JP3164381B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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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、半導体装置の製造方法
に関し、特に、シリコン基板に極微細な素子間分離領域
を形成できる半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の半導体装置の製造方法と
しては、LOCOS(ローカル・オキシデーション・オ
ブ・シリコン)分離法を用いた以下に説明するものがあ
る。
【0003】この製造方法は、まず、図9(A)に示すよ
うに、シリコン基板51A上のシリコン酸化膜60の上
のSOI(シリコン・オン・インシュレータ)基板51を
熱酸化して、第1のシリコン酸化膜52を形成する。次
に、図9(B)に示すように、上記シリコン酸化膜52上
に、CVD(化学的気相成長)法などにより、シリコン窒
化膜58を積層する。
【0004】次に、図9(C)に示すように、通常のフォ
トリソグラフィー技術により、SOI基板51の素子領
域に対応する部分にフォトレジストパターン53を形成
する。次に、図10(D)に示すように、フォトレジスト
パターン53をマスクとして、RIE(リアクチブ・イ
オン・エッチング)法により、シリコン窒化膜58のエ
ッチングを行ない、フィールド部となる非素子領域の部
分のシリコン窒化膜58を除去する。
【0005】次に、図10(E)に示すように、上記フォ
トレジストパターン53を除去してから、シリコン窒化
膜58を耐酸化マスクとして、SOI基板51の熱酸化
を行う。すると、シリコン窒化膜58で覆われていない
領域のSOI領域51が酸化され、上記フィールド部に
シリコン酸化膜59が成長する。そして、この成長と共
に、このシリコン酸化膜59は、SOI基板51の下の
シリコン基板51Aと一体となる。
【0006】次に、シリコン窒化膜58と、SOI基板
51上のシリコン酸化膜52を除去して、図10(F)に
示すようにSOI基板51が各素子領域に分離される。
【0007】以降、通常のMOSFET作成プロセスに
より、図11に示す断面構造のSOIMOSFET半導
体装置を形成する。図11において、61はソース・ド
レイン拡散層、62はゲート絶縁膜、63はゲート電
極、64は層間絶縁膜、65は金属配線である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところが、LOCOS
分離法を用いた上記従来の半導体装置の製造方法では、
図10(E)に示すように、シリコン窒化膜58のパター
ンエッジ58aが、成長したシリコン酸化膜59によっ
て押し上げられる形になるいわゆるバーズビークが発生
する。このため、非素子領域に寸法変化が生じるという
問題がある。
【0009】また、熱酸化で成長したシリコン酸化膜5
9によって、SOI基板51の底部側のエッジ部51b
が裾野の形状となってしまう。このため、上記シリコン
酸化膜59による素子間分離幅は、フォトリソグラフィ
ー技術で形成したフォトレジストパターン53のパター
ン間隔よりも広くなる。したがって、上記従来の製造方
法では、フォトリソグラフィー技術で形成できる最小の
パターン間隔よりも素子間分離幅が広くなり、半導体装
置の高密度化および高集積化が妨げられるという問題が
ある。
【0010】更に、図11に示すようにSOIMOSF
ET半導体装置を形成した場合に、SOI基板51のエ
ッジ部51bにサイドチャネルが発生して耐圧が低下し
たり、エッジ部51bにおいてリーク電流が増加しやす
くなり素子特性が劣化するという問題もある。
【0011】そこで、本発明の目的は、バーズビークを
抑制した極微細な素子間分離ができると共に、耐圧特性
の改善およびリーク電流の抑制ができ、高密度化と高信
頼性を図ることができる半導体装置の製造方法を提供す
ることにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1の発明の半導体装置の製造方法は、SOI
基板上に、第1絶縁膜を積層する工程と、上記第1絶縁
膜をパターニングして、素子領域上に上記第1絶縁膜を
残す工程と、上記第1絶縁膜をマスクとして、非素子領
域に不純物層を形成する工程と、上記不純物層および第
1絶縁膜上に、第2絶縁膜を積層する工程と、上記第2
絶縁膜をエッチバックして、上記第1絶縁膜の側壁付近
に上記第2絶縁膜を残す工程と、上記第1絶縁膜と第2
絶縁膜をマスクとして、上記不純物層をエッチングし
て、素子間分離溝を形成する工程と、上記素子間分離溝
と第1絶縁膜および第2絶縁膜上に、第3絶縁膜を形成
する工程と、上記第3の絶縁膜に対してエッチバック処
理を行い、上記第1絶縁膜を選択的に除去する工程とを
備えることを特徴としている。また、請求項2の発明
は、請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
上記第1絶縁膜は、リンケイ素ガラス膜であることを特
徴としている。
【0013】
【作用】この発明の半導体装置の製造方法によれば、S
OI基板をエッチングして素子間分離溝を形成すること
によって、素子分離領域の幅を小さくできて高密度化を
図れる上に、素子間分離溝を深く掘らなくても、良好な
素子間分離を行うことができるから、深い溝を埋め込む
ことによるストレス発生を防止でき、半導体特性の劣化
を防止できる。
【0014】すなわち、この発明によれば、SOI基板
をエッチングして素子間分離溝を形成することによっ
て、狭くて浅い素子間分離溝でもって良好な素子間分離
を行うことができ、高密度化と半導体特性の向上を図れ
る。
【0015】
【実施例】以下、本発明を図示の実施例により詳細に説
明する。
【0016】図1〜図4を順に参照しながら、SOI基
板に対して素子間分離を行う実施例を説明する。
【0017】(i) まず、図1(A)に示すように、シリ
コン基板1A上のシリコン酸化膜10の上のSOI基板
1上にCVD(化学気相成長)法により、第1の絶縁膜と
してのPSG膜(リンケイ素ガラス膜)2を500nm程度
の膜厚に積層する。
【0018】(ii) 次に、図1(B)に示すように、通常
のフォトリソグラフィー技術を用いて、SOI基板1の
素子領域上のPSG膜2の表面にフォトレジストパター
ン3を形成する。
【0019】(iii) 次に、図1(C)に示すように、フ
ォトレジストパターン3をマスクにしてPSG膜2をR
IE法によりエッチングすることにより、SOI基板1
の素子領域上のみにPSG膜2を残す。そして、そのP
SG膜2をマスクにして、イオン注入4を行い、反転防
止層を形成するための不純物拡散層5を、SOI基板1
の非素子領域に形成する。
【0020】(iv) 次に、フォトレジストパターン3を
除去してから、図2(D)に示すように、PSG膜2およ
び不純物拡散層5の上に第2の絶縁膜としてのシリコン
酸化膜6を、CVD法により700nm厚程度の膜厚で積
層する。
【0021】(v) 次に、図2(E)に示すように、シリ
コン酸化膜6に対して全面RIE(リアクチブ・イオン
・エッチング)によるエッチバック処理を行ない、PS
G膜の側壁付近だけにシリコン酸化膜6を残す。
【0022】(vi) 次に、図2(F)に示すように、PS
G膜2とシリコン酸化膜6をマスクとして、RIE法に
よりSOI基板1の不純物拡散層5をエッチングするこ
とにより、素子間分離溝Tを形成すると共に、素子間分
離溝Tの両脇に不純物拡散層5を残す。この不純物拡散
層5が反転防止層となる。
【0023】(vii) 次に、図3(G)に示すように、素
子間分離溝TおよびPSG膜2とシリコン酸化膜6上
に、CVD法により第3の絶縁膜としてのシリコン窒化
膜7を1μmの程度の膜厚で積層する。
【0024】(viii) 次に、図3(H)に示すように、シ
リコン窒化膜7に対して全面RIEによるエッチバック
処理を行ない、シリコン窒化膜7の上面をPSG膜2の
上面を一致させる。
【0025】(ix) 次に、図3(I)に示すように、PS
