JPH02156534A - Semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacture thereof

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JPH02156534A
JPH02156534A JP31045788A JP31045788A JPH02156534A JP H02156534 A JPH02156534 A JP H02156534A JP 31045788 A JP31045788 A JP 31045788A JP 31045788 A JP31045788 A JP 31045788A JP H02156534 A JPH02156534 A JP H02156534A
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JP
Japan
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layer
film
silicon
isolation
interface
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Application number
JP31045788A
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Japanese (ja)
Inventor
Takao Miura
隆雄 三浦
Kazunori Imaoka
今岡 和典
Takeshi Matsutani
松谷 毅
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
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  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Abstract

PURPOSE:To prevent depletion or inversion of the interface of a silicon film on the side of a semiconductor layer by implanting an element such as aluminum or calcium into the silicon film for thermally oxidizing the same and generating fixed charge in the silicon insulating film thus obtained for making the interface on the side of the semiconductor layer storable. CONSTITUTION:A silicon layer 5 is deposited on a P-type semi conductor layer 2 and aluminum(Al) is implanted therein. The silicon layer 6 is then annealed within argon gas and heated in the atmosphere of oxygen to be oxidized, whereby the Al is diffused uniformly within the silicon layer 5 while the silicon is oxidized to be SiO2. Thus, an insulating layer 1 of SiO2 containing Al diffused uniformly is obtained. Within the insulating layer 1, the oxygen is combined with the aluminum to produce alumina which breaks the amorphousness of the insulating layer 1 and produces a kind of stress. Accordingly, the insulating layer 1 is charged with minus electricity. As a result, a P<+> type layer 2a is produced at the interface of the insulating layer 1 with the substrate 2. In this manner, the interface region of the semiconductor layer becomes storable and depletion or inversion of this region can be prevented.

Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 半導体装置及びその製造方法に関し、 絶縁膜と半導体層側の界面の電荷分布を容易に制御する
ことを目的とし、 シリコン膜の中にアルミニウム、カルシウム等の物質を
注入して熱酸化することにより、半導体層の表面を蓄積
化するための固定電荷を有する絶縁膜を形成したことを
含み構成する。
[Detailed Description of the Invention] [Summary] Regarding a semiconductor device and a method for manufacturing the same, the purpose is to easily control the charge distribution at the interface between an insulating film and a semiconductor layer, and a silicon film containing aluminum, calcium, etc. The structure includes forming an insulating film having fixed charges for accumulating the surface of the semiconductor layer by injecting a substance and thermally oxidizing it.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、より詳
しくは、LOGO3や溝型の素子分離アイソレージ町ン
、ゲート酸化膜等のような絶縁膜を備えた半導体装置及
びその製造方法に関する。
The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly to a semiconductor device including an insulating film such as a LOGO3, a trench-type element isolation layer, a gate oxide film, and a method of manufacturing the same.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

L OG OS (local oxidaton o
f Sk)により素子間を分離する場合には、例えば第
20図に示すように、p型シリコン基板70の上に積層
した窒化(StsN4)膜71に窓72を形成し、この
窓72から露出したシリコン基板70表面を熱酸化して
二酸化シリコン(SiOりよりなるアイソレーション7
3を形成し、アイソレーション73相互間を素子形成領
域74とする。
LOGOS (local oxidation
fSk), for example, as shown in FIG. 20, a window 72 is formed in a nitride (StsN4) film 71 stacked on a p-type silicon substrate 70, and the The surface of the silicon substrate 70 is thermally oxidized to form an isolation layer 7 made of silicon dioxide (SiO).
3 is formed, and the space between the isolations 73 is used as an element forming region 74.

ところで、熱酸化熱酸化によりに形成したsto!膜と
シリコンの基板70の界面には未反応シリコンにより正
の界面準位が発生するために、基板70例の界面に負の
電荷を誘起する場合が多く反転化、空乏化の原因となっ
ている。
By the way, sto! formed by thermal oxidation! Since a positive interface level is generated by unreacted silicon at the interface between the film and the silicon substrate 70, negative charges are often induced at the interface of the substrate 70, causing inversion and depletion. There is.

これを解消する場合には、アイソレーション73を形成
する前にボロン、アルミニウム等の■族元素を窒化膜7
1の窓72から注入し、基板70例の界面に形成される
p°層70aにより反転化、空乏化を阻止するようにし
ているが、これらの元素は第20図に見られるように熱
酸化の際に素子形成領域74まで拡散してしまいその実
効領域を狭くするといった問題がある。
In order to solve this problem, before forming the isolation 73, group Ⅰ elements such as boron and aluminum should be added to the nitride film 73.
These elements are implanted through the window 72 of No. 1, and the p° layer 70a formed at the interface of the substrate 70 prevents inversion and depletion, but these elements are thermally oxidized as shown in FIG. At this time, there is a problem in that it diffuses into the element formation region 74, narrowing its effective area.

また、LOGO3によりアイソレージロン73を形成す
る場合には、バーズビークによりアイソレージランフ3
が広がるため、集積度を充分に高めることができないと
いった問題がある。
In addition, when forming the isolation ramp 73 using LOGO3, the isolation ramp 3 is formed using a bird's beak.
There is a problem that the degree of integration cannot be sufficiently increased because of the widening of the area.

他方、溝型のアイソレーションによって素子間を分離す
る場合には、第21図に示すように、基板75に形成し
た溝76の内面を熱酸化してSiO□ll977を成長
させ、その上に窒化膜7日を形成した後、溝76をポリ
シリコン79で埋める構造が採用されており、LOGO
3のようなストレスやバーズビークを考慮する必要はな
く、素子骨N領域の幅を狭く形成することが可能となる
On the other hand, when separating the elements by groove-type isolation, as shown in FIG. 21, the inner surface of the groove 76 formed in the substrate 75 is thermally oxidized to grow SiO After forming the film for 7 days, the groove 76 is filled with polysilicon 79, and the LOGO
There is no need to consider the stress and bird's beak as in 3, and the width of the element bone N region can be formed narrow.

しかし、その溝76内面のSiO□膜77にはLOCO
3と同様に界面準位が発生するため、■族元素を予めそ
の周囲にドープしてp”Ji75aを発生させることに
より、界面準位によって生じる空乏化や反転化を無くす
必要があり、SiO□膜77を熱酸化により形成する際
に■族元素が拡散して素子形成領域80を狭くするとい
った問題がLOGO8と同様に存在することになる。
However, the SiO□ film 77 on the inner surface of the groove 76 has LOCO
Similar to 3, interface states are generated, so it is necessary to eliminate depletion and inversion caused by the interface states by doping the group ■ element around it in advance to generate p''Ji75a. When the film 77 is formed by thermal oxidation, there is the same problem as in LOGO 8 that the element forming region 80 is narrowed due to the diffusion of the group Ⅰ elements.

ところで、上述したような素子分離用アイソレーション
を設けることにより基板70.75側の界面が空乏化し
たり反転化するといった現象は、第22図に示すように
MOSFETのSingよりなるゲート酸化膜81とシ
リコン基板82の界面に存在し、これによりMOSFE
Tが誤動作したり闇値が変動するといった問題が発生す
る。
By the way, the phenomenon that the interface on the substrate 70, 75 side becomes depleted or inverted due to the provision of the isolation for element isolation as described above is caused by the gate oxide film 81 made of the Sing of the MOSFET as shown in FIG. exists at the interface of the silicon substrate 82, thereby causing the MOSFE
Problems occur such as the T malfunctioning and the dark value fluctuating.

以上のような界面準位によって生じる空乏層や反転層の
発生を防止する手段としては、LOCO51溝型アイ−
ツレ−ジョン、MOSFETのゲート酸化膜を構成する
Si0g膜の中にアルミニウムを注入してこのSi0g
膜を負の固定電荷層とする方法が提案されている。
As a means to prevent the generation of depletion layers and inversion layers caused by the above-mentioned interface states, LOCO51 groove type eye
tsuresion, aluminum is implanted into the Si0g film that constitutes the gate oxide film of the MOSFET.
A method of using a film as a negative fixed charge layer has been proposed.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

しかし、sio、膜にアルミニウム等の元素を注入する
場合には、その元素がSi0g膜中でガウス分布状に存
在するため、このSIO□膜中にのみにアルミニウムを
注入すると界面付近のアルミニウムの量は極めて少なく
なってしまい、アルミニウムによって発生させる固定電
荷量を調整することが困難となる。
However, when implanting an element such as aluminum into the SiO film, the element exists in a Gaussian distribution in the SiO film, so if aluminum is implanted only into the SIO film, the amount of aluminum near the interface becomes extremely small, making it difficult to adjust the amount of fixed charge generated by aluminum.

