a pattern (mask portion 42) of the
図7に示す如く、エッチング工程(S1040)は素子分離領域に対応する部分の窒化シリコン膜30を除去する工程である。
As shown in FIG. 7, the etching step (S1040) is a step of removing the portion of the
エッチング工程(S1040)において、マスク50の形状に対応するフォトレジスト40のパターンが形成された単結晶シリコンウェーハ10にRIE(Reactive Ion Etching)が施されると、窒化シリコンの膜30のうちマスク部42に対応する部分(素子領域に対応する部分)の窒化シリコン膜30はエッチャントに接触しないため除去されず、残りの部分すなわち感光部41が除去されて露出している部分(素子分離領域に対応する部分)の窒化シリコン膜30はエッチャントに接触し、分解除去される。なお、RIEに用いられるエッチャントとしては、CHF3とCF4の混合ガス等が挙げられる。
In the etching step (S1040), when RIE (Reactive Ion Etching) is applied to the single
エッチング工程(S1040)が終了したら、フォトレジスト除去工程(S1050)に移行する。 When the etching process (S1040) is completed, the process proceeds to a photoresist removing process (S1050).
図8に示す如く、フォトレジスト除去工程(S1050)は単結晶シリコンウェーハ10からフォトレジスト40(マスク部42)を除去する工程である。
フォトレジスト除去工程(S1050)において、単結晶シリコンウェーハ10の上に残っているフォトレジスト40(マスク部42)が酸素プラズマにより酸化され、分解除去される。
なお、本実施例では酸素プラズマを用いて単結晶シリコンウェーハ10から残りのフォトレジスト40(マスク部42)を除去する構成としたが、本発明に係るフォトレジスト除去工程はこれに限定されず、所定の薬品(リムーバ等)を用いる等、他の方法でシリコン基板からフォトレジストを除去する構成としても良い。
As shown in FIG. 8, the photoresist removing step (S1050) is a step of removing the photoresist 40 (mask portion 42) from the single
In the photoresist removal step (S1050), the photoresist 40 (mask portion 42) remaining on the single
In the present embodiment, the remaining photoresist 40 (mask portion 42) is removed from the single
フォトレジスト除去工程(S1050)が終了したら、第一工程(S1001)は終了する。第一工程(S1001)が終了したら、第二工程(S1002)に移行する。 When the photoresist removal step (S1050) is finished, the first step (S1001) is finished. When the first step (S1001) is completed, the process proceeds to the second step (S1002).
以上の如く、第一工程(S1001)は、シリコン単結晶ウェーハ10の表面の素子領域の上に窒化シリコン膜30を形成する工程である。
As described above, the first step (S1001) is a step of forming the
以下では、図1、および図9乃至図13を用いて第二工程(S1002)について説明する。
図1に示す如く、第二工程(S1002)は、イオン注入用フォトリソグラフィ工程(S1060)、イオン注入工程(S1070)、イオン注入用フォトレジスト除去工程(S1080)を具備する。
また、イオン注入用フォトリソグラフィ工程(S1060)は、イオン注入用フォトレジスト塗布工程(S1061)、イオン注入用パターニング工程(S1062)を具備する。
Hereinafter, the second step (S1002) will be described with reference to FIG. 1 and FIG. 9 to FIG.
As shown in FIG. 1, the second step (S1002) includes an ion implantation photolithography step (S1060), an ion implantation step (S1070), and an ion implantation photoresist removal step (S1080).
The ion implantation photolithography process (S1060) includes an ion implantation photoresist coating process (S1061) and an ion implantation patterning process (S1062).
図9に示す如く、イオン注入用フォトレジスト塗布工程(S1061)は、素子領域に対応する部分の上に窒化シリコン膜30が形成されたシリコン単結晶ウェーハ10にイオン注入用フォトレジスト45を塗布する工程である。
イオン注入用フォトレジスト45はフォトレジスト40と同様の感光性樹脂である。
As shown in FIG. 9, in the ion implantation photoresist coating step (S1061), the
The
イオン注入用フォトレジスト塗布工程(S1061)において、窒化シリコン膜30の上およびエッチング工程(S1040)において窒化シリコン膜30が除去された部分(素子分離領域に対応する部分)にイオン注入用フォトレジスト45が塗布される。次に、シリコン単結晶ウェーハ10が加熱炉等に収容され、所定の温度で所定の時間保持される(プレベーク)。プレベークによりイオン注入用フォトレジスト45に含まれる溶剤が除去され、イオン注入用フォトレジスト45の流動性が抑制される。
In the ion implantation photoresist coating process (S1061), the
イオン注入用フォトレジスト塗布工程(S1061)が終了したら、イオン注入用パターニング工程(S1062)に移行する。 When the photoresist coating process for ion implantation (S1061) is completed, the process proceeds to a patterning process for ion implantation (S1062).
図1に示す如く、イオン注入用パターニング工程(S1062)は、イオン注入用露光工程(S1063)、イオン注入用現像工程(S1064)を具備する。
図10に示す如く、イオン注入用露光工程(S1063)はイオン注入用フォトレジスト45の表面を所定の形状のマスク51で覆った状態で所定の波長の光を照射する工程である。
マスク51は所定の波長の光を遮断することが可能な材料からなり、マスク51に照射された所定の波長の光は遮られてマスク51の反対側には到達しない。しかし、マスク51には孔、溝、切り欠き等の開口部51a・51a・・・が設けられており、開口部51a・51a・・・からは所定の波長の光がマスク51の反対側に到達する。
マスク51の開口部51a・51a・・・の形状は、マスク51をイオン注入用フォトレジスト45の上に配置したときに、所定の波長の光の照射方法から見て、素子分離領域のうち、高耐圧素子分離領域の形状と略同じである。
マスク51をイオン注入用フォトレジスト45の上に配置した状態(マスク51でイオン注入用フォトレジスト45を覆った状態)で所定の波長の光を照射すると、イオン注入用フォトレジスト45のうち、高耐圧素子分離領域に対応する部分にのみ所定の波長の光が照射され、素子領域および高密度素子分離領域に対応する部分には所定の波長の光が照射されない。
その結果、単結晶シリコンウェーハ10に塗布されたイオン注入用フォトレジスト45のうち、高耐圧素子分離領域に対応する部分は変質して感光部46を形成し、素子領域および高密度素子分離領域に対応する部分は変質せずにマスク部47を形成する。
As shown in FIG. 1, the ion implantation patterning step (S1062) includes an ion implantation exposure step (S1063) and an ion implantation development step (S1064).
As shown in FIG. 10, the ion implantation exposure step (S1063) is a step of irradiating light of a predetermined wavelength with the surface of the
The
The shape of the
When light having a predetermined wavelength is irradiated in a state where the
As a result, in the
イオン注入用露光工程(S1063)が終了したら、イオン注入用現像工程(S1064)に移行する。 When the ion implantation exposure step (S1063) is completed, the process proceeds to an ion implantation development step (S1064).
図11に示す如く、イオン注入用現像工程(S1064)は、イオン注入用フォトレジスト45のうち、感光部46のみ除去することにより、マスク51の形状、すなわち素子領域および高密度素子分離領域を合わせた形状に対応するイオン注入用フォトレジスト45のパターンを形成する工程である。
As shown in FIG. 11, in the ion implantation development step (S1064), by removing only the
イオン注入用現像工程(S1064)において、イオン注入用フォトレジスト45に現像液が吹き付けられる。その結果、イオン注入用フォトレジスト45のうち感光部46のみが溶解し、マスク部47が残ることにより、マスク51の形状に対応するイオン注入用フォトレジスト45のパターンが形成される。
なお、本実施例ではイオン注入用フォトレジスト45に現像液を吹き付ける構成としたが、感光部46のみを除去可能であれば他の方法でも良い。他の方法の例としては、現像液にイオン注入用フォトレジスト45が塗布された単結晶シリコンウェーハ10を浸漬する方法が挙げられる。
In the ion implantation development step (S1064), a developer is sprayed onto the
In this embodiment, the developer is sprayed onto the
イオン注入用現像工程(S1064)が終了したら、イオン注入用パターニング工程(S1062)は終了する。イオン注入用パターニング工程(S1062)が終了したらイオン注入用フォトリソグラフィ工程(S1030)は終了する。イオン注入用フォトリソグラフィ工程(S1060)が終了したらイオン注入工程(S1070)に移行する。 When the ion implantation development process (S1064) is completed, the ion implantation patterning process (S1062) is completed. When the ion implantation patterning step (S1062) is completed, the ion implantation photolithography step (S1030) is terminated. When the ion implantation photolithography process (S1060) is completed, the process proceeds to the ion implantation process (S1070).
以上の如く、イオン注入用フォトリソグラフィ工程(S1060)は、素子分離領域のうち高耐圧素子領域を除く部分(すなわち高密度素子分離領域)、および、窒化シリコン膜30、を覆う形状のイオン注入用フォトレジスト45のパターン(マスク部47)を形成する工程である。
As described above, the ion implantation photolithography step (S1060) is for ion implantation having a shape covering the portion of the element isolation region excluding the high breakdown voltage element region (that is, the high density element isolation region) and the
図12に示す如く、イオン注入工程(S1070)は、高耐圧素子分離領域(本実施例における「素子分離領域の所定の位置」)に酸化促進イオンを注入する工程である。 As shown in FIG. 12, the ion implantation step (S1070) is a step of implanting oxidation promoting ions into the high breakdown voltage element isolation region (“predetermined position of the element isolation region” in this embodiment).
本発明に係る「酸化促進イオン」は、後で詳述するフィールド酸化膜形成工程において形成されるフィールド酸化膜の形成を促進し得るイオンを指し、具体的には、酸素イオン、ボロンイオン等が挙げられる。 “Oxidation promoting ions” according to the present invention refers to ions that can promote the formation of a field oxide film formed in a field oxide film forming step, which will be described in detail later. Specifically, oxygen ions, boron ions, etc. Can be mentioned.
酸化促進イオンのうち、酸素イオンは、それ自身がフィールド酸化膜を構成する元素(原料)として用いられることによりフィールド酸化膜の形成の促進に寄与するものである。
酸化促進イオンのうち、ボロンイオンは、それ自身はフィールド酸化膜を構成する元素ではないが、シリコン基板に注入されることによりシリコン基板の酸化が促進されることが経験的に知られているものである。
なお、本発明に係る酸化促進イオンは本実施例の如く酸素イオン、ボロンイオンに限定されず、シリコン基板に注入されることによりフィールド酸化膜の形成を促進し得るイオンであれば他のイオンでも良い。
また、一種類の酸化促進イオンを注入する構成としても良く、複数種類の酸化促進イオンを混合した状態で注入する構成としても良く、複数種類の酸化促進イオンを一種類ずつ順に注入する構成としても良い。
Among the oxidation promoting ions, oxygen ions contribute to the promotion of the formation of the field oxide film by themselves being used as elements (raw materials) constituting the field oxide film.
Among the oxidation-promoting ions, boron ions are not elements that constitute field oxide films themselves, but are empirically known to promote the oxidation of silicon substrates by being implanted into the silicon substrate. It is.
The oxidation promoting ions according to the present invention are not limited to oxygen ions and boron ions as in this embodiment. Other ions may be used as long as they can promote the formation of the field oxide film by being implanted into the silicon substrate. good.
