JP2812811B2 - 半導体装置のフィールド酸化膜形成方法 - Google Patents

半導体装置のフィールド酸化膜形成方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の素子分離
方法に係り、特にＬＯＣＯＳ方式の側方向拡張が防止で
き、ステップカバーリッジ（step coverage ）を改善し
うるフィールド酸化膜形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の高集積化の趨勢につれ、最
新微細化技術の一つである素子分離技術の研究開発が活
発になされている。すなわち、半導体装置のチップパタ
ーン全体を比例縮小していく過程においては、チップの
多くの部分を占めている素子分離領域の比例縮小が不可
避である。素子分離技術として従来は一般的に選択酸化
法（LOCOS;LOCal Oxidation ofSilicon）を使ってき
た。
【０００３】このような従来のＬＯＣＯＳ方法のフィー
ルド酸化膜形成工程を図１（Ａ）から図１（Ｄ）を参照
して説明すれば、図１（Ａ）でシリコン基板１上にパッ
ド酸化膜２を形成し、その上に非酸化性シリコン窒化膜
３を形成する。次に、図１（Ｂ）のようにフォトレジス
ト４を窒化膜３の上に塗布し、シリコン基板１の導電型
と同一の導電型の不純物をイオン注入してチャネルスト
ッパ領域７を形成する。次に、図１（Ｃ）のようにフォ
トレジスト４を除去した後、酸化工程を通じてフィール
ド酸化膜５を形成し素子分離領域とする。次いで窒化膜
３およびパッド酸化膜２を除去することによって、図１
（Ｄ）に図示したような素子形成領域が形成される。こ
の方法の特徴は自己整合的に素子分離領域にチャネルス
トップ層を形成するために不純物をドープすることで、
通常１μｍデザインルールを有する半導体装置の量産技
術として使われている。
【０００４】しかし、この方法の一番大きな問題点は選
択酸化の時バーズビーク（bird'sbeak）というフィール
ド酸化層領域が分離領域から素子形成領域に拡張され分
離領域の寸法を拡大させることである。このバーズビー
ク領域の低減はフィールド酸化層を薄膜化することによ
り可能になるが、その薄膜化にも限界があるのでサブミ
クロン領域での微細化に支障を招く。したがって、最近
ではバーズビーク領域のない素子分離に関する研究が活
発に進行しつつある。そのアプローチの流れの一つが選
択酸化膜の改良であり、代表的なものとしてはＳＷＡＭ
Ｉ（Side WAll Masked Isolation）およびＳＥＰＯＸ
（SElectivePolysilicon OXidation ）が挙げられる。
もう一つのアプローチは溝を形成し絶縁物を埋め込める
方法であり、代表的なものとしてはＢＯＸ（Buried OXi
deIsolation ）が挙げられる。
【０００５】図２（Ａ）ないし図２（Ｄ）はＳＷＡＭＩ
方法で製作したフィールド酸化膜形成方法を示した工程
順序図である。図２（Ａ）を参照すれば、シリコン基板
１０の上に第１パッド酸化膜１１およびＳｉ3 Ｎ4 の第
１窒化膜１２を形成した後、第１窒化膜１２および第１
パッド酸化膜１１を選択的にエッチングし、引き続き露
出されたシリコン基板１０を所定の深さで蝕刻する。次
に、シリコン基板１０の導電型と同一の導電型の不純物
を、残された窒化膜１２をマスクとして用いて露出され
たシリコン基板１０にイオン注入してチャネルストップ
領域１３を形成する。引き続き、図２（Ｂ）に示された
ように露出されたシリコン基板１０上に薄膜の第２パッ
ド酸化膜１４を成長し、結果物の全表面に第２窒化膜１
５を沈積した後、酸化膜１６を厚く沈積する。次に第１
窒化膜１２が露出されるように酸化膜１６および第２窒
化膜１５を異方性エッチングして図２（Ｃ）に示したよ
うにスぺーサ１７を形成する。引き続き、図２（Ｄ）に
示されたようにフィールド領域を酸化させて厚いフィー
ルド酸化膜１８を形成する。
【０００６】しかし、上述したＳＷＡＭＩ方法はフィー
ルド酸化膜１８のバーズビークの生成を防止するための
スぺーサ１７の製造工程が複雑でシリコン基板を蝕刻す
るので、蝕刻によりシリコン基板内の欠陥が生じるおそ