G膜2のみを選択的に除去し、素子領域のSOI基板1
の表面を露出させる。
【0026】上記(i)〜(ix)の工程により、素子間分離
が完了する。この後、通常のMOSFET作成プロセス
により、図4に示す断面構造のSOIMOSFET半導
体装置を形成する。図4において、11はソース・ドレ
イン拡散層、12はゲート絶縁膜、13はゲート電極、
14は層間絶縁膜、15は金属配線である。
【0027】上記実施例によれば、フォトリソグラフィ
ー法によって形成したフォトレジストパターン3が規定
するSOI基板1の非素子領域の幅が素子間分離幅にな
る。したがって、フォトリソグラフィー法で可能な最小
の線幅を素子間分離幅にでき、極微細な素子間分離が可
能になり、SOIMOSFET半導体装置を高密度化で
きる。
【0028】また、非素子領域のSOI基板1を熱酸化
させずに素子間分離を行なうので、バーズビークが発生
せず非素子領域に寸法変化を生じることがない。
【0029】また、素子間分離溝Tの両脇の不純物拡散
層5が素子領域のSOI基板1の反転を防止するので、
SOIMOSFET半導体装置の耐圧特性を改善でき、
リーク電流を抑制できる。
【0030】次に、図5〜図8を順に参照しながら、バ
ルクシリコン基板に対して素子間分離を行う参考例を説
明する。
【0031】(i) まず、図5(A)に示すように、バル
クシリコン基板21上にCVD法により、第1の絶縁膜
としてのPSG膜22を500nm程度の膜厚に積層す
る。
【0032】(ii) 次に、図5(B)に示すように、通常
のフォトリソグラフィー技術を用いて、バルクシリコン
基板21の素子領域上のPSG膜22の表面にフォトレ
ジストパターン23を形成する。
【0033】(iii) 次に、図5(C)に示すように、フ
ォトレジストパターン23をマスクにしてPSG膜22
をRIE法によりエッチングすることにより、バルクシ
リコン基板21の素子領域上のみにPSG膜22を残
す。そして、そのPSG膜22をマスクにして、イオン
注入24を行い、反転防止層を形成するための不純物拡
散層25を、バルクシリコン基板21の非素子領域に形
成する。
【0034】(iv) 次に、フォトレジストパターン23
を除去してから、図6(D)に示すように、PSG膜22
および不純物拡散層25の上に第2の絶縁膜としてのシ
リコン酸化膜26を、高温のCVD法により700nm程
度の膜厚で積層する。
【0035】(v) 次に、図6(E)に示すように、シリ
コン酸化膜26に対して全面RIEによるエッチバック
処理を行ない、PSG膜22の側壁付近だけにシリコン
酸化膜26を残す。
【0036】(vi) 次に、図6(F)に示すように、PS
G膜22とシリコン酸化膜26をマスクとして、RIE
法により不純物拡散層25およびバルクシリコン基板2
1をエッチングすることにより、素子間分離溝Uを形成
する。
【0037】(vii) 次に、図7(G)に示すように、素
子間分離溝UおよびPSG膜22とシリコン酸化膜26
上に、CVD法により第3の絶縁膜としてのシリコン窒
化膜28を1μm程度の膜厚で積層する。
【0038】(viii) 次に、図7(H)に示すように、シ
リコン窒化膜28に対して全面RIEによるエッチング
処理を行ない、シリコン窒化膜28の上面とPSG膜2
2の上面を一致させる。
【0039】(ix) 次に、図7(I)に示すように、PS
G膜22をフッ酸等の水溶液によりエッチング除去し
て、素子領域のバルクシリコン基板21の表面を露出さ
せる。
【0040】上記(i)〜(ix)の工程により、素子間分離
が完了する。この後、通常のMOSFET作成プロセス
により、図8に示す断面構造のMOSFETを形成す
る。図8において、31はソース・ドレイン拡散層、3
2はゲート絶縁膜、33はゲート電極、34は層間絶縁
膜、35は金属配線である。
【0041】上記参考例によれば、フォトリソグラフィ
ー法によって形成したフォトレジストパターン23が規
定するバルクシリコン基板21の非素子領域の幅が素子
間分離幅になる。したがって、フォトリソグラフィー法