Moreover, it is good also as a structure which inject | pours one type of oxidation promotion ion, and it is good also as a structure which injects in the state which mixed multiple types of oxidation promotion ion, and also as a structure which injects several types of oxidation promotion ion one by one in order good.
イオン注入工程(S1070)において、イオン注入装置に収容された単結晶シリコンウェーハ10には酸化促進イオンが注入される。なお、本実施例のイオン注入装置は専用品であるが、市販のイオン注入装置を用いることも可能である。イオン注入の具体的な方法としては、イオンシャワーやプラズマドーピング等の既存の方法を用いることが可能である。
In the ion implantation step (S1070), oxidation promoting ions are implanted into the single
このとき、単結晶シリコンウェーハ10の高耐圧素子分離領域については窒化シリコン膜30が除去され、かつイオン注入用フォトレジスト45の感光部46も除去されているため、バッファシリコン膜20が外部に露出した状態となっており、酸化促進イオンはバッファシリコン膜20を貫通して単結晶シリコン10の内部に到達する。
At this time, since the
イオン注入用フォトレジスト45のパターンにおいて感光部46が除去されている部分は通常、所定の幅を有するため、酸化促進イオンは単結晶シリコンウェーハ10の表面(高耐圧素子分離領域)に対して傾斜した角度で注入される。その結果、酸化促進イオンは高耐圧素子分離領域だけでなく、素子領域において高耐圧素子分離領域に隣接する部分(窒化シリコン膜30の端部の下方)にも到達する。
一方、単結晶シリコンウェーハ10の素子領域および高密度素子分離領域については、窒化シリコン膜30が上に形成され、さらにその上にイオン注入用フォトレジスト45のパターン(マスク部47)も形成されている。そのため、素子領域において高耐圧素子分離領域に隣接する部分(窒化シリコン膜30の端部の下方)を除けば、酸化促進イオンは窒化シリコン膜30およびイオン注入用フォトレジスト45に遮断されて単結晶シリコン10の内部に到達することができない。
Since the portion where the
On the other hand, the
なお、酸化促進イオンの注入角度θ1すなわち単結晶シリコンウェーハ10の表面の法線と酸化促進イオンの注入方向との成す角度を大きくし、単結晶シリコンウェーハ10の表面に対してより傾斜した角度で酸化促進イオンを注入することにより、酸化促進イオンを素子領域において高耐圧素子分離領域に隣接する部分(窒化シリコン膜30の端部の下方)に効率良く到達させることが可能である。
酸化促進イオンの注入角度を大きくする方法としては、イオン注入用フォトレジスト45のパターン(マスク部47)の厚さを酸化促進イオンを遮断可能な範囲内で極力小さくすることが挙げられる。
また、酸化促進イオンの注入角度を大きくする別の方法としては、図16に示す如くイオン注入用フォトレジスト45のパターン(マスク部47)のうち、感光部46との境界面を、イオン注入用フォトレジスト45の表面に近づくほど感光部46が除去されている部分の幅が拡がるように斜めに形成する方法(θ2>θ1)が挙げられる。
In addition, the angle of the oxidation promoting ion implantation angle θ 1, that is, the angle formed by the normal of the surface of the single
As a method for increasing the implantation angle of oxidation promoting ions, the thickness of the pattern (mask portion 47) of the
Further, as another method for increasing the implantation angle of oxidation promoting ions, as shown in FIG. 16, in the pattern (mask portion 47) of the
イオン注入工程(S1070)が終了したらイオン注入用フォトレジスト除去工程(S1080)に移行する。 When the ion implantation step (S1070) is completed, the process proceeds to a photoresist removal step for ion implantation (S1080).
図13に示す如く、イオン注入用フォトレジスト除去工程(S1080)は単結晶シリコンウェーハ10から残りのイオン注入用フォトレジスト45(マスク部47)を除去する工程である。
イオン注入用フォトレジスト除去工程(S1080)において、単結晶シリコンウェーハ10の上に残っているフォトレジスト45(マスク部47)が酸素プラズマにより酸化され、分解除去される。
なお、本実施例では酸素プラズマを用いて単結晶シリコンウェーハ10から残りのイオン注入用フォトレジスト45(マスク部47)を除去する構成としたが、本発明に係るフォトレジスト除去工程はこれに限定されず、所定の薬品(リムーバ等)を用いる等、他の方法でシリコン基板からイオン注入用フォトレジストを除去する構成としても良い。
As shown in FIG. 13, the ion implantation photoresist removal step (S 1080) is a step of removing the remaining ion implantation photoresist 45 (mask portion 47) from the single
In the ion implantation photoresist removing step (S1080), the photoresist 45 (mask portion 47) remaining on the single
In this embodiment, oxygen plasma is used to remove the remaining ion implantation photoresist 45 (mask portion 47) from the single
イオン注入用フォトレジスト除去工程(S1080)が終了したら、第二工程(S1002)が終了する。第二工程(S1002)が終了したら、第三工程(S1003)に移行する。 When the photoresist removal step for ion implantation (S1080) is completed, the second step (S1002) is completed. When the second step (S1002) is completed, the process proceeds to the third step (S1003).
以上の如く、第二工程(S1002)は、単結晶シリコンウェーハ10の表面の高耐圧素子分離領域(本実施例における「素子分離領域の所定の位置」)に酸化促進イオンを注入する工程である。
As described above, the second step (S1002) is a step of implanting oxidation promoting ions into the high breakdown voltage element isolation region (“predetermined position of the element isolation region” in this embodiment) on the surface of the single
以下では、図1、図14および図15を用いて第三工程(S1003)について説明する。
図1に示す如く、第三工程(S1003)は、フィールド酸化膜形成工程(S1090)、最終除去工程(S1100)を具備する。
Below, a 3rd process (S1003) is demonstrated using FIG.1, FIG.14 and FIG.15.
As shown in FIG. 1, the third step (S1003) includes a field oxide film formation step (S1090) and a final removal step (S1100).
図14に示す如く、フィールド酸化膜形成工程(S1090)は単結晶シリコンウェーハ10の表面の素子分離領域にフィールド酸化膜61・62を形成する工程である。
As shown in FIG. 14, the field oxide film forming step (S1090) is a step of forming
フィールド酸化膜形成工程(S1090)において、単結晶シリコンウェーハ10は加熱炉(不図示)に収容され、1100℃〜1200℃程度の温度で所定時間保持される。
なお、加熱炉の保持温度(熱処理温度)は雰囲気の組成その他の条件に応じて適宜選択されるものであるため、本実施例の如く1100℃〜1200℃程度に限定されるものではない。
また、加熱炉内の雰囲気の組成は通常の大気と同じでも良いが、酸素濃度を大気よりも大きくしたもの、酸素と水(水蒸気)を混合したもの、あるいは水素と酸素とを混合したものでも良い。
In the field oxide film forming step (S1090), the single
In addition, since the holding temperature (heat treatment temperature) of the heating furnace is appropriately selected according to the composition of the atmosphere and other conditions, it is not limited to about 1100 ° C. to 1200 ° C. as in this embodiment.
The composition of the atmosphere in the heating furnace may be the same as that of normal air, but the oxygen concentration is larger than that of the air, oxygen and water (water vapor) are mixed, or hydrogen and oxygen are mixed. good.
単結晶シリコンウェーハ10が加熱炉内で1100℃〜1200℃程度の温度に保持されると、単結晶シリコンウェーハ10の表面のうち窒化シリコン膜30で覆われている部分、すなわち素子領域は窒化シリコン膜30に遮られて加熱炉内の雰囲気と接触しないため酸化されることはないが、単結晶シリコンウェーハ10の表面のうち窒化シリコン膜30で覆われていない部分、すなわち素子分離領域は加熱炉内の雰囲気と接触するため酸化され、フィールド酸化膜61・62が形成される。
When the single
加熱炉の雰囲気中から素子分離領域に対応する単結晶シリコンウェーハ10の内部に侵入した酸素は、単結晶シリコンウェーハ10の面方向にも拡散する。そのため、窒化シリコン膜30の下方に潜り込む形でフィールド酸化膜61・62の端部が単結晶シリコンウェーハ10の面方向に成長し、バーズビーク部61a・61a、およびバーズビーク部62a・62aがそれぞれ形成される。
Oxygen that has entered the inside of the single
このとき、高耐圧素子分離領域(図14中の左側の素子分離領域)、および素子領域において高耐圧素子分離領域に隣接する部分には、第二工程(S1002)において酸化促進イオンが注入されている(図13参照)ため、高耐圧素子分離領域に形成されるフィールド酸化膜61のバーズビーク部61a・61aは、高密度素子分離領域に形成されるフィールド酸化膜62のバーズビーク部62a・62aよりも面方向への成長がより促進され、長くなる(L1>L2)。
結果として、高い耐圧が要求される高耐圧素子分離領域にはバーズビーク長さが相対的に長いフィールド酸化膜61が形成され、高い耐圧は要求されないが隣接する素子領域の集積化が要求される高密度素子分離領域にはバーズビーク長さが相対的に短く、隣接する素子領域への突出量が小さいフィールド酸化膜62が形成される。
このように、熱酸化処理を一回だけ施した単結晶シリコンウェーハ10の表面に、素子分離領域のうち所定の位置(高耐圧素子分離領域)に選択的に酸化促進イオンを注入することにより、同一条件(熱処理温度、熱処理時間、雰囲気)の熱処理が施されているにもかかわらず、バーズビーク長さの異なる(ひいては耐圧、および隣接する素子領域の集積化への影響が異なる)フィールド酸化膜61・62を形成することが可能である。
At this time, oxidation-promoting ions are implanted into the high breakdown voltage element isolation region (the element isolation region on the left side in FIG. 14) and the portion adjacent to the high breakdown voltage element isolation region in the element region in the second step (S1002). Therefore, the bird's
As a result, a
In this way, by selectively injecting oxidation promoting ions into a predetermined position (high breakdown voltage element isolation region) in the element isolation region on the surface of the single
また、本実施例の場合、イオン注入工程(S1070)において高耐圧素子領域および素子領域において高耐圧素子分離領域に隣接する部分に注入される酸化促進イオンの注入量は、イオン注入装置による注入時間やイオン化電圧等を調節することにより容易に調整することが可能である。従って、当該酸化促進イオンの注入量を調整することによりフィールド酸化膜61のバーズビーク長さL1を精度良く調整することが可能である。
In the case of the present embodiment, the amount of oxidation promoting ions implanted into the high breakdown voltage element region and the portion adjacent to the high breakdown voltage element isolation region in the ion implantation step (S1070) is the implantation time by the ion implantation apparatus. It can be easily adjusted by adjusting the ionization voltage or the like. Accordingly, the bird's beak length L1 of the
フィールド酸化膜形成工程(S1090)が終了したら、最終除去工程(S1100)に移行する。 When the field oxide film formation step (S1090) is completed, the process proceeds to the final removal step (S1100).
図15に示す如く、最終除去工程(S1100)は単結晶シリコンウェーハ10の表面の窒化シリコン膜30およびバッファ酸化膜20を除去する工程である。
最終除去工程(S1100)において、まず熱リン酸を用いたウェットエッチングにより単結晶シリコンウェーハ10の表面の窒化シリコン膜30が除去され、次にバッファードフッ酸等を用いてバッファ酸化膜20が除去される。
なお、本実施例では熱リン酸およびバッファードフッ酸を用いて窒化シリコン膜30およびバッファ酸化膜20を除去する構成としたが、これに限定されず、酸化防止膜およびバッファ酸化膜を他の方法で除去しても良い。
As shown in FIG. 15, the final removal step (S 1100) is a step of removing the
In the final removal step (S1100), first, the
In this embodiment, the
最終除去工程(S1100)が終了したら、第三工程(S1003)は終了する。 When the final removal step (S1100) ends, the third step (S1003) ends.
