JP3025469B2 - 半導体素子のフィールド酸化膜製造方法 - Google Patents
半導体素子のフィールド酸化膜製造方法Info
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
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- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子のフィー
ルド酸化膜製造方法に関し、特にフィールド酸化の初期
段階とその後の段階での温度を異ならせることにより、
従来のフィールド酸化膜形成時に発生するフィールド酸
化膜の未成長（Field Oxide Ungrowth）現象とフィール
ドシンニング（thinning）現象の発生を防止し、ゲート
酸化膜特性を向上させることができる半導体素子のフィ
ールド酸化膜製造方法に関する。
ルド酸化膜製造方法に関し、特にフィールド酸化の初期
段階とその後の段階での温度を異ならせることにより、
従来のフィールド酸化膜形成時に発生するフィールド酸
化膜の未成長（Field Oxide Ungrowth）現象とフィール
ドシンニング（thinning）現象の発生を防止し、ゲート
酸化膜特性を向上させることができる半導体素子のフィ
ールド酸化膜製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の技術に伴う半導体素子のフィール
ド酸化膜製造方法について、添付の図７及び図８を参照
して説明すれば次の通りである。従来のフィールド酸化
膜形成技術のうち、窒化膜スペーサーを形成した後、半
導体基板をリセスしてフィールド酸化膜を形成するフィ
ールド酸化膜製造方法の一例を図７及び図８に示す。
ド酸化膜製造方法について、添付の図７及び図８を参照
して説明すれば次の通りである。従来のフィールド酸化
膜形成技術のうち、窒化膜スペーサーを形成した後、半
導体基板をリセスしてフィールド酸化膜を形成するフィ
ールド酸化膜製造方法の一例を図７及び図８に示す。
【０００３】図７（ａ）は、素子分離マスクを利用して
予定されたフィールド領域の窒化膜１３をエッチングし
た後の状態である。この際、過度エッチング（overetch
ing）を行い半導体基板１１も所定深さ、例えば５０〜
１００オングストローム（Å）深さにリセスされるよう
にする。図７（ｂ）は、図７（ａ）の状態の半導体基板
１１全面に窒化膜１４を蒸着した状態を示す図である。
図７（ｃ）は、図７（ｂ）の状態に対して、マスクを用
いないで、窒化膜の前面を乾式エッチングして窒化膜ス
ペーサー１４ａを形成した状態である。次に、図８
（ａ）に示すように、前記窒化膜スペーサー１４ａの間
に露出した半導体基板１１をリセスして半導体基板１１
に所定深さの溝を形成し、この溝にフィールド酸化膜１
５を形成する。
予定されたフィールド領域の窒化膜１３をエッチングし
た後の状態である。この際、過度エッチング（overetch
ing）を行い半導体基板１１も所定深さ、例えば５０〜
１００オングストローム（Å）深さにリセスされるよう
にする。図７（ｂ）は、図７（ａ）の状態の半導体基板
１１全面に窒化膜１４を蒸着した状態を示す図である。
図７（ｃ）は、図７（ｂ）の状態に対して、マスクを用
いないで、窒化膜の前面を乾式エッチングして窒化膜ス
ペーサー１４ａを形成した状態である。次に、図８
（ａ）に示すように、前記窒化膜スペーサー１４ａの間
に露出した半導体基板１１をリセスして半導体基板１１
に所定深さの溝を形成し、この溝にフィールド酸化膜１
５を形成する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この前記半導体基板１
１をリセスし、溝を形成するシリコンエッチング工程で
シリコン対窒化膜の選択比が無限大ではないため、フィ
ールド領域の半導体基板１１だけでなく活性領域の窒化
膜１３も共に一部エッチングされ、図８（ｂ）に示すよ
うに、前記半導体基板１１の下部溝にシリコン（Ｓｉ）
と窒素が含まれた高分子（Ｐ）が形成される。特に、メ
モリ素子のセル（cell）領域のように活性領域対フィー
ルド領域の面積比率（以下、αという）が比較的小さい
所では前記高分子（Ｐ）の発生が少ないが、フィールド
領域に比べ活性領域の面積が非常に大きい、つまりα値
が大きい周辺回路地域では高分子（Ｐ）の発生が多い。
さらに、上記のリセスシリコンエッチング工程で発生す
る前記高分子（Ｐ）は、外部に放出されたり、峡谷形状
のフィールド領域に残ることになるが、周辺回路地域の
フィールド領域の溝の底には高分子（Ｐ）が相対的に多
く残ることになる。特に、前記図８（ｂ）に示すよう
に、これら高分子（Ｐ）は底の上に載置させられている
のではなくシリコン基板１１に所定厚さに固着されてい
る。従って、従来の各種湿式洗浄工程では除去できな
い。
１をリセスし、溝を形成するシリコンエッチング工程で
シリコン対窒化膜の選択比が無限大ではないため、フィ
ールド領域の半導体基板１１だけでなく活性領域の窒化
膜１３も共に一部エッチングされ、図８（ｂ）に示すよ
うに、前記半導体基板１１の下部溝にシリコン（Ｓｉ）
と窒素が含まれた高分子（Ｐ）が形成される。特に、メ
モリ素子のセル（cell）領域のように活性領域対フィー
ルド領域の面積比率（以下、αという）が比較的小さい
所では前記高分子（Ｐ）の発生が少ないが、フィールド
領域に比べ活性領域の面積が非常に大きい、つまりα値
が大きい周辺回路地域では高分子（Ｐ）の発生が多い。
さらに、上記のリセスシリコンエッチング工程で発生す
る前記高分子（Ｐ）は、外部に放出されたり、峡谷形状
のフィールド領域に残ることになるが、周辺回路地域の
フィールド領域の溝の底には高分子（Ｐ）が相対的に多
く残ることになる。特に、前記図８（ｂ）に示すよう
に、これら高分子（Ｐ）は底の上に載置させられている
のではなくシリコン基板１１に所定厚さに固着されてい
る。従って、従来の各種湿式洗浄工程では除去できな
