JP3338383B2 - 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】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関し、更に詳しくいえば、LOCOS(Local Oxidati
on of Silicon)法を用いて形成された素子分離膜を有
する半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体装置の製造方法において、LOCOS
法により素子分離膜を形成する際に用いる方法として、
いわゆるPBL(Poly-Buffered LOCOS)法が知られて
いる。PBL法は、バーズビークを低減するために、あ
らかじめ耐酸化膜と半導体基板の間にポリシリコン膜を
形成しておく方法である。以下にPBL法を用いた半導
体装置の製造方法について説明する。 工程1:図3(a)に示すように、半導体基板51上に
熱酸化法を用いてパッド酸化膜52を形成し、CVD(Che
mical Vapor Deposition)法を用いてパッド酸化膜52
上にパッドポリシリコン膜53を形成する。次に、耐酸
化膜として、シリコン窒化膜54をCVD法を用いて形成
し、素子分離膜を形成する領域に開口部を形成する。 工程2:図3(b)に示すように、シリコン窒化膜54
をマスクとして半導体基板51を熱酸化し、素子分離膜
55を形成する。このときパッド酸化膜52は、バーズ
ビーク下部の半導体基板表面に結晶欠陥が発生すること
を防止し、パッドポリシリコン膜53は、素子分離膜5
5の酸化領域がシリコン窒化膜54と半導体基板51と
の間に侵入して生じる、バーズビークを短く抑制する働
きをする。 工程3:図3(c)に示すように、パッド酸化膜52、
パッドポリシリコン膜53、シリコン窒化膜54を除去
する。 工程4:図3(d)に示すように、熱酸化法を用いてゲ
ート絶縁膜56を形成し、CVD法を用いてポリシリコン
膜57及び、タングステンシリサイド膜58を形成す
る。 工程5:図3(e)に示すように、ポリシリコン膜57
及びタングステンシリサイド膜58を任意の形状にエッ
チングして、ゲート電極59や、配線60を形成する。
この後、ソース、ドレイン領域を形成し、層間絶縁膜を
形成し、更に配線を形成して、半導体集積回路が形成さ
れる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、パッド
酸化膜52とパッドポリシリコン膜53は、バーズビー
クの抑制の働きをするが、製造過程で除去され、その後
改めてゲート酸化膜56、ゲート電極となるポリシリコ
ン膜57を堆積するので、工程数が多かった。また、素
子分離膜55は、半導体基板51の上に盛り上がって形
成されるため、ゲート絶縁膜56上に形成されるゲート
電極58と素子分離膜55上に形成される配線との段差
が大きく、その後の配線形成などのリソグラフィーの工
程の露光焦点の調整精度が落ちる等の問題があった。
【0004】本発明は上記の問題を解決するために、半
導体集積回路の製造工程数の削減とともに、ゲート絶縁
膜上のゲート電極と素子分離膜上の配線との段差を緩和
することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】請求項1、2に記載の発
明は、上記の目的のために、パッド酸化膜及びパッドポ
リシリコン膜を除去せずに、そのままゲート酸化膜及び
ゲート電極の一部として用いるものであるので、前記段
差を緩和することができる。
【0006】また、請求項3に記載の発明は、請求項1
に記載の発明に加え、第1のシリコン膜を一定膜厚残存
させてエッチングするので、前記段差をさらに緩和する
ことができる。
【0007】
【発明の実施の形態】以下に本発明の第1の実施の形態
について説明する。 工程1:図1(a)に示すように、半導体基板1上に熱
酸化法を用いて、ゲート絶縁膜2を厚さ50Å〜200Åに
形成する。次に、全面にCVD法を用いて第1のシリコン
膜として、第1のポリシリコン膜3を厚さ500Å〜1000
Åに形成する。次に、全面にCVD法を用いて耐酸化膜と
してシリコン窒化膜4を1000Åに形成し、所定領域に開
口部を形成する。 工程2:図1(b)に示すように、シリコン窒化膜4を
マスクとして半導体基板1を熱酸化し、素子分離膜5を
形成する。このとき、素子分離膜5の厚さは、約3500Å
であり、半導体基板1上に盛り上がるように形成され、
素子分離膜5の上面は、半導体基板1の上面からおよそ
2000Å盛り上がる。 工程3:図1(c)に示すように、シリコン窒化膜4を
除去する。 工程4:図1(d)に示すように、CVD法を用いて第2
のシリコン膜として第2のポリシリコン膜6を厚さ500
Å〜1000Åに形成する。次に、第1、第2のポリシリコ
ン膜にPOCl3を用いた熱拡散により、リンを導入する。
次に、タングステンシリサイド膜7を1000Å〜2000Åに
形成する。 工程5:図1(e)に示すように、ポリシリコン膜6及
びタングステンシリサイド膜7を任意の形状にエッチン
グして、ゲート電極8や、配線9を形成する。この後、
ソース、ドレイン領域を形成し、層間絶縁膜を形成し、
更に配線を形成するなどして、様々な半導体集積回路が
形成される。
【0008】ここで、ゲート絶縁膜2上に形成されてい