この場合に、アルミニウムを注入したSiJ膜に熱を加
えて拡散させることも考えられるが、実際には、加熱し
てもその分布は変化せず、界面の元素量は少ない状態の
ままであり、電荷量の調整範囲が狭いといった問題は解
決されない。
In this case, it may be possible to apply heat to the SiJ film into which aluminum is implanted to cause diffusion, but in reality, the distribution does not change even after heating, and the amount of elements at the interface remains small. This does not solve the problem that the adjustment range of the amount of charge is narrow.

特に、MOS F ETにおいては、ガウス分布状に注
入元素が存在するために闇値の調整が難しく、しかも、
この膜は500人程度に極めて薄く形成する必要があり
、元素注入量を多くすると注入元素がゲート酸化膜を突
き抜けて基板まで達してしまうといった別の問題が生じ
る。
In particular, in MOS FETs, it is difficult to adjust the dark value because the implanted elements exist in a Gaussian distribution.
This film needs to be formed extremely thin, on the order of 500 layers, and if the amount of elements implanted is increased, another problem arises in that the implanted elements penetrate through the gate oxide film and reach the substrate.

また、溝型アイソレーションにおいてはその上方から元
素を注入するため、元素が十分にその注入方向を変化さ
せても側壁の下部分に、溝上方の空乏化、反転化を充分
に阻止できないといった問題がある。
In addition, in trench type isolation, since elements are implanted from above, there is a problem that even if the implant direction of the element changes sufficiently, depletion and inversion above the trench cannot be sufficiently prevented in the lower part of the sidewall. There is.

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであっ
て、酸化膜との界面の元素分布を容易に制御することが
できる半導体装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device in which the element distribution at the interface with an oxide film can be easily controlled.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記した課題は、半導体層の上に直接又は絶縁膜を介し
て形成する絶縁層を備えた半導体装置において、上記半
導体層表面を蓄積化するための固定電荷を発生させる拡
散性の元素をシリコン層の中に注入して熱酸化すること
により形成した絶縁層を備えたことを特徴とする半導体
装置、又は、半導体層の上に直接又は絶縁膜を介して絶
縁層を堆積する工程を含む半導体装置の製造方法におい
て、上記半導体層の上に直接又は上記絶縁膜を介してシ
リコン層を形成する工程と、該シリコン層の中に、上記
半導体層表面を蓄積化するための固定電荷を発生させる
拡散性の元素を注入する工程と、上記拡散性の元素を注
入した上記シリコン層を熱酸化して絶縁層となす工程と
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法により
解決する。
The problem described above is that in a semiconductor device equipped with an insulating layer formed directly on the semiconductor layer or via an insulating film, a diffusible element that generates a fixed charge to accumulate on the surface of the semiconductor layer is added to the silicon layer. A semiconductor device characterized by comprising an insulating layer formed by injection into a semiconductor layer and thermally oxidizing the semiconductor device, or a semiconductor device including a step of depositing an insulating layer directly or through an insulating film on the semiconductor layer. In the manufacturing method, a step of forming a silicon layer directly on the semiconductor layer or via the insulating film, and a step of diffusing to generate fixed charges in the silicon layer for accumulating the surface of the semiconductor layer. The present invention is solved by a method for manufacturing a semiconductor device, which comprises a step of implanting a diffusible element, and a step of thermally oxidizing the silicon layer into which the diffusible element is implanted to form an insulating layer.

〔作 用〕[For production]

上記した発明において、半導体層の上に直接又は間接的
にシリコン膜を堆積し、この中にアルミニウム、カルシ
ウム等の元素を注入した状態で熱酸化して絶縁層を形成
すると、このシリコン系の絶縁層は、負の固定電荷を生
じ、P型半導体層に対して逆極性の固定電荷を有するこ
とになるため、半導体層側の界面においては、半導体層
が蓄積化するために、この領域が空乏化したり反転化し
たりすることを阻止できることになる。
In the above invention, if a silicon film is deposited directly or indirectly on the semiconductor layer and an insulating layer is formed by thermal oxidation with elements such as aluminum and calcium injected into the silicon film, this silicon-based insulator The layer generates a negative fixed charge and has a fixed charge of opposite polarity to the P-type semiconductor layer, so at the interface on the semiconductor layer side, this region becomes depleted as the semiconductor layer accumulates. This means that it can be prevented from changing or reversing.

しかも、アルミニウムやカルシウムのようにシリコン膜
中で熱拡散するvA賞を使用することによって、シリコ
ン膜より形成した絶縁層の内部における元素分布を均一
とすることができるために、絶縁膜側の界面では、注入
元素の注入量にほぼ比例した量の固定電荷が発生するの
で、半導体層側の界面の固定電荷量のiPl整が容易と
なる。
Furthermore, by using vA particles such as aluminum and calcium that thermally diffuse in silicon films, it is possible to make the element distribution uniform inside the insulating layer formed from the silicon film. In this case, since fixed charges are generated in an amount substantially proportional to the amount of implanted elements, it is easy to adjust the amount of fixed charges iPl at the interface on the semiconductor layer side.

これにより、MOS F ETのゲート酸化膜に本実施
例を適用する場合にも、闇値の調整や闇値の均一化を図
ることができる。
Thereby, even when this embodiment is applied to the gate oxide film of a MOS FET, it is possible to adjust the dark value and make the dark value uniform.

さらに、この絶縁膜を素子分離用のアイソレーションに
使用する場合において、このアイソレーションを形成す
る前にボロンのような反転阻止用の元素を注入するとい
った処理をしないので、反転阻止用元素が熱処理により
拡散して素子形成領域まで侵入するといった現象は発生
せず、素子形成領域を狭めることはない。
Furthermore, when this insulating film is used for isolation for element isolation, there is no treatment such as implantation of an element for inversion prevention, such as boron, before forming this isolation, so the element for inversion prevention is heat-treated. Therefore, the phenomenon of diffusion and intrusion into the element formation area does not occur, and the element formation area is not narrowed.

〔実施例] (a)発明の第1の実施例の説明 第1図は、本発明の第1の実施例を示す装置の断面図で
あって、図中符号lは、P型半導体層2の上に直接(同
図(a))又は絶縁膜3を介して(同図(b))積層し
た絶縁層で、この絶縁層1は、多結晶、単結晶又は、ア
モルファスのシリコン膜の中に拡散性のあるアルミニウ
ム、カルシウム等の元素を注入した状態で熱酸化して形
成されたものであり、負の固定電荷を有している。
[Example] (a) Description of the first embodiment of the invention FIG. 1 is a sectional view of a device showing the first embodiment of the invention, in which the reference numeral 1 indicates a P-type semiconductor layer 2. This is an insulating layer laminated directly on the top ((a) of the figure) or via an insulating film 3 ((b) of the same figure). It is formed by thermally oxidizing a material injected with diffusible elements such as aluminum and calcium, and has a negative fixed charge.

この実施例において、半導体N2側の界面には、絶縁層
1内の負の固定電荷によりp゛層2aが発生している(
この21層2aは蓄積層ともいう)。
In this example, a p layer 2a is generated at the interface on the semiconductor N2 side due to negative fixed charges in the insulating layer 1 (
This 21st layer 2a is also called an accumulation layer).

次に、絶縁層lの製造工程の一例を示す。Next, an example of the manufacturing process of the insulating layer 1 will be described.

まず、p型の半導体層2の上に多結晶、単結晶又はアモ
ルファス性のシリコン層5を積層し、この中にアルミニ
ウム(^1)を注入した後に(第2図(a))、このシ
リコン層5をアルゴンガス中でアニールを行ってから酸
素雰囲気中で加熱して酸化すると、シリコン層5内で^
lが均一に拡散するとともにシリコンが酸化して5i0
2となるため、アルミニウムを均一に分布した5iOt
よりなる絶縁層1が形成されることになる。
First, a polycrystalline, single-crystalline, or amorphous silicon layer 5 is laminated on a p-type semiconductor layer 2, and after implanting aluminum (^1) into this layer (Fig. 2(a)), this silicon layer 5 is laminated on a p-type semiconductor layer 2. When the layer 5 is annealed in argon gas and then heated and oxidized in an oxygen atmosphere, ^ within the silicon layer 5.
As l diffuses uniformly, silicon oxidizes to 5i0
2, so 5iOt with uniformly distributed aluminum
An insulating layer 1 consisting of the following is formed.

