JP3403210B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
Method for manufacturing semiconductor deviceInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方
法、特に、選択熱酸化フィールド酸化膜を有する半導体
素子の素子形成領域に酸化膜を形成する方法の改良に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to an improvement in a method for forming an oxide film in an element formation region of a semiconductor element having a selective thermal oxidation field oxide film.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来の半導体素子の素子分離には、選択
熱酸化法を使用して形成したフィールド酸化膜が広く使
用されている。その製造工程を図３を参照して説明す
る。まず、同図（ａ）に示すように、シリコン基板１上
に酸化膜２と窒化膜３とを重ねて形成した後、素子形成
領域を除く領域から酸化膜２と窒化膜３とを除去して熱
酸化し、フィールド酸化膜４を形成する。次に、同図
（ｂ）に示すように、酸化膜２と窒化膜３とを除去して
酸化し、同図（ｃ）に示すように、素子形成領域に酸化
膜６を形成する。2. Description of the Related Art A field oxide film formed by a selective thermal oxidation method is widely used for isolation of conventional semiconductor elements. The manufacturing process will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 3A, after the oxide film 2 and the nitride film 3 are formed on the silicon substrate 1 in an overlapping manner, the oxide film 2 and the nitride film 3 are removed from the region except the element formation region. And thermally oxidize to form a field oxide film 4. Next, as shown in FIG. 2B, the oxide film 2 and the nitride film 3 are removed and oxidized, and an oxide film 6 is formed in the element formation region as shown in FIG.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】半導体素子の微細化に
ともなってフィールド酸化膜４のバーズビークを小さく
することが要求され、そのためにフィールド酸化膜エッ
ジ部のシリコン層に大きなストレスが加わるようになっ
た。このストレスが、図３（ａ）に記号５をもって示す
ように結晶欠陥を透起し、さらに、図３（ｃ）に記号７
をもって示すように、重金属不純物が残留歪に引き寄せ
られてゲッタリングされる。この状態で素子形成領域に
酸化膜６を形成すると、欠陥が酸化膜６中に突き抜けた
り、重金属不純物７が酸化膜６に混入して酸化膜６の信
頼性を低下させる。With the miniaturization of semiconductor devices, it has been required to reduce the bird's beak of the field oxide film 4, which causes a large stress to be applied to the silicon layer at the edge portion of the field oxide film. . This stress induces crystal defects as indicated by symbol 5 in FIG. 3 (a), and further, symbol 7 in FIG. 3 (c).
, The heavy metal impurities are attracted to the residual strain and gettered. When the oxide film 6 is formed in the element formation region in this state, defects penetrate into the oxide film 6 or heavy metal impurities 7 are mixed into the oxide film 6 to reduce the reliability of the oxide film 6.
【０００４】本発明の目的は、この欠点を解消すること
にあり、素子形成領域に欠陥がなく、また、重金属不純
物の混入のない信頼性の高い酸化膜を形成する方法を提
供することにある。An object of the present invention is to eliminate this drawback, and to provide a method for forming a highly reliable oxide film having no defect in the element formation region and containing no heavy metal impurities. .
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】上記の目的は、下記いず
れの手段によって達成される。第１の手段は、選択熱酸
化法を使用して、第１の酸化膜と窒化膜とが形成された
基板上の素子形成領域以外の領域にフィールド酸化膜を
形成し、前記フィールド酸化膜を形成した後、選択熱酸
化法に使用した前記窒化膜を除去し、前記窒化膜を除去
した後、稀ガスで希釈した水素雰囲気中で熱処理し、前
記熱処理後、前記第１の酸化膜を除去し、前記フィール
ド酸化膜が形成されていない領域に第２の酸化膜を生成
して、前記フィールド酸化膜に発生した結晶欠陥の拡が
りを阻止するか、または、前記フィールド酸化膜のエッ
ジ部の残留歪を減少させるかする工程を有する半導体装
置の製造方法である。なお、前記稀ガスは、アルゴンガ
ス、ヘリウムガス、または、キセノンガスであることが
好ましい。The above object can be achieved by any of the following means. The first means is that the first oxide film and the nitride film are formed by using the selective thermal oxidation method .
