JP3688860B2 - 半導体集積回路の製造方法 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィールドシールド法による素子間分離が行われる半導体集積回路の製造方法に関するもので、特に、ゲート酸化膜、ゲート電極及び保護用酸化膜が積層されたゲート構造の厚みを減少させることにより、このゲート構造の側壁に対するサイドウォールや、ソース、ドレイン電極の形成を容易にした製造方法の改良に関するものである。
【0002】
【従来技術】
半導体集積回路の技術分野では、素子間分離方法の一つとして、フィールドシールド法が採用されている。このフィールドシールド法では、互いに隣接するMOSトランジスタのソース/ドレイン拡散層をまたぐ素子間分離領域内に素子間分離用MOSトランジスタが形成される。この素子間分離用MOSトランジスタの上方には、配線層が形成される場合が多い。このような構造の半導体集積回路の製造方法を図3を参照して説明する。
【0003】
まず、図3の(A)に示すように、p型シリコン基板200の表面にドレイン拡散層nとソース拡散層nとを形成したのち、全面に厚み300Å〜600Åのゲート酸化膜201、厚み1000Å〜2000Åのポリシリコンのゲート電極202、厚み1000Å〜3000Åの保護用の酸化膜203を形成するためのシリコン酸化膜やポリシリコン膜を形成したのち、素子間分離領域によって囲まれる素子形成領域に対してエッチングを行うことにより、ゲート酸化膜201、ゲート電極202及び保護用酸化膜203が同順に積層された素子間分離用MOSトランジスタのゲート構造を形成すると共に、素子形成領域内のシリコン基板200の表面を露出させる。引き続き、上記素子分離用MOSトランジスタのゲート構造の側壁に絶縁物のサイドウォール204を形成する。
【0004】
次に、図3の(B)に示すように、素子形成領域のシリコン基板200の表面にゲート酸化膜を形成するための厚み100Å〜200Åの酸化シリコン膜205’を形成したのち、この上にゲート電極を形成するするための厚み2000Å〜6000Åのポリシリコン膜206’を全面に形成する。続いて、ゲート電極形成用のポリシリコン膜206’を素子間分離領域の保護用酸化膜203の表面が露出するまで化学機械的研磨を行ったのち、図3の(C)に示すように、素子間分離領域の上部に配線層209を形成するための厚み1000Å〜2000Åの厚みのポリシリコン膜209’と、この配線層上に保護用の酸化膜を形成するための厚み1000Å〜3000Åのシリコン酸化膜207’を全表面に形成する。
【0005】
次に、フォトレジストを塗布しパターンを転写したものをマスクとして、酸化シリコン膜207’をエッチングすることによりパターン化された酸化膜207を形成し、フォトジストを除去した後、図2の(D)に示すように、パターン化された酸化膜207をマスクとして、ポリシリコン膜209’をエッチングすることにより、素子間分離領域の上方に配線層209とその上層の保護用酸化膜207を形成する。この際、素子形成領域のゲート電極206の上方にも上層のゲート電極209と保護用の酸化膜207が形成される。
【0006】
次に、配線層209とその上層の保護用の酸化膜207の側壁にサイドウォール210を形成すると共に、ゲート酸化膜205、2層のゲート電極206,209及び保護用の酸化膜207から成るゲート構造の側面に絶縁物のサイドウォール211を形成する。最後に、全面に厚み1000Å〜2000Åのポリシリコン膜を形成し、フォトレジストを塗布しパターンを転写したものをマスクとしてエッチングすることにより、図2の(E)に示すように、ソース,ドルイン電極212,213を形成する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のフィールドシールドによる素子間分離を採用する半導体集積回路の製造方法によれば、ゲート電極206を形成するための厚み2000Å〜6000Åのポリシリコン膜206’に対して酸化膜203の表面が露出するまで化学機械的に研磨したのち、その表面に配線層209を形成するための厚み1000Å〜2000Åのポリシリコン膜209’と、この配線層209上に保護用の酸化膜207を形成するための厚み1000Å〜3000Åのシリコン酸化膜207’とを形成している。
【0008】
このため、2層構造のゲート電極206,209と、酸化膜207の厚みが全体で4000Å〜11000Åもの大きな値に達し、これに伴い、ゲート構造の側壁に対するサイドウォール211や、ソース/ドレイン電極212,213の形成が困難になるという問題がある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記従来技術の課題を解決する本発明に係わる半導体集積回路の製造方法は、最隣接素子のソース/ドレイン拡散層を含む素子間分離領域内にフィールドシールド法の素子間分離用MOSトランジスタを形成した後、この素子間分離領域によって囲まれた素子形成領域内にゲート酸化膜、ゲート電極及び保護用酸化膜の積層構造から成るゲート構造を形成すると共に、前記素子分離用MOSトランジスタの上方に配線層を形成するフィールドシールド分離法による。