この絶縁層l内では酸素とアルミニウムが結合してアル
ミナが発生し、絶縁層lのアモルファス性を崩して一種
のストレスを発生させるため、この絶縁層1は負に帯電
することになる(第2図(b))。
In this insulating layer 1, oxygen and aluminum combine to generate alumina, which destroys the amorphous nature of the insulating layer 1 and generates a type of stress, so this insulating layer 1 becomes negatively charged (second Figure (b)).

この結果、基板2側の界面はp″層2aとなる。As a result, the interface on the substrate 2 side becomes a p'' layer 2a.

次に、この実施例を更に具体化して説明する。Next, this embodiment will be explained in more detail.

p型の半導体層2の表面に二酸化シリコン(Sing)
よりなる絶縁膜3を100人の厚さに積層し、この上に
多結晶シリコン層5を2000人程度の厚さに形成する
Silicon dioxide (Sing) is deposited on the surface of the p-type semiconductor layer 2.
An insulating film 3 made of the following is laminated to a thickness of 100 layers, and a polycrystalline silicon layer 5 is formed thereon to a thickness of about 2000 layers.

この上から^lを40 [evlで5X10”個/cd
注入し、アルゴンガス雰囲気中にこれらを置いて熱拡散
処理を施した後に熱酸化を行い、この上に電iGを形成
してMOSダイオードDを作成し、そのC−V特性を測
定する(第3図(a))。
From above, add 40 ^l [EVL 5X10” pieces/cd
After injecting these into an argon gas atmosphere and performing thermal diffusion treatment, thermal oxidation is performed, and an electric current is formed on this to create a MOS diode D, and its C-V characteristics are measured. Figure 3(a)).

第3図(b)は、電橿Gと半導体層2の間のシリコン層
5にアルミニウムを注入したMOSダイオードDのC−
■特性と、アルミニウムを注入しない従来のMOSダイ
オード装置(図示せず)のCV特性において、表面電荷
量が零になるときのゲート電圧(V、)と拡散温度の関
係を示す特性図であって、白のプロットはシリコン膜5
に^1を注入しない場合を示し、黒のプロットはAIを
注入した場合を示している。
FIG. 3(b) shows a MOS diode D C-
■Characteristics and CV characteristics of a conventional MOS diode device (not shown) without aluminum implantation, which is a characteristic diagram showing the relationship between gate voltage (V,) and diffusion temperature when the amount of surface charge becomes zero. , the white plot is silicon film 5
The case where ^1 is not injected is shown, and the black plot is the case where AI is injected.

この拡散温度・V、特性図によれば、シリコン層5にア
ルミニウムを注入して熱拡散処理を施さない場合でも、
アルミニウムを注入しない場合よりもゲート電圧VFI
が約0.3[V]程度シフトすることがわかり、これに
熱を加えるとさらに大きく電圧V□はシフトすることが
明らかになった。
According to this diffusion temperature/V characteristic diagram, even when aluminum is injected into the silicon layer 5 and no thermal diffusion treatment is performed,
Gate voltage VFI than without aluminum implantation
It was found that the voltage V□ shifted by about 0.3 [V], and it became clear that when heat was added to this, the voltage V□ shifted even more.

したがって、アルミニウムのドープ量と拡散温度を変え
ることにより、P型半導体層2側の界面を29とするこ
とが可能となり、この領域が空乏化したり反転化したり
することを阻止できることになる。
Therefore, by changing the doping amount of aluminum and the diffusion temperature, it is possible to set the interface on the P-type semiconductor layer 2 side to 29, and it is possible to prevent this region from being depleted or inverted.

しかも、アルミニウムはシリコン層5中で熱により拡散
して均一に分布するために、絶縁層l内では、アルミニ
ウムの注入量にほぼ比例して固定電荷が発生することに
なり、半導体層2側の界面の29層2aの調整が容易と
なる。
Moreover, since aluminum is diffused by heat and distributed uniformly in the silicon layer 5, a fixed charge is generated in the insulating layer l in approximately proportion to the amount of aluminum implanted, and the semiconductor layer 2 side Adjustment of the 29 layers 2a at the interface becomes easy.

これにより、MOSFETのゲート酸化膜に本実施例を
適用することにより、閾値の調整や闇値の均一化を図る
ことができる。
As a result, by applying this embodiment to the gate oxide film of a MOSFET, it is possible to adjust the threshold value and make the dark value uniform.

さらに、絶縁層lを素子分離用のアイソレーションに適
用する場合において、このアイソレージジンを形成する
前に反転阻止用の元素を半導体基板に注入するといった
処理をしないので、反転阻止用の元素が熱処理により基
板2内で拡散して素子形成領域を侵すといった現象は発
生せず、本発明によれば素子形成領域を狭めることはな
い。
Furthermore, when the insulating layer l is applied to isolation for element isolation, the inversion blocking element is not implanted into the semiconductor substrate before forming the isolation layer, so the inversion blocking element is not injected into the semiconductor substrate. The phenomenon of diffusion within the substrate 2 and invasion of the element formation area due to heat treatment does not occur, and according to the present invention, the element formation area is not narrowed.

(b)本発明の第2実施例の説明 第4図は、本発明の第2の実施例を示すLOCO8の断
面図であって、図中符号6は、p型シリコン基板7の表
面に形成されたアイソレーションで、このアイソレーシ
ョン6は、シリコン膜の中にアルミニウムをドープした
状態で熱酸化して形成され、その内部は負の固定電荷層
となっており、基板7例の界面はP0化されるために反
転化や空乏化が阻止されることになる。
(b) Description of the second embodiment of the present invention FIG. 4 is a cross-sectional view of the LOCO 8 showing the second embodiment of the present invention. This isolation 6 is formed by thermally oxidizing a silicon film doped with aluminum, and the inside thereof is a negative fixed charge layer, and the interface of the substrate 7 is P0. Therefore, inversion and depletion are prevented.

次に、アイソレーション6の形成方法を第5図に基づい
て説明する。
Next, a method for forming the isolation 6 will be explained based on FIG. 5.

まず、p型シリコン基板7表面のS10□膜8の上にポ
リシリコン膜9を積層し、図示しないイオン注入装置に
より正イオン化したアルミニウム(AI)を注入する(
第5図(a))、この場合にAI”はポリシリコン膜9
の中でガウス分布に従って存在することになる。
First, a polysilicon film 9 is laminated on the S10□ film 8 on the surface of the p-type silicon substrate 7, and positively ionized aluminum (AI) is implanted using an ion implantation device (not shown).
FIG. 5(a)), in this case AI" is a polysilicon film 9
will exist according to a Gaussian distribution.

さらに、この上に窒化膜10を積層し、この後にアニー
ル処理によりアルミニウムを拡散させる。
Further, a nitride film 10 is laminated thereon, and then aluminum is diffused by annealing.

その後、素子分離領域6aに位置する部分をエツチング
して窓11を形成しく第5図(b))、この後に熱酸化
処理を施すと、素子分離領域6aのシリコン基板7の表
面とポリシリコン11!J9が熱膨張してアイソレーシ
ョン6が形成されることになる(第5図(c))、この
熱酸化の際にアイソレーション6内部では^1が酸素と
結合してアルミナが形成され、このアルミナはアイソレ
ーション6中のアモルファス性を崩し一種のストレスを
生じさせ、内部に負の固定電荷層を形成することになる
After that, the portion located in the element isolation region 6a is etched to form a window 11 (FIG. 5(b)), and when a thermal oxidation treatment is performed after this, the surface of the silicon substrate 7 in the element isolation region 6a and the polysilicon 11 are etched. ! J9 thermally expands to form isolation 6 (Fig. 5(c)). During this thermal oxidation, ^1 combines with oxygen to form alumina inside isolation 6. Alumina destroys the amorphous nature of the isolation 6 and causes a kind of stress, resulting in the formation of a negative fixed charge layer inside.

この後に、窒化膜10を燐酸により除去するとともにフ
ォトリソグラフィ法等により不要なポリシリコン膜9を
除去すると、第4図に示すような装置が完成する。
Thereafter, the nitride film 10 is removed with phosphoric acid and the unnecessary polysilicon film 9 is removed by photolithography or the like, thereby completing the device as shown in FIG.

なお、この製造工程においてアルミニウムを熱拡散した
が、拡散しない状態で使用することもできる。
Although aluminum was thermally diffused in this manufacturing process, it can also be used without being diffused.

次に、上記したアイソレーション6の作用について述べ
る。
Next, the operation of the above-mentioned isolation 6 will be described.