い。
【０００５】図９は、前記図７及び図８に示す従来の技
術に伴うフィールド酸化膜製造工程でフィールド酸化膜
１５の未成長状態を示す図である。図９に示すように、
従来の構造で高分子（Ｐ）がフィールド領域の溝の底に
残っている状態で、フィールド酸化を１１００℃程度で
行うと、図８（ａ）に示すようなフィールド酸化膜１５
が形成されず、完全に成長しなくなる問題が発生する。
術に伴うフィールド酸化膜製造工程でフィールド酸化膜
１５の未成長状態を示す図である。図９に示すように、
従来の構造で高分子（Ｐ）がフィールド領域の溝の底に
残っている状態で、フィールド酸化を１１００℃程度で
行うと、図８（ａ）に示すようなフィールド酸化膜１５
が形成されず、完全に成長しなくなる問題が発生する。
【０００６】前記のような問題を解決するため提示され
た従来方法の一つは、半導体基板１１のリセスエッチン
グ工程後、マスクなしに乾式窒化膜エッチング工程を再
度行えば高分子（Ｐ）が除去され、この状態で１１００
℃湿式フィールド酸化工程を行えばフィールド酸化膜１
５は正常に成長する。これによって、フィールド酸化膜
の未成長（field oxide ungrowth）現象は解決すること
ができる。しかし、この方法では、バードビーク（Bir
d's beak）が長く発生することになる。即ち、乾式窒化
膜エッチング工程を再度追加する時、高分子（Ｐ）だけ
でなく窒化膜１３と窒化膜スペーサー１４ａの損失も同
時に発生することになるため、フィールド酸化時に、バ
ードビークの浸透を抑制することができなくなる問題が
発生する。加えて、乾式窒化膜エッチング工程を再度行
うことになれば、工程段階も一段階増えることになり製
造コストが高くなる。
た従来方法の一つは、半導体基板１１のリセスエッチン
グ工程後、マスクなしに乾式窒化膜エッチング工程を再
度行えば高分子（Ｐ）が除去され、この状態で１１００
℃湿式フィールド酸化工程を行えばフィールド酸化膜１
５は正常に成長する。これによって、フィールド酸化膜
の未成長（field oxide ungrowth）現象は解決すること
ができる。しかし、この方法では、バードビーク（Bir
d's beak）が長く発生することになる。即ち、乾式窒化
膜エッチング工程を再度追加する時、高分子（Ｐ）だけ
でなく窒化膜１３と窒化膜スペーサー１４ａの損失も同
時に発生することになるため、フィールド酸化時に、バ
ードビークの浸透を抑制することができなくなる問題が
発生する。加えて、乾式窒化膜エッチング工程を再度行
うことになれば、工程段階も一段階増えることになり製
造コストが高くなる。
【０００７】図１０及び図１１は、前記図８（ｂ）の状
態の後、窒化膜を再度乾式エッチングせずに、湿式フィ
ールド酸化を行った場合であり、図１０（ａ）は１１０
０℃で、図１０（ｂ）は１０５０℃で、図１０（ｃ）は
１０００℃で、図１１（ａ）は９５０℃で、図１１
（ｂ）は９００℃でそれぞれ湿式方法でフィールド酸化
を行った場合である。前記結果から見れば、１０５０℃
以上ではフィールド酸化膜１５の未成長現象が発生し、
それ以下の温度ではフィールド酸化膜１５が正常に成長
したことが分かる。前記の結果より分かるのは、前記図
８（ｂ）工程の後、シリコンと窒素を含む高分子（Ｐ）
が残っていたとしても、フィールド酸化を一定温度以下
で行えばフィールド酸化膜が正常に成長するということ
である。即ち、高分子（Ｐ）それ自体は酸化障壁（oxid
ation barrier）役割を果す物質ではなく、一定温度以
上で高分子（Ｐ）が熱的に活性化（thermal activatio
n）し酸化障壁の役割を果し得る新しい第３の物質に変
化するということである。従って、従来技術において、
高分子（Ｐ）が第３の物質に変化して発生するフィール
ド酸化膜の未成長現象を解決するためには、フィールド
酸化温度を１０００℃以下に低下しなければならないこ
とが分る。
態の後、窒化膜を再度乾式エッチングせずに、湿式フィ
ールド酸化を行った場合であり、図１０（ａ）は１１０
０℃で、図１０（ｂ）は１０５０℃で、図１０（ｃ）は
１０００℃で、図１１（ａ）は９５０℃で、図１１
（ｂ）は９００℃でそれぞれ湿式方法でフィールド酸化
を行った場合である。前記結果から見れば、１０５０℃
以上ではフィールド酸化膜１５の未成長現象が発生し、
それ以下の温度ではフィールド酸化膜１５が正常に成長
したことが分かる。前記の結果より分かるのは、前記図
８（ｂ）工程の後、シリコンと窒素を含む高分子（Ｐ）
が残っていたとしても、フィールド酸化を一定温度以下
で行えばフィールド酸化膜が正常に成長するということ
である。即ち、高分子（Ｐ）それ自体は酸化障壁（oxid
ation barrier）役割を果す物質ではなく、一定温度以
上で高分子（Ｐ）が熱的に活性化（thermal activatio
n）し酸化障壁の役割を果し得る新しい第３の物質に変
化するということである。従って、従来技術において、
高分子（Ｐ）が第３の物質に変化して発生するフィール
ド酸化膜の未成長現象を解決するためには、フィールド
酸化温度を１０００℃以下に低下しなければならないこ
とが分る。
【０００８】一方、前記図７、図８、または図９に示す
従来の技術によって形成されたフィールド酸化膜の構造
でフィールド酸化温度に伴うフィールド酸化膜シンニン
グ（field oxide thinning：広いフィールド領域に比べ
狭いフィールド領域でフィールド酸化膜の厚さが薄く成
長する現象）データを図１２に示した。フィールド酸化
膜シンニング現象は、フィールド酸化膜内に積み重なっ
た応力（stress）が主な要因となっていることが知られ
ている。従って、フィールド酸化膜のシンニング現象を
改良させるためにはフィールド酸化膜内の応力を解消
（relief）しなければならず、応力解消作用に係わる最
大の因子はフィールド酸化温度である。前記図１２に示
すように、低温で酸化するほど、フィールド酸化膜のシ
ンニング現象が一層悪化することが分かるが、これは低