以上の如く、第三工程(S1003)は単結晶シリコンウェーハ10に所定の熱酸化処理を施し、単結晶シリコンウェーハ10の表面の素子分離領域にフィールド酸化膜61・62・・・を形成する工程である。
ここで、本発明に係る「熱酸化処理」は、基板シリコンを酸素雰囲気中で所定の温度に保持することにより、基板シリコンの表面(の所望の位置)を酸化する処理を指す。なお、酸素雰囲気中に存在する酸素は、基板シリコンを酸化可能であればその状態(イオン、原子、分子、化合物)を問わない。
As described above, in the third step (S1003), the single
Here, the “thermal oxidation process” according to the present invention refers to a process of oxidizing the surface (a desired position) of the substrate silicon by holding the substrate silicon at a predetermined temperature in an oxygen atmosphere. Note that oxygen existing in the oxygen atmosphere may be in any state (ion, atom, molecule, compound) as long as the substrate silicon can be oxidized.
第三工程(S1003)の終了後、単結晶シリコンウェーハ10の表面の高耐圧素子分離領域に隣接する素子領域には、例えばLDMOSの如きパワー半導体素子(高電圧を取り扱う半導体素子)が形成され、単結晶シリコンウェーハ10の表面の高密度素子分離領域に隣接する素子領域には、例えばCMOS等の集積化が要求される半導体素子が形成され、これらの半導体素子間の配線等が施されて半導体装置が完成する。
After the completion of the third step (S1003), a power semiconductor element (semiconductor element that handles high voltage) such as LDMOS is formed in the element region adjacent to the high breakdown voltage element isolation region on the surface of the single
以上の如く、本発明に係る半導体装置の製造方法の第一実施例は、
単結晶シリコンウェーハ10の表面の素子領域の上に(厳密には、バッファ酸化膜20を挟んで)窒化シリコン膜30を形成する第一工程(S1001)と、
単結晶シリコンウェーハ10の表面の素子分離領域の所定の位置(本実施例の場合、高耐圧素子分離領域)に酸化促進イオンを注入する第二工程(S1002)と、
単結晶シリコンウェーハ10に熱酸化処理を施す第三工程(S1003)と、
を具備するものである。
このように構成することにより、一回の熱酸化処理で同一の単結晶シリコンウェーハ10の表面にバーズビーク長の異なるフィールド酸化膜61・62を形成することが可能であり、半導体装置の生産性の向上および半導体装置の生産に要するエネルギーの削減に寄与する。
As described above, the first embodiment of the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is as follows.
A first step (S1001) of forming a
A second step (S1002) of implanting oxidation-promoting ions into a predetermined position of the element isolation region on the surface of the single crystal silicon wafer 10 (in this embodiment, a high breakdown voltage element isolation region);
A third step (S1003) for subjecting the single
It comprises.
With this configuration, it is possible to form
また、本発明に係る半導体装置の製造方法の第一実施例の第二工程(S1002)は、
単結晶シリコンウェーハ10の素子分離領域のうち所定の位置を除く部分(本実施例の場合、高密度素子分離領域)、および窒化シリコン膜30を覆う形状のイオン注入用フォトレジスト45のパターン(マスク部47)を形成するイオン注入用フォトリソグラフィ工程(S1060)と、
単結晶シリコンウェーハ10の素子分離領域の所定の位置(本実施例の場合、高耐圧素子分離領域)に酸化促進イオンを注入するイオン注入工程(S1070)と、
を具備するものである。
このように構成することにより、素子分離領域の所定の位置にのみ確実に酸化促進イオンを注入することが可能であり、単結晶シリコンウェーハ10の表面にバーズビーク長の異なるフィールド酸化膜61・62を容易かつ確実に形成することが可能である。
The second step (S1002) of the first embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is as follows.
A pattern (mask) of the
An ion implantation step (S1070) for implanting oxidation-promoting ions into a predetermined position of the element isolation region of the single crystal silicon wafer 10 (in this embodiment, a high breakdown voltage element isolation region);
It comprises.
With this configuration, it is possible to reliably implant oxidation promoting ions only at predetermined positions in the element isolation region, and
また、本発明に係る半導体装置の製造方法の第一実施例は、
イオン注入工程(S1070)において単結晶シリコンウェーハ10の表面に対して傾斜した角度で(単結晶シリコンウェーハ10の表面に直交しない角度で)前記酸化促進イオンを注入するものである。
このように構成することにより、イオン注入工程(S1070)において酸化促進イオンは所定の位置、すなわち高耐圧素子分離領域だけでなく、素子領域において高耐圧素子分離領域に隣接する部分(窒化シリコン膜30の端部の下方)にも到達する。その結果、第三工程(S1003)、より厳密にはフィールド酸化膜形成工程(S1090)において素子分離領域に形成されるフィールド酸化膜61のバーズビーク部61a・61aの単結晶シリコンウェーハ10の面方向への成長をさらに促進することが可能である。
The first embodiment of the semiconductor device manufacturing method according to the present invention is as follows:
In the ion implantation step (S1070), the oxidation promoting ions are implanted at an angle inclined with respect to the surface of the single crystal silicon wafer 10 (at an angle not orthogonal to the surface of the single crystal silicon wafer 10).
With this configuration, in the ion implantation step (S1070), the oxidation promoting ions are not limited to a predetermined position, that is, not only the high breakdown voltage element isolation region but also a portion adjacent to the high breakdown voltage element isolation region (silicon nitride film 30). (Below the end of the). As a result, in the third step (S1003), more strictly, in the field oxide film forming step (S1090), the bird's
また、本発明に係る半導体装置の製造方法の第一実施例は、
酸化促進イオンに酸素イオンが含まれるものである。
このように構成することにより、イオン注入工程(S1070)において所定の位置、すなわち高耐圧素子分離領域に注入された酸素イオンは、それ自身がフィールド酸化膜61を構成する元素(原料)として用いられ、フィールド酸化膜61の形成の促進に寄与する。
結果として、フィールド酸化膜61のバーズビーク長さL1は、酸素イオンが注入されなかった高密度素子分離領域に形成されるフィールド酸化膜62のバーズビーク長さL2よりも長くなる。
The first embodiment of the semiconductor device manufacturing method according to the present invention is as follows:
Oxidation promoting ions contain oxygen ions.
With this configuration, oxygen ions implanted into a predetermined position, that is, the high breakdown voltage element isolation region in the ion implantation step (S1070) are used as elements (raw materials) constituting the
As a result, the bird's beak length L1 of the
また、本発明に係る半導体装置の製造方法の第一実施例は、
酸化促進イオンにボロンイオンが含まれるものである。
このように構成することにより、イオン注入工程(S1070)において所定の位置、すなわち高耐圧素子分離領域に注入されたボロンイオンはフィールド酸化膜61の形成の促進に寄与する。
結果として、フィールド酸化膜61のバーズビーク長さL1は、酸素イオンが注入されなかった高密度素子分離領域に形成されるフィールド酸化膜62のバーズビーク長さL2よりも長くなる。
The first embodiment of the semiconductor device manufacturing method according to the present invention is as follows:
Boron ions are included in the oxidation promoting ions.
With this configuration, boron ions implanted into a predetermined position, that is, the high breakdown voltage element isolation region in the ion implantation step (S1070) contribute to the promotion of the formation of the
As a result, the bird's beak length L1 of the
また、本発明に係る半導体装置の製造方法の第一実施例の第一工程(S1001)は、
シリコン単結晶ウェーハ10の表面にバッファ酸化膜20を形成するバッファ酸化膜形成工程(S1010)と、
バッファ酸化膜20の上に窒化シリコン膜30を形成する窒化シリコン膜形成工程(S1020)と、
窒化シリコン膜30の上に素子領域を覆う形状のフォトレジスト40のパターン(マスク部42)を形成するフォトリソグラフィ工程(S1030)と、
素子分離領域に対応する部分の窒化シリコン膜30を除去するエッチング工程(S1040)と、
単結晶シリコンウェーハ10からフォトレジスト40(マスク部42)を除去するフォトレジスト除去工程(S1050)と、
を具備するものである。
このように構成することにより、本発明に係る半導体装置の製造方法の第一実施例は、作業工程の流れとしては図42および図43に示す従来LOCOS法の途中(フォトレジスト除去工程(S10500)とフィールド酸化膜形成工程(S10600)との間)に第二工程(S1002)を挟んだものとなる。
従って、既存の半導体製造設備を利用して容易にバーズビーク長さの異なるフィールド酸化膜61・62を形成することが可能である。換言すれば、製造現場への導入コストの削減に寄与する。
The first step (S1001) of the first embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is as follows.
A buffer oxide film forming step (S1010) for forming a
Forming a
A photolithography step (S1030) for forming a pattern (mask portion 42) of a
An etching step (S1040) for removing a portion of the
A photoresist removal step (S1050) for removing the photoresist 40 (mask portion 42) from the single
It comprises.
With this configuration, the first embodiment of the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention has a working process flow in the middle of the conventional LOCOS method shown in FIGS. 42 and 43 (photoresist removal process (S10500)). And the field oxide film forming step (S10600)) with the second step (S1002) sandwiched therebetween.
Therefore, it is possible to easily form
以下では、図2、図17乃至図31を用いて本発明に係る半導体装置の製造方法の第二実施例について説明する。 The second embodiment of the semiconductor device manufacturing method according to the present invention will be described below with reference to FIGS. 2 and 17 to 31.
図17に示す如く、本発明に係る半導体装置の製造方法の第二実施例は、第一工程(S2001)、第二工程(S2002)、第三工程(S2003)を具備する。 As shown in FIG. 17, the second embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a first step (S2001), a second step (S2002), and a third step (S2003).
以下では、図2、図17乃至図24を用いて第一工程(S2001)について説明する。
図17に示す如く、第一工程(S2001)は、バッファ酸化膜形成工程(S2010)、ポリバッファシリコン膜形成工程(S2015)、窒化シリコン膜形成工程(S2020)、フォトリソグラフィ工程(S2030)、エッチング工程(S2040)、フォトレジスト除去工程(S2050)を具備する。
Hereinafter, the first step (S2001) will be described with reference to FIGS. 2 and 17 to 24.
As shown in FIG. 17, the first process (S2001) includes a buffer oxide film forming process (S2010), a polybuffer silicon film forming process (S2015), a silicon nitride film forming process (S2020), a photolithography process (S2030), and an etching process. Step (S2040) and photoresist removal step (S2050) are provided.
図2に示す如く、バッファ酸化膜形成工程(S2010)はシリコン単結晶ウェーハ10の表面にバッファ酸化膜20を形成する工程である。
As shown in FIG. 2, the buffer oxide film forming step (S2010) is a step of forming the
バッファ酸化膜形成工程(S2010)が終了したら、ポリバッファシリコン膜形成工程(S2015)に移行する。 When the buffer oxide film forming step (S2010) is completed, the process proceeds to a polybuffer silicon film forming step (S2015).
