JPH0414241A - 半導体膜の製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は半導体膜の製造方法、特に素子の分離を行う方
法に関する。

［従来の技術］ 従来から、ＬＳＩ、超ＬＳＩなどの半導体集積回路にお
いては、半導体基板上に形成された素子間の分離に選択
酸化法（Ｌ　ＯＣＯＳ　−Ｌｏｃａｌ　ｏｘｉｄａｔｉ
ｏｎ　ｏｆ　５ｉｌｉｃｏｎ）が用いられている。コノ
選択酸化法は、例えば５ｉａＮ４の窒化膜を酸化マスク
として用いながらフィールド酸化膜を形成する方法であ
る。

第２図には、上記選択酸化法により酸化膜を形成する状
態が示されており、図（ａ）に示されるように、まずシ
リコン（Ｓｉ）基板１に酸化シリコン（ＳｘＯｚ）のパ
ッド酸化膜２を形成し、このパッド酸化膜２上の活性（
アクティブ）領域となる部分に窒化シリコン（Ｓ　ｌ　
ａ　Ｎ４）の酸化マスク３を形成する。上記パッド酸化
膜２は、後述のフィールド酸化の際に生じる酸化マスク
３によるストレスを緩和するために設けられる。

そして、チャネルストップインブラントによりイオン注
入が行われ、その後にフィールド酸化が行われると、図
（ｂ）に示されるようになり、シリコン基板１内の酸化
マスク３との境界部分にチャネルストッパ４の領域が形
成され、このチャネルストッパ４により機能素子が形成
される活性領域間の絶縁状態が良好に維持される。

また、フィールド酸化によりシリコン基板１の上面が酸
化されてフィールド酸化膜５が形成されることになるが
、シリコンが酸化されると体積が２倍程度に増加するの
で、図示されるように酸化マスク３の周囲が盛り上がる
ようにして酸化膜５が形成される。この後には、上記酸
化マスク３は取り除かれ、この活性領域に機能素子が形
成されることになり、この機能素子と他の機能素子との
間は上記フィールド酸化膜５によって電気的に分離され
ることになる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述した選択酸化法では、上記５ｉａＮ
４膜である酸化マスク３のストレスを緩和するためのパ
ッド酸化膜２は、フィールド酸化時に酸素の拡散の通路
となり、その結果、図示１００のようにバーズビーク（
鳥のくちばし）と呼ばれる形の領域が生じることが知ら
れている。そして、このバーズビーク１００は、機能素
子を形成する活性領域を狭めるため、半導体集積回路の
微細化の障害となる。

また、フィールド酸化による酸化膜（Ｓｉｎｇ）５の形
成に伴って体積が膨張することや、酸化マスク３の応力
により、シリコン基板１に結晶欠陥が入るという問題が
あり、これは微小リークの原因となる。

更に、上記フィールド酸化は高温で長時間かがることか
ら、先に形成されたチャネルストッパ４に注入されてい
る不純物がアクティブ領域へしみ出す（拡散する）とい
う問題や、界面領域での濃度再分配、いわゆる偏析が生
じるという問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その
目的は、選択酸化する際に生じるバーズビーク、結晶欠
陥、不純物しみ出し及び偏析を良好に抑制することので
きる半導体膜の製造方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明は、シリコン基板上
にパッド酸化膜を介して酸化マスクを形成し、フィール
ド酸化により素子分離のための酸化膜をシリコン基板上
に形成する半導体膜の製造方法において、上記酸化マス
クの上にリンガラス膜又は砒素ガラス膜を形成してパタ
ーニングする第１の工程と、上記ガラス膜の上からポリ
シリコン膜を形成する第２の工程と、この第２の工程の
後に所定厚さのポリシリコン酸化を行う第３の工程と、
この第３の工程の後にリンガラス膜又は砒素ガラス膜の
選択エッチを行う第４の工程と、を含み、上記第４の工
程の後にフィールド酸化することにより素子分離膜を形
成することを特徴とする。

［作用コ 上記の構成によれば、酸化マスクの上に例えばリンガラ
ス膜が形成され、この上にポリシリコンがデポジション
により形成されることになり、その後上記ポリシリコン
が酸化されるが、このポリシリコン酸化では、例えばリ
ンガラス膜に含まれている不純物であるリンが周囲に、
本発明の場合は特に上部に拡散することになる。

そして、上記リンガラス膜を選択的に除去するエツチン
グが行われるが、この際にはリンが拡散したポリシリコ
ンがリンガラス膜と共に選択的に除去されることになり
、この時点で不活性領域にはポリシリコン酸化膜が形成
され、その下部には酸化されないポリシリコン膜が残る
ことになる。