上述した実施例において、アイソレーション6は負の電
荷を有する結果、基板7側の界面はp゛化されるため、
その界面には空乏層や反転層が発生することはない、こ
のために、素子分離領域6aに予めボロン等のp型元素
をドープする必要はなくなり、熱酸化の際にこれらが拡
散して素子形成領域12が狭くなるといった問題は解決
されることになる。
In the above-mentioned embodiment, as a result of the isolation 6 having a negative charge, the interface on the substrate 7 side is converted to p'.
No depletion layer or inversion layer is generated at the interface. Therefore, there is no need to pre-dope p-type elements such as boron into the element isolation region 6a, and these diffuse during thermal oxidation to form the element. The problem that the formation area 12 becomes narrower will be solved.

しかも、シリコン基板7の上にポリシリコン膜9を形成
して酸化するために、厚み方向への成長が速く、バーズ
ビークも小さくなり、素子形成領域12への侵入が抑制
される。
Furthermore, since the polysilicon film 9 is formed on the silicon substrate 7 and oxidized, the growth in the thickness direction is fast, the bird's beak is also small, and invasion into the element forming region 12 is suppressed.

(C)発明の第3の実施例の説明 第6図は、本発明の第3の実施例を示すLOGO3の断
面図であって、図中符号13は、シリコン基板14の表
面の素子骨gl 領域13aに形成したアイソレーショ
ンである。
(C) Description of the third embodiment of the invention FIG. 6 is a sectional view of LOGO 3 showing the third embodiment of the invention, in which reference numeral 13 indicates the element bone gl on the surface of the silicon substrate 14. This is isolation formed in the region 13a.

このアイソレーション13は、素子分Ii!sI域13
aの上部両側に設けた5ksNaよりなる2つのサイド
ウオール15の間隙にポリシリコン膜を形成するととも
に、この中にアルミニウムをドープして熱酸化したもの
で、第2の実施例と同様に内部は負の固定筒層となって
おり、基板14例の界面はP°化されるために反転化や
空乏化が阻止されることになる。
This isolation 13 is for the element Ii! sI area 13
A polysilicon film is formed in the gap between the two side walls 15 made of 5ksNa provided on both sides of the upper part of the film, and the film is doped with aluminum and thermally oxidized. This is a negative fixed cylindrical layer, and since the interface of the 14 substrates is changed to P°, inversion and depletion are prevented.

なお、図中符号16は二酸化シリコン(SiOz)膜を
示している。
Note that the reference numeral 16 in the figure indicates a silicon dioxide (SiOz) film.

次に、このアイソレーション13の形成方法を第7図に
基づいて説明する。
Next, a method for forming this isolation 13 will be explained based on FIG. 7.

p型のシリコン基板14表面の5i02膜16の上に第
1の窒化膜17とSing膜18を順に積層した後、こ
れらの膜17.18のうち素子分離領域13aの部分を
エツチングして窓19を設け、この上から第2の窒化膜
20を積層する(第7図(a))。
After sequentially stacking the first nitride film 17 and the Sing film 18 on the 5i02 film 16 on the surface of the p-type silicon substrate 14, the element isolation region 13a portion of these films 17.18 is etched to form the window 19. is provided, and a second nitride film 20 is laminated thereon (FIG. 7(a)).

その後に、異方性エツチングを行い、窓19の内周面の
部分を残して第2の窒化膜20を除去し、側方に残存し
た第2の窒化膜20をサイドウオール15とする。この
段階で素子骨NwI域13aのシリコン基板14表面が
露出する(第7図(b))。
Thereafter, anisotropic etching is performed to remove the second nitride film 20 leaving only the inner peripheral surface of the window 19, and the second nitride film 20 remaining on the sides is used as the sidewall 15. At this stage, the surface of the silicon substrate 14 in the element bone NwI region 13a is exposed (FIG. 7(b)).

さらに、この上にCVD法等によりポリシリコン膜21
を積層した後にこれをエッチバックし、素子骨#領域1
3aの基板14上部両側にある2つのサイドウオール1
5の間隙に第2のポリシリコン膜21が残存するように
する。その後に、正イオン化したAIをドープすると、
サイドウオール15内のポリシリコン膜21の中でA1
0がガウス分布に従って存在することになる(第7図(
c) )。
Furthermore, a polysilicon film 21 is formed on this by CVD method or the like.
After laminating, this is etched back and element bone # area 1
Two side walls 1 on both sides of the upper part of the substrate 14 of 3a
The second polysilicon film 21 is made to remain in the gap 5. After that, when positively ionized AI is doped,
A1 in the polysilicon film 21 in the sidewall 15
0 exists according to a Gaussian distribution (Figure 7 (
c) ).

ここで、アニール処理によりA1をポリシリコン膜21
内に拡散し、均一に分布させてもよい。
Here, by annealing, A1 is removed from the polysilicon film 21.
It may be diffused and evenly distributed within the interior.

その後に酸化膜18を除去する。After that, the oxide film 18 is removed.

この段階で熱酸化処理を施すと、サイドウオール15間
のポリシリコン膜21とその下方の基板14表面が酸化
膨張してアイソレーション13となる(第7図(d))
*これによりアイソレーション13は第2の実施例と同
様に負の固定電荷を有することになる。
If thermal oxidation treatment is performed at this stage, the polysilicon film 21 between the sidewalls 15 and the surface of the substrate 14 below it will oxidize and expand, forming the isolation 13 (FIG. 7(d)).
*As a result, the isolation 13 has a negative fixed charge as in the second embodiment.

最後に、ウェットエツチング等により、第1の窒化膜1
7を除去すると、第6図に見られるような装置が完成す
る。
Finally, the first nitride film 1 is etched by wet etching or the like.
7 is removed, the device as seen in FIG. 6 is completed.

このようにして形成したアイソレーション13の作用に
ついて述べる。
The operation of the isolation 13 formed in this way will be described.

上述した実施例において、アイソレーション13は負の
特性ををする結果、基板14側の界面はp°化されるた
め、その界面には空乏層や反転層が発生することはない
In the above-described embodiment, the isolation 13 has a negative characteristic, and as a result, the interface on the substrate 14 side is made p°, so that no depletion layer or inversion layer is generated at the interface.

このために、第2の実施例と同様に基板14内へP型元
素のドープをする必要はなく、素子形成領域が狭くなる
といった問題は解決されることになる。
For this reason, there is no need to dope the P-type element into the substrate 14 as in the second embodiment, and the problem of narrowing the element formation region is solved.

しかも、基板14の上に2つのサイドウオール15を形
成し、この間にアイソレーション13を成長させたため
に、バーズビークは発生せず、素子分離領域13aが素
子形成領域へ拡張することはない。
Moreover, since the two sidewalls 15 are formed on the substrate 14 and the isolation 13 is grown between them, bird's beaks do not occur and the element isolation region 13a does not extend into the element formation region.

(d)発明の第4の実施例の説明 第8図は、本発明の第4の実施例を示すLOGO3の断
面図であって、図中符号22は、シリコン基板23の表
面に形成されたアイソレーションで、このアイソレーシ
ョン22は、シリコン基板23表面のSing膜24か
らアルミニウムを直接ドープし、これを熱酸化したもの
で、アイソレーション22は上記した実施例と同様に負
の固定電荷層となる一方、その底部ではAI”が熱酸化
されずに僅かに残存しているため、基板23例の界面は
p po化する。
(d) Explanation of the fourth embodiment of the invention FIG. 8 is a cross-sectional view of LOGO3 showing the fourth embodiment of the invention, in which reference numeral 22 indicates a structure formed on the surface of a silicon substrate 23. This isolation 22 is made by directly doping aluminum from the Sing film 24 on the surface of the silicon substrate 23 and thermally oxidizing it, and the isolation 22 is a negative fixed charge layer as in the above embodiment. On the other hand, since a small amount of AI'' remains at the bottom without being thermally oxidized, the interface of the 23 substrates becomes ppo.

従って、A1のドープ量を少なくしても基板23の反転
化や空乏化が阻止されることになる。
Therefore, even if the doping amount of A1 is reduced, inversion and depletion of the substrate 23 can be prevented.

このアイソレーション22の形成方法を第9図に基づい
て説明する。
A method of forming this isolation 22 will be explained based on FIG. 9.

まず、シリコン基板23表面のSing膜24上24上
膜25を積層し、その素子分子M ell域22aに位
置する部分をエツチングして窓26を形成し、素子分離
領域22aのstow膜24を露出させる(第9図(a
))。
First, an upper film 25 is stacked on the Sing film 24 on the surface of the silicon substrate 23, and a portion thereof located in the element molecule Mell region 22a is etched to form a window 26, exposing the stow film 24 in the element isolation region 22a. (Figure 9(a)
)).