【0010】
そして、本発明の願製造方法は、上記素子形成領域内にゲート酸化膜を形成した後、全面に、ポリシリコン膜、酸化シリコン膜及び第1の窒化シリコン膜を順次積層し、その前記第1の窒化シリコン膜に対してその下層の酸化シリコン膜が露出するまで化学機械的研磨を行い、続いて、全面に第2の窒化シリコン膜を形成したのち、前記第1及び第2の窒化シリコン膜に対してエッチングを行うことによりパターン化し、このパターン化された第1及び第2の窒化シリコン膜をマスクとしてその下層の前記酸化シリコン膜をエッチングすることによりパターン化し、このパターン化された酸化シリコン膜をマスクとしてその下層の前記ポリシリコン膜をエッチングすることにより前記素子形成領域内のゲート電極と、前記素子分離用MOSトランジスタの上方の配線層とを形成し、その後、前記ゲート電極及び前記パターン化された酸化シリコン膜からなる積層構造、並びに、前記配線層及び前記パターン化されか酸化シリコン膜からなる積層構造の側壁を覆うサイドウォールを形成するように構成されている。
【0011】
【実施例】
以下、図1を参照しながら本発明の一実施例の製造方法を説明する。
まず、図1の(A)示すように、p型シリコン基板100の表面にドレイン拡散層nとソース拡散層nとを形成したのち、フィールドシールド用MOSトランジスタのゲート酸化膜101を形成するための厚み300Å〜600Åの酸化膜101’を全面に形成し、この酸化膜101’上に、同じくフィールドシールド用MOSトランジスタのゲート電極102を作成するための厚み1000Å〜2000Åのポリシリコン膜102’を形成する。引き続き、このポリシリコン膜102’上に保護用の酸化膜103を形成するための厚み1000Å〜3000Åのシリコン酸化膜103’を形成する。
【0012】
引き続き、シリコン酸化膜103’上にフォトリソグラフィー技術を利用してエッチングマスクMを作成し、このエッチングマスクMを使用してシリコン基板100の表面が露出するまでエッチングを行うことにより、図1の(B)に示すように、フィールドシールド用MOSトランジスタのゲート酸化膜101,ゲート電極102及び保護用の酸化膜103が積層されたゲート構造を作成する。
【0013】
次に、図1の(B)に示すように、ゲート酸化膜101、ゲート電極102及び酸化膜103から成るゲート構造の側面に絶縁物のサイドウォール104を形成したのち、シリコン基板100の素子形成領域の表面に厚み100Å〜200Åのゲート酸化膜作成用のシリコン酸化膜105’を形成する。
【0014】
続いて、図1の(C)に示すように、全面に、厚み1000Å〜2000Åのゲート電極形成用のポリシリコン膜106'、厚み1000Å〜3000Åの酸化シリコン膜107'及び厚み2000Å〜6000Åの第1の窒化シリコン膜108'を順次形成する。ゲート電極形成用のポリシリコン膜106'の上に酸化シリコン膜107' と第1の窒化シリコン膜108'を形成するのは、これら2種類の膜を形成することにより互いに他方の膜を選択的にエッチング可能とし、保護用の酸化膜をも含めたゲート構造全体の高さを低減するためである。
【0015】
続いて、図1の(D)に示すように、最上層の第1の窒化シリコン膜108'に対して酸化シリコン膜107'の表面が露出するまで化学機械的研磨 (CMP) を行い、このCMP後の表面に厚み1000Å〜3000Åの第2の窒化シリコン膜109'を形成する。次に、第2の窒化シリコン膜109' の全面にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィー手法を用いてパターンを転写することによりエッチングマスクMを第2の窒化シリコン膜109'の上に作成する。
【0016】
上記第2の窒化シリコン膜109'上のエッチングマスクMを用いて、最上層の第2の窒化シリコン膜109'とその下層の第1の窒化シリコン膜108'とをエッチングすることにより、図2の(A)に示すように、エッチングマスクMの直下だけにパターン化された第1,第2の窒化シリコン膜108 109 とが残存する構造を作成する。
【0017】
この後、エッチングマスクMを溶解除去した後、パターン化された第2,第1の窒化膜109 と108 とをマスクとして、それぞれの下層の酸化シリコン膜107 ’をエッチングすることにより、図2の(B)に示すように、素子形成領域内のゲート構造の保護用の酸化膜107aと、素子間分離用のMOSトランジスタの上方の保護用酸化膜107bとを形成する。
