JP3277383B2 - 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
に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体装置等の形成の際、基板に形成し
た凹部に埋め込み材料を埋め込み、各種の構造を形成す
ることが行われている。例えば、トレンチアイソレーシ
ョンの形成、トレンチキャパシタの形成、埋め込み配線
(プラグ)の形成などである。
【0003】ところで、基板には各種の処理、例えばイ
オン注入などの処理が施される。更に、基板には熱処理
が行われることが多い。
【0004】ところが、上記のように凹部を埋め込む構
成のものについては、上記基板処理、及び熱処理によ
り、凹部に欠陥が生じることがある。
【0005】以下に、この問題について、アスペクト比
の大きいトレンチ(溝)を埋め込んで素子分離を行う構
成の半導体基板を形成する場合で、かつ、基板には基板
処理としてイオン注入を行い、更に熱処理を行う場合を
例にとって説明する。
【0006】図5(a)に示すように、基板1上に形成
した凹部2(トレンチ)を絶縁材で埋め込んで埋め込み
部3を形成し、これを素子分離として用いる場合、ソー
ス/ドレイン(S/D)形成のためのイオン注入(図5
(a))を行った後、熱処理(アニール)を行う(図5
(b))と、図5(b)に略示するように、凹部2のコ
ーナー部に欠陥Dが生じることがある(なお図中、6は
ゲート、61はLDD形成用のサイドウォールであ
る)。即ち、一般に半導体装置形成の際に行われている
ように、通常のLDD(Lightly Doped
Drain)構造のトランジスタを形成後、ソース/ド
レイン領域形成のための高濃度の不純物の注入(イオン
注入)を行い、シリコンのアモルファス化した部分5を
形成し(図5(a)参照)、その後拡散層活性化のため
のアニール(回復アニール)を行うと、トレンチコーナ
ーのエッヂに図5(b)に示したように欠陥Dが発生す
る傾向がある。この原因は、以下の理由によるものと考
えられる。
【0007】ソース/ドレインイオン注入時のダメー
ジと、埋め込み材料(例えばSiO2 )の応力の相乗に
より、欠陥が生じる。 固相成長過程で、結晶方位(例えば(100)の方向
での成長)であるとか、結晶性の問題で、アモルファス
化する部分5において、トレンチコーナーのエッヂが最
後に固相成長するため、ここでミスフィット、つまりア
モルファス化する時にエッヂ部がしわよせを受ける如く
成長することになる現象を起こし、これが欠陥となる。
【0008】このため、この欠陥部Dでリーク電流が発
生しやすくなる。一般に、上記のように凹部2を埋め込
んで素子分離を行う構成にあっては、リーク電流は、通
常のLOCOS構造の素子分離に比べ、1〜2桁多い。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
を解決して、各種の基板処理、例えばイオン注入などの
処理を行った後、熱処理を行う場合についても、凹部近
傍に欠陥が生じず、リーク電流が大きくなるなどの不都
合の生じない半導体装置の製造方法を提供しようとする
ものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本出願の請求項1の発明
は、半導体基板の凹部に埋め込み材料を埋め込み、その
後イオン注入工程を少なくとも含む基板処理を施す工程
を有する半導体装置の製造方法であって、半導体基板上
に酸化膜及びシリコン膜を形成する工程と、前記シリコ
ン膜、酸化膜及び半導体基板をパターニングして、凹部
を形成する工程と、前記凹部に埋め込み材料を平坦に埋
め込む工程と、前記シリコン膜及び前記酸化膜を順次除
去し、前記埋め込み材料を前記凹部に残すことにより、
前記シリコン膜及び前記酸化膜の各厚さの和に相当する
突出高さの突出部を形成する工程と、前記突出部の側面
に下地保護部を形成する工程と、その後前記基板処理を
行うことにより該基板処理による前記下地保護部下の基
板に対するダメージを防止した前記基板処理を行う工程
を有するとともに、前記基板処理は、半導体基板の表面