この後に、正イオン化したアルミニウム(^l)を基板
23の表面層に浅く注入する(第9図(b))。
After this, positively ionized aluminum (^l) is shallowly implanted into the surface layer of the substrate 23 (FIG. 9(b)).

そのドープ量は、後の加熱処理の際にAIが素子形成領
域まで拡散しない程度に予め調整する必要がある。
The doping amount needs to be adjusted in advance to such an extent that AI will not diffuse into the element formation region during the subsequent heat treatment.

この不純物注入工程の後に、基板23の表面を熱酸化し
てアイソレーション22を形成するが(第9図(C))
、その底部にA1元素が残存する程度の時間だけ熱処理
する必要がある。この熱酸化の際に、アイソレーション
22内部では第2の実施例と同様に負の固定電荷が発生
することになる。
After this impurity implantation step, the surface of the substrate 23 is thermally oxidized to form the isolation 22 (FIG. 9(C)).
, it is necessary to perform heat treatment for a period of time long enough for the A1 element to remain at the bottom. During this thermal oxidation, negative fixed charges are generated inside the isolation 22 as in the second embodiment.

次に、上述したアイソレーション22の作用について説
明する。
Next, the operation of the above-mentioned isolation 22 will be explained.

上述した実施例において、アイソレーション22は負の
固定電荷を有する結果、基板23例の界面はpoとなり
、さらに、AIは予めシリコン基板23にドープされて
Plとなっているので、その相乗効果により界面はP″
1化されるため、わずかなドープ量で素子間は充分に分
離されることになる。
In the embodiment described above, as a result of the isolation 22 having a negative fixed charge, the interface of the substrate 23 becomes po, and since AI has been doped into the silicon substrate 23 in advance to become Pl, due to the synergistic effect, The interface is P''
Since the doping amount is 1, elements can be sufficiently isolated with a small amount of doping.

(e)本発明の第5の実施例 第10図は、本発明の第5の実施例を示すフィールドア
イソレーションの断面図であって、図中符号26は、シ
リコン基板27の上方に形成されたアイソレージランで
、このアイソレーション26は、基板27表面の5ho
t膜28上に形成されたポリシリコン膜の中にアルミニ
ウムをドープした後に、このポリシリコン膜だけを熱酸
化して形成したもので、その内部には負の固定電荷が発
生し、その下方の基板27界面にはSiO□膜28膜上
8てp″層27aが生じる。
(e) Fifth embodiment of the present invention FIG. 10 is a sectional view of field isolation showing a fifth embodiment of the present invention. In the isolation run, this isolation 26 covers 5 holes on the surface of the substrate 27.
It is formed by doping aluminum into the polysilicon film formed on the t-film 28 and then thermally oxidizing only this polysilicon film. At the interface of the substrate 27, a p'' layer 27a is formed on the SiO□ film 28.

なお、図中符号29は、基板27の素子形成領域30に
形成されたn″層、31はゲート電極を示している。
In the drawing, reference numeral 29 indicates an n'' layer formed in the element formation region 30 of the substrate 27, and 31 indicates a gate electrode.

次に、このアイソレーション26の形成方法を第11図
に基づいて説明する。
Next, a method for forming this isolation 26 will be explained based on FIG. 11.

P型のシリコン基板27表面のSiO□膜28膜上8ポ
リシリコン膜32を積層し、この上からアルミニウム<
AI)を正イオン化して注入する。この場合にAI”は
ポリシリコン膜32中でガウス分布に従って存在するこ
とになる(第11図(a))。
An eight polysilicon film 32 is laminated on the SiO□ film 28 on the surface of the P-type silicon substrate 27, and aluminum <
AI) is positively ionized and implanted. In this case, AI'' exists in the polysilicon film 32 according to a Gaussian distribution (FIG. 11(a)).

この状態において、アニール処理によりAIを拡散させ
、AIをポリシリコン膜32内で均一に分布させでもよ
い。
In this state, the AI may be diffused by annealing treatment to uniformly distribute the AI within the polysilicon film 32.

次いで熱酸化処理を行い、第2の実施例と同様にポリシ
リコン膜32を負の固定電荷層とするが、第2実施例と
異なりその酸化を少なくして基Fi27表面が酸化しな
いように調整する(第11図(b))。
Next, thermal oxidation treatment is performed to make the polysilicon film 32 a negative fixed charge layer as in the second embodiment, but unlike the second embodiment, the oxidation is reduced to prevent the surface of the base Fi27 from being oxidized. (Figure 11(b)).

さらに、酸化したポリシリコン膜32′を素子骨N領域
を除いてドライエツチングにより除去し、残存した部分
をアイソレーション26とする(第11図(C))。
Further, the oxidized polysilicon film 32' is removed by dry etching except for the element bone N region, and the remaining portion is used as the isolation 26 (FIG. 11(C)).

なお、基板27表面の5i02膜2日を除去する場合に
はフッ酸を使用するが、このフッ酸処理はドライエツチ
ングによる基板表面のダメージを除去する役割もある。
Note that hydrofluoric acid is used to remove the 5i02 film on the surface of the substrate 27, and this hydrofluoric acid treatment also serves to remove damage to the substrate surface caused by dry etching.

このようにして形成したアイソレーション26の作用に
ついて述べる。
The operation of the isolation 26 formed in this way will be described.

この実施例において、アイソレーション26は負の固定
電荷を有する結果、その直下の基板27側界面にはp°
層27aが発生し、その両側に形成した2つの10層2
9相互間で電子は移動せず、誤動作を防止することにな
る。
In this embodiment, as a result of the isolation 26 having a negative fixed charge, the interface on the substrate 27 side immediately below it has a p°
A layer 27a is generated, and two 10 layers 2 formed on both sides thereof
9. Electrons do not move between the two, which prevents malfunctions.

(f)本発明の第6の実施例 第12図は、本発明の第6の実施例を示すフィールドア
イソレーションの断面図であって、図中符号33は、シ
リコン基板34の上方に形成されたアイソレーションで
、このアイソレーション33は、基板34の上の窒化膜
35にポリシリコン膜を積層するとともに、この中にア
ルミニウムをドープしてこれを熱酸化して形成されたも
ので、その内部は第5の実施例と同様に負の固定電荷を
有しており、その下方の基板34界面には5i02膜3
6を介して蓄積層34aが生じる。
(f) Sixth embodiment of the present invention FIG. 12 is a cross-sectional view of field isolation showing a sixth embodiment of the present invention, in which reference numeral 33 is formed above a silicon substrate 34. This isolation 33 is formed by laminating a polysilicon film on the nitride film 35 on the substrate 34, doping aluminum into this film, and thermally oxidizing it. has a negative fixed charge as in the fifth embodiment, and a 5i02 film 3 is provided at the interface of the substrate 34 below it.
6, an accumulation layer 34a is formed.

なお、図中符号37は、基板34の素子形成領域3日に
形成されたn′″層、39はゲート電極を示している。
In the drawing, reference numeral 37 indicates an n'' layer formed on the third day in the element formation region of the substrate 34, and 39 indicates a gate electrode.

次に、このアイソレーション33の形成方法を第13図
に基づいて説明する。
Next, a method for forming this isolation 33 will be explained based on FIG. 13.

p型のシリコン基板34表面のSiO□膜36膜上6窒
化膜35を薄く形成し、その上にポリシリコン膜40を
積層した後、この上からアルミニウム(AI)を正イオ
ン化して注入する(第13図(a))。
A thin nitride film 35 is formed on the SiO□ film 36 on the surface of the p-type silicon substrate 34, and a polysilicon film 40 is laminated thereon, and aluminum (AI) is positively ionized and implanted from above ( Figure 13(a)).

この場合にAt“はポリシリコン膜40中でガウス分布
に従って存在することになる。
In this case, At'' exists in the polysilicon film 40 according to a Gaussian distribution.

この状態において、アニール処理によりA1を拡散させ
、AIをポリシリコン膜40内で均一に分布させてもよ
い。
In this state, A1 may be diffused by annealing treatment to uniformly distribute AI within the polysilicon film 40.

次いでポリシリコン膜40の熱酸化処理を行い、第5の
実施例と同様に負の固定電荷層を形成する(第13図(
b))。これにより、基板34の界面に蓄積層34aが
生じる。
Next, the polysilicon film 40 is thermally oxidized to form a negative fixed charge layer as in the fifth embodiment (see FIG. 13).
b)). This produces an accumulation layer 34a at the interface of the substrate 34.