温で固体の粘性が増加し応力解消が難しいためである。
特に、酸化膜の幅が０.２０μmの場合を見れば、１１０
０℃に比べ９５０℃場合が約１５％程度フィールド酸化
膜の厚さが減少するのを見ることができる。
従来の技術によって形成されたフィールド酸化膜の構造
でフィールド酸化温度に伴うフィールド酸化膜シンニン
グ（field oxide thinning：広いフィールド領域に比べ
狭いフィールド領域でフィールド酸化膜の厚さが薄く成
長する現象）データを図１２に示した。フィールド酸化
膜シンニング現象は、フィールド酸化膜内に積み重なっ
た応力（stress）が主な要因となっていることが知られ
ている。従って、フィールド酸化膜のシンニング現象を
改良させるためにはフィールド酸化膜内の応力を解消
（relief）しなければならず、応力解消作用に係わる最
大の因子はフィールド酸化温度である。前記図１２に示
すように、低温で酸化するほど、フィールド酸化膜のシ
ンニング現象が一層悪化することが分かるが、これは低
温で固体の粘性が増加し応力解消が難しいためである。
特に、酸化膜の幅が０.２０μmの場合を見れば、１１０
０℃に比べ９５０℃場合が約１５％程度フィールド酸化
膜の厚さが減少するのを見ることができる。
【０００９】すなわち、前記の従来技術ではフィールド
酸化温度を１０００℃以下に低下すると、フィールド酸
化膜の未成長現象を防止することができるが、酸化膜の
幅が狭い所ではフィールド酸化膜が薄く成長するという
問題点が発生する。そして、フィールド酸化膜が薄くな
ると、電気的にパンチスルー問題が深刻に発生する。
酸化温度を１０００℃以下に低下すると、フィールド酸
化膜の未成長現象を防止することができるが、酸化膜の
幅が狭い所ではフィールド酸化膜が薄く成長するという
問題点が発生する。そして、フィールド酸化膜が薄くな
ると、電気的にパンチスルー問題が深刻に発生する。
【００１０】図１３（ａ）、（ｂ）は、図７、図８、及
び図９に示す従来の技術によって、フィールド酸化膜を
形成し、フィールド酸化温度のみ変えて、フィールド酸
化膜を形成した場合の、得られたゲート酸化膜の電気的
特性を観察した実験データである。図１３（ａ）、
（ｂ）において、縦軸は、試験に用いたゲート酸化膜の
うちの、割合を示していて、横軸に示されている破壊電
圧の大きさごとに、割合が示されている。例えば、
（ａ）では、３〜４ＭＶ／ｃｍで破壊された、ゲート酸
化膜が最も多かったことになる。図１３（ａ）から、９
５０℃の温度でフィールド酸化した酸化膜は、ゲート酸
化膜の特性が低いことが分かる。図１３（ｂ）に示すよ
うに、フィールド酸化温度を１１００℃で形成した酸化
膜については、電気的な特性が良好であるのを見ること
が分かる。これは低温でフィールド酸化膜を成長させる
と固体の粘性が大きいため応力の解消が不可能であり、
半導体基板が応力を多く受けるためである。 以上によ
り、フィールド酸化温度が高いほどフィールドシンニン
グ現象及びゲート酸化膜の電気的特性の面で有利である
ことが分る。
び図９に示す従来の技術によって、フィールド酸化膜を
形成し、フィールド酸化温度のみ変えて、フィールド酸
化膜を形成した場合の、得られたゲート酸化膜の電気的
特性を観察した実験データである。図１３（ａ）、
（ｂ）において、縦軸は、試験に用いたゲート酸化膜の
うちの、割合を示していて、横軸に示されている破壊電
圧の大きさごとに、割合が示されている。例えば、
（ａ）では、３〜４ＭＶ／ｃｍで破壊された、ゲート酸
化膜が最も多かったことになる。図１３（ａ）から、９
５０℃の温度でフィールド酸化した酸化膜は、ゲート酸
化膜の特性が低いことが分かる。図１３（ｂ）に示すよ
うに、フィールド酸化温度を１１００℃で形成した酸化
膜については、電気的な特性が良好であるのを見ること
が分かる。これは低温でフィールド酸化膜を成長させる
と固体の粘性が大きいため応力の解消が不可能であり、
半導体基板が応力を多く受けるためである。 以上によ
り、フィールド酸化温度が高いほどフィールドシンニン
グ現象及びゲート酸化膜の電気的特性の面で有利である
ことが分る。
【００１１】従って、本発明は上記の問題点に鑑み、フ
ィールド酸化の初期段階では窒化膜性高分子（Ｐ）が酸
化障壁役割を果す第３の物質に変化しないようフィール
ド酸化を一定温度以下で行い、それ以後、フィールドシ
ンニング現象が生じにくいように、所定温度以上で残り
のフィールド酸化膜を成長させることにより、従来の技
術のように窒化膜エッチング工程を再度行うことがなく
とも、フィールド酸化膜未成長現象を解決し、フィール
ド酸化膜シンニング現象及びゲート酸化膜の電気的な劣
化問題をも同時に解決する半導体素子のフィールド酸化
膜製造方法を提供することにその目的がある。
ィールド酸化の初期段階では窒化膜性高分子（Ｐ）が酸
化障壁役割を果す第３の物質に変化しないようフィール
ド酸化を一定温度以下で行い、それ以後、フィールドシ
ンニング現象が生じにくいように、所定温度以上で残り
のフィールド酸化膜を成長させることにより、従来の技
術のように窒化膜エッチング工程を再度行うことがなく
とも、フィールド酸化膜未成長現象を解決し、フィール
ド酸化膜シンニング現象及びゲート酸化膜の電気的な劣
化問題をも同時に解決する半導体素子のフィールド酸化
膜製造方法を提供することにその目的がある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】以上の課題を解決すべ
く、請求項１に記載の発明は、半導体基板上部にパッド
酸化膜、窒化膜を順次形成する工程と、フィールド領域
の窒化膜とパッド酸化膜をエッチングする工程と、前記
エッチングされた窒化膜とパッド酸化膜の両側壁に窒化
膜スペーサーを形成する工程と、前記フィールド領域の
半導体基板を所定深さにリセスする工程と、１０００℃
以下の低温で前記フィールド領域の露出された前記半導
体基板を酸化させ第１フィールド酸化膜を形成する第１
フィールド酸化工程と、１０５０℃以上の高温で前記第
１フィールド酸化膜が形成されている部分の前記半導体