図18に示す如く、ポリバッファシリコン膜形成工程(S2015)はバッファ酸化膜20の上にポリバッファシリコン膜70を形成する工程である。
As shown in FIG. 18, the polybuffer silicon film forming step (S2015) is a step of forming a
ポリバッファシリコン膜形成工程(S2015)が終了したら、窒化シリコン膜形成工程(S2020)に移行する。 When the polybuffer silicon film forming step (S2015) is completed, the process proceeds to a silicon nitride film forming step (S2020).
図19に示す如く、窒化シリコン膜形成工程(S1020)はポリバッファシリコン膜70の上に窒化シリコン膜30を形成する工程である。
As shown in FIG. 19, the silicon nitride film forming step (S1020) is a step of forming the
窒化シリコン膜形成工程(S2020)が終了したら、フォトリソグラフィ工程(S2030)に移行する。 When the silicon nitride film forming step (S2020) is completed, the process proceeds to the photolithography step (S2030).
図17、および図20乃至図22に示す如く、フォトリソグラフィ工程(S2030)はフォトレジスト塗布工程(S2031)、パターニング工程(S2032)を具備する。
フォトリソグラフィ工程(S2030)は、本発明に係る半導体装置の製造方法の第一実施例におけるフォトリソグラフィ工程(S2030)と略同じであるため(図1、および図4乃至図6参照)、説明を省略する。
As shown in FIGS. 17 and 20 to 22, the photolithography process (S2030) includes a photoresist coating process (S2031) and a patterning process (S2032).
Since the photolithography process (S2030) is substantially the same as the photolithography process (S2030) in the first embodiment of the semiconductor device manufacturing method according to the present invention (see FIG. 1 and FIGS. 4 to 6), the description will be omitted. Omitted.
フォトリソグラフィ工程(S2030)が終了したら、エッチング工程(S2040)に移行する。 When the photolithography process (S2030) is completed, the process proceeds to the etching process (S2040).
図23に示す如く、エッチング工程(S2040)は素子分離領域に対応する部分の窒化シリコン膜30を除去する工程である。
As shown in FIG. 23, the etching step (S2040) is a step of removing the portion of the
エッチング工程(S2040)において、マスク50の形状に対応するフォトレジスト40のパターンが形成された単結晶シリコンウェーハ10にRIE(Reactive Ion Etching)が施されると、窒化シリコンの膜30のうちマスク部42に対応する部分(素子領域に対応する部分)の窒化シリコン膜30はエッチャントに接触しないため除去されず、残りの部分すなわち感光部41が除去されて露出している部分(素子分離領域に対応する部分)の窒化シリコン膜30およびその下のポリバッファシリコン膜70の上半部はエッチャントに接触し、分解除去される。
なお、本実施例ではエッチング工程(S2040)において素子分離領域に対応する窒化シリコン膜30および素子分離領域に対応するポリバッファシリコン膜70の上半部を除去する構成としたが、素子分離領域に対応する窒化シリコン膜30および素子分離領域に対応するポリバッファシリコン膜70の全部を分解除去する構成としても良い。
In the etching step (S2040), when RIE (Reactive Ion Etching) is applied to the single
In this embodiment, in the etching step (S2040), the
エッチング工程(S2040)が終了したら、フォトレジスト除去工程(S1050)に移行する。 When the etching process (S2040) is completed, the process proceeds to a photoresist removing process (S1050).
図24に示す如く、フォトレジスト除去工程(S2050)は単結晶シリコンウェーハ10からフォトレジスト40(マスク部42)を除去する工程である。
As shown in FIG. 24, the photoresist removing step (S2050) is a step of removing the photoresist 40 (mask portion 42) from the single
フォトレジスト除去工程(S2050)が終了したら、第一工程(S2001)は終了する。第一工程(S2001)が終了したら、第二工程(S2002)に移行する。 When the photoresist removal step (S2050) is finished, the first step (S2001) is finished. When the first step (S2001) is completed, the process proceeds to the second step (S2002).
以上の如く、第一工程(S2001)は、シリコン単結晶ウェーハ10の表面の素子領域の上に窒化シリコン膜30を形成する工程である。
As described above, the first step (S2001) is a step of forming the
以下では、図17、図25乃至図29を用いて第二工程(S2002)について説明する。
図17に示す如く、第二工程(S2002)は、イオン注入用フォトリソグラフィ工程(S2060)、イオン注入工程(S2070)、イオン注入用フォトレジスト除去工程(S2080)を具備する。
また、図17および図25乃至図27に示す如く、イオン注入用フォトリソグラフィ工程(S2060)は、イオン注入用フォトレジスト塗布工程(S2061)、イオン注入用パターニング工程(S2062)を具備する。
イオン注入用フォトリソグラフィ工程(S2060)は、本発明に係る半導体装置の製造方法の第一実施例におけるイオン注入用フォトリソグラフィ工程(S1060)と略同じであるため(図1、および図9乃至図11参照)、説明を省略する。
Hereinafter, the second step (S2002) will be described with reference to FIGS. 17 and 25 to 29. FIG.
As shown in FIG. 17, the second step (S2002) includes an ion implantation photolithography step (S2060), an ion implantation step (S2070), and an ion implantation photoresist removal step (S2080).
As shown in FIGS. 17 and 25 to 27, the ion implantation photolithography process (S2060) includes an ion implantation photoresist coating process (S2061) and an ion implantation patterning process (S2062).
The ion implantation photolithography process (S2060) is substantially the same as the ion implantation photolithography process (S1060) in the first embodiment of the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention (FIGS. 1 and 9 to 9). 11), description thereof is omitted.
イオン注入用フォトリソグラフィ工程(S2060)が終了したらイオン注入工程(S2070)に移行する。 When the ion implantation photolithography process (S2060) is completed, the process proceeds to the ion implantation process (S2070).
イオン注入用フォトリソグラフィ工程(S2060)は、素子分離領域のうち高耐圧素子領域を除く部分(すなわち高密度素子分離領域)、および、窒化シリコン膜30、を覆う形状のイオン注入用フォトレジスト45のパターン(マスク部47)を形成する工程である。
In the ion implantation photolithography step (S2060), the
図28に示す如く、イオン注入工程(S2070)は、高耐圧素子分離領域(本実施例における「素子分離領域の所定の位置」)に酸化促進イオンを注入する工程である。 As shown in FIG. 28, the ion implantation step (S2070) is a step of implanting oxidation promoting ions into the high breakdown voltage element isolation region (“predetermined position of the element isolation region” in this embodiment).
イオン注入工程(S2070)において、イオン注入装置に収容された単結晶シリコンウェーハ10には酸化促進イオンが注入される。なお、本実施例のイオン注入装置は専用品であるが、市販のイオン注入装置を用いることも可能である。イオン注入の具体的な方法としては、イオンシャワーやプラズマドーピング等の既存の方法を用いることが可能である。
In the ion implantation step (S2070), oxidation promoting ions are implanted into the single
このとき、単結晶シリコンウェーハ10の高耐圧素子分離領域については窒化シリコン膜30およびポリバッファシリコン膜70の上半部が除去され、かつイオン注入用フォトレジスト45の感光部46も除去されているため、酸化促進イオンはポリバッファシリコン膜70の下半部およびバッファシリコン膜20を貫通して単結晶シリコン10の内部に到達する。
At this time, in the high breakdown voltage element isolation region of the single
イオン注入用フォトレジスト45のパターンにおいて感光部46が除去されている部分は通常、所定の幅を有するため、酸化促進イオンは単結晶シリコンウェーハ10の表面(高耐圧素子分離領域)に対して傾斜した角度で注入される。その結果、酸化促進イオンは高耐圧素子分離領域だけでなく、素子領域において高耐圧素子分離領域に隣接する部分(窒化シリコン膜30の端部の下方)にも到達する。
一方、単結晶シリコンウェーハ10の素子領域および高密度素子分離領域については、ポリバッファシリコン膜70および窒化シリコン膜30が上に形成され、さらにその上にイオン注入用フォトレジスト45のパターン(マスク部47)も形成されている。そのため、素子領域において高耐圧素子分離領域に隣接する部分(窒化シリコン膜30の端部の下方)を除けば、酸化促進イオンはポリバッファシリコン膜70、窒化シリコン膜30およびイオン注入用フォトレジスト45のパターン(マスク部47)に遮断されて単結晶シリコン10の内部に到達することができない。
Since the portion where the
On the other hand, in the element region and the high-density element isolation region of the single
なお、酸化促進イオンの注入角度θ1すなわち単結晶シリコンウェーハ10の表面の法線と酸化促進イオンの注入方向との成す角度を大きくし、単結晶シリコンウェーハ10の表面に対してより傾斜した角度で酸化促進イオンを注入することにより、酸化促進イオンを素子領域において高耐圧素子分離領域に隣接する部分(窒化シリコン膜30の端部の下方)に効率良く到達させることが可能である。
In addition, the angle of the oxidation promoting ion implantation angle θ 1, that is, the angle formed by the normal of the surface of the single
イオン注入工程(S2070)が終了したらイオン注入用フォトレジスト除去工程(S2080)に移行する。 When the ion implantation step (S2070) is completed, the process proceeds to an ion implantation photoresist removal step (S2080).
図29に示す如く、イオン注入用フォトレジスト除去工程(S2080)は単結晶シリコンウェーハ10から残りのイオン注入用フォトレジスト45(マスク部47)を除去する工程である。
As shown in FIG. 29, the ion implantation photoresist removal step (S2080) is a step of removing the remaining ion implantation photoresist 45 (mask portion 47) from the single
イオン注入用フォトレジスト除去工程(S2080)が終了したら、第二工程(S2002)が終了する。第二工程(S2002)が終了したら、第三工程(S2003)に移行する。 When the photoresist removal process for ion implantation (S2080) is completed, the second process (S2002) is completed. When the second step (S2002) is completed, the process proceeds to the third step (S2003).
以上の如く、第二工程(S2002)は、単結晶シリコンウェーハ10の表面の高耐圧素子分離領域(本実施例における「素子分離領域の所定の位置」)に酸化促進イオンを注入する工程である。
As described above, the second step (S2002) is a step of implanting oxidation promoting ions into the high breakdown voltage element isolation region (“predetermined position of the element isolation region” in this embodiment) on the surface of the single
以下では、図17、図30および図31を用いて第三工程(S2003)について説明する。
図17に示す如く、第三工程(S2003)は、フィールド酸化膜形成工程(S2090)、最終除去工程(S2100)を具備する。
Below, a 3rd process (S2003) is demonstrated using FIG.17, FIG.30 and FIG.31.
As shown in FIG. 17, the third step (S2003) includes a field oxide film formation step (S2090) and a final removal step (S2100).
図30に示す如く、フィールド酸化膜形成工程(S2090)は単結晶シリコンウェーハ10の表面の素子分離領域にフィールド酸化膜63・64を形成する工程である。
As shown in FIG. 30, the field oxide film forming step (S2090) is a step of forming
フィールド酸化膜形成工程(S2090)において、単結晶シリコンウェーハ10は加熱炉(不図示)に収容され、1100℃〜1200℃程度の温度で所定時間保持される。
なお、加熱炉の保持温度(熱処理温度)は雰囲気の組成その他の条件に応じて適宜選択されるものであるため、本実施例の如く1100℃〜1200℃程度に限定されるものではない。
また、加熱炉内の雰囲気の組成は通常の大気と同じでも良いが、酸素濃度を大気よりも大きくしたもの、酸素と水(水蒸気)を混合したもの、あるいは水素と酸素とを混合したものでも良い。
In the field oxide film forming step (S2090), the single
In addition, since the holding temperature (heat treatment temperature) of the heating furnace is appropriately selected according to the composition of the atmosphere and other conditions, it is not limited to about 1100 ° C. to 1200 ° C. as in this embodiment.