次に、フィールド酸化が行われることになるが、この場
合にはポリシリコン膜のみの酸化に留めることもでき、
またシリコン基板上部の酸化をすることもできる。そし
て、いずれの場合にも、ポリシリコン膜が存在するので
、酸化マスクの下側への酸素供給が規制され、バーズビ
ークの発生が抑制される。しかも、既にポリシリコン酸
化膜が形成されているので、高温で行うフィールド酸化
の時間は減少することになる。

なお、上記リンガラスは砒素ガラスとしても同様の作用
を行うことになる。

［実施例コ 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら詳細
に説明する。

第１図には、実施例に係る製造方法の各工程で形成され
る半導体膜の状態が示されており、各工程ごとに順に説
明する。

第１の工程は、まず図（ａ）に示されるように、シリコ
ン基板１の上部を酸化し、後述の酸化マスク３のストレ
スを解消するために、例えば厚さ５００人のパッド酸化
膜２を形成し、続いて例えば厚さ１０００人の５ｉ−Ｎ
４膜の酸化マスク３を形成し、更に厚さ１０００人で約
６ｗｔ％Ｐ（重量パーセントリン）以上のリンガラス（
ＰＳＧ−Ｐｈｏｓｐｈｏ−５ｉｌｉｃａｔｅ　Ｇｌａｓ
ｓ）膜６を形成する。

そして、図（ｂ）に示されるように、上記酸化マスク３
及びリン・ガラス膜６は、フォトレジストを用いてエツ
チングすることにより活性領域にパターニングされる。

ここで、フィールドインブラントによりチャネルストッ
パのためのイオン注入が行われ、図（Ｃ）に示されるよ
うに、酸化マスク３及びリンガラス膜６の下側を除くパ
ッド酸化膜２の下側にはチャネルストッパ４が形成され
る。

次の第２の工程では、ポリシリコン膜をデポジションに
より形成しており、図（Ｃ）に示されるように、実施例
ではガス反応により厚さｄ１＝２０００人程度のポリシ
リコン膜（Ｐｏｌｙ　Ｓｉ　）　７をリンガラス膜６の
上から蒸着し、次の第３工程へ移行する。

この第３の工程では、図（ｄ）に示されるように、ポリ
シリコン膜７の酸化を８５０度程鹿の温度（ｗｅｔ）で
行っている。このポリシリコン酸化では、リンガラス膜
６からリン（Ｐ）が拡散し、リンガラス膜６の上部２０
０の領域ではリンドープポリシリコン酸化となるので、
増速酸化が行えることになる。従って、この第３の工程
では上記２００の領域がリンガラス領域となると共に、
この領域２００の酸化が速く行われるので、領域２００
以外のポリシリコン膜７では上部が酸化されて酸化膜（
ＳｉＯ，）７ａとなるが、下部には酸化されないポリシ
リコン膜７ｂが残ることになる。

このように、ポリシリコン酸化では、増速酸化により短
時間にリンガラス（ＰＳＧ）膜上部の酸化が行え、また
従来の酸化では１０００度以上で行うのが通常であるか
ら、比較的低温で酸化が行えるという利点がある。

そして、第４の工程では、図（ｅ）に示されるように、
リンガラス領域１００の選択エツチングが行われており
、この選択エツチングは、例えば希フッ酸を用いたウェ
ットエツチングにより行うことができる。この選択エツ
チングにより、図示のリンガラス領域２００が削除され
、Ｓｉ、Ｎ４の酸化マスク３が露出した状態となって、
次の第５の工程へ移行する。

この第５の工程では、図（ｆ）に示されるように、フィ
ールド酸化が行われ、実施例では上記ポリシリコン膜７
ｂとシリコン基板１の上部が酸化され、最終的なフィー
ルド酸化膜８を形成することになる。この酸化は、必要
となる酸化膜の厚さの条件に合わせて行われることにな
るが、酸化膜の厚さを図の厚さｄ、（約４０００人）と
することもでき、この場合は上記ｄ１である約２０００
人のポリシリコン膜７を酸化するだけでよい。そして、
この際のバーズビークはほとんど生じないことになる。

すなわち、第２図のバーズバークは、シリコン基板１を
酸化する際にパッド酸化膜２が供給通路となって、酸素
が酸化マスク３下側へ流入することにより生じるが、上
記の場合パッド酸化膜２の上部のポリシリコン膜７のみ
を酸化するので、バーズビークはほとんど生じない。