A field oxide film is formed in a region other than the element formation region on the substrate, the field oxide film is formed, and then the nitride film used in the selective thermal oxidation method is removed, and the nitride film is removed.
And then, heat treatment in a hydrogen atmosphere diluted with rare gas, before
After the heat treatment, the first oxide film is removed to remove the feel.
A second oxide film is generated in the area where the oxide film is not formed.
Then, it is a method of manufacturing a semiconductor device, which includes a step of preventing the spread of crystal defects generated in the field oxide film or reducing the residual strain of the edge portion of the field oxide film. The rare gas is preferably argon gas, helium gas, or xenon gas.
【０００６】第２の手段は、選択熱酸化法を使用して、
素子形成領域以外の領域にフィールド酸化膜を形成し、
前記フィールド酸化膜を形成した後、選択熱酸化法に使
用した窒化膜を除去し、前記窒化膜を除去した後、マイ
クロ波を使用して発生させた水素ラジカルを稀ガスで希
釈した雰囲気中で熱処理し、前記フィールド酸化膜が形
成されていない素子形成領域に酸化膜を形成する工程を
有する半導体装置の製造方法である。なお、前記稀ガス
は、アルゴンガス、ヘリウムガス、または、キセノンガ
スであることが好ましい。The second means is to use a selective thermal oxidation method,
A field oxide film is formed in a region other than the element formation region,
After forming the field oxide film, the nitride film used for the selective thermal oxidation method is removed, and after removing the nitride film, hydrogen radicals generated by using microwaves are diluted with a rare gas in an atmosphere. After heat treatment, the field oxide film is formed
It is a method of manufacturing a semiconductor device, which includes a step of forming an oxide film in an element formation region which is not formed. The rare gas is preferably argon gas, helium gas, or xenon gas.
【０００７】第３の手段は、選択熱酸化法を使用して、
素子形成領域以外の領域にフィールド酸化膜を形成し、
前記フィールド酸化膜を形成した後、選択熱酸化法に使
用した窒化膜を除去し、前記窒化膜を除去した後、アン
モニヤを加熱して発生させた水素ラジカルを含む雰囲気
中で熱処理し、前記フィールド酸化膜が形成されていな
い素子形成領域に酸化膜を形成する工程を有する半導体
装置の製造方法である。The third means is to use the selective thermal oxidation method,
A field oxide film is formed in a region other than the element formation region,
Wherein after forming the field oxide film, removing the nitride film used in the selective thermal oxidation process, after it said nitride film is removed, and heat-treated in an atmosphere containing hydrogen radicals generated by heating Anmoniya, the field No oxide film is formed
A method of manufacturing a semiconductor device, the method including a step of forming an oxide film in a device forming region.
【０００８】[0008]
【作用】選択熱酸化法を使用してフィールド酸化膜を形
成し、選択熱酸化法に使用した窒化膜を除去した後、稀
ガスで希釈した水素ガス雰囲気中でアニールすると、フ
ィールド酸化膜エッジ部の残留歪を減少させるとゝも
に、水素によって結晶欠陥の拡がりを止めることができ
ることを実験によって確認した。このようなアニール処
理を施した後に素子形成領域に酸化膜を形成すれば、酸
化膜中に欠陥が突き抜けることがなくなるとゝもに、残
留歪が緩和されることによって重金属不純物がフィール
ド酸化膜エッジ部に集積することが無くなるため、高品
質の酸化膜が形成される。[Function] When the field oxide film is formed by using the selective thermal oxidation method, the nitride film used for the selective thermal oxidation method is removed, and then annealed in a hydrogen gas atmosphere diluted with a rare gas, the edge portion of the field oxide film is removed. It was confirmed by experiments that the extension of crystal defects can be stopped by hydrogen while reducing the residual strain of. If an oxide film is formed in the element formation region after such an annealing treatment, defects will not penetrate through the oxide film, and the residual strain will be relaxed, and the heavy metal impurities will be removed from the field oxide film edge. A high-quality oxide film is formed because it is not accumulated in the area.
