JPH02232948A - 半導体装置の製造方法 - 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〕 この発明は、半導体装置の製造方法に係り、詳しくは、
その素子形成領域を互いに分離するための素子分離領域
の形成方法に関する。

〔従来の技術〕

従米からＳｏｌ　（Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｏｎ　Ｉｎａｕｌ
ａｔｏｒ）上に半導体装置の素子分離領域を形成するに
あたっては、第５図で手順を追って示すような製造方法
が一般的に採用されている。

まず、第５図（ａ）で示すように、シリコン単ｆＪ晶基
板（！》に酸化膜（３１とＳＯ口１４）を形成したのち
、このＳｏｌ層（４）上に熱酸化によるシリコン酸化膜
（６１を成長させ、さらに、その上にシリコン室化ｆｉ
　（７１　’ｔＣＶＤ法によって堆積する。そして、第
５図（ｂ）で示すように、シリコン窒化膜（７）上にフ
ォトレジスト層《２１を塗布・形成してパターニングし
たのち、パターニングされたフォトレジスト層｛２）の
残存蔀ヲマスクとしてシリコン窒化膜（７１の素子分離
領域と対応する所定ＩＪｉ域（７ａ）　Ｉｔ：エッチン
グによって除去する。

つキに、フォトレジスト層｛２｝の残存部をすべて除去
したうえ、このシリコン単結晶基板（１）を酸素を含む
ガス雰囲気中で熱処理することによって、第５図（Ｃ）
で示すように、シリコン窒化膜（７）の所定ｆｌＩ［（
７ｍ）下に露出するシリコン酸化膜１Ｂ）の所定領［（
６ａ）を介してＳＯＩ層（４）の所定伽ｊｉＥ　（　４
ｍ　）を選択酸化技術によって酸化する。このことによ
り、Ｓｏｌ層（４）の所定ｆｌｉｔ域（４ａ）が酸化さ
れてシリコン酸化膜（６１０所定領ｊｔ（６ａ）がその
厚み方向および横方向に沿って拡大される結果、ＷＩｊ
ｓ図（ｄ）で示すような所要厚みのシリコン酸化物、す
なわち、絶縁物からなる素子分離領域（８）が形成され
る。なお、このとき、シリコン窒化膜（フ）下に食い込
んで形成されたシリコン酸化膜部分Ａ．Ａは、一般にバ
ーズ●ビーク（Ｂｉｒｄ’ｓ　Ｂｅａｋ）といわれてい
る。

〔発明が解決しようとする課−〕

ところで、前記従来の半導体装置の製造方法においては
、酸素を含むガス雰囲気中での熱処理を行った際、素子
饋Ｍ．ｆ：分難するための絶縁物の厚みと同程度の幅を
有するバーズ・ビークＡ．Ａが形成されてしまう。その
ため、これらのバーズ・ビークＡ，ＡによってＳｏｌ層
（４）における素子形成領域（４ｍ）．（４ｂ）が狭め
られ、結果として半導体装置における高集積化が妨げら
れてしまうという不都合が発生していた。

本発明はこのような不都合を解消するために創案された
ものであって、バーズ・ピークの発生しない累子形成領
域の拡大を図ることが可能な半導体装置の製造方法を提
供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

ところで、前述したようなパーズ・ピークは、酸素を含
むガス雰囲気中での熱処理によりシリコンを酸化するこ
とから発生し、シリコン酸化膜（６）およびＳｏｌ層（
４）中での酸素の拡散が等方的である。

すなわち、峻素の侵入を防ぐシリコン窒化膜｛７｝の下
に、シリコン酸化膜（６）ｔ−通して酸素がまわり込む
ことに起因している。そこで、酸素をイオン注入するこ
とにより、シリコンを酸化すれば、この時の酸化は異方
的に起るので、バーズ・ピークのような素子領域を減少
させる酸化物の生成は起らないと考えられる。

この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上記知見に
基づいてなされたものであって、■　表面上に凹凸が形
成された単結晶半導体基板を用意したうえ、前記単結晶
半導体基板の表面から全面に、前記半導体と化合して絶
縁物を形成するイオンを注入して、前記単結晶半導体の
表面に絶縁膜と単結晶半導体膜を形成する工程を含むも
のと、 ０　前記■の工程に引き続き、前記イオン注入により、
前記単結晶半導体基板の凸部に形成された前記単結晶半
導体膜を除去する工程を含むものと、 ■　前記単結晶半導体基板表面の凹凸の段差を、前記単
結晶半導体膜の厚さより大きくなるように形成したのち
、前記イオン注入により、前記単結晶半導体膜と前記絶
縁膜を形成する工糧と、前記単結晶半導体膜と、前記絶
縁膜の一部を除去する工程を含むものである。