The composition of the atmosphere in the heating furnace may be the same as that of normal air, but the oxygen concentration is larger than that of the air, oxygen and water (water vapor) are mixed, or hydrogen and oxygen are mixed. good.
単結晶シリコンウェーハ10が加熱炉内で1100℃〜1200℃程度の温度に保持されると、単結晶シリコンウェーハ10の表面のうち窒化シリコン膜30およびポリバッファシリコン膜70で覆われている部分、すなわち素子領域は窒化シリコン膜30およびポリバッファシリコン膜70に遮られて加熱炉内の雰囲気と接触しないため酸化されることはないが、単結晶シリコンウェーハ10の表面のうち窒化シリコン膜30およびポリバッファシリコン膜70で覆われていない部分、すなわち素子分離領域は加熱炉内の雰囲気と接触するため酸化され、フィールド酸化膜63・64が形成される。
When the single
加熱炉の雰囲気中から素子分離領域に対応する単結晶シリコンウェーハ10の内部に侵入した酸素は、単結晶シリコンウェーハ10の面方向にも拡散する。そのため、窒化シリコン膜30およびポリバッファシリコン膜70の下方に潜り込む形でフィールド酸化膜63・64の端部が単結晶シリコンウェーハ10の面方向に成長し、バーズビーク部63a・63a、およびバーズビーク部64a・64aがそれぞれ形成される。
Oxygen that has entered the inside of the single
このとき、高耐圧素子分離領域(図29中の左側の素子分離領域)、および素子領域において高耐圧素子分離領域に隣接する部分には、第二工程(S2002)において酸化促進イオンが注入されている(図28参照)ため、高耐圧素子分離領域に形成されるフィールド酸化膜63のバーズビーク部63a・63aは、高密度素子分離領域に形成されるフィールド酸化膜64のバーズビーク部64a・64aよりも面方向への成長がより促進され、長くなる(L3>L4)。
結果として、高い耐圧が要求される高耐圧素子分離領域にはバーズビーク長さが相対的に長いフィールド酸化膜63が形成され、高い耐圧は要求されないが隣接する素子領域の集積化が要求される高密度素子分離領域にはバーズビーク長さが相対的に短く、隣接する素子領域への突出量が小さいフィールド酸化膜64が形成される。
このように、熱酸化処理を一回だけ施した単結晶シリコンウェーハ10の表面に、素子分離領域のうち所定の位置(高耐圧素子分離領域)に選択的に酸化促進イオンを注入することにより、同一条件(熱処理温度、熱処理時間、雰囲気)の熱処理が施されているにもかかわらず、バーズビーク長さの異なる(ひいては耐圧、および隣接する素子領域の集積化への影響が異なる)フィールド酸化膜63・64を形成することが可能である。
At this time, oxidation promoting ions are implanted into the high breakdown voltage element isolation region (the element isolation region on the left side in FIG. 29) and the portion adjacent to the high breakdown voltage element isolation region in the element region in the second step (S2002). Therefore, the bird's
As a result, a
In this way, by selectively injecting oxidation promoting ions into a predetermined position (high breakdown voltage element isolation region) in the element isolation region on the surface of the single
また、本実施例の場合、イオン注入工程(S2070)において高耐圧素子領域および素子領域において高耐圧素子分離領域に隣接する部分に注入される酸化促進イオンの注入量は、イオン注入装置による注入時間やイオン化電圧等を調節することにより容易に調整することが可能である。従って、当該酸化促進イオンの注入量を調整することによりフィールド酸化膜63のバーズビーク長さL3を精度良く調整することが可能である。
In the case of the present embodiment, in the ion implantation step (S2070), the amount of oxidation-promoting ions implanted into the high-breakdown-voltage element region and the portion adjacent to the high-breakdown-voltage element isolation region in the element region is the implantation time by the ion implantation apparatus It can be easily adjusted by adjusting the ionization voltage or the like. Therefore, the bird's beak length L3 of the
フィールド酸化膜形成工程(S2090)が終了したら、最終除去工程(S2100)に移行する。 When the field oxide film formation step (S2090) is completed, the process proceeds to the final removal step (S2100).
図31に示す如く、最終除去工程(S2100)は単結晶シリコンウェーハ10の表面の窒化シリコン膜30、ポリバッファシリコン膜70およびバッファ酸化膜20を除去する工程である。
最終除去工程(S1100)において、まず熱リン酸を用いたウェットエッチングにより単結晶シリコンウェーハ10の表面の窒化シリコン膜30が除去され、次にバッファードフッ酸等を用いてポリバッファシリコン膜70およびバッファ酸化膜20が除去される。
なお、本実施例では熱リン酸およびバッファードフッ酸を用いて窒化シリコン膜30、ポリバッファシリコン膜70およびバッファ酸化膜20を除去する構成としたが、これに限定されず、酸化防止膜、ポリバッファシリコン膜およびバッファ酸化膜を他の方法で除去しても良い。
As shown in FIG. 31, the final removal step (S2100) is a step of removing the
In the final removal step (S1100), the
In this embodiment, the
最終除去工程(S2100)が終了したら、第三工程(S2003)は終了する。 When the final removal step (S2100) is finished, the third step (S2003) is finished.
以上の如く、第三工程(S2003)は単結晶シリコンウェーハ10に所定の熱酸化処理を施し、単結晶シリコンウェーハ10の表面の素子分離領域にフィールド酸化膜63・64を形成する工程である。
As described above, the third step (S2003) is a step of subjecting the single
第三工程(S2003)の終了後、単結晶シリコンウェーハ10の表面の高耐圧素子分離領域に隣接する素子領域には、例えばLDMOSの如きパワー半導体素子(高電圧を取り扱う半導体素子)が形成され、単結晶シリコンウェーハ10の表面の高密度素子分離領域に隣接する素子領域には、例えばCMOS等の集積化が要求される半導体素子が形成され、これらの半導体素子間の配線等が施されて半導体装置が完成する。
After the completion of the third step (S2003), a power semiconductor element (semiconductor element that handles high voltage) such as LDMOS is formed in the element region adjacent to the high breakdown voltage element isolation region on the surface of the single
以上の如く、本発明に係る半導体装置の製造方法の第二実施例は、
単結晶シリコンウェーハ10の表面の素子領域の上に(厳密には、バッファ酸化膜20およびポリバッファシリコン膜70を挟んで)窒化シリコン膜30を形成する第一工程(S2001)と、
単結晶シリコンウェーハ10の表面の素子分離領域の所定の位置(本実施例の場合、高耐圧素子分離領域)に酸化促進イオンを注入する第二工程(S2002)と、
単結晶シリコンウェーハ10に熱酸化処理を施す第三工程(S2003)と、
を具備するものである。
このように構成することにより、一回の熱酸化処理で同一の単結晶シリコンウェーハ10の表面にバーズビーク長の異なるフィールド酸化膜63・64を形成することが可能であり、半導体装置の生産性の向上および半導体装置の生産に要するエネルギーの削減に寄与する。
As described above, the second embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is as follows.
A first step (S2001) of forming a
A second step (S2002) of implanting oxidation-promoting ions into a predetermined position of the element isolation region on the surface of the single crystal silicon wafer 10 (in this embodiment, a high breakdown voltage element isolation region);
A third step (S2003) for subjecting the single
It comprises.
With this configuration, it is possible to form the
また、本発明に係る半導体装置の製造方法の第二実施例の第二工程(S2002)は、
単結晶シリコンウェーハ10の素子分離領域のうち所定の位置を除く部分(本実施例の場合、高密度素子分離領域)、および窒化シリコン膜30を覆う形状のイオン注入用フォトレジスト45のパターン(マスク部47)を形成するイオン注入用フォトリソグラフィ工程(S2060)と、
単結晶シリコンウェーハ10の素子分離領域の所定の位置(本実施例の場合、高耐圧素子分離領域)に酸化促進イオンを注入するイオン注入工程(S2070)と、
を具備するものである。
このように構成することにより、素子分離領域の所定の位置にのみ確実に酸化促進イオンを注入することが可能であり、単結晶シリコンウェーハ10の表面にバーズビーク長の異なるフィールド酸化膜63・64を容易かつ確実に形成することが可能である。
The second step (S2002) of the second embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is as follows.
A pattern (mask) of the
An ion implantation step (S2070) for implanting oxidation-promoting ions into a predetermined position of the element isolation region of the single crystal silicon wafer 10 (in this embodiment, a high breakdown voltage element isolation region);
It comprises.
With this configuration, it is possible to reliably implant oxidation promoting ions only at predetermined positions in the element isolation region, and
また、本発明に係る半導体装置の製造方法の第二実施例は、
イオン注入工程(S2070)において単結晶シリコンウェーハ10の表面に対して傾斜した角度で(単結晶シリコンウェーハ10の表面に直交しない角度で)前記酸化促進イオンを注入するものである。
このように構成することにより、イオン注入工程(S2070)において酸化促進イオンは所定の位置、すなわち高耐圧素子分離領域だけでなく、素子領域において高耐圧素子分離領域に隣接する部分(窒化シリコン膜30の端部の下方)にも到達する。その結果、第三工程(S2003)、より厳密にはフィールド酸化膜形成工程(S2090)において素子分離領域に形成されるフィールド酸化膜63のバーズビーク部63a・63aの単結晶シリコンウェーハ10の面方向への成長をさらに促進することが可能である。
The second embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is as follows.
In the ion implantation step (S2070), the oxidation promoting ions are implanted at an angle inclined with respect to the surface of the single crystal silicon wafer 10 (at an angle not orthogonal to the surface of the single crystal silicon wafer 10).
With this configuration, in the ion implantation step (S2070), the oxidation promoting ions are not limited to a predetermined position, that is, not only the high breakdown voltage element isolation region but also a portion adjacent to the high breakdown voltage element isolation region (silicon nitride film 30). (Below the end of the). As a result, in the third step (S2003), more strictly in the field oxide film forming step (S2090), the bird's
また、本発明に係る半導体装置の製造方法の第二実施例は、
酸化促進イオンに酸素イオンが含まれるものである。
このように構成することにより、イオン注入工程(S2070)において所定の位置、すなわち高耐圧素子分離領域に注入された酸素イオンは、それ自身がフィールド酸化膜63を構成する元素(原料)として用いられ、フィールド酸化膜63の形成の促進に寄与する。
結果として、フィールド酸化膜63のバーズビーク長さL3は、酸素イオンが注入されなかった高密度素子分離領域に形成されるフィールド酸化膜64のバーズビーク長さL4よりも長くなる。
The second embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is as follows.
Oxidation promoting ions contain oxygen ions.
With this configuration, oxygen ions implanted into a predetermined position, that is, the high breakdown voltage element isolation region in the ion implantation step (S2070) are used as elements (raw materials) constituting the
As a result, the bird's beak length L3 of the
また、本発明に係る半導体装置の製造方法の第二実施例は、
酸化促進イオンにボロンイオンが含まれるものである。
このように構成することにより、イオン注入工程(S2070)において所定の位置、すなわち高耐圧素子分離領域に注入されたボロンイオンはフィールド酸化膜63の形成の促進に寄与する。
結果として、フィールド酸化膜63のバーズビーク長さL3は、酸素イオンが注入されなかった高密度素子分離領域に形成されるフィールド酸化膜64のバーズビーク長さL4よりも長くなる。
The second embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is as follows.