さらに、図示しないフォトマスクを使用して、酸化した
ポリシリコン膜40′を、素子分離領域を除いてドライ
エツチングした後、素子形成領域3日の窒化膜35を燐
酸により除去し、残存したこれらの部分をアイソレーシ
ョン33とする(第13図(c))。
Furthermore, using a photomask (not shown), the oxidized polysilicon film 40' was dry-etched except for the element isolation region, and then the nitride film 35 in the element formation area was removed with phosphoric acid, and the remaining The portion is designated as isolation 33 (FIG. 13(c)).

なお、5tO2膜36を除去する場合にはフッ酸を使用
する。
Note that hydrofluoric acid is used to remove the 5tO2 film 36.

このようにして形成したアイソレーション33において
は、窒化膜35により基板34表面の酸化が阻止される
ことになり、第5の実施例に比べて酸化温度や加熱時間
の調整が容易である。
In the isolation 33 formed in this way, the nitride film 35 prevents oxidation of the surface of the substrate 34, making it easier to adjust the oxidation temperature and heating time compared to the fifth embodiment.

この実施例の作用は、第5の実施例と同様であり、その
両側に形成するn+層37の相互間で負電荷が移動する
ことを防止することになる。
The effect of this embodiment is similar to that of the fifth embodiment, and it prevents negative charges from moving between the n+ layers 37 formed on both sides thereof.

(g)本発明の第7の実施例の説明 第14図は、本発明の第7の実施例を示す溝型アイソレ
ーションの断面図であって、図中符号41は、シリコン
基板42表面の溝43内に形成し・たアイソレーション
で、このアイソレーション41は、溝43内面の全体に
SiO□膜44.ポリシリコン膜45を順に形成すると
ともに、このポリシリコン膜45中にアルミニウムをド
ープして熱酸化したもので、酸化したポリシリコン膜4
5′の内部は負の固定電荷層となっており、基板42例
の界面には5iO1膜44を介して蓄積層43aが誘起
されることになる。
(g) Description of Seventh Embodiment of the Invention FIG. 14 is a sectional view of a groove type isolation showing a seventh embodiment of the invention, in which reference numeral 41 indicates the surface of a silicon substrate 42. This isolation 41 is formed by forming a SiO□ film 44 on the entire inner surface of the groove 43. A polysilicon film 45 is sequentially formed, and the polysilicon film 45 is doped with aluminum and thermally oxidized.
The inside of 5' is a negative fixed charge layer, and an accumulation layer 43a is induced at the interface of the substrate 42 via the 5iO1 film 44.

なお、符号46は溝43の中に埋め込まれたノンドープ
のポリシリコンを示している。
Note that reference numeral 46 indicates non-doped polysilicon buried in the groove 43.

次に、このアイソレーション41の形成方法を第15図
に基づいて説明する。
Next, a method for forming this isolation 41 will be explained based on FIG. 15.

先ず、p型シリコン基板42の表面にマスク47を形成
し、リアクティブエツチング法により素子分離領域41
aに溝43を形成する(第15図(a))。そして、マ
スク47を除去した後に熱酸化を施し、溝43の内面に
5iOt膜44を一様に形成する(第15図(b))。
First, a mask 47 is formed on the surface of a p-type silicon substrate 42, and element isolation regions 41 are etched by reactive etching.
A groove 43 is formed in the groove a (FIG. 15(a)). Then, after removing the mask 47, thermal oxidation is performed to uniformly form a 5iOt film 44 on the inner surface of the groove 43 (FIG. 15(b)).

さらに、5iO1膜44の上にCVD法によりポリシリ
コン膜45を積層し、この上から正イオン化したA1を
注入すると、この膜45の中でAIがガウス分布に従っ
て存在することになる(第15図(C))。
Furthermore, if a polysilicon film 45 is stacked on the 5iO1 film 44 by the CVD method and positively ionized A1 is implanted from above, AI will exist in this film 45 according to a Gaussian distribution (Fig. 15). (C)).

この状態において、アニール処理によりA1を拡散させ
、AIをポリシリコン膜40内で均一に分布させてもよ
い。
In this state, A1 may be diffused by annealing treatment to uniformly distribute AI within the polysilicon film 40.

次いで熱酸化を施すと、酸化したポリシリコン膜45′
内には第1の実施例と同様に負の固定電荷が発生し、こ
の後に溝43内をノンドープのポリシリコンにより埋設
すると、第14図に見られるようなアイソレーション4
1が完成する。これにより、基板42例の界面に蓄積層
43aが生じる。
When thermal oxidation is then performed, the oxidized polysilicon film 45'
A negative fixed charge is generated in the groove 43 as in the first embodiment, and when the groove 43 is then filled with non-doped polysilicon, an isolation 4 as shown in FIG.
1 is completed. This produces an accumulation layer 43a at the interface of the substrate 42 examples.

なお、基板42表面部分のポリシリコン膜46はドライ
エツチングにより除去する。
Note that the polysilicon film 46 on the surface of the substrate 42 is removed by dry etching.

上述した実施例において、溝43内のアイソレーション
41は、その外側において負の固定電荷を有する結果、
基板42側の界面はp0化されるため、その界面には空
乏層や反転層が発生することはない。このために、素子
分離領域に予めボロン等の元素を注入する必要はなく、
熱酸化の際にこの元素が拡散して素子形成領域が狭くな
るといった問題は生じない。
In the embodiment described above, the isolation 41 within the groove 43 has a negative fixed charge on its outside, resulting in
Since the interface on the substrate 42 side is made p0, no depletion layer or inversion layer is generated at the interface. For this reason, there is no need to implant elements such as boron into the element isolation region in advance.
The problem that this element diffuses during thermal oxidation and narrows the device formation area does not occur.

この実施例によれば、溝43の側壁の下部に充分量のア
ルミニウムが供給されない場合でも、拡散係数の高い^
1はポリシリコン膜45の中で熱処理により充分拡散す
るため、最終的に均一に分布することになる。
According to this embodiment, even if a sufficient amount of aluminum is not supplied to the lower part of the side wall of the groove 43, the diffusion coefficient is high.
Since 1 is sufficiently diffused in the polysilicon film 45 by heat treatment, it is finally distributed uniformly.

(h)本発明の第8の実施例の説明 第16図は、本発明の第8の実施例を示す溝型素子分離
装置であって、図中符号48は、シリコン基板49表面
の溝50内に形成したアイソレーションである。
(h) Description of Eighth Embodiment of the Present Invention FIG. 16 shows a groove-type element isolation device showing an eighth embodiment of the present invention, in which reference numeral 48 denotes a groove 50 on the surface of a silicon substrate 49. This is the isolation formed within.

このアイソレーション48は、溝50内面の全体に5i
OJjJ 51 、窒化膜52を順に形成し、さらにこ
の上にCVD法によりポリシリコン膜53を形成すると
ともに、このポリシリコン膜53中にアルミニウムをド
ープし、これを熱酸化することにより形成したもので、
酸化したポリシリコン膜53′内部は負の固定電荷層と
なっており、基板49側の界面には5iOill!51
を介して蓄積層50aが誘起されることになる。
This isolation 48 is provided on the entire inner surface of the groove 50 by 5i.
OJjJ 51 and a nitride film 52 are sequentially formed, a polysilicon film 53 is further formed thereon by CVD, aluminum is doped into this polysilicon film 53, and this is thermally oxidized. ,
The inside of the oxidized polysilicon film 53' is a negative fixed charge layer, and 5iOill! is formed at the interface on the substrate 49 side. 51
An accumulation layer 50a is induced through the .

なお、符号54は、溝50の中に埋め込まれたノンドー
プのポリシリコンを示している。
Note that reference numeral 54 indicates non-doped polysilicon buried in the groove 50.

次に、このアイソレーション4日の形成方法を第17図
に基づいて説明する。
Next, a method for forming this isolation for 4 days will be explained based on FIG. 17.

先ず、第7の実施例と同様にマスク55を使用して画素
骨M6N域に溝50を形成し、その内面に熱酸化による
5ift膜51と気相成長法による窒化膜52を一様に
積層する(第17図(a)、(b))。
First, as in the seventh embodiment, a groove 50 is formed in the pixel bone M6N region using a mask 55, and a 5ift film 51 formed by thermal oxidation and a nitride film 52 formed by vapor phase growth are uniformly laminated on the inner surface of the groove 50. (Fig. 17(a), (b)).

さらに、CVD法によりポリシリコン膜53を積層し、
この上から正イオン化したAIを注入すると、ポリシリ
コン膜53の中で^10がガウス分布に従って存在する
ことになる(第17図(C) )。
Furthermore, a polysilicon film 53 is laminated by CVD method,
When positively ionized AI is implanted from above, ^10 will exist in the polysilicon film 53 according to a Gaussian distribution (FIG. 17(C)).