れもあり、スぺーサの形成前にチャネルストップ領域形
成のための不純物をドープするのでチャネルストップ領
域のエッジ部分が素子形成領域に拡張され素子の降伏電
圧を低下させる短所があった。したがって、チャネルス
トップの不純物濃度を高濃度にすることができなかっ
た。
【０００７】図３（Ａ）ないし図３（Ｅ）は従来のＳＥ
ＰＯＸ方法で製作したフィールド酸化膜形成方法を示し
た工程順序図である。図３（Ａ）を参照すれば、シリコ
ン半導体基板２０上に熱酸化膜形成工程でパッド酸化膜
２１を成長させ、このパッド酸化膜２１の上にポリシリ
コン膜２２および窒化膜２３を順次に形成する。次いで
図３（Ｂ）を参照すれば、フォトレジスト膜２４をマス
クとして用いて反応性イオンエッチング（Reactive Ion
Etching）方法により窒化膜２３を蝕刻してパターンを
形成した後、ポリシリコン膜２２を通じて基板と同一の
導電型の不純物をイオン注入する。次に、図３（Ｃ）を
参照すれば、フォトレジスト２４を除去し露出されたポ
リシリコン膜２２を熱酸化させてフィールド酸化膜２６
を形成させる。図３（Ｄ）を参照すれば、窒化膜２３を
除去した後酸化されていないポリシリコン膜２２を反応
性イオンエッチング（Reactive Ion Etching）方法で蝕
刻する。図３（Ｅ）を参照すれば、図３（Ｄ）工程でフ
ィールドの端部分に残されているポリシリコンを酸化す
ることによって、フィールド膜の端部分を平滑化する。
【０００８】しかし、上述したＳＥＰＯＸ方法はシリコ
ン基板状にポリシリコン膜を形成し、このポリシリコン
膜を熱酸化させてフィールド酸化膜を形成するので、ス
テップカバーリッジが低下される短所を有しており、チ
ャネルストップ層が素子形成領域とセルフアラインされ
るように形成されるので、ＳＷＡＭＩ方法と同様、素子
の降伏電圧を低下させる短所があって、チャネルストッ
プ層の不純物濃度を高濃度にすることができなかった。
これにより、パンチスルー（punch through ）などの問
題が指摘されている。また、前述のようにフィールド酸
化膜２６の形成後、窒化膜２３を除去したのち酸化され
ていないポリシリコン膜２２を反応性イオンエッチング
方法で蝕刻すると、図３（Ｄ）に示すようにフィールド
の端部分でフィールド酸化膜２６の下にポリシリコンが
残存する。このため、図３（Ｅ）に示すように第２次の
熱酸化工程が必要となるので工程が複雑化する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前述
した問題点を解決するためのものであって、高集積半導
体装置の製造工程時フィールド酸化膜のエッジ部分での
ストレスを著しく減少させるだけではなく、バーズビー
クの浸透を減少させてアクティブ領域の縮小を防止しう
る半導体装置のフィールド酸化膜形成方法を提供するこ
とである。本発明の他の目的は、ステップカバーリッジ
を改善させうる半導体装置のフィールド酸化膜形成方法
を提供することである。また、本発明のもう１つの目的
は、チャネルストップ層の不純物濃度を高濃度にさせう
る半導体装置のフィールド酸化膜形成方法を提供するこ
とである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために、本発明の請求項１記載の半導体装置のフィール
ド酸化膜形成方法は、半導体基板上にパッド酸化膜を熱
的成長させこのパッド酸化膜の上にポリシリコン膜およ
び窒化膜を順次に沈積させる工程と、前記沈積工程以
後、素子形成領域とフィールド領域を限定するためにフ
ィールド領域の窒化膜を除去する工程と、前記フィール
ド領域の窒化膜除去以後、残された窒化膜の側壁にポリ
シリコンのスぺーサを形成する工程と、前記スぺーサ形
成工程以後、前記スぺーサをマスクとして用いてフィー
ルド領域に不純物をドープする工程と、前記不純物ドー
プ工程以後、前記フィールド領域内に露出された部分を
熱酸化させてフィールド酸化膜を成長させる工程と、前
記フィールド酸化膜成長工程以後、結果物の全表面に絶
縁膜を沈積させる工程と、前記絶縁膜沈積工程以後、前
記絶縁膜の異方性触刻を進めて前記フィールド酸化膜の
上部を平坦化させるエッチバック工程と、前記エッチバ
ック工程以後、前記残された窒化膜およびポリシリコン