Boron ions are included in the oxidation promoting ions.
With this configuration, boron ions implanted in a predetermined position, that is, in the high breakdown voltage element isolation region in the ion implantation step (S2070) contribute to the promotion of the formation of the
As a result, the bird's beak length L3 of the
また、本発明に係る半導体装置の製造方法の第二実施例の第一工程(S2001)は、
シリコン単結晶ウェーハ10の表面にバッファ酸化膜20を形成するバッファ酸化膜形成工程(S2010)と、
バッファ酸化膜20の上にポリバッファシリコン膜70を形成するポリバッファシリコン膜形成工程(S2015)と、
ポリバッファシリコン膜70の上に窒化シリコン膜30を形成する窒化シリコン膜形成工程(S2020)と、
窒化シリコン膜30の上に素子領域を覆う形状のフォトレジスト40のパターン(マスク部42)を形成するフォトリソグラフィ工程(S2030)と、
素子分離領域に対応する部分の窒化シリコン膜30を除去するエッチング工程(S2040)と、
単結晶シリコンウェーハ10からフォトレジスト40(マスク部42)を除去するフォトレジスト除去工程(S2050)と、
を具備するものである。
このように構成することにより、本発明に係る半導体装置の製造方法の第二実施例は、作業工程の流れとしては図44および図45に示す従来ポリバッファLOCOS法の途中(フォトレジスト除去工程(S20500)とフィールド酸化膜形成工程(S20600)との間)に第二工程(S2002)を挟んだものとなる。
従って、既存の半導体製造設備を利用して容易にバーズビーク長さの異なるフィールド酸化膜63・64を形成することが可能である。換言すれば、製造現場への導入コストの削減に寄与する。
The first step (S2001) of the second embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is as follows.
A buffer oxide film forming step (S2010) for forming a
A polybuffer silicon film forming step (S2015) for forming a
A silicon nitride film forming step (S2020) for forming the
A photolithography step (S2030) for forming a pattern (mask portion 42) of the
An etching step (S2040) for removing a portion of the
A photoresist removal step (S2050) for removing the photoresist 40 (mask portion 42) from the single
It comprises.
With this configuration, the second embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention has a working process flow in the middle of the conventional polybuffer LOCOS method shown in FIGS. 44 and 45 (photoresist removal process ( (Between S20500) and the field oxide film forming step (S20600)) with the second step (S2002) sandwiched therebetween.
Therefore, it is possible to easily form
以下では図2乃至図6、および図32乃至図41を用いて、本発明に係る半導体装置の製造方法の第三実施例について説明する。 The third embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described below with reference to FIGS. 2 to 6 and FIGS.
図32に示す如く、本発明に係る半導体装置の製造方法の第三実施例は、第一工程(S3001)、第二工程(S3002)、第三工程(S3003)を具備する。 As shown in FIG. 32, the third embodiment of the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a first step (S3001), a second step (S3002), and a third step (S3003).
以下では、図2乃至図6、および図32乃至図34を用いて第一工程(S3001)について説明する。
図32に示す如く、第一工程(S3001)は、バッファ酸化膜形成工程(S3010)、窒化シリコン膜形成工程(S3020)、フォトリソグラフィ工程(S3030)、エッチング工程(S3040)、フォトレジスト除去工程(S3050)を具備する。
Hereinafter, the first step (S3001) will be described with reference to FIGS. 2 to 6 and FIGS. 32 to 34. FIG.
As shown in FIG. 32, the first step (S3001) includes a buffer oxide film formation step (S3010), a silicon nitride film formation step (S3020), a photolithography step (S3030), an etching step (S3040), and a photoresist removal step ( S3050).
図2乃至図6に示す如く、バッファ酸化膜形成工程(S3010)、窒化シリコン膜形成工程(S3020)およびフォトリソグラフィ工程(S3030)は、本発明に係る半導体装置の製造方法の第一実施例におけるバッファ酸化膜形成工程(S1010)、窒化シリコン膜形成工程(S1020)およびフォトリソグラフィ工程(S1030)と略同じであるため、説明を省略する。 As shown in FIGS. 2 to 6, the buffer oxide film forming step (S3010), the silicon nitride film forming step (S3020), and the photolithography step (S3030) are performed in the first embodiment of the semiconductor device manufacturing method according to the present invention. Since this is substantially the same as the buffer oxide film forming step (S1010), the silicon nitride film forming step (S1020), and the photolithography step (S1030), description thereof is omitted.
フォトリソグラフィ工程(S3030)が終了したら、エッチング工程(S3040)に移行する。 When the photolithography process (S3030) is completed, the process proceeds to the etching process (S3040).
図34に示す如く、エッチング工程(S3040)は素子分離領域に対応する部分の窒化シリコン膜30を除去する工程である。
エッチング工程(S3040)において、マスク50の形状に対応するフォトレジスト40のパターンが形成された単結晶シリコンウェーハ10にRIE(Reactive Ion Etching)が施されると、窒化シリコンの膜30のうちマスク部42に対応する部分(素子領域に対応する部分)の窒化シリコン膜30はエッチャントに接触しないため除去されず、残りの部分すなわち感光部41が除去されて露出している部分(素子分離領域に対応する部分)の窒化シリコン膜30、バッファ酸化膜20およびその下の所定の深さ(本実施例の場合、50nm程度)の単結晶シリコンウェーハ10がエッチャントに接触し、分解除去される。
その結果、単結晶シリコンウェーハ10の素子分離領域には凹み部10aが形成される。
As shown in FIG. 34, the etching step (S3040) is a step of removing the portion of the
In the etching step (S3040), when RIE (Reactive Ion Etching) is performed on the single
As a result, a
エッチング工程(S3040)が終了したら、フォトレジスト除去工程(S3050)に移行する。 When the etching process (S3040) is completed, the process proceeds to a photoresist removing process (S3050).
図34に示す如く、フォトレジスト除去工程(S3050)は単結晶シリコンウェーハ10からフォトレジスト40(マスク部42)を除去する工程である。
As shown in FIG. 34, the photoresist removing step (S3050) is a step of removing the photoresist 40 (mask portion 42) from the single
フォトレジスト除去工程(S3050)が終了したら、第一工程(S3001)は終了する。第一工程(S3001)が終了したら、第二工程(S3002)に移行する。 When the photoresist removal step (S3050) is finished, the first step (S3001) is finished. When the first step (S3001) is completed, the process proceeds to the second step (S3002).
以下では、図32、および図35乃至図39を用いて第二工程(S3002)について説明する。
図32に示す如く、第二工程(S3002)は、イオン注入用フォトリソグラフィ工程(S3060)、イオン注入工程(S3070)、イオン注入用フォトレジスト除去工程(S3080)を具備する。
また、イオン注入用フォトリソグラフィ工程(S3060)は、イオン注入用フォトレジスト塗布工程(S3061)、イオン注入用パターニング工程(S3062)を具備する。
図35乃至図37に示す如く、イオン注入用フォトリソグラフィ工程(S3060)は
本発明に係る半導体装置の製造方法の第一実施例におけるイオン注入用フォトリソグラフィ工程(S1060)と略同じであるため、説明を省略する。
Hereinafter, the second step (S3002) will be described with reference to FIG. 32 and FIG. 35 to FIG.
As shown in FIG. 32, the second step (S3002) includes an ion implantation photolithography step (S3060), an ion implantation step (S3070), and an ion implantation photoresist removal step (S3080).
The ion implantation photolithography process (S3060) includes an ion implantation photoresist coating process (S3061) and an ion implantation patterning process (S3062).
As shown in FIGS. 35 to 37, the ion implantation photolithography step (S3060) is substantially the same as the ion implantation photolithography step (S1060) in the first embodiment of the semiconductor device manufacturing method according to the present invention. Description is omitted.
イオン注入用フォトリソグラフィ工程(S3060)が終了したらイオン注入工程(S3070)に移行する。 When the ion implantation photolithography process (S3060) is completed, the process proceeds to the ion implantation process (S3070).
イオン注入用フォトリソグラフィ工程(S3060)は、素子分離領域のうち高耐圧素子領域を除く部分(すなわち高密度素子分離領域)、および、窒化シリコン膜30、を覆う形状のイオン注入用フォトレジスト45のパターン(マスク部47)を形成する工程である。
In the ion implantation photolithography step (S3060), the
図38に示す如く、イオン注入工程(S3070)は、高耐圧素子分離領域(本実施例における「素子分離領域の所定の位置」)に酸化促進イオンを注入する工程である。 As shown in FIG. 38, the ion implantation step (S3070) is a step of implanting oxidation promoting ions into the high breakdown voltage element isolation region (“predetermined position of the element isolation region” in this embodiment).
イオン注入工程(S3070)において、イオン注入装置に収容された単結晶シリコンウェーハ10には酸化促進イオンが注入される。なお、本実施例のイオン注入装置は専用品であるが、市販のイオン注入装置を用いることも可能である。イオン注入の具体的な方法としては、イオンシャワーやプラズマドーピング等の既存の方法を用いることが可能である。
In the ion implantation step (S3070), oxidation promoting ions are implanted into the single
このとき、単結晶シリコンウェーハ10の高耐圧素子分離領域については窒化シリコン膜30、バッファ酸化膜20および所定の深さの単結晶シリコンウェーハ10が除去され、かつイオン注入用フォトレジスト45の感光部46も除去されているため、凹み部10aが外部に露出した状態となっており、酸化促進イオンは凹み部10aから単結晶シリコン10の内部に到達する。
At this time, the
イオン注入用フォトレジスト45のパターンにおいて感光部46が除去されている部分は通常、所定の幅を有するため、酸化促進イオンは単結晶シリコンウェーハ10の表面(高耐圧素子分離領域)に対して傾斜した角度で注入される。その結果、酸化促進イオンは高耐圧素子分離領域だけでなく、素子領域において高耐圧素子分離領域に隣接する部分(窒化シリコン膜30の端部の下方)にも到達する。
一方、単結晶シリコンウェーハ10の素子領域および高密度素子分離領域については、窒化シリコン膜30が上に形成され、さらにその上にイオン注入用フォトレジスト45のパターン(マスク部47)も形成されている。そのため、素子領域において高耐圧素子分離領域に隣接する部分(窒化シリコン膜30の端部の下方)を除けば、酸化促進イオンは窒化シリコン膜30およびイオン注入用フォトレジスト45に遮断されて単結晶シリコン10の内部に到達することができない。
Since the portion where the
On the other hand, the
なお、酸化促進イオンの注入角度θ1すなわち単結晶シリコンウェーハ10の表面の法線と酸化促進イオンの注入方向との成す角度を大きくし、単結晶シリコンウェーハ10の表面に対してより傾斜した角度で酸化促進イオンを注入することにより、酸化促進イオンを素子領域において高耐圧素子分離領域に隣接する部分(窒化シリコン膜30の端部の下方)に効率良く到達させることが可能である。
In addition, the angle of the oxidation promoting ion implantation angle θ 1, that is, the angle formed by the normal of the surface of the single
イオン注入工程(S3070)が終了したらイオン注入用フォトレジスト除去工程(S3080)に移行する。 When the ion implantation step (S3070) is completed, the process proceeds to a photoresist removal step for ion implantation (S3080).