るゲート電極8は、第1のポリシリコン膜3、第2のポ
リシリコン膜6、タングステンシリサイド膜7の積層構
造であり、素子分離膜5の上に形成されている配線9
は、第2のポリシリコン膜6とタングステンシリサイド
膜7の積層構造である。従って、ゲート電極8は、配線
9に比較して、第1のポリシリコン膜3の厚さ500Å〜1
000Åだけ厚い。従って、ゲート電極8の上面と配線9
の上面の段差は第1のポリシリコン3の厚さだけ緩和さ
れている。
【0009】第1のポリシリコン膜の厚さは、厚いほ
ど、ゲート電極8と配線9との厚さの差が大きくなるの
で、段差の緩和により寄与する。例えば上記の例であれ
ば、半導体基板1表面と素子分離膜上面との段差はおよ
そ2000Åであり、ポリシリコン膜1の厚さを1000Åに形
成すれば、段差を1000Åに緩和できる。
【0010】以下に本発明の第2の実施の形態について
説明する。 工程1:図2(a)に示すように、半導体基板21上に
熱酸化法を用いて、ゲート絶縁膜22を厚さ50Å〜200
Åに形成する。次に、全面にCVD法を用いて第1のポリ
シリコン膜23を厚さ500Å〜2000Åに形成する。次
に、全面にCVD法を用いて耐酸化膜としてシリコン窒化
膜24を1000Åに形成し、図示しないマスクを用いて、
所定領域に開口部を形成する。さらに、前記のマスクも
しくはシリコン窒化膜24をマスクとして第1のポリシ
リコン膜23を例えば500Å残存するようにエッチング
する。このときのエッチングは、シリコン窒化膜24と
第1のポリシリコン膜23とを別のガスでそれぞれエッ
チングしてもよいが、シリコン窒化膜24のエッチング
ガスにCF4+CHF3を用いれば、ポリシリコンもある程度エ
ッチングできるので、これらを連続してエッチングする
こともできる。 工程2:図2(b)に示すように、シリコン窒化膜24
をマスクとして半導体基板21を熱酸化し、素子分離膜
25を形成する。素子分離膜25の盛り上がりは、第1
のポリシリコン膜23の厚みによって、吸収され、表面
の段差は小さい。もちろん、第1のポリシリコン膜23
の厚さと、素子分離膜25の形成条件とを最適化するこ
とによって、段差をなくすことも不可能ではない。ただ
し、第1のポリシリコン膜23の厚さが厚くなると、第
1のポリシリコン膜23の側面の酸化が無視できなくな
るので、素子分離膜25の端部の形状に注意が必要であ
る。 工程3:図2(c)に示すように、シリコン窒化膜24
を除去する。 工程4:図2(d)に示すように、CVD法を用いて第2
のポリシリコン膜26を厚さ100Å〜1000Åに形成す
る。次に、第1、第2のポリシリコン膜にPOCl3を用い
てリンを導入する。次に、タングステンシリサイド膜2
7を1000Å〜2000Åに形成する。 工程5:図2(e)に示すように、ポリシリコン膜26
及びタングステンシリサイド膜27を任意の形状にエッ
チングして、ゲート電極28や、配線29を形成する。
この後、ソース、ドレイン領域を形成し、層間絶縁膜を
形成し、更に配線を形成して、半導体集積回路が形成さ
れる。上述した様に、本実施形態によれば、半導体基板
21と素子分離膜25の段差が1500Åであっても、第1
のポリシリコン膜23を1500Åに形成し、シリコン窒化
膜24をマスクにして、第1のポリシリコン膜23を10
00Åエッチングすれば、段差を500Åに緩和しつつ、素
子分離膜25の厚さは第1の実施形態と同様の3500Åに
することができる。もちろん、第1のポリシリコン膜2
3の厚さを2000Åにすれば、実質的に段差をなくすこと
も可能である。
【0011】第2のポリシリコン膜6、26は、SiO2で
ある素子分離膜5、25とタングステン膜7、27との
密着層の働きをし、第2のポリシリコン膜を形成しない
と、SiO2上にタングステン膜を形成することができな
い。また、ポリシリコンを導電性にするために、例えば
リンをPOCl3を用いてポリシリコン内に導入する場合、
第2のシリコン膜がないと、素子分離膜5、25にも注
入されてしまい、素子分離膜表面がPSG化して、エッチ
ングレートの変化などの不具合を引き起こす恐れがあ
る。第2のポリシリコン膜が形成されていれば、リンを
導入する際のバリアの働きをして、素子分離膜表面のPS
G化を防止する。従って、第2のポリシリコン膜26の
厚さは最低100Åは必要である。
【0012】また、タングステンシリサイド膜は、電
極、配線の抵抗を下げるために形成され、タングステン
膜を形成せず、ポリシリコンをそのまま電極、配線にし
てもよく、また、タングステンの代わりに、チタンやコ
バルトなどを用いてもよい。
【0013】また、ポリシリコン膜は、アモルファスシ
リコンや、その他のシリコン膜でもよく、絶縁膜はSiO2
に限らず、BPSG膜や、SOG膜でもよい。
【0014】また、実施形態では、「ゲート電極」「配
線」を例示したがもちろんこれに限るものではなく、様
々な半導体装置、例えばロジックマイコン、D-RAMやフ
ラッシュメモリ等の記憶素子その他、LOCOSによって素
子分離を行うあらゆる半導体装置に適用できる。
【0015】
【発明の効果】上述したように、本発明の製造方法によ
れば、従来のパッドポリシリコン膜を除去せずに、第1
のポリシリコン膜としてゲート電極の一部に用い、ま
た、従来のパッド酸化膜をゲート絶縁膜として用いるの
で、それぞれの膜を除去、再形成する工程が不要となる