基板を酸化させ、第２フィールド酸化膜を形成する第２
フィールド酸化工程とから構成されることを特徴とす
る、半導体素子のフィールド酸化膜製造方法である。こ
こで、前記第１フィールド酸化時の温度を９００〜１０
００℃とし、前記第２フィールド酸化時の温度を１０５
０〜１２００℃にすることが、より好ましい。
く、請求項１に記載の発明は、半導体基板上部にパッド
酸化膜、窒化膜を順次形成する工程と、フィールド領域
の窒化膜とパッド酸化膜をエッチングする工程と、前記
エッチングされた窒化膜とパッド酸化膜の両側壁に窒化
膜スペーサーを形成する工程と、前記フィールド領域の
半導体基板を所定深さにリセスする工程と、１０００℃
以下の低温で前記フィールド領域の露出された前記半導
体基板を酸化させ第１フィールド酸化膜を形成する第１
フィールド酸化工程と、１０５０℃以上の高温で前記第
１フィールド酸化膜が形成されている部分の前記半導体
基板を酸化させ、第２フィールド酸化膜を形成する第２
フィールド酸化工程とから構成されることを特徴とす
る、半導体素子のフィールド酸化膜製造方法である。こ
こで、前記第１フィールド酸化時の温度を９００〜１０
００℃とし、前記第２フィールド酸化時の温度を１０５
０〜１２００℃にすることが、より好ましい。
【００１３】請求項２に記載の発明は、請求項１記載の
半導体素子のフィールド酸化膜製造方法において、前記
第１フィールド酸化工程と前記第２フィールド酸化工程
とを一つの酸化レシピー内で行うことを特徴とする。
半導体素子のフィールド酸化膜製造方法において、前記
第１フィールド酸化工程と前記第２フィールド酸化工程
とを一つの酸化レシピー内で行うことを特徴とする。
【００１４】請求項３に記載の発明は、請求項１記載の
半導体素子のフィールド酸化膜製造方法において、前記
第１フィールド酸化工程と前記第２フィールド酸化工程
とを分離された二つのレシピーによって行うことを特徴
とする。
半導体素子のフィールド酸化膜製造方法において、前記
第１フィールド酸化工程と前記第２フィールド酸化工程
とを分離された二つのレシピーによって行うことを特徴
とする。
【００１５】請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の
いずれかに記載の半導体素子のフィールド酸化膜製造方
法において、前記第１フィールド酸化膜と前記第２フィ
ールド酸化膜の厚さの比は１：２であることを特徴とす
る。
いずれかに記載の半導体素子のフィールド酸化膜製造方
法において、前記第１フィールド酸化膜と前記第２フィ
ールド酸化膜の厚さの比は１：２であることを特徴とす
る。
【００１６】請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の
いずれかに記載の半導体素子のフィールド酸化膜製造方
法において、前記第１フィールド酸化工程時の温度を９
００〜１０００℃にすることを特徴とする。
いずれかに記載の半導体素子のフィールド酸化膜製造方
法において、前記第１フィールド酸化工程時の温度を９
００〜１０００℃にすることを特徴とする。
【００１７】請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の
いずれかに記載の半導体素子のフィールド酸化膜製造方
法において、前記第２フィールド酸化工程時の温度を１
０５０〜１２００℃にすることを特徴とする。
いずれかに記載の半導体素子のフィールド酸化膜製造方
法において、前記第２フィールド酸化工程時の温度を１
０５０〜１２００℃にすることを特徴とする。
【００１８】請求項７に記載の発明は、請求項１〜６の
いずれかに記載の半導体素子のフィールド酸化膜製造方
法において、前記第１フィールド酸化工程後、所定温度
でアニールした後、前記第２フィールド酸化工程を行う
ことを特徴とする。
いずれかに記載の半導体素子のフィールド酸化膜製造方
法において、前記第１フィールド酸化工程後、所定温度
でアニールした後、前記第２フィールド酸化工程を行う
ことを特徴とする。
【００１９】請求項８に記載の発明は、請求項７記載の
半導体素子のフィールド酸化膜製造方法において、前記
アニールは１０５０〜１２００℃の温度で、窒素又はア
ルゴン雰囲気で行うことを特徴とする。
半導体素子のフィールド酸化膜製造方法において、前記
アニールは１０５０〜１２００℃の温度で、窒素又はア
ルゴン雰囲気で行うことを特徴とする。
【００２０】請求項９に記載の発明は、請求項７または
８記載の半導体素子のフィールド酸化膜製造方法におい
て、前記アニール時間は２０〜３０分であることを特徴
とする。
８記載の半導体素子のフィールド酸化膜製造方法におい
て、前記アニール時間は２０〜３０分であることを特徴
とする。
【００２１】請求項１０に記載の発明は、請求項１〜９
のいずれかに記載の半導体素子のフィールド酸化膜製造
方法において、前記第２フィールド酸化工程は、酸化雰
囲気下であって、窒素、又はアルゴンを混合して酸化速
度を低減させることを特徴とする。
のいずれかに記載の半導体素子のフィールド酸化膜製造
方法において、前記第２フィールド酸化工程は、酸化雰
囲気下であって、窒素、又はアルゴンを混合して酸化速
度を低減させることを特徴とする。
【００２２】請求項１１に記載の発明は、請求項１〜１
０のいずれかに記載の半導体素子のフィールド酸化膜製
造方法において、前記第２フィールド酸化工程は、乾式
方法で行うことを特徴とする。
０のいずれかに記載の半導体素子のフィールド酸化膜製
造方法において、前記第２フィールド酸化工程は、乾式
方法で行うことを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、添付の図を参照し本発明の
適切な実施例について詳細な説明をすることにする。図
１及び図２は、本発明の半導体素子のフィールド酸化膜
製造方法の製造工程を示す図である。
適切な実施例について詳細な説明をすることにする。図
１及び図２は、本発明の半導体素子のフィールド酸化膜