に所定深さのアモルファス部を形成するイオン注入工程
を含み、前記突出部の高さを前記アモルファス部の所定
高さより大きく形成することによって、前記下地保護部
下の基板における欠陥の発生を防止したことを特徴とす
る半導体装置の製造方法であって、これにより上記目的
を達成するものである。
【0011】本出願の請求項2の発明は、半導体基板の
凹部に埋め込み材料を埋め込み、その後イオン注入工程
を少なくとも含む基板処理を施す工程を有する半導体装
置の製造方法であって、半導体基板上に酸化膜及びシリ
コン膜を形成する工程と、前記シリコン膜、酸化膜及び
半導体基板をパターニングして、凹部を形成する工程
と、前記凹部に埋め込み材料を平坦に埋め込む工程と、
前記シリコン膜及び前記酸化膜を順次除去し、前記埋め
込み材料を前記凹部に残すことにより、前記シリコン膜
及び前記酸化膜の各厚さの和に相当する突出高さの突出
部を形成する工程と、前記突出部の側面に下地保護部を
形成する工程と、その後前記基板処理を行うことにより
該基板処理による前記下地保護部下の基板に対するダメ
ージを防止した基板処理を行う工程を有するとともに、
前記基板処理は、半導体基板の表面に所定深さのアモル
ファス部を形成するイオン注入工程を含み、前記突出部
の高さを前記アモルファス部の所定高さより大きく形成
することによって、前記下地保護部下の基板における欠
陥の発生を防止して行う処理であり、かつ前記基板処理
の後、結晶の回復のための熱処理を行うことを特徴とす
ることを特徴とする半導体装置の製造方法であって、こ
れにより上記目的を達成するものである。本出願の請求
項3の発明は、前記埋め込み部は、埋め込み材料がポリ
シリコンであって、該ポリシリコンの周囲をSiO
としたものである請求項1または2記載の半導体装置の
製造方法であって、これにより上記目的を達成するもの
である。
【0012】本発明によれば、埋め込み部の突出部の側
壁にサイドウォールを形成し、これが下地保護膜となる
ので、基板処理の際にその下地部分が欠陥を生じ得る状
態になることが防がれる。この結果、欠陥の生じること
なく凹部の埋め込みが達成された欠陥のない半導体装置
の製造方法が提供できる。
【0013】
【実施例】以下本発明の実施例について、図面を参照し
て説明する。但し当然のことではあるが、本発明は以下
の実施例により限定を受けるものではない。
【0014】実施例1 本実施例は、凹部の埋め込みによりトレンチアイソレー
ション(溝型素子分離)を形成する場合であって、か
つ、基板処理としてソース/ドレイン領域形成用のイオ
ン注入を行い、更に熱処理として回復アニールを行う場
合について、本発明を適用したものである。
【0015】図1を参照する。本実施例の方法にあって
は、基板1上の凹部2に埋め込み材料を埋め込む工程を
行って埋め込み部3を形成した後、ここではイオン注入
である基板処理を行い(図1(a))、その後熱処理
(ここではアニール、図1(b))を施す工程を備える
基板1上の凹部2の埋め込み方法において、埋め込み材
料を凹部2の開口上面21よりも突出する構成で形成し
て埋め込み部3を形成し、この埋め込み部3の突出部3
1の側部に下地保護部(サイドウォール)4を形成し、
その後イオン注入である基板処理や、アニールである熱
処理を行うものである。
【0016】得られた半導体装置は、図1(b)に示す
ように、基板1上の凹部2に埋め込み材料を埋め込んで
埋め込み部3を形成した半導体装置であって、該埋め込
み部3は凹部2の開口上面21よりも突出する構成で形
成し、該突出部31の側部にはサイドウォール4を形成
した構成になる。
【0017】本実施例は、凹部2であるトレンチコーナ
ーのエッヂ11にソース/ドレイン領域形成用イオン注
入時のダメージが加わらないようにするものであり、具
体的には上記したように、トレンチの埋め込みSiO2
(埋め込み材料3)の高さが、Si基板表面(凹部開口
21)より高くなるように形成し、LDD構造のトラン
ジスタを作るとき、トレンチの埋め込みSiO2 の側面
にも、同時にサイドウォールを形成する。こうすれば、
ソース/ドレイン領域形成のためのイオン注入時に、ト
レンチコーナーのエッヂにはダメージが加わらず、アモ
