JP2589839B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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- H01L21/7621—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using a local oxidation of silicon, e.g. LOCOS, SWAMI, SILO in a region being recessed from the surface, e.g. in a recess, groove, tub or trench region the recessed region having a shape other than rectangular, e.g. rounded or oblique shape
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Description
【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 この発明は、半導体装置の製造方法に関する。さらに
詳しくは、シリコン基板上の素子分離領域の形成方法に
関する。
詳しくは、シリコン基板上の素子分離領域の形成方法に
関する。
（ロ）従来の技術 従来半導体装置の素子分離領域の形成方法は、第４図
（ａ）に示す様にシリコン基板11の上に酸化シリコン層
12と窒化シリコン層13とを順に積層し、第４図（ｂ）に
示すようにこれらの層を所定パターンになるようにエッ
チングしてシリコン面を露出させ、第４図（ｃ）に示す
ようにシリコンの露出面上から不純物を注入してチャネ
ルストッパーのP-層14を形成し、第４図（ｄ）に示すよ
うにSiNをマスクにした選択酸化法（ロコス酸化法）に
よって酸化シリコン層15を形成して行われてきた。
（ａ）に示す様にシリコン基板11の上に酸化シリコン層
12と窒化シリコン層13とを順に積層し、第４図（ｂ）に
示すようにこれらの層を所定パターンになるようにエッ
チングしてシリコン面を露出させ、第４図（ｃ）に示す
ようにシリコンの露出面上から不純物を注入してチャネ
ルストッパーのP-層14を形成し、第４図（ｄ）に示すよ
うにSiNをマスクにした選択酸化法（ロコス酸化法）に
よって酸化シリコン層15を形成して行われてきた。
（ハ）発明が解決しようとする課題 最近、デバイスの微細化が進み、サブミクロンレベル
の素子分離領域を形成する必要性が生じた。しかし、微
細な素子分離領域においては、短チャネル効果により素
子間におけるパンチスルー耐圧が劣化するという問題が
生じた。
の素子分離領域を形成する必要性が生じた。しかし、微
細な素子分離領域においては、短チャネル効果により素
子間におけるパンチスルー耐圧が劣化するという問題が
生じた。
一方、高耐圧デバイスにおいては、フィールド反転電
圧、接合耐圧等の値を上げる事が要求されている。接合
耐圧を上げるにはチャネルストッパーの注入量を下げる
必要があるが、逆にフィールド反転電圧が低下するとい
う問題点が生じる。従来は、これを補うためにロコス法
によって形成される酸化層を厚くして対応してきたが、
バーズビークシフト（鳥の口ばし状の不要な酸化膜領
域）量が大きくなり、素子の縮少化が困難になった。ま
た、バーズビークシフトを抑制しようとすると、第５図
に示すように酸化シリコン素子分離領域15は窒化シリコ
ン層13によってストレス16を受け、窒化シリコン層13の
除去後においても急峻な段差17を生じる。
圧、接合耐圧等の値を上げる事が要求されている。接合
耐圧を上げるにはチャネルストッパーの注入量を下げる
必要があるが、逆にフィールド反転電圧が低下するとい
う問題点が生じる。従来は、これを補うためにロコス法
によって形成される酸化層を厚くして対応してきたが、
バーズビークシフト（鳥の口ばし状の不要な酸化膜領
域）量が大きくなり、素子の縮少化が困難になった。ま
た、バーズビークシフトを抑制しようとすると、第５図
に示すように酸化シリコン素子分離領域15は窒化シリコ
ン層13によってストレス16を受け、窒化シリコン層13の
除去後においても急峻な段差17を生じる。
この発明は、上記問題を解決するためになされたもの
