JPH0237745A - 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ＩＦ） この発明は、シリコン基体上に選択的にエピタキシャル
成長を行うようにした半導体装置の製造方法に関する。

（従来の技術） 従来、ＭＯＳやバイポーラＬＳＩの素子分離には、耐酸
化性のシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ、膜）を用いた選択酸
化（ＬＯＧＯ３）法が広く用いられてきたが、熱的酸化
工程中に、Ｓ　ｉ　、Ｎ、膜下へ、バーズビークと称さ
れろ酸化膜の喰い込み現象が生じ、素子分離領域を２μ
ｍ以下にすることが困難である。これに代わる分離技術
として、シリコン基体に溝を設けて、そこへ絶縁膜等を
埋め込んで平坦化する溝埋め込み型分離が開発されてい
る。この方法において、溝埋め込み過程は選択的ではな
いので、異方性形状を与えろドライエツチングを用いて
平量化を計ったり、リフトオフを使ったりする方法が必
要である。

近年、溝埋め込み型とは逆の構造をもつ分離技術として
、選択エピタキシャル成長技術によってシリコン酸化膜
（ＳｉＯ８膜）開口部にシリコン膜（Ｓｉ膜）を埋め込
むことを利用した素子分屋（ＳＥＧ分離：　５ｅｌｅｃ
ｔｉｖｅ　Ｅｐｉｔａｘｉａｌ　ＧｒｏｗｔｈＩｓｏｌ
ａｔｉｏｎ　）が開発されている。この分離技術は、選
択的な堆積工程を経るので、素子分離形成工程は簡略で
ある。

す下、第２図に基き上記ＳＥＧ分離法の一例を説明する
。コノ方法Ｉｔ　ＩＥＤＭ８２　　Ｐ２４１〜Ｐ２４４
　ニ開示されろ。

まず、第２図１ａｌに示す如く、１００結晶軸を有する
Ｐ型のシリコン基体２０に湿式高温酸化雰囲気中で熱的
酸化を行うことにより、シリコン酸化膜（Ｓｉｎ２膜）
２１を２μｍ程度成長形成する。次に、ホトリソ技術を
用いて、素子形成領域を形成ｔろ領ｍをパターニングし
、ＲＩＥ法を用いて、側壁が垂直加工形状をもつ開口部
２２をシリコン酸化膜２１に形成する。

次に、第２図（ｂｌに示す如く、減圧気相成長法により
、全面にシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４膜）２３を０．１
μｍ程度堆積する。このシリコン窒化膜に代えて多結晶
シリコン膜（Ｐｏｌｙ　　Ｓｉ膜）でも良いが、ここで
はシリコン窒化膜を使用する。

次に、第２図（Ｃ１に示す如く、シリコン酸化膜２１の
開口部２２の側壁のみにシリコン窒化膜２３を残すため
に、ＲＩＥ法を用いてシリコン窒化膜２３の異方性エツ
チングを行う。シリコン窒化膜２３をシリコン酸化ｖ４
２１の開口部２２側壁に残した理由は、該開口部２２に
次にエピタキシャル成長される膜がシリコン酸化ｖ１．
２１から剥れろことを防止するためである。

次に、Ｓ　ｉ　Ｈ２Ｃｌ−Ｈ２ガス系にＨＣＩガスを添
加し、成長温度が９５０℃２反応管内の圧力が５０Ｔｏ
ｒｒの条件で選択的にエピタキシャル成長を行い、第２
図（ｄＪに示すように開口部２２にシリコン膜２４を成
長させろ。このシリコン膜２４は、シリコン酸化膜２１
の表面の高さまで成長させる。

この後は、通常のＭＯＳプロセスによってシリコン膜２
４に対して素子形成が行われろ。

（発明が解決しようとする課Ｗｉ） しかしながら、上述の選択エピタキシャル成長法による
素子分離法においては、シリコン酸化膜２１の開口部２
２側壁がシリコン窒化１１９２３で覆われていても、ま
た覆われていない場合でも、該開口部２２の基板２０上
に選択的にエピタキシャル成長されるシリコン膜２４に
は、シリコン酸化膜２１あるいはシリコン窒化膜２３と
の界面において、積層欠陥と呼ばれろ結晶欠陥（第２図
１ａｌに符号２５で示す）が発生する問題点があった。