膜を除去し結果物の全表面に異方性蝕刻を進めて前記フ
ィールド酸化膜の段差を減少させる工程とを具備してな
ることを特徴とする。
【００１１】
【作用】本発明の半導体装置のフィールド酸化膜形成方
法は、パッド酸化膜上にポリシリコン膜を形成し、この
ポリシリコン膜を熱酸化させることによりフィールド酸
化膜を形成する。したがって、シリコン基板を直接熱酸
化させる方式に比べ、ポリシリコン層を熱酸化させるこ
とによってバーズビークの生成をより効率的に抑えられ
る。
【００１２】
【実施例】以下、本発明を添付した図面を参照して詳細
に説明する。図４（Ａ）〜（Ｅ）および図５（Ｆ）〜
（Ｉ）は本発明によるフィールド酸化膜形成方法の第１
実施例を示す工程順序図である。
【００１３】図４（Ａ）はパッド酸化膜３１、ポリシリ
コン膜３２および窒化膜３３の形成工程を図示したもの
で、シリコン基板３０上に通常の熱的酸化膜形成工程で
８０Å〜１０００Å程度のパッド酸化膜を成長させ、こ
のパッド酸化膜３１上にポリシリコン膜３２と１０００
Å〜４０００Å程度の窒化膜３３を通常のＣＶＤ方法で
形成する。図４（Ｂ）は開口部の形成工程を図示したも
ので、素子間の分離のための領域を限定するために写真
蝕刻方法により窒化膜３３を選択的にエッチングしてア
クティブ領域上の窒化膜を残す。図４（Ｃ）はスぺーサ
３４の形成工程を図示したもので、図４（Ｂ）工程後ポ
リシリコン膜を通常のＣＶＤ方法で全表面に沈積した
後、乾式蝕刻法でポリシリコン膜を異方性蝕刻して、残
された窒化膜３３の側壁にスぺーサ３４を形成する。こ
の際、窒化膜の厚さが１０００Åであれば１０００〜７
００Åの大きさを有するスペーサが形成され、また窒化
膜の厚さが２０００Åであれば２０００〜１７００Åの
大きさを有するスペーサが形成される。すなわち、この
スぺーサ３４の大きさは窒化膜の厚さで調節できる。図
４（Ｄ）はチャネルストップ領域３５の形成工程を図示
したもので、スぺーサ３４をマスクとして用いて基板と
同一の形態の不純物をイオン注入してチャネルストップ
領域３５を形成する。
【００１４】このようにスぺーサ３４を形成させた後、
フィールドイオン注入を実施すれば、フィールド領域の
エッジ部分のドーピング濃度はフィールド領域の中央部
分のドーピング濃度より低くなるので降伏電圧とスレシ
ョルド電圧が高められる。また、高濃度のドーズ（dos
e）でイオン注入しうるのでパンチスルー防止効果が高
められる。
【００１５】図４（Ｅ）はフィールド酸化膜３６の形成
工程を図示したもので、スぺーサ３４の間の露出された
部分３０を酸化させ厚いフィールド酸化膜３６を形成す
る。この際、多結晶シリコンよりなるスぺーサ３４が酸
化される間、フィールド領域のエッジ部分でバーズビー
クがほとんど生じないだけでなく、窒化膜によるエッジ
部分のストレスも大幅に減少される。
【００１６】図５（Ｆ）は絶縁膜３７の形成工程を図示
したもので、図４（Ｅ）工程後全表面に絶縁膜３７を沈
積させる。図５（Ｇ）はエッチバック工程を図示したも
ので、絶縁膜３７を反応性イオンエッチングＲＩＥ方式
で異方性蝕刻を進めてフィールド酸化膜３６の上部まで
平坦に蝕刻する。図５（Ｈ）は図５（Ｇ）工程後に窒化
膜３３およびポリシリコン膜３２を順次に除去した工程
を図示したものである。次に、フィールド酸化膜３６を
エッチバック工程を通じてもう少し蝕刻すれば、図５
（Ｉ）に図示したように極めてよい平坦な素子分離パタ
ーンが得られる。
【００１７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のフィール
ド酸化膜形成方法によれば、スぺーサを窒化膜側壁に形
成させた後、フィールド領域を酸化させるのでフィール
ド領域エッジ部分でバーズビークの大きさを減少させう
るだけではなく、膜質の緻密な窒化膜に比べて多孔性の
ポリシリコンスぺーサによりフィールド酸化膜のエッジ
部分が接するようになるので、フィールド酸化膜のエッ
ジ部分のストレスも著しく減少させることができる。ま
た、スぺーサ形成直後にこのスぺーサをマスクとして用
いてフィールドイオン注入を実施することによって降伏
電圧の低下が防止でき、高濃度のドーズでフィールドイ
オン注入できるので、パンチスルー防止に大幅に寄与で