であって、バーズビークシフトが小さく、窒化シリコン
層から受けるストレスが小さく、微細でかつ高耐圧性の
素子分離領域からなる半導体装置の製造方法を提供しよ
うとするものである。
であって、バーズビークシフトが小さく、窒化シリコン
層から受けるストレスが小さく、微細でかつ高耐圧性の
素子分離領域からなる半導体装置の製造方法を提供しよ
うとするものである。
（ニ）課題を解決するための手段 この発明によれば、シリコン基板上に、酸化シリコン
層を介在してテーパー状の側壁部を有する所定パターン
の窒化シリコン層を形成し、この窒化シリコン層をマス
クとして等方性エッチングによってシリコン基板をエッ
チングすることにより上記窒化シリコン層側壁部下方に
達する溝を形成し、該溝の表面から不純物を注入した
後、ロコス法によって該溝の表層を酸化して酸化シリコ
ン素子分離領域を形成し、この後に上記窒化シリコン層
を除去して素子分離領域で分離された素子形成領域を得
ることを特徴とする半導体装置の製造方法が提供され
る。
層を介在してテーパー状の側壁部を有する所定パターン
の窒化シリコン層を形成し、この窒化シリコン層をマス
クとして等方性エッチングによってシリコン基板をエッ
チングすることにより上記窒化シリコン層側壁部下方に
達する溝を形成し、該溝の表面から不純物を注入した
後、ロコス法によって該溝の表層を酸化して酸化シリコ
ン素子分離領域を形成し、この後に上記窒化シリコン層
を除去して素子分離領域で分離された素子形成領域を得
ることを特徴とする半導体装置の製造方法が提供され
る。
この発明においては、シリコン基板上に、酸化シリコ
ン層を介在してテーパー状の側壁部を有する所定パター
ンの窒化シリコン層を形成する。
ン層を介在してテーパー状の側壁部を有する所定パター
ンの窒化シリコン層を形成する。
この窒化シリコン層は、シリコン基板に溝を形成する
ためのエッチングマスクであって、例えば次のようにし
て形成することができる。
ためのエッチングマスクであって、例えば次のようにし
て形成することができる。
まずシリコン基板の表面に、通常10〜30nmの膜厚の酸
化シリコン層を熱酸化法によって形成する。次にこの上
に、通常15〜250nmの膜厚の窒化シリコン層をCVD法によ
って形成する。更にこの上に、予めテーパー状の側壁部
形成用窒化シリコンのエッチングに対してマスクの作用
をする、通常100〜300nmの膜厚のガラス層をCVD法によ
って形成する。この後に、上記ガラス層、窒化シリコン
層及び酸化シリコン層をホトリソグラフィ法によって順
にエッチングして所定パターンにする。次に、エッチン
グによって露出したシリコン基板上に再び、通常10〜30
nmの膜厚の酸化シリコン層を介在して、通常150〜250nm
の膜厚の窒化シリコン層を形成し、異方性エッチングに
よってテーパー状の側壁部を形成し、この後に上記ガラ
ス層を除去する。
化シリコン層を熱酸化法によって形成する。次にこの上
に、通常15〜250nmの膜厚の窒化シリコン層をCVD法によ
って形成する。更にこの上に、予めテーパー状の側壁部
形成用窒化シリコンのエッチングに対してマスクの作用
をする、通常100〜300nmの膜厚のガラス層をCVD法によ
って形成する。この後に、上記ガラス層、窒化シリコン
層及び酸化シリコン層をホトリソグラフィ法によって順
にエッチングして所定パターンにする。次に、エッチン
グによって露出したシリコン基板上に再び、通常10〜30
nmの膜厚の酸化シリコン層を介在して、通常150〜250nm
の膜厚の窒化シリコン層を形成し、異方性エッチングに
よってテーパー状の側壁部を形成し、この後に上記ガラ
ス層を除去する。
この発明においては、この窒化シリコン層をマスクと
して等方性エッチングによってシリコン基板をエッチン
グすることにより上記窒化シリコン層側壁部下方に達す
る溝を形成する。
して等方性エッチングによってシリコン基板をエッチン
グすることにより上記窒化シリコン層側壁部下方に達す
る溝を形成する。
この溝は、素子分離領域用酸化シリコンを埋設するた
めのものであって、シリコン基板表面に通常幅700〜140
0Å、深さ1000〜2000Åの横断面からなる外形を有しテ
ーパー状側壁部下方に達するように形成される。また、
この溝は、テーパー状側壁部の下方に達した部分の深さ