【０００９】なお、窒素ガスで希釈した水素ガスや１０
０％濃度の水素ガスを使用してアニールすると、フィー
ルド酸化膜とシリコン層との界面の界面準位が増加して
劣化の原因となるが、稀ガスで希釈した水素ガスを使用
すればこの欠点を防止しうることが確認された。また、
水素を希釈することによって爆発の危険性が低くなり、
取り扱いが容易になるという二次的効果もある。Hydrogen gas diluted with nitrogen gas or 10
When annealing is performed using 0% hydrogen gas, the interface level at the interface between the field oxide film and the silicon layer increases and causes deterioration. However, using hydrogen gas diluted with a rare gas causes this drawback. It was confirmed that this can be prevented. Also,
Diluting hydrogen reduces the risk of explosion,
It also has the secondary effect of being easier to handle.
【００１０】[0010]
【実施例】以下、図面を参照して、本発明の三つの実施
例に係る酸化膜の形成方法について説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The method for forming an oxide film according to three embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００１１】第１実施例
図１（ａ）に示すように、Ｐ型シリコンウェーハ１の表
面を１０００℃の乾燥酸素雰囲気中で酸化して３０ｎｍ
厚の酸化シリコン膜２を形成し、その上にＣＶＤ法を使
用して窒化シリコン膜３を１００ｎｍ厚に形成する。次
いで、窒化シリコン膜３をパターニングして素子形成領
域を除く領域から除去し、９００℃のウェット酸素雰囲
気中で酸化して６００ｎｍ厚のフィールド酸化膜４を形
成する。この時、フィールド酸化膜４のエッジ部に結晶
欠陥５が発生する。 First Example As shown in FIG. 1A, the surface of a P-type silicon wafer 1 was oxidized to 30 nm in a dry oxygen atmosphere at 1000 ° C.
A thick silicon oxide film 2 is formed, and a silicon nitride film 3 is formed thereon to a thickness of 100 nm by using the CVD method. Then, the silicon nitride film 3 is patterned to be removed from the region except the element formation region, and is oxidized in a wet oxygen atmosphere at 900 ° C. to form a field oxide film 4 having a thickness of 600 nm. At this time, a crystal defect 5 occurs at the edge portion of the field oxide film 4.
【００１２】図１（ｂ）に示すように、窒化シリコン膜
３をリン酸ボイルで除去した後、アルゴンガスで５％濃
度に希釈した水素ガス雰囲気中において９５０℃の温度
に加熱して１０分間アニールする。これによりフィール
ド酸化膜４のエッジ部の残留歪が緩和されるとゝもに、
水素によって結晶欠陥５の広がりが止められる。As shown in FIG. 1 (b), after removing the silicon nitride film 3 with boiled phosphate, it is heated to a temperature of 950 ° C. for 10 minutes in a hydrogen gas atmosphere diluted with argon gas to a concentration of 5%. Anneal. As a result, the residual strain at the edge of the field oxide film 4 is alleviated.
The hydrogen prevents the crystal defects 5 from spreading.
【００１３】図１（ｃ）に示すように、希フッ酸を使用
して酸化膜２を除去した後、アルゴンガスで希釈した１
０％濃度の酸素雰囲気中で１０００℃の温度に加熱して
酸化し、９ｎｍ厚の酸化膜６を形成する。As shown in FIG. 1C, the oxide film 2 is removed by using dilute hydrofluoric acid, and then diluted with argon gas 1.
Oxidation is performed by heating to a temperature of 1000 ° C. in a 0% oxygen atmosphere to form an oxide film 6 having a thickness of 9 nm.
【００１４】図示しないが、酸化膜６上にポリシリコン
膜を２００ｎｍ厚に形成し、これをパターニングして面
積９×１０-2ｃｍ2 の電極を形成し、これに９ＭＶ／ｃ
ｍの電界を印加したときのＴＤＤＢ（Time Dependent D
ielectric Breakdown ）特性を図２のグラフＡに示す。
累積破壊率が５０％に至る時間は従来の方法で形成され
た絶縁膜（グラフＢに示す）の１０6 倍になり、大幅な
改善が見られた。Although not shown, a polysilicon film having a thickness of 200 nm is formed on the oxide film 6 and is patterned to form an electrode having an area of 9 × 10 -2 cm 2 , and 9 MV / c is formed thereon.