〔作用〕

上記製造方法によれば、イオン注入により単結晶半導体
膜を形成する前に、あらかじめ単結晶半導体膜の素子分
離領域となる所定領域の単結晶半導体基板を凸形に成形
したのちイオン注入を行うことによって、単結晶半導体
膜およびその下の絶縁膜の素子分離領域となる所定領域
と、素子鎮域となる所定領域とを段違いに形成している
。イオン注入による単結晶半導体膜の形成は異方的に起
るので、単結晶半導体膜およびその下の絶縁膜形状は、
イオン注入前に成形した単結晶半導体基板の形状と等し
くなる。したがって、従来技術で問題となる素子領域の
サイズ変化は発生しなくなる。

〔実施例〕

以下、この発明にかかる半導体装置の製造方法を、第１
図で手順を追って示す工程断面図に基づいて説明する。

なお、本実施例にかかる第１図において、前述した従来
例にかかる第５図と互いに同一、もしくは相当する部分
には同一符号を付している。

まず、第１図（．）で示すように、シリコン単結晶基板
（１）にフォトレジストＩＩ　１２１　ｉ形成してパタ
ーニングし、フォトレジスト層（２）の残存部をマスク
として、シリコン単結晶基板ｉｌｌの素子鎮域と対応す
る所定領域（ｌｍ）　．（ｌｂ）をエッチングによって
除去する。

つぎに、第１図（ｂ）に示すように、フォトレジスト層
｛２１の残存部を除去したのち、酸素注入することによ
り、Ｓｏｌ層｛４｝およびシリコン酸化膜（３）を形成
する。一般に、酸素注入によりＳＯＩ層を形成する場合
、加速エネルギーと注入蕾の違いにより、ＳＯ口１４）
の厚さとシリコン酸化膜（３）の厚さに異なる。したが
って、第１図（．）で示したシリコン単結晶基板１１）
の所定領域（ｉｓ）　，（ｌｂ）を除去する際に、ある
注入条件に対して形成されるＳＯｔ層（４）の厚さＹよ
り深く、かつ、形成される５０１層｛４｝とシリコン酸
化膜（３）の合計の厚さ２より浅＜　（Ｙ＜Ｘ＜Ｚ）な
るようにエッチングを行う。酸素注入による酸化は異方
的に起るため、形成されるシリコン酸化＃ｓ（３１の形
状は、シリコン単結晶基板の形状と等しくなり、上記Ｙ
＜Ｘ＜Ｚの関係により、Ｓｏｌ　＠＋４１は、第１図（
ｂ）に示すように（４ａ）　．（４ｂ）　．（４ｃ）の
ように分離される。

つぎに、第１図（Ｃ）で示すように、レジスト（５）を
塗布したのち、エッチングを行い、ＳＯＩ層（４ｃ）を
除去することにより、Ｓｏｌ　ＩＩ　（４ａ）．（４ｂ
）が分離される。

上記実施例では、第１図（．）に示したシリコン単結晶
基板ｆｉ＋の表面形状をエッチングにより形成したが、
シリコン単結晶基板の凸部（ＩＣ）をエビ成長させて形
成したものを用いても同じ効果が得られる。また、！第
１図（Ｃ）に示したように、ＳＯｌ層（４ｃ）の除去を
エッチングにより行ったが、ＳＯＩ層（４ｍ）．（４ｂ
）上にシリコン窒化膜を設け、Ｓｏｌ層（４ｃ）を酸化
する方法や、Ｓｏｌ層（４Ｃ）を研磨により除去する方
法を用いても同様の結果となる。

なお、第１図（ｃ）のようにＳｏｌ層（４ａ）　，（４
ｂ）を分離したのち、第２図に示すようにシリコン酸化
膜（３）の所定領域（３Ｃ）をエッチングすることで、
表面を平坦化することも可能である。

本実施例では、第１１Ｎ（ｂ）に示すように、酸素注入
により５０１層（４）が形成される最初からＳｏｌ層（
４ａ）　．（４ｂ）　．（４ｃ）に分離されている。し
かし、第１図（．）で示したシリコン単結晶基板１１＋
の所定領域（ｉｍ）．（ｌｂ）を除去する際、その深さ
を形成するＳｏｌ層（４）の厚さより小さ＜　（Ｙ＞Ｘ
）すると、第３図（．）のようにＳｏｌ層（４）が形成
される。この場合もレジストｔ−ａｔ布し、エッチング
を行うことにより、第３図（ｂ）のようにＳｏｌ層（４
）における素子領域（４ｓ）．（４ｂ）が分離される。