がテーパー状側壁部端部から内側に向かうに伴って浅く
なるように形成される。この溝の形成は、上記窒化シリ
コン層をマスクとする等方性エッチングによって行うこ
とができる。
めのものであって、シリコン基板表面に通常幅700〜140
0Å、深さ1000〜2000Åの横断面からなる外形を有しテ
ーパー状側壁部下方に達するように形成される。また、
この溝は、テーパー状側壁部の下方に達した部分の深さ
がテーパー状側壁部端部から内側に向かうに伴って浅く
なるように形成される。この溝の形成は、上記窒化シリ
コン層をマスクとする等方性エッチングによって行うこ
とができる。
この発明においては、該溝の表面から不純物を注入し
た後、ロコス法によって該溝の表層を酸化して酸化シリ
コン素子分離領域を形成する。
た後、ロコス法によって該溝の表層を酸化して酸化シリ
コン素子分離領域を形成する。
この不純物は、チャネルストッパーを形成するための
ものであって、例えばB+等を用いることができる。この
注入量は、通常３×1013〜６×1013/cm2が適している。
この素子分離領域は、例えば第１図（ｄ）６及び（ｅ）
に示すようにテーパー状側壁部の下方で深さが漸次浅く
なる溝の表面を酸化して形成するため、上凸の形状にな
らず、20〜30゜のテーパー角をもつ平滑な形状が得られ
る。それ故、バーズビークシフトを抑制しても窒化シリ
コン層との界面側の段差を急峻にすることがなく窒化シ
リコン層の曲がり方がゆるやかになって窒化シリコン層
から受けるストレスを小さくすることができる。
ものであって、例えばB+等を用いることができる。この
注入量は、通常３×1013〜６×1013/cm2が適している。
この素子分離領域は、例えば第１図（ｄ）６及び（ｅ）
に示すようにテーパー状側壁部の下方で深さが漸次浅く
なる溝の表面を酸化して形成するため、上凸の形状にな
らず、20〜30゜のテーパー角をもつ平滑な形状が得られ
る。それ故、バーズビークシフトを抑制しても窒化シリ
コン層との界面側の段差を急峻にすることがなく窒化シ
リコン層の曲がり方がゆるやかになって窒化シリコン層
から受けるストレスを小さくすることができる。
この発明においては、この後に上記窒化シリコン層を
除去して素子分離領域で分離された素子形成領域を得る
ことができ、その素子形成領域に素子を形成して半導体
装置を作製することができる。
除去して素子分離領域で分離された素子形成領域を得る
ことができ、その素子形成領域に素子を形成して半導体
装置を作製することができる。
（ホ）作用 等方性エッチングによって形成された溝が、この溝の
表面酸化によって形成される酸化シリコン素子分離領域
をシリコン基板面に対して緩やかな段差で配置させかつ
バーズビークシフトを抑制する。この緩やかな段差は、
酸化シリコン素子分離領域の端部に加わる窒化シリコン
層によるストレスを緩和し接合層のリーク電流を減少さ
せる。また側壁部もさらに上記ストレスを緩和させるよ
う作用する。
表面酸化によって形成される酸化シリコン素子分離領域
をシリコン基板面に対して緩やかな段差で配置させかつ
バーズビークシフトを抑制する。この緩やかな段差は、
酸化シリコン素子分離領域の端部に加わる窒化シリコン
層によるストレスを緩和し接合層のリーク電流を減少さ
せる。また側壁部もさらに上記ストレスを緩和させるよ
う作用する。
（ヘ）実施例 以下に、この発明の実施例を図面を用いて説明する。
まず、第１図（ａ）に示すようにシリコン基板１の上
に熱酸化法によって酸化シリコン層２（10nm）を形成
し、この上にCVD法によって窒化シリコン層３（160nm）
を形成し、更にこの上にCVD法によって非ドーピングシ
リケートガラス（NSG）層４（100nm）を積層する。
に熱酸化法によって酸化シリコン層２（10nm）を形成
し、この上にCVD法によって窒化シリコン層３（160nm）
を形成し、更にこの上にCVD法によって非ドーピングシ
リケートガラス（NSG）層４（100nm）を積層する。
次に、第１図（ｂ）に示すようにホトリソグラフィ法
によって上記NSG層４、窒化シリコン層３及び薄い酸化
シリコン層２を所定パターンになるようにエッチングし
て、酸化シリコン層2a、窒化シリコン層3a及びNSG層4a
を形成する。
によって上記NSG層４、窒化シリコン層３及び薄い酸化
シリコン層２を所定パターンになるようにエッチングし