TDDB (Time Dependent D) when an electric field of m is applied.
The electric breakdown) characteristic is shown in graph A of FIG.
The time required for the cumulative destruction rate to reach 50% was 10 6 times that of the insulating film formed by the conventional method (shown in Graph B), showing a significant improvement.
【００１５】なお、水素ガスの希釈ガスとしては、アル
ゴンガスの他にヘリウムガスやキセノンガスを使用して
も同一の効果が得られることが確認された。It has been confirmed that the same effect can be obtained by using helium gas or xenon gas in addition to argon gas as the diluting gas for hydrogen gas.
【００１６】第２実施例
窒化膜を除去した後のアニール工程を、マイクロ波を使
用して発生した水素ラジカルを、アルゴンガス、ヘリウ
ムガス、キセノンガス等の稀ガスで希釈した雰囲気中に
おいて実施するもので、その他の工程は第１実施例と同
一であり、同様の効果が得られた。 Second Embodiment The annealing process after removing the nitride film is carried out in an atmosphere in which hydrogen radicals generated by using microwaves are diluted with a rare gas such as argon gas, helium gas or xenon gas. The other steps are the same as those in the first embodiment, and similar effects were obtained.
【００１７】第３実施例
窒化膜を除去した後のアニール工程を、アンモニアガス
を加熱して発生した水素ラジカルを、アルゴンガス、ヘ
リウムガス、キセノンガス等の稀ガスで希釈した雰囲気
中において実施するもので、その他の工程は第１実施例
と同一であり、同様の効果が得られた。 Third Embodiment The annealing process after removing the nitride film is carried out in an atmosphere in which hydrogen radicals generated by heating ammonia gas are diluted with a rare gas such as argon gas, helium gas or xenon gas. The other steps are the same as those in the first embodiment, and similar effects were obtained.
【００１８】[0018]
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明に係る半導
体装置の製造方法においては、選択熱酸化法を使用して
フィールド酸化膜を形成した後、稀ガスで希釈された水
素または水素ラジカルを含む雰囲気中においてアニール
することによって、フィールド酸化膜エッジ部のストレ
スによって発生した結晶欠陥の拡がりを止めるとゝもに
残留歪を減少することができるので、素子形成領域の半
導体基板に形成された酸化膜には欠陥の突き抜けや重金
属不純物の混入がなくなって酸化膜の信頼性が著しく向
上する。As described above, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, after the field oxide film is formed using the selective thermal oxidation method, hydrogen or hydrogen radicals diluted with a rare gas are contained. The residual strain can be reduced by stopping the expansion of crystal defects generated by the stress at the edge portion of the field oxide film by annealing in the atmosphere, so that the oxide film formed on the semiconductor substrate in the element formation region can be reduced. Since defects are not penetrated and heavy metal impurities are not mixed in, the reliability of the oxide film is significantly improved.
【図１】本発明に係る絶縁膜の形成工程図である。FIG. 1 is a process drawing of forming an insulating film according to the present invention.
【図２】酸化膜のＴＤＤＢ特性を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing TDDB characteristics of an oxide film.
【図３】従来技術に係る絶縁膜の形成工程図である。FIG. 3 is a process drawing of an insulating film according to a conventional technique.