また、例えば８０００人の酸化膜が必要な場合にはシリ
コン基板１の上部の約２０００人を酸化をすることにな
るが、この場合にはポリシリコン膜７ｂの存在が酸素マ
スク３への酸素供給を抑制することになり、また既に酸
化膜７ａが形成されているので従来よりフィールド酸化
時間が短くて済み、バースビークの発生が従来（約８０
００人形成する場合）よりもほぼ半分程度に減少するこ
とになる。

このようにして、第５の工程でフィールド酸化が終了す
ると、図（ｇ）に示されるように、酸化マスク３の除去
が行われ、これによって選択酸化による酸化膜８の形成
が終了し、その後、活性領域３００には各種の素子が形
成されることになる。

以上のようにして、バーズビークが減少することになる
が、本発明により結晶欠陥、不純物のしみ出し、偏析も
確実に抑制される。すなわち、本発明では酸化マスク３
の上部に形成したポリシリコン膜７のみを酸化する限り
においては、酸化マスク３等の変形によるストレスが生
じることはなく、シリコン基板１の結晶欠陥も防ぐこと
ができ、シリコン基板１の上部に及んで酸化する場合で
あっても、その酸化領域は従来に比較して薄くなるので
結晶欠陥は著しく減少することになる。

また、従来に比べて短時間に酸化することができ、かつ
比較的低温で行うことができるので、チャネルストッパ
領域内の不純物がしみ出ることや、界面部での偏析が生
じることを抑制することができる。特に、ポリシリコン
膜７のみを酸化する場合には、この不純物のしみ出し及
び偏析はほとんど抑制される。

更に、上記実施例で用いられているポリシリコン膜７は
、酸化速度の大きいポーラスなポリシリコンを用いて形
成することができ、この場合には酸化速度を更に短縮す
ることができ、チャネルストッパの不純物のしみ出しく
拡散）及び不純物の偏析が更に抑えられ、またバーズビ
ークの発生も良好に抑制される。

また、上記実施例では第１の工程でリンガラス膜７を酸
化マスク３の上に形成しているが、このリンガラス７は
砒素ガラスとしてもよく、この場合にも砒素がリンと同
様の働きをして上記と同様の作用及び効果を得ることが
できる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、酸化マスクの上
にリンガラス膜又は砒素ガラス膜を形成し、このガラス
膜の上からポリシリコン膜を形成して酸化し、更にリン
ガラス膜又は砒素ガラス膜の選択エッチを行い、この後
にフィールド酸化をするようにしたので、上記フィール
ド酸化を行う以前に既にポリシリコンによる酸化膜が形
成されており、しかもフィールド酸化はポリシリコンの
存在化で行うので、酸素がパッド酸化膜から酸化マスク
下側のシリコン基板に入り込みにく（なる。

従って、バーズビークが良好に抑えられ、従来に比べる
と半分程度まで抑制することが可能となり、特にポリシ
リコン膜のみの酸化ではほとんど生じない。この結果、
微細加工ができると共に集積度も高めることができるこ
とになる。

また、ポリシリコン膜酸化の存在により酸化マスク及び
シリコン基板の膨張によるストレスが少なくなり、結晶
欠陥を減少させることが可能となる。

更に、酸化が短時間でかつ比較的低温で可能となるので
、チャネルストッパ領域の不純物のしみ出しや界面部で
の偏析も良好に抑制されるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る半導体膜の製造方法によ
り形成される半導体膜の各工程での製造状態を示す図、
第２図は従来の半導体膜の製造方法による製造状態を示
す図である。 １・−・シリコン基板、２・・−パッド酸化膜、３・−
・酸化マスク（窒化膜）、 ４・−チャネルストッパ、５・−・酸化膜、６・・・リ
ンガラス膜、７・・−ポリシリコン膜、８・・・フィー
ルド酸化膜、 １００−・・バーズビーク、 ２００−・・リンガラス領域、３００・・・活性領域。 特許出願人　新日本無線株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリコン基板上にパッド酸化膜を介して酸化マス
   クを形成し、フィールド酸化により素子分離のための酸
   化膜をシリコン基板上に形成する半導体膜の製造方法に
   おいて、上記酸化マスクの上にリンガラス膜又は砒素ガ
   ラス膜を形成してパターニングする第１の工程と、上記
   ガラス膜の上から所定厚さのポリシリコン膜を形成する
   第２の工程と、この第２の工程の後にポリシリコン酸化
   を行う第３の工程と、この第３の工程の後にリンガラス
   膜又は砒素ガラス膜の選択エッチを行う第４の工程と、
   を含み、上記第４の工程の後にフィールド酸化すること
   により素子分離膜を形成することを特徴とする半導体膜
   の製造方法。