図39に示す如く、イオン注入用フォトレジスト除去工程(S3080)は単結晶シリコンウェーハ10から残りのイオン注入用フォトレジスト45(マスク部47)を除去する工程である。
As shown in FIG. 39, the ion implantation photoresist removal step (S3080) is a step of removing the remaining ion implantation photoresist 45 (mask portion 47) from the single
イオン注入用フォトレジスト除去工程(S3080)が終了したら、第二工程(S3002)が終了する。第二工程(S3002)が終了したら、第三工程(S3003)に移行する。 When the photoresist removal process for ion implantation (S3080) is completed, the second process (S3002) is completed. When the second step (S3002) is completed, the process proceeds to the third step (S3003).
以上の如く、第二工程(S3002)は、単結晶シリコンウェーハ10の表面の高耐圧素子分離領域(本実施例における「素子分離領域の所定の位置」)に酸化促進イオンを注入する工程である。
As described above, the second step (S3002) is a step of implanting oxidation promoting ions into the high breakdown voltage element isolation region (“predetermined position of the element isolation region” in this embodiment) on the surface of the single
以下では、図32、図40および図41を用いて第三工程(S3003)について説明する。
図32に示す如く、第三工程(S3003)は、フィールド酸化膜形成工程(S3090)、最終除去工程(S3100)を具備する。
Hereinafter, the third step (S3003) will be described with reference to FIGS. 32, 40, and 41.
As shown in FIG. 32, the third step (S3003) includes a field oxide film formation step (S3090) and a final removal step (S3100).
図40に示す如く、フィールド酸化膜形成工程(S3090)は単結晶シリコンウェーハ10の表面の素子分離領域にフィールド酸化膜65・66を形成する工程である。
As shown in FIG. 40, the field oxide film forming step (S3090) is a step of forming
フィールド酸化膜形成工程(S3090)において、単結晶シリコンウェーハ10は加熱炉(不図示)に収容され、1100℃〜1200℃程度の温度で所定時間保持される。
なお、加熱炉の保持温度(熱処理温度)は雰囲気の組成その他の条件に応じて適宜選択されるものであるため、本実施例の如く1100℃〜1200℃程度に限定されるものではない。
また、加熱炉内の雰囲気の組成は通常の大気と同じでも良いが、酸素濃度を大気よりも大きくしたもの、酸素と水(水蒸気)を混合したもの、あるいは水素と酸素とを混合したものでも良い。
In the field oxide film forming step (S3090), the single
In addition, since the holding temperature (heat treatment temperature) of the heating furnace is appropriately selected according to the composition of the atmosphere and other conditions, it is not limited to about 1100 ° C. to 1200 ° C. as in this embodiment.
The composition of the atmosphere in the heating furnace may be the same as that of normal air, but the oxygen concentration is larger than that of the air, oxygen and water (water vapor) are mixed, or hydrogen and oxygen are mixed. good.
単結晶シリコンウェーハ10が加熱炉内で1100℃〜1200℃程度の温度に保持されると、単結晶シリコンウェーハ10の表面のうち窒化シリコン膜30で覆われている部分、すなわち素子領域は窒化シリコン膜30に遮られて加熱炉内の雰囲気と接触しないため酸化されることはないが、単結晶シリコンウェーハ10の表面のうち窒化シリコン膜30で覆われていない部分、すなわち素子分離領域(凹み部10a)は加熱炉内の雰囲気と接触するため酸化され、フィールド酸化膜65・66が形成される。
When the single
加熱炉の雰囲気中から素子分離領域に対応する単結晶シリコンウェーハ10の内部に侵入した酸素は、単結晶シリコンウェーハ10の面方向にも拡散する。そのため、窒化シリコン膜30の下方に潜り込む形でフィールド酸化膜65・66の端部が単結晶シリコンウェーハ10の面方向に成長し、バーズビーク部65a・65a、およびバーズビーク部66a・66aがそれぞれ形成される。
Oxygen that has entered the inside of the single
このとき、高耐圧素子分離領域(図39中の左側の素子分離領域)、および素子領域において高耐圧素子分離領域に隣接する部分には、第二工程(S3002)において酸化促進イオンが注入されている(図38参照)ため、高耐圧素子分離領域に形成されるフィールド酸化膜65のバーズビーク部65a・65aは、高密度素子分離領域に形成されるフィールド酸化膜66のバーズビーク部66a・66aよりも面方向への成長がより促進され、長くなる(L5>L6)。
結果として、高い耐圧が要求される高耐圧素子分離領域にはバーズビーク長さが相対的に長いフィールド酸化膜65が形成され、高い耐圧は要求されないが隣接する素子領域の集積化が要求される高密度素子分離領域にはバーズビーク長さが相対的に短く、隣接する素子領域への突出量が小さいフィールド酸化膜66が形成される。
このように、熱酸化処理を一回だけ施した単結晶シリコンウェーハ10の表面に、素子分離領域のうち所定の位置(高耐圧素子分離領域)に選択的に酸化促進イオンを注入することにより、同一条件(熱処理温度、熱処理時間、雰囲気)の熱処理が施されているにもかかわらず、バーズビーク長さの異なる(ひいては耐圧、および隣接する素子領域の集積化への影響が異なる)フィールド酸化膜65・66を形成することが可能である。
At this time, oxidation promoting ions are implanted into the high breakdown voltage element isolation region (the element isolation region on the left side in FIG. 39) and the portion adjacent to the high breakdown voltage element isolation region in the element region in the second step (S3002). Therefore, the bird's
As a result, a
In this way, by selectively injecting oxidation promoting ions into a predetermined position (high breakdown voltage element isolation region) in the element isolation region on the surface of the single
また、本実施例の場合、イオン注入工程(S3070)において高耐圧素子領域および素子領域において高耐圧素子分離領域に隣接する部分に注入される酸化促進イオンの注入量は、イオン注入装置による注入時間やイオン化電圧等を調節することにより容易に調整することが可能である。従って、当該酸化促進イオンの注入量を調整することによりフィールド酸化膜65のバーズビーク長さL5を精度良く調整することが可能である。
In the case of this embodiment, the amount of oxidation promoting ions implanted into the high breakdown voltage element region and the portion adjacent to the high breakdown voltage element isolation region in the ion implantation step (S3070) is determined by the implantation time of the ion implantation apparatus. It can be easily adjusted by adjusting the ionization voltage or the like. Therefore, the bird's beak length L5 of the
フィールド酸化膜形成工程(S3090)が終了したら、最終除去工程(S3100)に移行する。 When the field oxide film formation step (S3090) is completed, the process proceeds to the final removal step (S3100).
図41に示す如く、最終除去工程(S3100)は単結晶シリコンウェーハ10の表面の窒化シリコン膜30およびバッファ酸化膜20を除去する工程である。
最終除去工程(S1100)において、まず熱リン酸を用いたウェットエッチングにより単結晶シリコンウェーハ10の表面の窒化シリコン膜30が除去され、次にバッファードフッ酸等を用いてバッファ酸化膜20が除去される。
なお、本実施例では熱リン酸およびバッファードフッ酸を用いて窒化シリコン膜30およびバッファ酸化膜20を除去する構成としたが、これに限定されず、酸化防止膜、ポリバッファシリコン膜およびバッファ酸化膜を他の方法で除去しても良い。
As shown in FIG. 41, the final removal step (S3100) is a step of removing the
In the final removal step (S1100), first, the
In this embodiment, the
最終除去工程(S3100)が終了したら、第三工程(S3003)は終了する。 When the final removal step (S3100) is finished, the third step (S3003) is finished.
以上の如く、第三工程(S3003)は単結晶シリコンウェーハ10に所定の熱酸化処理を施し、単結晶シリコンウェーハ10の表面の素子分離領域にフィールド酸化膜65・66を形成する工程である。
As described above, the third step (S3003) is a step of subjecting the single
第三工程(S3003)の終了後、単結晶シリコンウェーハ10の表面の高耐圧素子分離領域に隣接する素子領域には、例えばLDMOSの如きパワー半導体素子(高電圧を取り扱う半導体素子)が形成され、単結晶シリコンウェーハ10の表面の高密度素子分離領域に隣接する素子領域には、例えばCMOS等の集積化が要求される半導体素子が形成され、これらの半導体素子間の配線等が施されて半導体装置が完成する。
After the completion of the third step (S3003), a power semiconductor element (semiconductor element that handles high voltage) such as LDMOS is formed in the element region adjacent to the high breakdown voltage element isolation region on the surface of the single
以上の如く、本発明に係る半導体装置の製造方法の第三実施例は、
単結晶シリコンウェーハ10の表面の素子領域の上に(厳密には、バッファ酸化膜20を挟んで)窒化シリコン膜30を形成する第一工程(S3001)と、
単結晶シリコンウェーハ10の表面の素子分離領域の所定の位置(本実施例の場合、高耐圧素子分離領域)に酸化促進イオンを注入する第二工程(S3002)と、
単結晶シリコンウェーハ10に熱酸化処理を施す第三工程(S3003)と、
を具備するものである。
このように構成することにより、一回の熱酸化処理で同一の単結晶シリコンウェーハ10の表面にバーズビーク長の異なるフィールド酸化膜65・66を形成することが可能であり、半導体装置の生産性の向上および半導体装置の生産に要するエネルギーの削減に寄与する。
As described above, the third embodiment of the semiconductor device manufacturing method according to the present invention is
A first step (S3001) of forming a
A second step (S3002) of implanting oxidation-promoting ions into a predetermined position of the element isolation region on the surface of the single crystal silicon wafer 10 (in the case of this embodiment, the high breakdown voltage element isolation region);
A third step (S3003) for subjecting the single
It comprises.
With this configuration, it is possible to form the
また、本発明に係る半導体装置の製造方法の第三実施例の第二工程(S3002)は、
単結晶シリコンウェーハ10の素子分離領域のうち所定の位置を除く部分(本実施例の場合、高密度素子分離領域)、および窒化シリコン膜30を覆う形状のイオン注入用フォトレジスト45のパターン(マスク部47)を形成するイオン注入用フォトリソグラフィ工程(S3060)と、
単結晶シリコンウェーハ10の素子分離領域の所定の位置(本実施例の場合、高耐圧素子分離領域)に酸化促進イオンを注入するイオン注入工程(S3070)と、
を具備するものである。
このように構成することにより、素子分離領域の所定の位置にのみ確実に酸化促進イオンを注入することが可能であり、単結晶シリコンウェーハ10の表面にバーズビーク長の異なるフィールド酸化膜65・66を容易かつ確実に形成することが可能である。
The second step (S3002) of the third embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is as follows.
A pattern (mask) of the
An ion implantation step (S3070) for implanting oxidation-promoting ions into a predetermined position of the element isolation region of the single crystal silicon wafer 10 (in this embodiment, a high breakdown voltage element isolation region);
It comprises.
