JPH0199234A - 分離領域形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は同一半導体基板上に多数の素子を集積して成る
モノリシック集積回路の素子間分離に関するものである
。

従来の技術 半導体集積回路の素子間分離には従来窒化硅素膜（以下
ＳｉＮ膜と略記）を用いて半導体基板を選択的に酸化す
るＬＯＣＯ３法が採用されてきた。

しかし、さらに微細化するためには、ＬＯＣＯ８法で生
じるバーズビークやバードヘッドが障害となる。深い酸
化膜分離を形成することは今後の高集積化にとって重要
な鍵であるが、そのためにはまずもって上述のバーズビ
ーク・バーズヘラトラ縮小することが必須要件である。

従来、そのためにＬＯＣＯ８法の改良として第２図（Ａ
）〜（Ｃ）に示す製法が提案されている。

第２図（Ａ）半導体基板１の主面１＆に深さｄの段部１
ｂが形成されていて、その段部底面１Ｃを除いてＳｉＮ
膜２２Ｌ　、２ｂで被覆されている。

第２図（Ｂｌこの状態で湿った酸素中で１０００〜１２
００℃の高温で熱酸化を行なうと、段部側面のＳｉＮ膜
２ｂがその下に成長する酸化膜により持上げられ２ｂ’
で示すような形状になる。この図は酸化膜４の先端が主
面１ａ端部Ｐ点に到達した時点の酸化膜形状である。酸
化膜厚に等しい距離だけＳ工Ｎ膜・半導体基板界面に沿
って酸化が進行するという単純な仮定のもとに描画しで
ある。酸化膜厚は消費される基板の深さの約２倍である
から、酸化膜４の表面４２Ｌおよび底面４ｂはもとの底
面１Ｃからそれぞれｄ／２の位置にあり、従って基板主
面１＆から酸化膜表面４ａはｄ／２だけ沈んでいること
になる。すなわち、この状態では表面が平坦化されてい
ないので、後の素子形成・配線形成に著るしく不都合で
ある。

第２図（Ｃ１そこでさらに酸化を進め、酸化膜表面を基
板主面と同じ高さにした状態がこの図である。

酸化膜４は酸化膜５へ成長しその表面６ａは基板主面１
ａと同じ高さであるが、このとき高さＢｈ＝ｄ／２のバ
ードヘッド６および巾Ｂｂ−ｄのバードビーク７が生じ
る。側面ＳｉＮ膜２ｂがなければＢｈ、Ｂｂとも約２倍
の大きさであるのでそれだけ改良されてはいるが、段部
深さｄ−１μｍとしてもＢｈ−０，６μｍ　、　Ｂ　ｂ
−１μｍという値はなお改良を要する。

発明が解決しようとする問題点 本発明は、深い選択酸化によりバーズヘッド。

バーズビークが生じ、分離領域の表面が平坦化されずま
た分離領域が微細化できないという従来の問題点を解決
しようとするものである。

問題点を解決するだめの手段 本発明は、半導体基板の主面に溝を形成し、その主面と
溝側面のみを酸化防止膜で被覆し、溝側面と溝底面境界
領域を少くとも覆う半導体材料のリム（Ｒｉｍ）を形成
したのち熱酸化を行なう分離領域形成方法である口 作用 半導体利料のリムは溝底面が酸化されるとき同時に酸化
され、そのリムがすべて酸化物に変換されるまで溝側面
の酸化防止膜の下には酸化物が成長しない。

従来に於ては溝底面の酸化が始まると同時に、溝側面の
酸化防止膜下にも酸化物が成長していた。

この点が本発明と従来例との大きな差異である。

この差異がバーズビーク・バーズヘッドの差異となって
くる。

すなわち本発明のリムは溝側面の酸化開始を遅らせる作
用がある。

実施例 本発明の一実施例を第１図体）〜■）に示す。

第１図（Ａ）は、従来例（第２図（Ａ））と同じである
。

Ｓｉ半導体基板１の主面１Ｎと溝側面１ｂとの境界−１
ｐ点、溝側面１ｂと底面１Ｇとの境界ｅＱ点とする。

第１図（Ｂｌは、溝側面１ｂと底面１Ｃの境界すなわち
Ｑ点を少くとも覆う多結晶シリコンから成るリム３を形
成する。それにはまず全面に多結晶シリコン膜を気相成
長法で堆積せしめて後に基板主面に垂直に入射するエツ
チングガスによる反応性スパッタ法を用いる。そうする
ことによシ溝側面全体を覆う被膜が形成される。ここで
は、さらにオーバエッチし溝側面の下方約半分のみ？：
覆うように形成する。すなわち多結晶シリコンのリム３
は高さ１ｌ＝ｄ／２かつその巾Ｗｐ＝ｄ／２の形状をし
ている。底面の縁どり金した形状となるのでとこではリ
ム３と呼ぶ。