製造方法の製造工程を示す図である。
【００２４】先ず、半導体基板３１を酸化させパッド酸
化膜３２を形成し、その上部に窒化膜３３を所定厚さに
形成する。その後、フォト／エッチング工程を介しフィ
ールド領域の窒化膜３３をエッチングする（図１
（ａ））。この前記窒化膜３３のエッチングの際に過度
エッチング（overetching）を行い半導体基板３１を所
定の深さ、例えば５０〜１００オングストローム（Å）
の深さにリセスさせる。
化膜３２を形成し、その上部に窒化膜３３を所定厚さに
形成する。その後、フォト／エッチング工程を介しフィ
ールド領域の窒化膜３３をエッチングする（図１
（ａ））。この前記窒化膜３３のエッチングの際に過度
エッチング（overetching）を行い半導体基板３１を所
定の深さ、例えば５０〜１００オングストローム（Å）
の深さにリセスさせる。
【００２５】次に、構造全体の上部にスペーサー形成用
窒化膜３４を蒸着する（図１（ｂ））。マスクなく蒸着
された窒化膜３４を乾式で全面エッチングして窒化膜ス
ペーサー３４ａを形成する（図１（ｃ））。
窒化膜３４を蒸着する（図１（ｂ））。マスクなく蒸着
された窒化膜３４を乾式で全面エッチングして窒化膜ス
ペーサー３４ａを形成する（図１（ｃ））。
【００２６】次に、再度、前記窒化膜スペーサー３４ａ
をエッチング障壁で前記窒化膜スペーサー３４ａの間に
露出した半導体基板３１をリセスエッチングし、半導体
基板３１に所定の深さの溝を形成する。このとき、シリ
コンと窒素が含有された高分子（Ｐ）がフィールド領域
の特定部位に残留することになる（図２（ａ））。
をエッチング障壁で前記窒化膜スペーサー３４ａの間に
露出した半導体基板３１をリセスエッチングし、半導体
基板３１に所定の深さの溝を形成する。このとき、シリ
コンと窒素が含有された高分子（Ｐ）がフィールド領域
の特定部位に残留することになる（図２（ａ））。
【００２７】次に、フィールド酸化を行いフィールド酸
化膜３５を成長させる（図２（ｂ））。図３は、前記本
発明のフィールド酸化膜製造工程において、図２（ｂ）
で示すフィールド酸化条件の一例を示す図である。図３
に基づいて説明すれば、フィールド酸化膜の目的とする
厚さ、例えば約３０００オングストローム（Å）厚さの
フィールド酸化膜を得るため、まず９００〜１０００℃
の比較的低温で第１フィールド酸化を行い、その次に温
度を上げて約１０５０〜１２００℃の高温で残りの第２
フィールド酸化を行う。前記で９００〜１０００℃の第
１フィールド酸化の目的は、高分子が酸化障壁物質に変
化しない状態で第１フィールド酸化により形成される第
１フィールド酸化膜内に高分子（Ｐ）が埋められるよう
にし、第２フィールド酸化の際、酸化通路（Oxidation
Ｐath）を作ろうということである。高温で行う前記第
２フィールド酸化の目的はフィールド酸化膜シンニング
現象を抑制し、ゲート酸化膜の電気的な特性を改良させ
るためのものである。さらに、第２フィールド酸化の
際、湿式酸化の代りに乾式酸化を行えば酸化時間が長く
なり、フィールドシンニング現象はさらに改良される。
化膜３５を成長させる（図２（ｂ））。図３は、前記本
発明のフィールド酸化膜製造工程において、図２（ｂ）
で示すフィールド酸化条件の一例を示す図である。図３
に基づいて説明すれば、フィールド酸化膜の目的とする
厚さ、例えば約３０００オングストローム（Å）厚さの
フィールド酸化膜を得るため、まず９００〜１０００℃
の比較的低温で第１フィールド酸化を行い、その次に温
度を上げて約１０５０〜１２００℃の高温で残りの第２
フィールド酸化を行う。前記で９００〜１０００℃の第
１フィールド酸化の目的は、高分子が酸化障壁物質に変
化しない状態で第１フィールド酸化により形成される第
１フィールド酸化膜内に高分子（Ｐ）が埋められるよう
にし、第２フィールド酸化の際、酸化通路（Oxidation
Ｐath）を作ろうということである。高温で行う前記第
２フィールド酸化の目的はフィールド酸化膜シンニング
現象を抑制し、ゲート酸化膜の電気的な特性を改良させ
るためのものである。さらに、第２フィールド酸化の
際、湿式酸化の代りに乾式酸化を行えば酸化時間が長く
なり、フィールドシンニング現象はさらに改良される。
【００２８】前記第１フィールド酸化と第２フィールド
酸化によるフィールド酸化膜の形成は、一つの酸化レシ
ピー（recipe）で行ってもよいし、分離した二つのレシ
ピーで行ってもよい。
酸化によるフィールド酸化膜の形成は、一つの酸化レシ
ピー（recipe）で行ってもよいし、分離した二つのレシ
ピーで行ってもよい。
【００２９】なお、前記酸化温度以外に、フィールド酸
化膜シンニング現象と関連する応力を解消するさらに他
の変数は応力解消時間（relief time）である。即ち、
酸化温度が同一であれば応力が解消され得る時間が十分
な時、シンニング現象はさらに改良される。図４は、前
記図２（ｂ）に示す工程においてフィールド酸化を行う
他のレシピーによる実施例である。図４では、フィール
ド酸化膜の目的とする厚さである３０００オングストロ
ーム（Å）のフィールド酸化膜を得るため９００〜１０
００℃で第１フィールド酸化を行い、それによって約５
００〜１０００オングストローム（Å）の酸化膜を形成
する。図３同様に、低温で行う第１フィールド酸化の目
的はフィールド酸化膜の未成長現象を解決するためのも
のである。第１フィールド酸化の工程の後、１０５０℃
以上に温度を上げて酸化を進めるが、前記工程を進める
前段階で純粋窒素、又はアルゴン雰囲気で約３０分の
間、アニール（anneal）を行い第１フィールド酸化膜内
に蓄積されている応力を解消させる。その結果、１０５
０℃以上の温度で第２フィールド酸化を行い第２フィー
ルド酸化膜を形成すると、より一層、フィールド酸化膜
のシンニング現象の発生を抑えることができる。
化膜シンニング現象と関連する応力を解消するさらに他
の変数は応力解消時間（relief time）である。即ち、
酸化温度が同一であれば応力が解消され得る時間が十分