き、かつスレショルド電圧も高められるという利点があ
る。さらに、パッド酸化膜上にポリシリコン膜を形成
し、このポリシリコン膜を熱酸化させることによりフィ
ールド酸化膜を形成するので、シリコン基板を直接熱酸
化させる方式に比べてバーズビークの生成をより効率的
に抑えられるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）〜（Ｄ）は従来のＬＯＣＯＳ方法を説明
するための工程順序図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｄ）は従来のＳＷＡＭＩ方法を説明
するための工程順序図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｅ）は従来のＳＥＰＯＸ方法を説明
するための工程順序図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｅ）は本発明によるフィールド酸化
膜形成工程の第１実施例を示した工程順序図である。
【図５】（Ｆ）〜（Ｉ）は本発明によるフィールド酸化
膜形成工程の第１実施例を示した工程順序図である。
【符号の説明】
１、１０、２０、３０ シリコン基板 ２、１１、１４、１６、２１、３１ パッド酸化膜 ２２、３２ ポリシリコン膜 ３、１２、１５、２３、３３ 窒化膜 １７、３４ スぺーサ ７、１３、２５、３５ チャネルストップ
領域 ５、１８、２６、３６ フィールド酸化膜 ４、２４ フォトレジスト膜 ３７ 絶縁膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 雀 源澤 大韓民国 ソウル特別市 江東区 遁村 ２洞 30−４ (56)参考文献 特開 昭63−188043（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−147041（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−282839（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−50939（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−10246（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体基板上にパッド酸化膜を熱的成長
    させこのパッド酸化膜の上にポリシリコン膜および窒化
    膜を順次に沈積させる工程と、 前記沈積工程以後、素子形成領域とフィールド領域を限
    定するためにフィールド領域の窒化膜を除去する工程
    と、 前記フィールド領域の窒化膜除去以後、残された窒化膜
    の側壁にポリシリコンのスぺーサを形成する工程と、 前記スぺーサ形成工程以後、前記スぺーサをマスクとし
    て用いてフィールド領域に不純物をドープする工程と、 前記不純物ドープ工程以後、前記フィールド領域内に露
    出された部分を熱酸化させてフィールド酸化膜を成長さ
    せる工程と、 前記フィールド酸化膜成長工程以後、結果物の全表面に
    絶縁膜を沈積させる工程と、 前記絶縁膜沈積工程以後、前記絶縁膜の異方性蝕刻を進
    めて前記フィールド酸化膜の上部を平坦化させるエッチ
    バック工程と、 前記エッチバック工程以後、前記残された窒化膜および
    ポリシリコン膜を除去し結果物の全表面に異方性蝕刻を
    進めて前記フィールド酸化膜の段差を減少させる工程と
    を具備してなることを特徴とする半導体装置のフィール
    ド酸化膜形成方法。
  2. 【請求項２】 前記スぺーサの大きさは前記窒化膜の厚
    さで調節することを特徴とする請求項１に記載の半導体
    装置のフィールド酸化膜形成方法。
  3. 【請求項３】 前記窒化膜の厚さは１０００Å〜４００
    ０Åよりなることを特徴とする請求項２に記載の半導体
    装置のフィールド酸化膜形成方法。
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