この結晶欠陥は、Ｐ−ｎ接合などのリーク特性の劣化を
生じさせ、素子特性の信頼性向上の妨げとなっており、
更に界面からシリコンｙ、２４内へ１μｍ程度侵入して
いるため、素子の高集積化の妨げとなっている。また、
上記従来方法では、シリコン［２４の表面にファセット
と呼ばれろテーパー（第２図（ｄｉに符号２６で示す）
が発生する問題があり、シリコン１ｌｊ２４の平坦性の
向上の妨げとなっている。

このように、従来の選択エピタキシャル成長技術は、エ
ピタキシャル成長されろシリコン膜の結晶性、平坦性な
どの点で技術的に満足できろものではなく、実際のデバ
イスに応用するには問題があった。

この発明は、息上述べたシリコン基体上に選択的にシリ
コン膜のエピタキシャル成長を行う方法において、周囲
の絶縁膜との界面で発生する結晶欠陥とシリコン膜の表
面形状の平坦性の問題点を除去し、素子の高集積化・素
子特性の信頼性向上が可能な優れた半導体装置の製造方
法を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） この発明では、シリコン基体上にパッドシリコン酸化膜
とパッド多結晶シリコン膜を順次形成し、その上にマス
クを形成し、このマスクをマスクとして選択酸化を行う
ことにより、前記パッド多結晶シリコン膜からの変換酸
化膜およびパッドシリコン酸化膜を一部とする素子分離
シリコン酸什嘆を基体表面部に選択的に形成し、その後
、前記マスクとその下の残存パッド多結晶シリコン膜お
よびパッドシリコン酸化膜を除去し、素子形成領域部の
基体表面を露出させた後、素子分離シリコン酸化膜の厚
さをエツチングにより制御することにより、素子形成領
域と隣接する素子分離シリコン酸化膜端部を所定の角度
の斜面とし、その後、露出している素子形成領域部のシ
リコン基体上に、素子形成領域としてのシリコン膜をエ
ピタキシャル成長させるものである。

（作　　用） シリコン基体上にパッドシリコン酸化膜とパッド多結晶
シリコン膜およびマスクの３層膜を設けて、前記マスク
をマスクとして選択酸化を行うことによりシリコン基体
の表面部に選択的に素子分離シリコン酸化膜を形成した
後、該素子分離シリコン酸化膜の厚さをエツチングによ
り制御すると、素子形成領域と隣接する素子分離シリコ
ン酸化膜端部は所定の角度の斜面となる。そして、素子
分離シリコン酸化膜の端部が斜面であると、シリコン基
体上に素子形成領域としてシリコン膜をエピタキシャル
成長させた際、該シリコン膜には、前記素子分離シリコ
ン酸化膜端部との界面において結晶欠陥は発生せず、か
つシリコン膜表面にファセットも発生しない。

素子分離シリコン酸化膜の端部が斜面であると、該酸化
膜端部との界面においてシリコン族に結晶欠陥が発生せ
ず、かつファセットがシリコン膜表面に発生しない理由
は次の通りである。