この状態において、アニール処理によりAIを拡散させ
てもよい。
In this state, AI may be diffused by annealing.

次いで熱酸化処理を施すと、溝型のアイソレーション4
8は第7の実施例と同様に負の固定電荷層を形成するこ
とになる。これにより、基板49の界面に蓄積層50a
が生じる。
Then, by thermal oxidation treatment, groove-shaped isolation 4 is formed.
8 forms a negative fixed charge layer as in the seventh embodiment. As a result, the accumulation layer 50a is formed at the interface of the substrate 49.
occurs.

最後に、溝50内をノンドープポリシリコン54で埋め
込み、この後にエッチバックすることにより溝50周囲
のノンドープポリシリコン54を除去する。
Finally, the inside of the trench 50 is filled with non-doped polysilicon 54, and then the non-doped polysilicon 54 around the trench 50 is removed by etching back.

上述した実施例において、基板49の表面は、窒化膜5
2により酸化が阻止されることになり、第7の実施例に
比べて酸化温度や酸化時間の調整が容易となる。
In the embodiment described above, the surface of the substrate 49 is covered with the nitride film 5.
2 prevents oxidation, making it easier to adjust the oxidation temperature and oxidation time compared to the seventh embodiment.

また、この溝50の側壁の下部や溝底部にドープしたA
I濃度が低い場合であっても、拡散係数の高いAIは熱
処理によりポリシリコン層53の中で充分拡散するため
、その分布は最終的に均一となる。
Further, the lower part of the side wall of this groove 50 and the groove bottom are doped with A.
Even when the I concentration is low, since AI having a high diffusion coefficient is sufficiently diffused in the polysilicon layer 53 by heat treatment, its distribution becomes uniform in the end.

さらに、溝50内のアイフレー95フ4日は、その外側
において負の固定電荷を有する結果、基板49側の界面
はp゛化されるため、その界面には空乏層や反転層が発
生することはない、このために、素子分離領域に予めボ
ロン等の元素を注入する必要はなく、熱酸化の際にこの
元素が拡散して素子形成領域が狭くなるといった問題は
生じない。
Furthermore, as a result of the eye-flag 95 in the groove 50 having a negative fixed charge on the outside thereof, the interface on the substrate 49 side is converted into a p-oxide, so that a depletion layer or an inversion layer is generated at the interface. Therefore, there is no need to implant an element such as boron into the element isolation region in advance, and there is no problem that this element diffuses during thermal oxidation and the element formation region becomes narrower.

(i)本発明の第9の実施例の説明 第18図は、本発明の第9の実施例を示すMOSFET
の断面図で、図中符号56は、シリコン基板57表面の
素子形成領域58に形成したSin。
(i) Description of the ninth embodiment of the present invention FIG. 18 shows a MOSFET showing the ninth embodiment of the present invention.
In this cross-sectional view, reference numeral 56 indicates a Si formed in an element formation region 58 on the surface of a silicon substrate 57.

よりなる第1のゲート絶縁膜で、この上には第2のゲー
ト絶縁膜59が形成されている。この第2のゲート絶縁
膜59は、ポリシリコン膜中にアルミニウムをドープし
た状態で熱酸化したもので、その内部は負の固定電荷層
となっており、基板57側の界面には蓄積層が誘起され
るためにストレスや界面準位等による反転化や空乏化が
阻止されることになる。
A second gate insulating film 59 is formed on the first gate insulating film. This second gate insulating film 59 is made by thermally oxidizing a polysilicon film doped with aluminum, and has a negative fixed charge layer inside, and an accumulation layer at the interface on the substrate 57 side. Therefore, inversion and depletion due to stress, interface states, etc. are prevented.

なお、図中符号60は、第2のゲート絶縁膜59上に形
成したゲート電極を、61は素子間分離用絶縁膜、62
はドレインを、63はソースを示している。
In the figure, reference numeral 60 indicates a gate electrode formed on the second gate insulating film 59, 61 indicates an insulating film for isolation between elements, and 62 indicates a gate electrode formed on the second gate insulating film 59.
indicates the drain, and 63 indicates the source.

次に、第2のゲート酸化膜59を形成する方法について
第19図に基づいて説明する。
Next, a method for forming the second gate oxide film 59 will be explained based on FIG. 19.

シリコン基板57の表面に5ift膜64とポリシリコ
ン膜65を形成しく第19図(a))、このうちのポリ
シリコン膜65に^lを注入して熱拡散処理を施すと、
アルミニウムはポリシリコンI!!65の中で拡散して
、−様に分布する(第19図(b))。
A 5ift film 64 and a polysilicon film 65 are formed on the surface of the silicon substrate 57 (FIG. 19(a)), and when ^l is injected into the polysilicon film 65 and subjected to thermal diffusion treatment,
Aluminum is polysilicon I! ! 65 and is distributed in a −-like manner (FIG. 19(b)).

この後に、ポリシリコン膜65を熱酸化処理すると第2
のゲート酸化膜59となり、このゲート酸化膜59の内
部には負の固定電荷が発生することになる。
After this, when the polysilicon film 65 is thermally oxidized, a second
The gate oxide film 59 becomes a gate oxide film 59, and negative fixed charges are generated inside the gate oxide film 59.

さらに、この上にゲート電極用のポリシリコン膜66を
形成した後に(第19図(c))、ゲート電極を形成す
る領域以外のポリシリコン膜66、酸化膜59.64を
除去し、基板57の最上層に残存したポリシリコン膜6
6を第18図で示したゲート電極60として使用すると
ともに、SiO□膜64を第1のゲート絶縁膜56とす
る。
Furthermore, after forming a polysilicon film 66 for a gate electrode thereon (FIG. 19(c)), the polysilicon film 66 and oxide films 59 and 64 other than the area where the gate electrode is to be formed are removed, and the substrate 57 is removed. Polysilicon film 6 remaining on the top layer of
6 is used as the gate electrode 60 shown in FIG. 18, and the SiO□ film 64 is used as the first gate insulating film 56.

最後に、ゲート電極60の両サイドに自己整合的に砒素
をイオン注入し、ソース63及びドレイン62を形成す
る(第19図(d))。
Finally, arsenic is ion-implanted into both sides of the gate electrode 60 in a self-aligned manner to form a source 63 and a drain 62 (FIG. 19(d)).

この実施例によれば、第2のゲート電極59中のアルミ
ニウム分布を均一にすることができ、半導体基板側の界
面の蓄積層の調整が容易となり、MOSFETの閾値の
調整や闇値の均一化を図ることができる。
According to this embodiment, the aluminum distribution in the second gate electrode 59 can be made uniform, and the accumulation layer at the interface on the semiconductor substrate side can be easily adjusted, and the threshold value of the MOSFET can be adjusted and the dark value can be made uniform. can be achieved.

(j)その他の実施例の説明 上記した実施例はA1をポリシリコン膜に注入するよう
にしたが、カルシウム、カリウム、ストロンチウム等の
他の元素をドープしてアイソレーションを負の固定電荷
層とすることも可能である。
(j) Description of other embodiments In the embodiments described above, A1 was implanted into the polysilicon film, but other elements such as calcium, potassium, and strontium were doped to provide isolation with a negative fixed charge layer. It is also possible to do so.

また、上記した実施例は、絶縁膜に負の固定電荷を付与
する場合について説明したが、n型の基板を用いる場合
には、正の固定電荷にして、基板側の反転化や空乏化を
阻止するようにすることもできる。
Furthermore, in the above embodiments, a negative fixed charge is applied to the insulating film, but when an n-type substrate is used, a positive fixed charge is applied to prevent inversion and depletion on the substrate side. It is also possible to prevent it.

また、上記した実施例では、半導体基板の上方に形成す
る膜を多結晶(ポリ)シリコン膜としたが単結晶シリコ
ン膜、アモルファス・シリコン膜とすることもできる。
Further, in the above embodiments, the film formed above the semiconductor substrate is a polycrystalline silicon film, but it may also be a single crystal silicon film or an amorphous silicon film.