【0018】
続いて、酸化膜シリコン膜に対するエッチングマスクとして用いた第1,第2の窒化シリコン膜108 109 とを除去した後、保護用の酸化膜107aと107bとをエッチングマスクとして、ポリシリコン膜106 ’をエッチングすることにより、図2の(C)に示すように、素子形成領域内のゲート電極106aと素子分離用のMOSトランジスタの上方の配線層106bとを形成する。
【0019】
この後、図2の(D)に示すように、素子間分離用MOSトランジスタの上方の配線層106bとその上層の保護用酸化膜107bの側壁とを覆うサイドウォール110と、素子形成領域内のゲート構造の側壁を覆うサイドウォール111とを形成したのち、厚み1000Å〜2000Åのポリシリコンを形成し、レジストを塗布しパターンを転写したものをマスクとしてエッチングすることにより、ソース/ドレイン電極112と113とを形成する。
【0020】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明のフィールドシールド法による素子間分離が行われる半導体集積回路の製造方法によれば、素子形成領域にゲート酸化膜とポリシリコン膜とを積層したのち、この上に酸化シリコン膜と第1,第2の窒化シリコン膜とを順に積層し、これら第1,第2の窒化シリコン膜をエッチングマスクとしてその下層の酸化シリコン膜をパターン化し、このパターン化された酸化膜をマスクとしてその下層のポリシリコン膜をエッチングすることにより素子形成領域内のゲート電極と、素子分離用MOSトランジスタの上方の配線層とを形成する構成であるから、素子形成領域内に形成されるゲート構造の高さが低減され、その側壁にサイドウォールや、ソース,ドレイン電極を形成することが容易になるという効果が奏される。
【0021】
また、本発明の製造方法によれば、第1の窒化シリコン膜108 ’を保護用酸化膜形成用の酸化シリコン膜107 ’の表面が露出するまで化学機械的研磨を行ったのち、この上に第2の窒化シリコン膜109 ’を形成する構成であるから、エッチング対象の酸化シリコン膜107 ’がエッチングマスクとなるパターン化された第2の窒化シリコン膜109 によって確実に覆われるという効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係わる半導体集積回路の製造方法の各製造工程を示す部分断面図である。
【図2】上記実施例の後続の各製造工程を示す部分断面図である。
【図3】従来の製造方法の各製造工程を示す部分断面図である。
【符号の説明】
100 シリコン基板
101 素子間分離用MOSトランジスタのゲート酸化膜
102 素子間分離用MOSトランジスタのゲート電極
105 MOSトランジスタのゲート酸化膜
106a MOSトランジスタのゲート電極
106b 配線層
107a MOSトランジスタのゲート電極を覆う保護用酸化膜
106b 配線層を覆う保護用酸化膜
110,111 サイドウォール
112,113 ソース/ゲート電極

Claims (1)

  1. 最隣接素子のソース/ドレイン拡散層を含む素子間分離領域内にフィールドシールド法の素子間分離用MOSトランジスタを形成した後、この素子間分離領域によって囲まれた素子形成領域内にゲート酸化膜、ゲート電極及び保護用酸化膜の積層構造から成るゲート構造を形成すると共に、前記素子分離用MOSトランジスタの上方に配線層を形成するフィールドシールド分離法による半導体集積回路の製造方法において、
    前記素子形成領域内にゲート酸化膜を形成した後、全面に、ポリシリコン膜、酸化シリコン膜及び第1の窒化シリコン膜を順次積層し、その前記第1の窒化シリコン膜に対してその下層の酸化シリコン膜が露出するまで化学機械的研磨を行い、続いて、全面に第2の窒化シリコン膜を形成したのち、前記第1及び第2の窒化シリコン膜に対してエッチングを行うことによりパターン化し、このパターン化された第1及び第2の窒化シリコン膜をマスクとしてその下層の前記酸化シリコン膜をエッチングすることによりパターン化し、このパターン化された酸化シリコン膜をマスクとしてその下層の前記ポリシリコン膜をエッチングすることにより前記素子形成領域内のゲート電極と、前記素子分離用MOSトランジスタの上方の配線層とを形成し、その後、前記ゲート電極及び前記パターン化された酸化シリコン膜からなる積層構造、並びに、前記配線層及び前記パターン化された酸化シリコン膜からなる積層構造の側壁を覆うサイドウォールを形成することを特徴とする半導体集積回路の製造方法。
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