結晶欠陥としては、主に積層欠陥が認められている。こ
の欠陥は、第３図（ａ）に示すように、Ｏ印で示すシリ
コン原子とシリコン原子の化学的な結合ボンドに、シリ
コン膜のエピタキシャル成長とともに矢印イの方向に応
力が加わり、ひずんでしまうことが原因である。欠陥は
図中Ａ−Ｃの方向に形成され、（Ｉ　Ｉ　＋）方向の結
晶軸である。すなわち、素子分離シリコン酸化膜１端部
によって（ｌ　Ｉ　１）方向のエピタキシャル成長が抑
制されていることが欠陥発生の原因である。第３図（ｂ
）に示すように、素子分離シリコン酸化膜１の端部に［
＋ｉ＋］面に相当する斜面を形成してエピタキシャル成
長させると、（ｌ　ｌ　＋）方向の結晶成長の進行が抑
制されずに行われるため、シリコン膜内に積層欠陥が成
長することがない。もしも、欠陥が発生しても、シリコ
ン膜のエピタキシャル成長とともに矢印口の方向に応力
は緩和されるので、欠陥は途中で消又てしまうと考えら
れろ。

（ｔｏｏ）面を有するシリコン基体上に選択的にエピタ
キシャル成長したシリコン膜には、素子分離シリコン酸
化膜とシリコン膜界面から傾斜した面、いわゆるファセ
ットが形成されろ。このファセットは（ｌ　１３）面に
相当する。ファセットの発生は、素子分離シリコン酸化
膜端部とシリコン膜との界面における不連続性が原因で
あり、このファセットの面方位は、表面自由エネルギー
や面方位の成長速度およびエツチング速度依存性によっ
て決定される。ファセットを抑制するためには、素子分
離シリコン酸化膜端部とシリコン膜との親和力を高めろ
ことが重要である。第４図（ａｌに示すように、素子分
離シリコン酸化膜１の端部が垂直な場合は、シリコン膜
の（１１０）方向への成長が抑制され、成長速度の遅い
Ｅｌ　ｌ　１］面と［＋１３］面が次第に成長してきて
ファセットが形成される。

第４図（ｂ）に示すように、素子分離シリコン酸化膜１
の端部を斜面とすると、（＋１０）方向の成長が抑制さ
れないため、ファセットが形成されにくくなり、表面が
平坦なシリコン膜が形成されろ。

素子分離シリコン酸化膜１＃部の斜面の角部は４０°〜
６０°が適当であり、特に５７９が好ましい０ （実　施　例） 以下、第１図に基き、この発明の一実施例を詳細に説明
する。

まず、第１図（ａｌに示す如く、１００結晶軸を有する
Ｐ型のシリコン基体１１上に、高温酸化雰囲気中におい
て、パッドシリコン酸化Ｉｌｌ　（Ｓｉｎ、、Ｍ１１２
を３００人程変成長形成する。次に、減圧気相成長法を
用いて、前記パッドシリコン酸化膜１２上にパッド多結
晶シリコン膜（Ｐｏｌｙ　　５ｉｎ）１３を１０００人
程度堆積させろ。この時、パッド多結晶シリコン膜１３
の堆積条件は、反応ガスには１００％のモノシラン（Ｓ
ｉＨ４）ガスを用い、ガス流量は７０　ｃｃ／分である
。堆積時の反応管内の圧力は０，２Ｔｏｒｒである。そ
して、堆積温度は５５０℃である。次に、減圧気相成長
法を用いて、前記パッド多結晶シリコン膜１３上にシリ
コン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４膜）１４を２０００人程度堆積
させる。この時、シリコン窒化膜１４の堆積条件は、反
応ガスにはジクロールシラン（Ｓ　１Ｈ２Ｃｊ２）ガス
とアンモニア（ＮＨ３）ガスを用い、ガス流量は３０ｃ
ｃ／分と３００　ｃｃ／分である。堆積時の反応管内の
圧力は０．２５Ｔｏｒｒである。そして堆積温度は８０
０℃である。

次に、シリコン窒化膜１４上に図示しないがホトリソ技
術によりレジストパターンを形成し、それをマスクとし
てＲＩＥ法を用いてシリコン窒化膜１４をパターニング
することにより、第１図（ｂ）に示す如く、シリコン窒
化膜１４を素子形成領域部のみに残す。換言すれば、素
子分離領域部からはシリコン窒化膜１４を除去する。次
に、レジストパターンを除去した後に、シリコン窒化膜
１４をマスクとしてポロン（Ｂ）を基体１１にイオン注
入し、反転防止用のチャンネルストップ層１５を基体１
１の素子分離領域部に形成する。この時、イオン注入は
、ボロン（Ｂ＋）の加速電圧が５０　ｋｅＶから１５０
ｋｅＶ範囲、ドーズ量がＩ　Ｘ　１０　　Ｉｏｎｓ／ｃ
ｄからＩ　Ｘ　ＩＱ　　５ｏｎｓ／ｃｄの範囲で行う。