で可能な最小の線幅を素子間分離幅にでき、極微細な素
子間分離が可能になり、MOSFET半導体装置を高密
度化できる。
【0042】また、非素子領域のバルクシリコン基板2
1を熱酸化させずに素子間分離を行なうので、バーズビ
ークが発生せず非素子領域に寸法変化を生じることがな
い。
【0043】また、素子間分離溝Uの両脇の不純物拡散
層25が素子領域のバルクシリコン基板21の反転を防
止するので、MOSFET半導体装置の耐圧特性を改善
でき、リーク電流を抑制できる。
【0044】尚、上記実施例,参考例では、第1の絶縁
膜として500nm程度の膜厚のPSG膜を用い、第2の
絶縁膜として700nm程度の膜厚のシリコン酸化膜を用
い、第3の絶縁膜として1μm程度の膜厚のシリコン窒
化膜を用いたが、第1,第2,第3の絶縁膜の膜厚,膜種
は上記実施例,参考例のものに限られるものではない。
【0045】
【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
の半導体装置の製造方法は、SOI基板をエッチングし
て素子間分離溝を形成することによって、素子分離領域
の幅を小さくできて高密度化を図れる上に、素子間分離
溝を深く掘らなくても、良好な素子間分離を行うことが
できるから、深い溝を埋め込むことによるストレス発生
を防止でき、半導体特性の劣化を防止できる。
【0046】すなわち、SOI基板をエッチングして素
子間分離溝を形成することによって、狭くて浅い素子間
分離溝でもって良好な素子間分離を行うことができ、高
密度化と半導体特性の向上を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例の工程説明図である。
【図2】 上記実施例の工程説明図である。
【図3】 上記実施例の工程説明図である。
【図4】 上記実施例により製造した半導体装置の断面
図である。
【図5】 本発明の参考例の工程説明図である。
【図6】 上記参考例の工程説明図である。
【図7】 上記参考例の工程説明図である。
【図8】 上記参考例により製造した半導体装置の断面
図である。
【図9】 従来例の工程説明図である。
【図10】 従来例の工程説明図である。
【図11】 従来例により製造した半導体装置の断面図
である。
【符号の説明】
1,51 SOI基板 1A,51A シリコン基板 2,22 PSG膜 3,23,53 フォトレジ
ストパターン 5,25 不純物拡散層 6,10,26,52,60
シリコン酸化膜 7,28,58 シリコン窒化膜 11,33,61 ソース・ドレイン拡散層 12,32 ゲート絶縁膜 13,33 ゲー
ト電極 14,34,64 層間絶縁膜 15,35,65
金属配線 T,U 素子間分離溝

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 SOI基板上に、第1絶縁膜を積層する
    工程と、 上記第1絶縁膜をパターニングして、素子領域上に上記
    第1絶縁膜を残す工程と、 上記第1絶縁膜をマスクとして、非素子領域に不純物層
    を形成する工程と、 上記不純物層および第1絶縁膜上に、第2絶縁膜を積層
    する工程と、 上記第2絶縁膜をエッチバックして、上記第1絶縁膜の
    側壁付近に上記第2絶縁膜を残す工程と、 上記第1絶縁膜と第2絶縁膜をマスクとして、上記不純
    物層をエッチングして、素子間分離溝を形成する工程
    と、 上記素子間分離溝と第1絶縁膜および第2絶縁膜上に、
    第3絶縁膜を形成する工程と、 上記第3の絶縁膜に対してエッチバック処理を行い、上
    記第1絶縁膜を選択的に除去する工程とを備えることを
    特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の半導体装置の製造方法
    において、 上記第1絶縁膜は、リンケイ素ガラス膜であることを特
    徴とする半導体装置の製造方法。
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