ルファス化もしないので、結晶回復時に欠陥も発生しな
い。なおこの例のように、LDD形成のためのサイドウ
ォール形成と保護部としてのサイドウォール4形成とを
同時に行うことは、好ましい態様である。
【0018】本実施例により、図2(A)に示すような
アモルファス化部分5が形成され、コーナー部に不都合
をもたらすおそれのある図2(B)に示すアモルファス
化部分5(コーナー部11にかかる)の生成が防止でき
る。
【0019】このように図1(a)の如くトレンチの埋
め込みSiO2 (埋め込み部3)の高さがSi基板1表
面より高くなるように形成し、LDD構造のトランジス
タを作る時、埋め込みSiO2 の側面にも同時にサイド
ウォールを形成するようにしたので、次の作用がもたら
される。
【0020】(1)トレンチコーナー11は、イオン注
入時のダメージが無いので、当然欠陥は発生しない。 (2)イオン注入後の固相成長では、トレンチコーナー
の単結晶部分が種結晶となるので、アモルファス領域は
単結晶で回復する。
【0021】より具体的には、本実施例においては、図
2(a)〜(h)に示す工程を行った。
【0022】まず、図3(a)に示すように、基板1で
あるSi基板上に、熱酸化により酸化膜12を形成し
(例えば10〜20nm)、更にCVD等により、Po
lySi13を形成する(例えば100〜300n
m)。
【0023】次に、通常のリソグラフィー技術を用い
て、RIEにより、素子分離領域形成用の凹部2(トレ
ンチ)を形成し、図3(b)の構造とする。
【0024】次に、埋め込み材料を埋め込んで埋め込み
部3を形成し、図3(c)の構造とする。埋め込み材料
は、トレンチアイソレーションを形成できるものなら任
意であり、SiO2 やBPSGその他の不純物含有ガラ
ス(平坦化材料)を用いることができ、例えばバイアス
ECR−CVDでSiO2 を埋め込んだり、あるいは各
種手段でポリSiや不純物含有ガラスを埋め込み、平坦
化することができる。ここではSiO2 を埋め込んで、
図3(c)の構造とした。
【0025】次に、RIEにより、PolySi13、
酸化膜12であるSiO2 を除去する。これにより、図
3(d)に示すように、埋め込み部3が、基板1の表面
である凹部2の開口上面21よりも高く、突出部31を
有する構成で得られる。突出部の突出の大きさ、つまり
開口上面21より上に出っぱる高さは、PolySi1
3の膜厚により調整できる。
【0026】次に、熱酸化膜14、PolySiCVD
膜を形成し、更にフォトリソグラフィー工程、つまりレ
ジスト工程及びRIEにより、通常のポリシリコンゲー
ト電極15を形成する。これによって、図3(e)の構
造を得る。
【0027】次に、一般的な手法に従い、SiO2 −C
VDとRIEにより、ゲート電極をなすPolySi1
5の側壁に通常のサイドウォール41を形成する。この
時、素子分離のSiO2 である埋め込み材料3は、突出
部31が形成されている結果、ゲート電極と同程度位、
上に出っぱっているので、この横にもサイドウォール4
が形成される。このサイドウォールを、下地保護部とし
て用いる。
【0028】即ち、上記保護部4となるサイドウォー
ル、及びポリシリコン電極15のサイドウォールー41
形成後、通常のソース/ドレイン領域形成用イオン注入
を行うと、図3(g)に示すように、アモルファス領域
となったアモルファス部5が形成される。ここで、下地
保護部4となるサイドウォールが形成されているので、
図の(A)の領域(トレンチコーナーのエッヂ)は、イ
オン注入によるダメージを受けず、完全な単結晶のまま
である。
【0029】その後、熱処理である回復アニールを行
う。図3(h)に示すように、5′で示す如く結晶の回
復が行われ、上記図3(g)で説明したところから、欠
陥の無い構造が得られることになる。
【0030】ここで、埋め込み部3の突出部31の高
さ、つまりここでは埋め込みSiO2の高さ(Si基板
表面から出っぱる高さ)の適正値は、ソース/ドレイン
領域形成用イオン注入の条件(イオン種、エネルギー、
ドーズ量)により異なる。一般に、このイオン注入によ
りSi基板がアモルファス化される深さより、高くすれ
ば良い。