次に、シリコン窒化Ｍ１４をマスクとして１０００℃の
湿式高温酸化雰囲気中で熱的酸化を行うことによ吻、第
１図１０１に示す如く、シリコン基体１１の素子分離領
域表面部に素子分離用のシリコン酸化膜１６を５０００
人〜６０００人程度堆積形成する。この時、素子分離領
域部のパッドシリコン酸化膜１２は、シリコン酸化ｐ／
Ａ１６の一部となり、同領域部のパッド多結晶シリコン
ｌ！Ｊ１３も酸化されて、シリコン酸化膜１６の一部と
なる。また、シリコン酸化膜１６端部のＡ領域のバーズ
ビークは、パッドシリコン酸化膜のみを挟んでマスクと
してのシリコン窒化膜を設けた通常のＬＯＣＯ５法のバ
ーズビークに比べて、素子形成領域への侵入量が５分の
１程度となる。これは、パッド多結晶シリコン膜１３が
シリコン酸化膜１６成長時の横方向への酸化剤の拡散を
抑制し、かつパッド多結晶シリコン膜１３自体が酸化剤
を消費してシリコン酸化ｙ１６に転じろため、横方向へ
のバーズビークの発生が抑制されているからである。ま
た、この方法によれば、シリコン酸化膜１６成長時にパ
ッド多結晶シリコン膜１３を酸化しているため、シリコ
ン基体１１を酸化するよりも酸化速度が速く、短い酸化
時間で所望のシリコン酸化ＷＡ厚を得られ、そのため、
反転防止用のチャンネルストップＮＪ１５の不純物ボロ
ンの横方向への拡散（図中Ｂの領域）も抑制し、素子形
成領域のＭＯＳトランジスタの狭チャネル効果を防止で
きろ。

次に、シリコン窒化ｉｉ　１４を熱リン酸によりエツチ
ング除去し、続いて、パッド多結晶シリコン膜１３をウ
ェットエツチング法あるいはドライエツチング法にによ
り除去する。ここで、ウェットエツチング法を用いた鳩
舎は、例えばＨＦ溶液と硝酸溶液の混合液を用いろ。ま
た、ドライエツチング法ではＳＦ６ガスとＣ２ＣＩ　Ｆ
、ガスの混合ガスを用いる。続いて、パッドシリコン酸
化膜１２をＨＦ溶液によりエツチング除去する。これに
より、第１図１０１に示すように素子形成領域部のシリ
コン基体１１表面が露出する。

次に、シリコン基体１１の露出表面に乾式酸化雰囲気中
でシリコン酸化膜（図示せず）を５００人程変成長形成
する。次いで、このシリコン酸化膜をＨＦ溶液によりエ
ツチング除去する。これにより、素子形成領域部のシリ
コン基体１１表面は再度露出する。

次に、前記第１図（ｄｌに示すように、素子分離領域の
シリコン酸化ｇ１１１６をＨＦ溶液により１０００人か
ら２０００人程度エフチング除去する。すると、同図に
示すように、シリコン酸化膜１６の、素子形成領域と隣
接する端部は、シリコン基体１１表置からの角度θが４
０度から６０度の範囲の斜面１７となる。なお、この斜
面１７の角度は、シリコン酸化膜１６の成長膜厚とシリ
コン酸化膜１６のエツチング除去後の残膜厚をｉｌＪ御
することにより所望の値が得られる。