ので、製造工程が短縮され、製造コストの削減、製造期
間の短縮がなされる。
【0016】また、素子分離膜下のゲート電極は、第1
のポリシリコン膜を含み、素子分離膜上の配線は、第1
のポリシリコン膜を含まないので、ゲート電極よりも配
線の方が薄くなり、素子分離膜上下の段差が緩和され、
平坦化される。これにより、リソグラフィーを用いる工
程で露光調整の精度が向上すると共に、上層の配線を形
成しやすくなる。
【0017】また、第2のポリシリコン膜を形成するの
で、SiO2である素子分離膜上に、抵抗の低いタングステ
ンシリサイド膜を形成できると共に、ポリシリコンにリ
ンを導入する際に素子分離膜がPSG化することを防止で
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態の製造方法を説明する
ための断面図である。
【図2】本発明の第2の実施形態の製造方法を説明する
ための断面図である。
【図3】従来の製造方法を説明するための断面図であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 21/94 A (72)発明者 木綿 正明 新潟県小千谷市千谷甲3000番地 新潟三 洋電子株式会社内 (56)参考文献 特開 平5−259451(JP,A) 特開 平8−264768(JP,A) 特開 平6−21444(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/78 H01L 21/336 H01L 21/28 H01L 29/49 H01L 21/76 H01L 27/06 H01L 21/822

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する
    工程と、 前記ゲート絶縁膜上に第1のシリコン膜を形成する工程
    と、 前記第1のシリコン膜上に耐酸化膜を形成する工程と、 前記耐酸化膜の所定領域に開口部を形成する工程と、前記耐酸化膜を少なくともマスクの一部として、前記第
    1のシリコン膜を一定膜厚残存させてエッチングする工
    程と、 前記耐酸化膜をマスクとして前記第1のシリコン膜及び
    前記半導体基板を熱酸化して、素子分離膜を形成する工
    程と、 前記耐酸化膜を除去する工程と、 前記第1のシリコン膜上及び前記素子分離膜上に第2の
    シリコン膜を形成する工程と、 前記第2のシリコン膜をエッチングして前記素子分離膜
    上に配線を形成すると共に、前記第1のシリコン膜及び
    前記第2のシリコン膜をエッチングして電極を形成する
    工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
  2. 【請求項2】 半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する
    工程と、 前記ゲート絶縁膜上に第1のシリコン膜を形成する工程
    と、 前記第1のシリコン膜上に耐酸化膜を形成する工程と、 前記耐酸化膜の所定領域に開口部を形成する工程と、前記耐酸化膜を少なくともマスクの一部として、前記第
    1のシリコン膜を一定膜厚残存させてエッチングする工
    程と、 前記耐酸化膜をマスクとして前記第1のシリコン膜及び
    前記半導体基板を熱酸化して、素子分離膜を形成する工
    程と、 前記耐酸化膜を除去する工程と、 前記第1のシリコン膜上及び前記素子分離膜上に第2の
    シリコン膜を形成する工程と、 前記第2のシリコン膜上に金属シリサイド膜を形成する
    工程と、 前記第2のシリコン膜と前記金属シリサイド膜とをエッ
    チングして前記素子分離膜上に配線を形成すると共に、
    前記第1のシリコン膜と前記第2のシリコン膜と前記金
    属シリサイド膜とをエッチングして電極を形成する工程
    とを有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】 半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する
    工程と、 前記ゲート絶縁膜上に第1のシリコン膜を形成する工程
    と、 前記第1のシリコン膜上に耐酸化膜を形成する工程と、前記耐酸化膜をエッチングして所定領域に開口部を形成
    し、さらに前記耐酸化膜を少なくともマスクの一部とし
    て、前記第1のシリコン膜を一定膜厚残存させるよう
    に、前記耐酸化膜のエッチングに用いたエッチングガス
    と同一のエッチングガスを用いてエッチングする工程
    と、 前記耐酸化膜をマスクとして前記第1のシリコン膜及び
    前記半導体基板を熱酸化して、素子分離膜を形成する工
    程と、 前記耐酸化膜を除去する工程と、 前記第1のシリコン膜上及び前記素子分離膜上に第2の
    シリコン膜を形成する工程と、 前記第2のシリコン膜をエッチングして前記素子分離膜
    上に配線を形成すると共に、前記第1のシリコン膜及び
    前記第2のシリコン膜をエッチングして電極を形成する
    工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
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