With this configuration, it is possible to reliably implant oxidation promoting ions only at predetermined positions in the element isolation region, and
また、本発明に係る半導体装置の製造方法の第三実施例は、
イオン注入工程(S3070)において単結晶シリコンウェーハ10の表面に対して傾斜した角度で(単結晶シリコンウェーハ10の表面に直交しない角度で)前記酸化促進イオンを注入するものである。
このように構成することにより、イオン注入工程(S3070)において酸化促進イオンは所定の位置、すなわち高耐圧素子分離領域だけでなく、素子領域において高耐圧素子分離領域に隣接する部分(窒化シリコン膜30の端部の下方)にも到達する。その結果、第三工程(S3003)、より厳密にはフィールド酸化膜形成工程(S3090)において素子分離領域に形成されるフィールド酸化膜65のバーズビーク部65a・65aの単結晶シリコンウェーハ10の面方向への成長をさらに促進することが可能である。
The third embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is as follows:
In the ion implantation step (S3070), the oxidation promoting ions are implanted at an angle inclined with respect to the surface of the single crystal silicon wafer 10 (at an angle not orthogonal to the surface of the single crystal silicon wafer 10).
With this configuration, in the ion implantation step (S3070), the oxidation promoting ions are not limited to a predetermined position, that is, not only the high breakdown voltage element isolation region but also a portion adjacent to the high breakdown voltage element isolation region (silicon nitride film 30). (Below the end of the). As a result, in the third step (S3003), more specifically, in the field oxide film forming step (S3090), the bird's
また、本発明に係る半導体装置の製造方法の第三実施例は、
酸化促進イオンに酸素イオンが含まれるものである。
このように構成することにより、イオン注入工程(S3070)において所定の位置、すなわち高耐圧素子分離領域に注入された酸素イオンは、それ自身がフィールド酸化膜65を構成する元素(原料)として用いられ、フィールド酸化膜65の形成の促進に寄与する。
結果として、フィールド酸化膜65のバーズビーク長さL5は、酸素イオンが注入されなかった高密度素子分離領域に形成されるフィールド酸化膜66のバーズビーク長さL6よりも長くなる。
The third embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is as follows:
Oxidation promoting ions contain oxygen ions.
With this configuration, oxygen ions implanted into a predetermined position, that is, the high breakdown voltage element isolation region in the ion implantation step (S3070) are used as elements (raw materials) constituting the
As a result, the bird's beak length L5 of the
また、本発明に係る半導体装置の製造方法の第三実施例は、
酸化促進イオンにボロンイオンが含まれるものである。
このように構成することにより、イオン注入工程(S3070)において所定の位置、すなわち高耐圧素子分離領域に注入されたボロンイオンはフィールド酸化膜65の形成の促進に寄与する。
結果として、フィールド酸化膜65のバーズビーク長さL5は、酸素イオンが注入されなかった高密度素子分離領域に形成されるフィールド酸化膜66のバーズビーク長さL6よりも長くなる。
The third embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is as follows:
Boron ions are included in the oxidation promoting ions.
With this configuration, boron ions implanted in a predetermined position, that is, in the high breakdown voltage element isolation region in the ion implantation step (S3070) contribute to the promotion of the formation of the
As a result, the bird's beak length L5 of the
また、本発明に係る半導体装置の製造方法の第三実施例の第一工程(S3001)は、
シリコン単結晶ウェーハ10の表面にバッファ酸化膜20を形成するバッファ酸化膜形成工程(S3010)と、
バッファ酸化膜20の上に窒化シリコン膜30を形成する窒化シリコン膜形成工程(S3020)と、
窒化シリコン膜30の上に素子領域を覆う形状のフォトレジスト40のパターン(マスク部42)を形成するフォトリソグラフィ工程(S3030)と、
素子分離領域に対応する部分の窒化シリコン膜30を除去するエッチング工程(S3040)と、
単結晶シリコンウェーハ10からフォトレジスト40(マスク部42)を除去するフォトレジスト除去工程(S3050)と、
を具備するものである。
このように構成することにより、本発明に係る半導体装置の製造方法の第三実施例は、作業工程の流れとしては図46および図47に示す従来R−LOCOS法の途中(フォトレジスト除去工程(S30500)とフィールド酸化膜形成工程(S30600)との間)に第二工程(S3002)を挟んだものとなる。
従って、既存の半導体製造設備を利用して容易にバーズビーク長さの異なるフィールド酸化膜65・66を形成することが可能である。換言すれば、製造現場への導入コストの削減に寄与する。
The first step (S3001) of the third embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is as follows.
A buffer oxide film forming step (S3010) for forming a
Forming a
A photolithography step (S3030) for forming a pattern (mask portion 42) of a
An etching step (S3040) for removing a portion of the
A photoresist removal step (S3050) for removing the photoresist 40 (mask portion 42) from the single
It comprises.
With this configuration, the third embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention has a working process flow in the middle of the conventional R-LOCOS method shown in FIGS. (Between S30500) and the field oxide film forming step (S30600)) with the second step (S3002) sandwiched therebetween.
Therefore, it is possible to easily form
さらに、本発明に係る半導体装置の製造方法の第三実施例は、
エッチング工程(S3040)において、素子分離領域に対応する部分の窒化シリコン膜30およびその下の所定の深さのシリコン単結晶ウェーハ10を除去するものである。
このように構成することにより、単結晶シリコンウェーハ10の内部に深く埋め込まれた形状のフィールド酸化膜65についてもバーズビーク部65a・65aのシリコン単結晶ウェーハ10の面方向の成長を促進させることが可能である。
Furthermore, the third embodiment of the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is
In the etching step (S3040), a portion of the
With this configuration, it is possible to promote the growth of the bird's
また、本発明に係る半導体装置の製造方法の第一実施例、第二実施例および第三実施例により製造される半導体装置は、いずれも、
シリコン単結晶ウェーハ10の表面の素子領域の上に窒化シリコン膜30を形成する第一工程(S1001、S2001、S3001)と、
シリコン単結晶ウェーハ10の表面の素子分離領域の所定の位置に酸化促進イオンを注入する第二工程(S1002、S2002、S3002)と、
シリコン単結晶ウェーハ10に熱酸化処理を施し、シリコン単結晶ウェーハ10の表面の素子分離領域にフィールド酸化膜61・62、フィールド酸化膜63・64、フィールド酸化膜65・66をそれぞれ形成する第三工程(S1003、S2003、S3003)と、
を経て製造されるものである。
このように構成することにより、一回の熱酸化処理で同一の単結晶シリコンウェーハ10の表面にバーズビーク長の異なるフィールド酸化膜61・62、フィールド酸化膜63・64、フィールド酸化膜65・66を形成することが可能であり、生産性に優れるとともに生産に要するエネルギーの削減が可能である。
In addition, the semiconductor device manufactured by the first embodiment, the second embodiment, and the third embodiment of the semiconductor device manufacturing method according to the present invention,
A first step (S1001, S2001, S3001) of forming a
A second step (S1002, S2002, S3002) of implanting oxidation promoting ions into a predetermined position of the element isolation region on the surface of the silicon
Third oxidation is performed on the silicon
It is manufactured through.
With this configuration,
10 単結晶シリコンウェーハ(シリコン基板)
20 バッファ酸化膜
30 窒化シリコン膜(酸化防止膜)
61 フィールド酸化膜
62 フィールド酸化膜
10 Single crystal silicon wafer (silicon substrate)
20
61
Claims (9)
前記シリコン基板の表面の素子分離領域の所定の位置に酸化促進イオンを注入する第二工程と、
前記シリコン基板に熱酸化処理を施し、前記シリコン基板の表面の素子分離領域にフィールド酸化膜を形成する第三工程と、
を具備する半導体装置の製造方法。 A first step of forming an antioxidant film on the element region of the surface of the silicon substrate;
A second step of implanting oxidation promoting ions at a predetermined position of the element isolation region on the surface of the silicon substrate;
A third step of performing a thermal oxidation process on the silicon substrate and forming a field oxide film in an element isolation region on the surface of the silicon substrate;
A method for manufacturing a semiconductor device comprising:
前記素子分離領域のうち前記所定の位置を除く部分、および前記酸化防止膜を覆う形状のイオン注入用フォトレジストのパターンを形成するイオン注入用フォトリソグラフィ工程と、
前記素子分離領域の所定の位置に酸化促進イオンを注入するイオン注入工程と、
を具備する請求項1に半導体装置の製造方法。 The second step includes
A photolithography process for ion implantation for forming a pattern of a photoresist for ion implantation having a shape covering the portion of the element isolation region excluding the predetermined position and the antioxidant film;
An ion implantation step of implanting oxidation promoting ions at a predetermined position of the element isolation region;
A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
前記シリコン基板の表面に対して傾斜した角度で前記酸化促進イオンを注入する請求項1または請求項2に記載の半導体装置の製造方法。 In the second step,
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the oxidation promoting ions are implanted at an angle inclined with respect to a surface of the silicon substrate.
前記シリコン基板の表面にバッファ酸化膜を形成するバッファ酸化膜形成工程と、
前記バッファ酸化膜の上に前記酸化防止膜を形成する酸化防止膜形成工程と、
前記酸化防止膜の上に素子領域を覆う形状のフォトレジストのパターンを形成するフォトリソグラフィ工程と、
前記素子分離領域に対応する部分の酸化防止膜を除去するエッチング工程と、
前記シリコン基板から前記フォトレジストを除去するフォトレジスト除去工程と、
を具備する請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。 The first step includes
A buffer oxide film forming step of forming a buffer oxide film on the surface of the silicon substrate;
An antioxidant film forming step of forming the antioxidant film on the buffer oxide film;
A photolithography step of forming a photoresist pattern in a shape covering the element region on the antioxidant film;
An etching step of removing a portion of the antioxidant film corresponding to the element isolation region;
A photoresist removal step of removing the photoresist from the silicon substrate;
The manufacturing method of the semiconductor device as described in any one of Claim 1-5 which comprises these.
前記シリコン基板の表面にバッファ酸化膜を形成するバッファ酸化膜形成工程と、
前記バッファ酸化膜の上にポリバッファシリコン膜を形成するポリバッファシリコン膜形成工程と、
前記ポリバッファシリコン膜の上に前記酸化防止膜を形成する酸化防止膜形成工程と、
前記酸化防止膜の上に素子領域を覆う形状のフォトレジストのパターンを形成するフォトリソグラフィ工程と、
前記素子分離領域に対応する部分の酸化防止膜を除去するエッチング工程と、
前記シリコン基板から前記フォトレジストを除去するフォトレジスト除去工程と、
を具備する請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。 The first step includes
A buffer oxide film forming step of forming a buffer oxide film on the surface of the silicon substrate;
A polybuffer silicon film forming step of forming a polybuffer silicon film on the buffer oxide film;
An antioxidant film forming step of forming the antioxidant film on the polybuffer silicon film;
A photolithography step of forming a photoresist pattern in a shape covering the element region on the antioxidant film;
An etching step of removing a portion of the antioxidant film corresponding to the element isolation region;
A photoresist removal step of removing the photoresist from the silicon substrate;
The manufacturing method of the semiconductor device as described in any one of Claim 1-5 which comprises these.
前記シリコン基板の表面の素子分離領域の所定の位置に酸化促進イオンを注入する第二工程と、
前記シリコン基板に熱酸化処理を施し、前記シリコン基板の表面の素子分離領域にフィールド酸化膜を形成する第三工程と、
を経て製造される半導体装置。 A first step of forming an antioxidant film on the element region on the surface of the silicon substrate;
A second step of implanting oxidation promoting ions at a predetermined position of the element isolation region on the surface of the silicon substrate;
Applying a thermal oxidation process to the silicon substrate, and forming a field oxide film in an element isolation region on the surface of the silicon substrate;
A semiconductor device manufactured through the process.
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