な時、シンニング現象はさらに改良される。図４は、前
記図２（ｂ）に示す工程においてフィールド酸化を行う
他のレシピーによる実施例である。図４では、フィール
ド酸化膜の目的とする厚さである３０００オングストロ
ーム（Å）のフィールド酸化膜を得るため９００〜１０
００℃で第１フィールド酸化を行い、それによって約５
００〜１０００オングストローム（Å）の酸化膜を形成
する。図３同様に、低温で行う第１フィールド酸化の目
的はフィールド酸化膜の未成長現象を解決するためのも
のである。第１フィールド酸化の工程の後、１０５０℃
以上に温度を上げて酸化を進めるが、前記工程を進める
前段階で純粋窒素、又はアルゴン雰囲気で約３０分の
間、アニール（anneal）を行い第１フィールド酸化膜内
に蓄積されている応力を解消させる。その結果、１０５
０℃以上の温度で第２フィールド酸化を行い第２フィー
ルド酸化膜を形成すると、より一層、フィールド酸化膜
のシンニング現象の発生を抑えることができる。
【００３０】図５は、図２（ｂ）の工程でフィールド酸
化を行う際の、さらに他のレシピーによる実施例であ
る。即ち、目的とする３０００オングストローム（Å）
の厚さのフィールド酸化膜を得るため、９００〜１００
０℃で第１フィールド酸化を行い、約５００〜１０００
オングストローム（Å）の酸化膜を形成する。図３及び
図４同様に、前記低温で行う第１フィールド酸化の目的
はフィールド酸化膜の未成長現象を解決するためのもの
である。その後、１０５０℃以上に温度を上げて酸化雰
囲気で窒素、又はアルゴンを添加して第２フィールド酸
化を行い酸化膜を成長させる。この際、前記第２フィー
ルド酸化雰囲気に窒素、又はアルゴンを添加する理由は
酸化速度を低減させ応力解消時間を充分に与えることが
でき、その結果フィールド酸化膜シンニング現象が改良
されるためである。
化を行う際の、さらに他のレシピーによる実施例であ
る。即ち、目的とする３０００オングストローム（Å）
の厚さのフィールド酸化膜を得るため、９００〜１００
０℃で第１フィールド酸化を行い、約５００〜１０００
オングストローム（Å）の酸化膜を形成する。図３及び
図４同様に、前記低温で行う第１フィールド酸化の目的
はフィールド酸化膜の未成長現象を解決するためのもの
である。その後、１０５０℃以上に温度を上げて酸化雰
囲気で窒素、又はアルゴンを添加して第２フィールド酸
化を行い酸化膜を成長させる。この際、前記第２フィー
ルド酸化雰囲気に窒素、又はアルゴンを添加する理由は
酸化速度を低減させ応力解消時間を充分に与えることが
でき、その結果フィールド酸化膜シンニング現象が改良
されるためである。
【００３１】図６は、第１フィールド酸化と第２フィー
ルド酸化を行ったフィールド酸化膜の形成の際の、フィ
ールド酸化膜の成長現象についての実験結果である。前
記図６に示すように、第１フィールド酸化を１０００℃
以下で行えば、フィールド酸化膜は正常に成長し、第１
フィールド酸化を１０５０℃以上で行えば正常に成長し
ないことが分る。
ルド酸化を行ったフィールド酸化膜の形成の際の、フィ
ールド酸化膜の成長現象についての実験結果である。前
記図６に示すように、第１フィールド酸化を１０００℃
以下で行えば、フィールド酸化膜は正常に成長し、第１
フィールド酸化を１０５０℃以上で行えば正常に成長し
ないことが分る。
【００３２】前記本発明の構造以外にもＬＯＣＯＳ（Lo
cal Oxidation of Silicon）を基本にし、半導体基板を
所定の深さリセスする構造では、１０５０℃以上で酸化
するとフィールド酸化膜未成長現象がいつも発生するこ
とが実験によって知られている。従って、本発明のフィ
ールド酸化方法は前記構造だけでなく、シリコンをリセ
スする全ての構造で適用することができる。
cal Oxidation of Silicon）を基本にし、半導体基板を
所定の深さリセスする構造では、１０５０℃以上で酸化
するとフィールド酸化膜未成長現象がいつも発生するこ
とが実験によって知られている。従って、本発明のフィ
ールド酸化方法は前記構造だけでなく、シリコンをリセ
スする全ての構造で適用することができる。
【００３３】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の技術に伴
う半導体素子のフィールド酸化膜製造方法は、所定温度
以下の低い温度で第１次のフィールド酸化を行い、形成
しようとするフィールド酸化膜の目的とする厚さより、
薄い一定の厚さのフィールド酸化膜を形成し、その後、
より高温でフィールド酸化膜を形成すれば、フィールド
シンニング現象の発生を抑制することができる。一旦、
低温で所定厚さのフィールド酸化膜を成長させた後で
は、高温で酸化障壁役割を果す第３の物質が生成して
も、高分子（Ｐ）が第１フィールド酸化によって形成さ
れた酸化膜内に埋まり酸化通路が十分に確保されている
ため、ゲート酸化膜の特性が良好となる一定温度以上の
高温で、残りの厚さのフィールド酸化膜を成長させて
も、フィールド酸化膜未成長現象は発生せず、フィール
ド酸化膜は十分に成長する。よって、リセスエッチング
工程の後、再度窒化膜エッチングを行う必要もなく、工
程単純化が可能である。さらに、再度の窒化膜エッチン
グ工程がないため、窒化膜と窒化膜スペーサーの損失が
なく、バーズビークを従来技術より短く制御することが
できる。さらに、低温フィールド酸化工程で誘発される
フィールド酸化膜シンニング現象も改良させることがで
き、ゲート酸化膜半導体素子の製造における歩留り及び
信頼性を向上させることができる。また、本発明の半導
体素子のフィールド酸化膜の製造方法によって形成され
たフィールド酸化膜は、シンニング現象を抑えられたこ
とにより、電気的な特性も優れたものとなる。以上のよ
うに、本発明によれば、製造工程を増やすことなく、バ
ーズビークが短く、しかも、シンニング現象の発生が抑
制され、電気的な特性が良好な、フィールド酸化膜を十
分に形成することができる。
う半導体素子のフィールド酸化膜製造方法は、所定温度