て、酸化シリコン層2a、窒化シリコン層3a及びNSG層4a
を形成する。
次に、第１図（ｃ）に示すように上記エッチングによ
って露出したシリコン基板１上に熱酸化法によって再び
酸化シリコン層2b（10nm）を形成し、この上にCVD法に
よってシリコン窒化膜（200nm）を積層し、リアクティ
ブイオンエッチング（RIE）法によってエッチングして
テーパー状の側壁部５を形成する。
って露出したシリコン基板１上に熱酸化法によって再び
酸化シリコン層2b（10nm）を形成し、この上にCVD法に
よってシリコン窒化膜（200nm）を積層し、リアクティ
ブイオンエッチング（RIE）法によってエッチングして
テーパー状の側壁部５を形成する。
次に、第１図（ｄ）に示すように上記エッチングによ
って露出したシリコン基板１をプラズマエッチャーを用
いて等方性エッチングを行い、オフセット付の溝６を形
成する。ただしこの溝は、幅1050Å、深さ1500Åであ
る。次にこの溝６の表面からシリコン基板内へボロンイ
オンを注入し、この後ロコス法によって酸化処理を行い
酸化シリコン素子分離領域７を形成する。
って露出したシリコン基板１をプラズマエッチャーを用
いて等方性エッチングを行い、オフセット付の溝６を形
成する。ただしこの溝は、幅1050Å、深さ1500Åであ
る。次にこの溝６の表面からシリコン基板内へボロンイ
オンを注入し、この後ロコス法によって酸化処理を行い
酸化シリコン素子分離領域７を形成する。
次に、第１図（ｅ）に示すようにNSG層４を除去し、
更にこのシリコン基板をリン酸水溶液中で煮沸すること
によって窒化シリコン層及びそのテーパー状側壁部５を
除去し、この後、通常の工程によって半導体装置（CMOS
デバイス）を作製する。
更にこのシリコン基板をリン酸水溶液中で煮沸すること
によって窒化シリコン層及びそのテーパー状側壁部５を
除去し、この後、通常の工程によって半導体装置（CMOS
デバイス）を作製する。
次に得られた半導体装置の特性について説明する。ま
ず素子分離領域用酸化シリコン層の形状は傾斜付の溝を
形成するため、上に凸の形状にならず20〜30゜のテーパ
ー角をもつ平滑な形状が得られた。次にn+接合層のＩ−
Ｖ特性は第２図に示すように、接合耐圧が従来法にくら
べて高くなる傾向が見られる。溝の深さの増加と共に耐
圧は向上し、約1500Åの深さで４〜5Vの耐圧向上が見ら
れた。またリーク電流は従来のロコス法による酸化層に
比べ電圧依存性が小さくなっている。5V付近では、同等
のリーク電流が得られているが、10V附近になると従来
の約３分の１の値が得られた。オフセット付の溝を形成
した後にロコス法による酸化層の形成を行っているため
に、形状が上に凸にならず、SiN膜の曲がり方もゆるや
かになっている。それ故、酸化後におけるロコス法によ
る酸化層の端部に加わっているストレスが小さくなって
ると考えられる。このストレスの低下が接合層のリーク
の減少に大きく寄与していると考えられる。
ず素子分離領域用酸化シリコン層の形状は傾斜付の溝を
形成するため、上に凸の形状にならず20〜30゜のテーパ
ー角をもつ平滑な形状が得られた。次にn+接合層のＩ−
Ｖ特性は第２図に示すように、接合耐圧が従来法にくら
べて高くなる傾向が見られる。溝の深さの増加と共に耐
圧は向上し、約1500Åの深さで４〜5Vの耐圧向上が見ら
れた。またリーク電流は従来のロコス法による酸化層に
比べ電圧依存性が小さくなっている。5V付近では、同等
のリーク電流が得られているが、10V附近になると従来
の約３分の１の値が得られた。オフセット付の溝を形成
した後にロコス法による酸化層の形成を行っているため
に、形状が上に凸にならず、SiN膜の曲がり方もゆるや
かになっている。それ故、酸化後におけるロコス法によ
る酸化層の端部に加わっているストレスが小さくなって
ると考えられる。このストレスの低下が接合層のリーク
の減少に大きく寄与していると考えられる。
さらにメタルゲートのフィルドトランジスター特性の
結果を示す。第３図にパンチスルーの耐圧の素子分離領
域幅依存性を示す。素子分離領域幅が狭くなるとパンチ
スルー耐圧が劣化するが、従来に比べ0.2〜0.3μｍ程度
パンチスルーに対して強くなっており、サブミクロン領
域までの微細素子分離領域の形成が可能になる事を確認
した。
結果を示す。第３図にパンチスルーの耐圧の素子分離領