【0031】例えば、以下の表1に示す如くである。
【表1】
【0032】実施例2 本実施例では、埋め込み材料として、PolySiを用
いた。即ち図4に示すように、PolySiから成る埋
め込み部3bを凹部2内に形成し、その周囲はSiO2
部3aとした。その他は実施例1と同様にして、同様の
効果を得た。
【0033】
【発明の効果】本出願の発明によると、凹部の埋め込み
構造を備える半導体装置の製造の場合に、基板に各種の
基板処理、たとえば、イオン注入などの処理を行った
後、熱処理を行う場合についても、凹部近傍に欠陥が生
じず、リーク電流が大きくなるなどの不都合の生じない
半導体装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1の工程の概略を示す図である。
【図2】本発明の作用説明のための図である。
【図3】実施例1の工程を示す図である。
【図4】実施例2を示す図である。
【図5】従来技術を示す図である。
【符号の説明】
1 基板 2 凹部 3,3a,3b 埋め込み部 31 突出部 4 下地保護部(サイドウォール) 5 アモルファス部分

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板の凹部に埋め込み材料を埋め込
    み、その後イオン注入工程を少なくとも含む基板処理を
    施す工程を有する半導体装置の製造方法であって、 半導体基板上に酸化膜及びシリコン膜を形成する工程
    と、 前記シリコン膜、酸化膜及び半導体基板をパターニング
    して、凹部を形成する工程と、 前記凹部に埋め込み材料を平坦に埋め込む工程と、 前記シリコン膜及び前記酸化膜を順次除去し、前記埋め
    込み材料を前記凹部に残すことにより、前記シリコン膜
    及び前記酸化膜の各厚さの和に相当する突出高さの突出
    部を形成する工程と、 前記突出部の側面に下地保護部を形成する工程と、 その後前記基板処理を行うことにより該基板処理による
    前記下地保護部下の基板に対するダメージを防止した前
    記基板処理を行う工程を有するとともに、 前記基板処理は、半導体基板の表面に所定深さのアモル
    ファス部を形成するイオン注入工程を含み、前記突出部
    の高さを前記アモルファス部の所定高さより大きく形成
    することによって、前記下地保護部下の基板における欠
    陥の発生を防止したことを特徴とする半導体装置の製造
    方法。
  2. 【請求項2】半導体基板の凹部に埋め込み材料を埋め込
    み、その後イオン注入工程を少なくとも含む基板処理を
    施す工程を有する半導体装置の製造方法であって、 半導体基板上に酸化膜及びシリコン膜を形成する工程
    と、 前記シリコン膜、酸化膜及び半導体基板をパターニング
    して、凹部を形成する工程と、 前記凹部に埋め込み材料を平坦に埋め込む工程と、 前記シリコン膜及び前記酸化膜を順次除去し、前記埋め
    込み材料を前記凹部に残すことにより、前記シリコン膜
    及び前記酸化膜の各厚さの和に相当する突出高さの突出
    部を形成する工程と、 前記突出部の側面に下地保護部を形成する工程と、 その後前記基板処理を行うことにより該基板処理による
    前記下地保護部下の基板に対するダメージを防止した基
    板処理を行う工程を有するとともに、 前記基板処理は、半導体基板の表面に所定深さのアモル
    ファス部を形成するイオン注入工程を含み、前記突出部
    の高さを前記アモルファス部の所定高さより大きく形成
    することによって、前記下地保護部下の基板における欠
    陥の発生を防止して行う処理であり、かつ前記基板処理の後、結晶の回復のための熱処理を行
    ことを特徴とすることを特徴とする半導体装置の製造
    方法。
  3. 【請求項3】前記埋め込み部は、埋め込み材料がポリシ
    リコンであって、該ポリシリコンの周囲をSiO 部と
    したものである請求項1または2記載の半導体装置の製
    造方法。
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