なお、絶縁膜を形成する対象となる半導体基板はシリコ
ンの他、ゲルマニウム等を用いることもできる。
Note that, in addition to silicon, germanium or the like can also be used for the semiconductor substrate on which the insulating film is formed.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上述べたように本発明によれば、シリコン膜の中にア
ルミニウム、カルシウム等の元素を注入して熱酸化する
ことによって、熱酸化により形成されたシリコン系絶縁
膜の中に半導体層側の界面を蓄積化する固定電荷を発生
させるようにしたので、この絶縁膜を素子分離用のアイ
ソレーシヨンに使用する場合において、半導体層側の界
面の反転化や空乏化を阻止するための元素を半導体層に
予め注入する必要がなくなり、元素が熱処理により拡散
して素子形成領域まで侵入するといった現象は発生せず
、素子分離領域を所望の幅に抑えることができる。
As described above, according to the present invention, by implanting elements such as aluminum and calcium into a silicon film and thermally oxidizing the silicon film, an interface on the semiconductor layer side is formed in a silicon-based insulating film formed by thermal oxidation. Since the fixed charge that accumulates is generated, when this insulating film is used for isolation for element isolation, an element is added to the semiconductor layer to prevent inversion and depletion at the interface on the semiconductor layer side. There is no need to implant the element into the layer in advance, and the phenomenon that elements diffuse into the element forming region due to heat treatment does not occur, making it possible to suppress the element isolation region to a desired width.

また、この絶縁膜はシリコン層をもとにして形成してい
るので、この絶縁膜に注入されるアルミニウム、カルシ
ウム等の元素をアニー“ル処理により予め拡散すること
ができるために、絶縁層の内部における元素分布を均一
にすることができ、絶縁層側の界面には、注入物質の注
入量にほぼ比例した量の固定電荷が発生することになり
、半導体側の界面の蓄積層の調整が容易となる。この結
果、MOSFETの闇値の調整も容易になる。
In addition, since this insulating film is formed based on a silicon layer, elements such as aluminum and calcium that are implanted into this insulating film can be diffused in advance by annealing. The internal element distribution can be made uniform, and a fixed charge will be generated at the interface on the insulating layer side in an amount that is approximately proportional to the amount of the implanted material, making it possible to adjust the accumulation layer at the interface on the semiconductor side. As a result, it becomes easy to adjust the dark value of the MOSFET.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明の第1の実施例を示す装置の断面図、 第2図(a)、  (b)は、本発明の第1の実施例装
置の製造工程図、 第3図(a)、(b)は、本発明の第1の実施例に基づ
いて形成したダイオードの断面図と、本発明の第1の実
施例装置と従来装置のC−V特性に基づく拡r!ia度
・■□特性図、 第4図は、本発明の第2の実施例を示すLOGOSの断
面図、 第5図(a)〜(C)は、本発明の第2の実施例装置の
製造工程図、 第6図は、本発明の第3の実施例を示すLOGOSの断
面図、 第7図(a)〜(d)は、本発明の第3の実施例装置の
製造工程図、 第8図は、本発明の第4の実施例を示すLOGOSの断
面図、 第9図(a)〜(c)は、本発明の第4の実施例装置の
製造工程図、 第10図は、本発明の第5の実施例を示すフィールドア
イソレーションの断面図、 第11図(a)〜(C)は、本発明の第5の実施例装置
の製造工程図、 第12図は、本発明の第6の実施例を示すフィールドア
イソレーションの断面図、 第13図(a)〜(C)は、本発明の第6の実施例装置
の製造工程図、 第14図は、本発明の第7の実施例を示す溝型アイソレ
ーションの断面図、 第15図(a)〜(d)は、本発明の第7の実施例装置
の製造工程図、 第16図は、本発明の第8の実施例を示す溝型アイソレ
ーションの断面図、 第17図(a)〜(d)は、本発明の第8の実施例装置
の製造工程図、 第18図は、本発明の第9の実施例を示すMOSFET
の断面図、 第19図(a)〜(d)は、本発明の第9の実施例装置
の製造工程図、 第20図は、従来装置の第1の例を示す断面図、第21
図は、従来装置の第2の例を示す断面図、第22図は、
従来装置の第3の例を示す断面図である。 (符号の説明) l・・・元素注入したシリコン膜を熱酸化した絶縁層、 2・・・半導体層、 3・・・シリコンを酸化した絶縁層、 5・・・シリコン層、 6.13.22・・・アイソレーション、7.14.2
3・・・シリコン基板、 9.21・・・ポリシリコン膜、 26.33・・・アイソレーション、 27.34・・・シリコン基キ反、 32.40・・・ポリシリコン膜、 32’、40’・・・酸化したポリシリコン膜、41.
48・・・アイソレーション、 2a、27a・・・pI度、 34a、43a、50a・・・蓄積層 45.53・・・ポリシリコン膜、 45’、53’・・・酸化したポリシリコン膜、44.
49・・・シリコン基板、 56・・・第1のゲート絶縁膜、 57・・・シリコン基板、 59・・・第2のゲート絶縁膜、 65・・・ポリシリコン膜。
FIG. 1 is a sectional view of a device showing the first embodiment of the present invention, FIGS. 2(a) and (b) are manufacturing process diagrams of the device of the first embodiment of the present invention, and FIG. 3( a) and (b) are cross-sectional views of a diode formed based on the first embodiment of the present invention, and enlarged r! ia degree/■□ characteristic diagram, Figure 4 is a sectional view of LOGOS showing the second embodiment of the present invention, Figures 5 (a) to (C) are the diagrams of the device of the second embodiment of the present invention. 6 is a cross-sectional view of LOGOS showing the third embodiment of the present invention; FIGS. 7(a) to 7(d) are manufacturing process diagrams of the device of the third embodiment of the present invention; FIG. 8 is a sectional view of LOGOS showing the fourth embodiment of the present invention, FIGS. 9(a) to (c) are manufacturing process diagrams of the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 10 is , sectional view of field isolation showing the fifth embodiment of the present invention, FIGS. 11(a) to (C) are manufacturing process diagrams of the fifth embodiment of the present invention, FIG. 13(a) to (C) are manufacturing process diagrams of a device according to a sixth embodiment of the present invention; FIG. 14 is a cross-sectional view of a field isolation device showing a sixth embodiment of the present invention. 15(a) to 15(d) are manufacturing process diagrams of a device according to a seventh embodiment of the present invention; FIG. 17(a) to (d) are manufacturing process diagrams of the eighth embodiment of the present invention, and FIG. 18 is the ninth embodiment of the present invention. MOSFET showing an example of
19(a) to 19(d) are manufacturing process diagrams of the ninth embodiment of the device of the present invention. FIG. 20 is a sectional view showing the first example of the conventional device.
The figure is a sectional view showing a second example of the conventional device, and FIG.
FIG. 7 is a sectional view showing a third example of a conventional device. (Explanation of symbols) 1... Insulating layer obtained by thermally oxidizing a silicon film into which elements are implanted, 2... Semiconductor layer, 3... Insulating layer obtained by oxidizing silicon, 5... Silicon layer, 6.13. 22...Isolation, 7.14.2
3...Silicon substrate, 9.21...Polysilicon film, 26.33...Isolation, 27.34...Silicon base substrate, 32.40...Polysilicon film, 32', 40'...oxidized polysilicon film, 41.
48... Isolation, 2a, 27a... Pi degree, 34a, 43a, 50a... Accumulation layer 45.53... Polysilicon film, 45', 53'... Oxidized polysilicon film, 44.
49... Silicon substrate, 56... First gate insulating film, 57... Silicon substrate, 59... Second gate insulating film, 65... Polysilicon film.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)半導体層の上に直接又は絶縁膜を介して形成する
絶縁層を備えた半導体装置において、 上記半導体層表面を蓄積化するための固定電荷を発生さ
せる拡散性の元素をシリコン層の中に注入して熱酸化す
ることにより形成した絶縁層を備えたことを特徴とする
半導体装置。
(1) In a semiconductor device equipped with an insulating layer formed directly on the semiconductor layer or via an insulating film, a diffusible element that generates a fixed charge to accumulate on the surface of the semiconductor layer is added to the silicon layer. 1. A semiconductor device comprising an insulating layer formed by injecting into the material and thermally oxidizing the insulating layer.
(2)半導体層の上に直接又は絶縁膜を介して絶縁層を
堆積する工程を含む半導体装置の製造方法において、 上記半導体層の上に直接又は上記絶縁膜を介してシリコ
ン層を形成する工程と、 該シリコン層の中に、上記半導体層表面を蓄積化するた
めの固定電荷を発生させる拡散性の元素を注入する工程
と、 上記拡散性の元素を注入した上記シリコン層を熱酸化し
て絶縁層となす工程とを備えたことを特徴とする半導体
装置の製造方法。
(2) A method for manufacturing a semiconductor device including a step of depositing an insulating layer directly or through an insulating film on the semiconductor layer, the step of forming a silicon layer directly on the semiconductor layer or through the insulating film. a step of implanting into the silicon layer a diffusible element that generates a fixed charge for accumulating the surface of the semiconductor layer; and thermally oxidizing the silicon layer into which the diffusive element has been implanted. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of forming an insulating layer.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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