１ 半導体基板 ２ 酸化膜 ３ 窒化膜 ４ フィールド酸化膜 ５ 結晶欠陥 ６ 酸化膜 ７ 重金属不純物 1 Semiconductor substrate 2 oxide film 3 Nitride film 4 field oxide film 5 Crystal defects 6 oxide film 7 Heavy metal impurities
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭50−48876（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−35525（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−122240（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/316 H01L 21/76 Continuation of front page (56) References JP-A-50-48876 (JP, A) JP-A-61-35525 (JP, A) JP-A-62-122240 (JP, A) (58) Fields investigated (Int .Cl. 7 , DB name) H01L 21/316 H01L 21/76
Claims (6)
と窒化膜とが形成された基板上の素子形成領域以外の領
域にフィールド酸化膜を形成し、前記フィールド酸化膜を形成した後、 選択熱酸化法に使
用した前記窒化膜を除去し、前記窒化膜を除去した後、 稀ガスで希釈した水素雰囲気
中で熱処理し、前記熱処理後、前記第１の酸化膜を除去し、 前記フィールド酸化膜が形成されていない領域に第２の
酸化膜を生成して、 前記フィールド酸化膜に発生した結晶欠陥の拡がりを阻
止する ことを特徴とする半導体装置の製造方法。1. Using a selective thermal oxidation method,First oxide film
And the nitride film is formed on the substrateAreas other than the element formation area
Forming a field oxide film in the area,After forming the field oxide film, Used for selective thermal oxidation
Removing the used nitride film,After removing the nitride film, Hydrogen atmosphere diluted with rare gas
Heat treated inAfter the heat treatment, the first oxide film is removed, In the region where the field oxide film is not formed, the second
Generate oxide film, Prevents the spread of crystal defects generated in the field oxide film.
Stop A method of manufacturing a semiconductor device, comprising:
と窒化膜とが形成された基板上の素子形成領域以外の領
域にフィールド酸化膜を形成し、前記フィールド酸化膜を形成した後、 選択熱酸化法に使
用した前記窒化膜を除去し、前記窒化膜を除去した後、 稀ガスで希釈した水素雰囲気
中で熱処理し、前記熱処理後、前記第１の酸化膜を除去し、 前記フィールド酸化膜が形成されていない領域に第２の
酸化膜を生成して、 前記フィールド酸化膜のエッジ部の残留歪を減少させる ことを特徴とする半導体装置の製造方法。2. Using a selective thermal oxidation method,First oxide film
And the nitride film is formed on the substrateAreas other than the element formation area
Forming a field oxide film in the area,After forming the field oxide film, Used for selective thermal oxidation
Removing the used nitride film,After removing the nitride film, Hydrogen atmosphere diluted with rare gas
Heat treated inAfter the heat treatment, the first oxide film is removed, In the region where the field oxide film is not formed, the second
Generate oxide film, Reducing residual strain at the edge of the field oxide film A method of manufacturing a semiconductor device, comprising:
ガス、または、キセノンガスである ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の半導体
装置の製造方法。3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the rare gas is argon gas, helium gas, or xenon gas.
以外の領域にフィールド酸化膜を形成し、前記フィールド酸化膜を形成した後、 選択熱酸化法に使
用した窒化膜を除去し、前記窒化膜を除去した後、 マイクロ波を使用して発生さ
せた水素ラジカルを稀ガスで希釈した雰囲気中で熱処理
し、前記フィールド酸化膜が形成されていない 素子形成領域
に酸化膜を形成する工程を有することを特徴とする半導
体装置の製造方法。4. Using a selective thermal oxidation method to form a field oxide film in a region other than the element formation region, after forming the field oxide film, removing the nitride film used in the selective thermal oxidation method, After removing the nitride film , heat-treating hydrogen radicals generated using microwaves in an atmosphere diluted with a rare gas to form an oxide film in an element formation region where the field oxide film is not formed. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising:
ガス、または、キセノンガスである ことを特徴とする請求項４記載の半導体装置の製造方
法。5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein the rare gas is argon gas, helium gas, or xenon gas.
以外の領域にフィールド酸化膜を形成し、前記フィールド酸化膜を形成した後、 選択熱酸化法に使
用した窒化膜を除去し、前記窒化膜を除去した後、 アンモニヤを加熱して発生さ
せた水素ラジカルを含む雰囲気中で熱処理し、 前記フィールド酸化膜が形成されていない素子形成領域
に酸化膜を形成する工程を有する ことを特徴とする半導体装置の製造方法。6. Use a selective thermal oxidation method to form a field oxide film in a region other than the element formation region, after forming the field oxide film, removing the nitride film used in the selective thermal oxidation method, characterized in that it has the after nitride layer was removed, and heat-treated in an atmosphere containing hydrogen radicals generated by heating the Anmoniya, an oxide film is formed on the field oxide film is not formed element forming region step And a method for manufacturing a semiconductor device.
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|---|---|---|---|
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| JPH05226329A JPH05226329A (en) | 1993-09-03 |
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