以下の低い温度で第１次のフィールド酸化を行い、形成
しようとするフィールド酸化膜の目的とする厚さより、
薄い一定の厚さのフィールド酸化膜を形成し、その後、
より高温でフィールド酸化膜を形成すれば、フィールド
シンニング現象の発生を抑制することができる。一旦、
低温で所定厚さのフィールド酸化膜を成長させた後で
は、高温で酸化障壁役割を果す第３の物質が生成して
も、高分子（Ｐ）が第１フィールド酸化によって形成さ
れた酸化膜内に埋まり酸化通路が十分に確保されている
ため、ゲート酸化膜の特性が良好となる一定温度以上の
高温で、残りの厚さのフィールド酸化膜を成長させて
も、フィールド酸化膜未成長現象は発生せず、フィール
ド酸化膜は十分に成長する。よって、リセスエッチング
工程の後、再度窒化膜エッチングを行う必要もなく、工
程単純化が可能である。さらに、再度の窒化膜エッチン
グ工程がないため、窒化膜と窒化膜スペーサーの損失が
なく、バーズビークを従来技術より短く制御することが
できる。さらに、低温フィールド酸化工程で誘発される
フィールド酸化膜シンニング現象も改良させることがで
き、ゲート酸化膜半導体素子の製造における歩留り及び
信頼性を向上させることができる。また、本発明の半導
体素子のフィールド酸化膜の製造方法によって形成され
たフィールド酸化膜は、シンニング現象を抑えられたこ
とにより、電気的な特性も優れたものとなる。以上のよ
うに、本発明によれば、製造工程を増やすことなく、バ
ーズビークが短く、しかも、シンニング現象の発生が抑
制され、電気的な特性が良好な、フィールド酸化膜を十
分に形成することができる。
【図１】本発明の半導体素子のフィールド酸化膜の製造
方法を示す、製造工程を示す図である。
方法を示す、製造工程を示す図である。
【図２】本発明の半導体素子のフィールド酸化膜の製造
方法の一例を示す、製造工程を示す図である。
方法の一例を示す、製造工程を示す図である。
【図３】本発明の製造方法の第１の例における、フィー
ルド酸化膜を成長させるためのレシピーを示す図であ
る。
ルド酸化膜を成長させるためのレシピーを示す図であ
る。
【図４】本発明の製造方法の第２の例における、フィー
ルド酸化膜を成長させるためのレシピーを示す図であ
る。
ルド酸化膜を成長させるためのレシピーを示す図であ
る。
【図５】本発明の製造方法の第３の例における、フィー
ルド酸化膜を成長させるためのレシピーを示す図であ
る。
ルド酸化膜を成長させるためのレシピーを示す図であ
る。
【図６】本発明の製造方法による、フィールド酸化膜の
成長の実験結果を、比較例と共に示したテーブルであ
る。
成長の実験結果を、比較例と共に示したテーブルであ
る。
【図７】従来技術による、半導体素子のフィールド酸化
膜製造方法の工程を示す図である。
膜製造方法の工程を示す図である。
【図８】従来技術による、半導体素子のフィールド酸化
膜製造方法の工程を示す図である。
膜製造方法の工程を示す図である。
【図９】従来のフィールド酸化膜製造方法において、フ
ィールド酸化膜が未成長の状態を示す図である。
ィールド酸化膜が未成長の状態を示す図である。
【図１０】図８（ｂ）の工程の後、窒化膜を再度、乾式
エッチングを行なわずに、フィールド酸化膜を形成した
ときの、温度別のフィールド酸化膜の成長の違いを示す
図である。
エッチングを行なわずに、フィールド酸化膜を形成した
ときの、温度別のフィールド酸化膜の成長の違いを示す
図である。
【図１１】図８（ｂ）の工程の後、窒化膜を再度、乾式
エッチングを行なわずに、フィールド酸化膜を形成した
ときの、温度別のフィールド酸化膜の成長の違いを示す
図である。
エッチングを行なわずに、フィールド酸化膜を形成した
ときの、温度別のフィールド酸化膜の成長の違いを示す
図である。
【図１２】従来の技術に係る、フィールド酸化膜形成工
程で、酸化温度によるフィールド酸化膜のシンニング
（thinning）現象の違いを示す図である。
程で、酸化温度によるフィールド酸化膜のシンニング
（thinning）現象の違いを示す図である。
【図１３】フィールド酸化膜の形成工程で、酸化温度に
よる、ゲート酸化膜の電気的な信頼性の違いを示す図で
ある。
よる、ゲート酸化膜の電気的な信頼性の違いを示す図で
ある。
【符号の説明】 ３１ 半導体基板 ３２ パッド酸化膜 ３３ 窒化膜 ３４ スペーサー形成用窒化膜 ３４ａ 窒化膜スペーサー ３５ フィールド酸化膜 Ｐ Si、Nを含む高分子（Polymer）
Claims (11)
- 【請求項１】 半導体基板上部にパッド酸化膜、窒化膜
を順次形成する工程と、 フィールド領域の窒化膜とパッド酸化膜をエッチングす
る工程と、 前記エッチングされた窒化膜とパッド酸化膜の両側壁に
窒化膜スペーサーを形成する工程と、 前記フィールド領域の半導体基板を所定深さにリセスす
る工程と、 １０００℃以下の低温で前記フィールド領域の露出され
た前記半導体基板を酸化させ第１フィールド酸化膜を形
成する第１フィールド酸化工程と、 １０５０℃以上の高温で前記第１フィールド酸化膜が形
成されている部分の前記半導体基板を酸化させ、第２フ
ィールド酸化膜を形成する第２フィールド酸化工程とか
ら構成されることを特徴とする、半導体素子のフィール
ド酸化膜製造方法。 - 【請求項２】 前記第１フィールド酸化工程と前記第２
フィールド酸化工程とを一つの酸化レシピー内で行うこ
とを特徴とする、請求項１記載の半導体素子のフィール
ド酸化膜製造方法。 - 【請求項３】 前記第１フィールド酸化工程と前記第２
フィールド酸化工程とを分離された二つのレシピーによ
って行うことを特徴とする、請求項１記載の半導体素子
のフィールド酸化膜製造方法。 - 【請求項４】 前記第１フィールド酸化膜と前記第２フ
ィールド酸化膜の厚さの比は１：２であることを特徴と
する、請求項１〜３のいずれかに記載の半導体素子のフ
ィールド酸化膜製造方法。 - 【請求項５】 前記第１フィールド酸化工程時の温度を
９００〜１０００℃にすることを特徴とする、請求項１
〜４のいずれかに記載の半導体素子のフィールド酸化膜