また、第１図（．）で、シリコン単結晶基板ｆｉ＋を形
成スるとき、レジスト《２１のパターニングを変え、第
１図（ｂ）のＳｏｌ層（４）の所定領域（４ｃ）を広く
して、これを素子形成領域とすることも可能である。こ
のとき、シリコン単結晶基板１１＋の所定饋＊（ｉｍ）
・（ｌｂ）を除去する際に、形成される３０１層（４）
の厚さより深く、かつ、Ｓｏｌ層｛４）とシリコン酸化
膜（３）の合針の厚さより浅くなるようにエッチングす
ると、第１図（ｂ）のようにＳＯＩ層（４ａ），（４ｂ
）−（４ｃ）は互いに分離され、素子領域とすることが
可能であ゜る〇 一方、第１図（耐で示したシリコン単結晶基板ｆｉ＋の
所定領域（Ｉｇ）．（ｌｂ）と除去する際、その深さを
形成するＳｏｌ層（４）とシリコン酸化膜（３）の合計
の厚さより太き＜（Ｘ＞Ｚ）すると第４図（．）のよう
にＳｏｌ層（４ｍ）．（４ｂ）　．（４ｃ），（４ｄ）
とシリコン酸化膜（３ｍ）．（３ｂ）．（３ｃ），（３
ｄ）が形成される。コれＩｃ　Ｌ／　’）ストを塗布し
、エッチングを行うと、第４図（ｂ）に示すように、シ
リコン酸化ＩＬＬ　（３ｍ）−（３ｂ）が素子分離領域
となり、シリコン単結晶基板ｆｉ＋の所定領域（ｌｃ）
　．（ｌｄ）が累子領域として分離される。また、第１
８（ａ）で示したシリコン単結晶基板ｆｉ＋の所定領域
（ｉｍ）．（ｌｂ）を除去する際、その深さを、形成す
るＳｏｌ層１４１の厚さより大きく、かつ、Ｓｏｌ層（
４）とシリコン酸化膜｛３）の合計の厚さより小さく（
Ｙ〈ｘ＜ｚ）Ｌた場合、第４図（ｃ）のようにＳｏｌ層
（４ｍ）．（４ｂ）　．（４ｃ）　．（４ｄ）とシリコ
ン酸化膜（３）が形成されるが、この場合もエッチング
により、ＳＯＩ層（４）とシリコン酸化膜（３１の一部
を除去すれば、第４図（ｂ）に示した構造と同じものが
得られる。

第４図に示した実施例では、シリコン基板ｔｌ＋に素子
領域と素子分離領域を作るものであるので、酸素注入の
際に、加速エネルギーおよび注入量を変化させ、ＳＯｌ
層が形成されない条件で、シリコン酸化膜だけを形成し
ても同じ効果が得られる〇上述の実施例では酸素注入と
したが、シリコンと化合して絶縁物を形成するイオンを
注入しても同じ効果が得られる。また、イオン注入によ
り形成した単結晶半導体膜の結晶性を向上するために高
温熱処理を行ってもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明にかかる半導体装置の製
造方法によれば、素子分離領域となる所定領域の単結晶
半導体基板をあらかじめ形成し、この半導体と化合して
絶縁物を形成するイオンを注入することにより、半導体
の絶縁物化を異方的に起こさせて素子分離領域を形成し
ている。ζの時、バーズ・ピークのような素子領域を減
少させる絶縁物の生成は起こらないため、素子形成領域
の拡大を図ることができ、ひいては半導体装置における
高集積化が可能になるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（１）〜（ｃ）は、この発明の半導体装置の製造
方法を示す工程断面図であり、第２〜第４図は本発明の
他の実施例を示す工程断面図である。第５図（ａ）〜（
ｄ）　Ｕ従来の製造方法を示す工程断面図である。 図における符号＋１１はシリコン単結晶基板、｛２）は
フォトレジスト層，（３１ｉｊ酸素注入により形成され
るシリコン酸化膜、＋４１Ｕ　Ｓｏｌ層，１６＋１ｄレ
ジスト、（６１はシリコン酸化膜、（７）はシリコン窒
化膜、（８｝は素子分離＠域である。 なお、図中の同一符号は、互いに同一もしくは相当する
部分を示している。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）表面上に凹凸が形成された単結晶半導体基板を用
   意したうえ、前記単結晶半導体基板の表面から全面に、
   前記半導体と化合して絶縁物を形成する元素のイオンを
   注入して、前記単結晶半導体の表面に絶縁膜と、単結晶
   半導体膜を形成する工程 を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. （２）前記特許請求の範囲第１項の工程に引き続き、前
   記イオン注入により、前記単結晶半導体基板の凸部に形
   成された前記単結晶半導体膜を除去する工程 を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. （３）前記単結晶半導体基板表面の凹凸の段差を、前記
   単結晶半導体膜の厚さより大きくなるように形成したの
   ち、前記イオン注入により、前記単結晶半導体膜と前記
   絶縁膜を形成する工程と、前記単結晶半導体膜と、前記
   絶縁膜の一部を除去する工程と、 を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。