域幅依存性を示す。素子分離領域幅が狭くなるとパンチ
スルー耐圧が劣化するが、従来に比べ0.2〜0.3μｍ程度
パンチスルーに対して強くなっており、サブミクロン領
域までの微細素子分離領域の形成が可能になる事を確認
した。
（ト）発明の効果 この発明によれば、バーズビークシフトが小さく微細
でかつ高耐圧性の素子分離領域からなる半導体装置の製
造方法を提供することができる。この発明の方法を用い
ることにより、例えばサブミクロンまでの微細素子分離
領域を有する耐圧に優れたCMOSデバイスを作製すること
ができる。
でかつ高耐圧性の素子分離領域からなる半導体装置の製
造方法を提供することができる。この発明の方法を用い
ることにより、例えばサブミクロンまでの微細素子分離
領域を有する耐圧に優れたCMOSデバイスを作製すること
ができる。
第１図は、この発明の実施例で作製した半導体装置の製
造工程説明図、第２図〜第３図は、同じく得られた半導
体装置の耐圧性を示す図、第４図〜第５図は、従来の半
導体装置の製造工程説明図である。 １……シリコン基板、 2,2a,2b……酸化シリコン層、 3,3a……窒化シリコン層、 4,4a……NSG層、 ５……テーパー状の側壁部、 ６……溝、７……酸化シリコン素子分離領域。
造工程説明図、第２図〜第３図は、同じく得られた半導
体装置の耐圧性を示す図、第４図〜第５図は、従来の半
導体装置の製造工程説明図である。 １……シリコン基板、 2,2a,2b……酸化シリコン層、 3,3a……窒化シリコン層、 4,4a……NSG層、 ５……テーパー状の側壁部、 ６……溝、７……酸化シリコン素子分離領域。
フロントページの続き (72)発明者 崎山 恵三 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭51−148363（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】シリコン基板上に、酸化シリコン層を介在
してテーパー状の側壁部を有する所定パターンの窒化シ
リコン層を形成し、この窒化シリコン層をマスクとして
等方性エッチングによってシリコン基板をエッチングす
ることにより上記窒化シリコン層側壁部下方に達する溝
を形成し、該溝の表面から不純物を注入した後、ロコス
法によって該溝の表層を酸化して酸化シリコン素子分離
領域を形成し、この後に上記窒化シリコン層を除去して
素子分離領域で分離された素子形成領域を得ることを特
徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| JP2024968A JP2589839B2 (ja) | 1990-02-02 | 1990-02-02 | 半導体装置の製造方法 |
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|---|---|
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| JP2589839B2 true JP2589839B2 (ja) | 1997-03-12 |
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ID=12152771
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-
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- 1990-02-02 JP JP2024968A patent/JP2589839B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1991
- 1991-01-28 US US07/646,203 patent/US5139964A/en not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
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| JPH03229419A (ja) | 1991-10-11 |
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