次に、第１図（６）に示す如く、素子形成領域部のシリ
コン基体ｌｌ上に、減圧気相成長法により選択的にシリ
コンＷＡ１８をエピタキシャル成長させろ。この時の選
択的なシリコン膜１８のエピタキシャル成長条件として
は、反応ガスには５ｉＨ２Ｃ＃。

ガスにＭＣＩガスを添加したものを用い、キャリアガス
（よＨ２ガスとする。また、成長時温度は８００℃〜１
ＯＯＯ℃で、成長時圧力は２０　Ｔｏｒｒ〜８０Ｔｏｒ
ｒである。このような条件でのシリコン膜１８のエピタ
キシャル成長は、素子分離領域のシリコン酸化膜１６の
高さまで行う。この時、そのシリコン酸化膜１６の端部
が斜１Ｉｊ１７となっているので、該シリコン酸化膜１
６の端部との界面においてシリコン膜１８には結晶欠陥
は発生せず、ファセットと呼ばれろテーパーも表面に生
じない。この結果、高品質で、素子分離領域との境が平
坦な素子形成領域としてのシリコン［１８が得られる。

その後は、該シリコン膜１８に対して素子形成を行う。

なお、上記の一実施例においては、シリコン基体１１上
にシリコン膜１８を選択的にエピタキシャル成長させる
時に不純物を添加せずに行っているが、所望の抵抗率の
エピタキシャル成長シリコン膜が必要なときは、選択エ
ピタキシャル成長のときに、例えばＰＨ，、Ｂ２Ｈ６，
Ａ、Ｈ３などのガスを混合させることが可能である。

（発明の効果） 以上詳述したように、この発明の製造方法によれば、パ
ッドシリコン酸化膜とパッド多結晶シリコン膜およびマ
スクの３層膜を用いてシリコン基体の表面部に選択的に
素子分離領域のシリコン酸化膜を形成した後、該シリコ
ン酸化膜厚をエツチングにより制御することにより、該
シリコン酸化膜の端部を所定の角度の斜面としたので、
シリコン基体上に素子形成領域としてのシリコン膜を選
択的にエピタキシャル成長させた際に、該シリコン膜に
、前記シリコン酸化膜端部との界面において結晶欠陥が
発生することを防止でき、ファセット（テーパー）も表
面から除去できる。したがって、シリコン膜に形成され
ろ素子の特性の向上を図ることができるとともに、素子
の高集積化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の半導体装置の製造方法の一実施例を
示す工程断面図、第２図は従来のＳＥＧ分離法を示す工
程断面図、第３図は積層欠陥の形成を説明するための断
面図、第４図はファセットの形成を説明するための断面
図である。 １１・−Ｐ型シリコン基体、１２・・・パッドシリコン
酸化膜、１３・パッド多結晶シリコン膜、１４・・シリ
コン窒化膜、１６・・・シリコン酸化膜、１７・・斜面
、１８・・・シリコン膜。 ＋１ｉｉｉｉｌｉ！ 特許出願人　沖電気工業株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （ａ）シリコン基体上にパッドシリコン酸化膜とパッド
   多結晶シリコン膜を順次形成し、その上にマスクを形成
   し、このマスクをマスクとして選択酸化を行うことによ
   り、前記パッド多結晶シリコン膜からの変換酸化膜およ
   びパッドシリコン酸化膜を一部とする素子分離シリコン
   酸化膜を基体表面部に選択的に形成する工程と、 （ｂ）その後、前記マスクとその下の残存パッド多結晶
   シリコン膜およびパッドシリコン酸化膜を除去し、素子
   形成領域部の基体表面を露出させる工程と、 （ｃ）その後、素子分離シリコン酸化膜の厚さをエッチ
   ングにより制御することにより、素子形成領域と隣接す
   る素子分離シリコン酸化膜端部を所定の角度の斜面とす
   る工程と、 （ｄ）その後、露出している素子形成領域部のシリコン
   基体上に、素子形成領域としてのシリコン膜をエピタキ
   シャル成長させる工程とを具備してなる半導体装置の製
   造方法。