製造方法。 - 【請求項６】 前記第２フィールド酸化工程時の温度を
１０５０〜１２００℃にすることを特徴とする、請求項
１〜５のいずれかに記載の半導体素子のフィールド酸化
膜製造方法。 - 【請求項７】 前記第１フィールド酸化工程後、所定温
度でアニールした後、前記第２フィールド酸化工程を行
うことを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の
半導体素子のフィールド酸化膜製造方法。 - 【請求項８】 前記アニールは１０５０〜１２００℃の
温度で、窒素又はアルゴン雰囲気で行うことを特徴とす
る、請求項７記載の半導体素子のフィールド酸化膜製造
方法。 - 【請求項９】 前記アニール時間は２０〜３０分である
ことを特徴とする、請求項７または８記載の半導体素子
のフィールド酸化膜製造方法。 - 【請求項１０】 前記第２フィールド酸化工程は、酸化
雰囲気下であって、窒素、又はアルゴンを混合して酸化
速度を低減させることを特徴とする、請求項１〜９のい
ずれかに記載の半導体素子のフィールド酸化膜製造方
法。 - 【請求項１１】 前記第２フィールド酸化工程は、乾式
方法で行うことを特徴とする、請求項１〜１０のいずれ
かに記載の半導体素子のフィールド酸化膜製造方法。
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|---|---|---|---|
| KR1019960080220A KR100224780B1 (ko) | 1996-12-31 | 1996-12-31 | 반도체 소자의 필드산화막 제조방법 |
| KR1996P-80220 | 1996-12-31 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10209268A JPH10209268A (ja) | 1998-08-07 |
| JP3025469B2 true JP3025469B2 (ja) | 2000-03-27 |
Family
ID=19493475
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9360768A Expired - Fee Related JP3025469B2 (ja) | 1996-12-31 | 1997-12-26 | 半導体素子のフィールド酸化膜製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5972779A (ja) |
| JP (1) | JP3025469B2 (ja) |
| KR (1) | KR100224780B1 (ja) |
| GB (1) | GB2320803A (ja) |
| TW (1) | TW368756B (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| KR100267010B1 (ko) * | 1998-06-15 | 2000-09-15 | 윤종용 | 반도체 장치의 제조 방법 |
| DE19909564A1 (de) * | 1999-03-04 | 2001-01-04 | Siemens Ag | Verfahren zur Verbesserung thermischer Prozeßschritte |
| US6184155B1 (en) | 2000-06-19 | 2001-02-06 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company | Method for forming a ultra-thin gate insulator layer |
| JP3484410B2 (ja) * | 2000-12-14 | 2004-01-06 | 沖電気工業株式会社 | 半導体装置における素子分離領域の形成方法 |
| US6890831B2 (en) * | 2002-06-03 | 2005-05-10 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Method of fabricating semiconductor device |
| TW200614373A (en) * | 2004-10-28 | 2006-05-01 | Mosel Vitelic Inc | Method for forming field oxide |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3423101A1 (de) * | 1984-06-22 | 1986-01-02 | Bayer Ag, 5090 Leverkusen | 5-amino-4-heterocyclyl-1-phenylpyrazole |
| US4584205A (en) * | 1984-07-02 | 1986-04-22 | Signetics Corporation | Method for growing an oxide layer on a silicon surface |
| US4912062A (en) * | 1988-05-20 | 1990-03-27 | Motorola, Inc. | Method of eliminating bird's beaks when forming field oxide without nitride mask |
| US5094972A (en) * | 1990-06-14 | 1992-03-10 | National Semiconductor Corp. | Means of planarizing integrated circuits with fully recessed isolation dielectric |
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