第１図（Ｃ）（Ｉ′ｉ、上記工程で形成されたリム３と
底面１Ｃとを熱酸化（１０００〜１２ｏＯ℃）する。

この図はリム３がすべて酸化された時の状態２示してい
る。底面１ＣのＳｉ基板がｄ／２消費され厚さｄの酸化
膜４が成長した状態と一致する。その理由はリム３の巾
Ｗｐ＝ｄ／２　としたことによりリム３がすべて酸化膜
になるときと、溝底面のＳｉ基板がｄ／２だけ消費され
るときとが一致するからである。

なお溝側面１ｂはほぼ全面酸化膜４で覆われる。

これはリム３が酸化により溝側面１ｂに清って上方へも
膨張するからである。

この状態では酸化膜は溝側面のＳｉＮ膜２ｂの下方へは
侵入せずＱ点で停止している。

このとき酸化膜４の上面４４は基板の主面１＆よすｄ／
２だけ下方にあり、表面は平坦化されていない。

第１図（ＤＪは、さらに熱酸化を続行すると酸化膜は５
ｉＮ２　ｂの下方へ侵入をはじめ酸化によυ体積が膨張
するのでＳｉＮ　２　ｂは、はじめの溝側面１ｂよりは
く離していく。ここでは、溝底面に於てＳｉ基板がさら
にｄ／２消費され、酸化膜６の上面５２Ｌが基板の主面
１ａとほぼ同じ高さになった状態を示しである。すなわ
ち（Ｃ１図と比較したとき酸化膜はｄだけ追加成長して
いる。このとき、５ｉＮ２ｂの下部では酸化膜が溝側面
１ｂに沿って上方へ距離ｄだけ侵入している。

従来例と異なシ、この時点までは基板１の主面１ａが酸
化されないので、バーズビークやヘットは発生しない。

すなわち、酸化膜６の上面６ａが基板の主面１ａと同じ
高さになるまで熱酸化を続行しても、バーズビークやヘ
ッドは発生しない。その理由は、酸化はＰ点まで溝側面
１ｂＫ沿って進行するが、Ｐ点を越えて主面１１Ｌ内ま
では進んでいないからである。

このことは、従来例第２図（Ｂ）と本発明の第１図（Ｄ
）を比較するとよシ良く理解される。すなわち、両図と
も酸化はＰ点まで進んでいるが、本発明ではその時点で
厚さ２ｄの酸化膜６が成長していて表面は平坦化されて
いるのに対し、従来例では酸化膜厚はｄで、表面は未だ
基板主面１ａに比しｄ／２だけ沈んだ位置にある。

この違いは第１図（Ｃ１によシもたらされている。

すなわち溝底部に膜厚ｄの酸化膜４が成長するまでは、
酸化はＱ点を越えないのであり、これはリム３の存在に
基因している。半導体材料リム３が溝側面１ｂの酸化開
始を遅らせる作用をしているのである。

なおリム３に高濃度のリン（Ｐ）やボロン（Ｂｌ　’ｉ
添加しておくことで成長する酸化膜４（Ｏｒ６）の粘性
を少なくし膜中の応力を減少せしめることが出来る。

応力は結晶欠陥を誘起し、結晶欠陥は半導体素子のリー
ク電流や雑音源となるので、上記の方法でこれらの電気
特性が改善される。

発明の効果 本発明によシ次の効果がもたらされる。

■　バーズビークがない。基板主面内へ酸化膜が侵入し
て来ないので活性領域が広い。換言すればパターン通り
に微細な酸化物分離領域が形成される。

■　バーズヘッドがない。基板主面と酸化膜表面とが連
続した平坦面となる。これにより７ＭＯ３型素子のゲー
ト電極や、金属配線の形成が容易になる。

■　窒化膜は強弾性体であシ、その下方が熱酸化によシ
膨張すれば互いに押しあい圧縮応力を生じるがその強さ
は窒化膜下方の酸化膜厚に依存する。本発明ではその膜
厚が従来例に比し約半分であるため応力も少なく、従っ
て結晶欠陥の発生も少なく電気特性に優れている。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）〜（ＤＪは、本発明の分離領域形成方法に
おける一実施例の製造工程断面図、第２図（ム）〜（Ｃ
）は、従来例の製造工程断面図である。 １・・・・・・半導体基板、２・・・・・・窒化硅素膜
（ＳｉＮ膜）、３・・・・・・半導体材料のリム（Ｒｉ
ｍ）、４．５・・団・酸化膜。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　はが１名第１
図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板の主面に溝を形成し、前記溝の底面以
   外を酸化防止膜で被覆し、前記溝側面と底面の境界を少
   くとも覆う半導体材料を形成して熱酸化を、その熱酸化
   膜表面が基板の前記主面と略々同じ高さになるまで行な
   うことを特徴とする分離領域形成方法。
2. （２）半導体材料の形状は、溝底面の熱酸化膜厚が溝段
   差と同じになったとき、前記半導体材料が丁度酸化され
   てしまうようなものであることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の分離領域形成方法。