JPH04151852A - 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〕 この発明に、半導体装置の製造方法に関し、特に半導体
装置の素子分離構造の製造方法に関するものである。

〔従来の技術〕

同一基板上に複数の素子を形成する半導体装置では、各
素子間を電気的に分離する技術が軍警である。従来より
、シリコン基板とシリコン窒化膜との酸化膜の成長速反
差を利用した選択酸化法による素子分離は広く用いられ
ている。

第２図（ａ）〜（ｄ）　Ｕ従来の半導体装置の素子分離
構造の製造方法の第１の例を示す断面図である。

図において、ｉｌｌハシリコン単結晶等よりなる半導体
基板（以下、シリコン基板と称す）　、　（２＋はシリ
コン基板ｉｌｌ上に形成されるシリコン酸化膜、（３）
はシリコン酸化膜（２）上に形成されるシリコン窒化膜
、Ｉ４＋Ｈシリコン窒化膜（３）上に形成されるフォト
・レジスト膜、（５ａ）はシリコン基板ｉ１１に注入さ
れた不純物領域、（５ｂ）は不純物領域（５ａ）の拡散
形成されたもので、隣接する素子間を電気的に分離する
チャネル−ストッパ、１６１１ｄチヤネル・ストッパ（
５ｂ）の上に形成され、素子間を分離するためのフィー
ルド絶縁膜である。

なお、この場合、シリコン基板＋１１１’ＪＰ型、不純
物層［（５ａ）およびチャネル・ストッパ（５ｂ）　ｉ
ｄ　Ｐ”型にそれぞれ形成されている。

次に製造方法について説明する。

捷ず、Ｐ型のシリコン基板ｆｉｌ上の全面に熱酸化法［
よってシリコン酸化膜（２１全形成し、さらにその上の
全面にＣＶＤ法により、シリコン窒化膜（３１ヲ形成す
る。ここで、このシリコン酸化膜（２１ば］０１０ｄｙ
ｎ／ｃｍ２の引張り応力をもつシリコン窒化膜（３）の
応力を緩和するように働くものである。この後、シリコ
ン窒化膜（３）上の全面にフォト・レジスト膜（４を形
成し、これをフォトリングラフィ技術によりパターン化
する（第２図（ａ））。

次に、パターン化されたフォト・レジスト膜（４）をマ
スクにして、下地のシリコン窒化膜（３）を、例えば反
応性イオンエツチングｃ以下、ＲＩＥと称す）で選択的
に除去する。続いて、シリコン基板（１）上より、例え
ばｐｇとなるホウ素（Ｂ）イオンを注入してＰ型の不純
物領域（５ａ）を形成する。この後、フォト・レジスト
膜（４）をアッシング法等により除去する（第２図（ｂ
））。

次に、水蒸気を用いた湿式酸化を行うことにより、シリ
コン窒化膜（３）で覆われた部分を除く部分のシリコン
基板（１）が酸化され、フィールド絶縁膜（６）が形成
される。このとき、シリコン窒化膜（３）の端部の下に
もフィールド絶縁膜（６）の一部が侵入する。また、フ
ィールド絶縁膜（６１の形成の際に、すでに注入されて
あったＰ型の不純物層［（５ａ）のＢイオンが拡散され
、不純物層となってチャネル・ストッパ（５ｂ）が形成
される（第２図（Ｃ））。

次に、シリコン窒化膜（３）を、例えばリン酸を用いた
ウェット・エツチングにより除去する。これにより、素
子分離構造が形成される（第２図（ｄ））。

なお、上記の従来例でＨｐ型のシリコン基板ｔｌ＋にお
ける場合であるため、フィールド絶縁膜（６）直下近傍
のＰ型シリコン基板ｉｌｌがＮ型に反転しやすくなり、
Ｐ′＋型のチャネル・ストッパ（５ｂ）　’に形成する
必要があるが、Ｎ型のシリコン基板の場合には、チャネ
ル・ストッパ（５ｂ）　’ｅ影形成る必要はない。

このような従来の素子分離構造の製造方法では、フィー
ルド絶縁膜（６）が盛り上がって形成されるため、シリ
コン基板＋１１表面の凹凸が大きくなってしまい、後工
程の素子形成の際に障害になる。寸た、フィールド絶縁
膜（６１がシリコン窒化膜（３１の端部の下にも一部が
侵入して形成されるため、フィールド絶縁膜（６１の端
部は横方向に細長く伸びた形状となる。このため、素子
分離領域の占める面積が大きくなりすぎたり、また、ト
ランジスタ形成時にゲート幅が小さくなり狭チャネル効
果が大きくなるという間−があった。

このような問題点を解消するために、従来、次のような
方法が考えられている。すなわち、これを第３図を用い
て説明する〇 第３図（ａ）〜（１）は、従来の半導体装置の素子分離
構造の製造方法の第２の例を示す断面図である。

図において、（Ｉｌｌｌｄシリコン基板、　（１２）は
シリコン基板（ｆｉｌ上に形成される第１のシリコン酸
化膜、α３）は第１のシリコン酸化膜（１２）上に形成
される第１のシ・リコン窒化膜１１４）ｌ−ｆｉｌのシ
リコン窒化膜０３）上に形成される第２のシリコン酸化
膜、（＋５１Ｕ第２のシリコン酸化膜Ｈ上に形成される
フォト・レジスト膜である。（１６）はシリコン基板（
１）の所定領域に形成される溝、（１７ａ）Ｕ溝（１６
）が形成されたシリコン基板（１）上の全面に形成され
る第２のシリコン窒化膜、（１７ｂ）　Ｕ第２のシリコ
ン窒化膜（１７ａ）のうち溝θφの内部の一部に残され
る第３のシリコン窒化膜、（１８ａ）は第２のシリコン
窒化膜（１７ａ）上に形成される第３のシリコン酸化膜
、（１８ｂ）は第３のシリコン酸化膜のうち、溝（１６
）の内部に残されてサイドウオールを形成した第４の酸
化膜、（１９ａ）ｌｄ溝αΦの下のシリコン基板ｉｌ＋
に注入された不純物領域、（１９ｂ）は隣接する素子間
を電気的に分離するチャネル・ストッパ、−ハチャネル
・ストッパ（１９ｂ）の上に形成され、素子間全分離す
るためのフィールド絶縁膜である。

なお、この場合もシリコン基板ｉｌｌはＰ型、不純物領
［（１９ａ）およびチャネル・ストッパ（１９ｂ）　Ｕ
Ｐ＋型にそれぞれ形成されている。

次に製造方法を説明する。

１ず、Ｐ型のシリコン基板（１１）上の全面に熱酸化法
によって第１のシリコン酸化膜０２）を約５００Ａの膜
厚に形成し、さらにその上の全面ＶＣＣＶＤ法により第
１のシリコン窒化膜（１３１７ｆｆ：約５００Ａの膜厚
に、続いて第２のシリコン酸化膜（＋４）全豹１００Ｏ
Ａの膜厚に順次形成する。ここで、この第１のシリコン
酸化膜θ乞ば１０”ｄｙｎ／ｃｍ２の引っ張り応力をも
つ第１のシリコン窒化膜（１３）の応力を緩和するよう
に働くものである（第３図（ａ））。

次に、第２のシリコン酸化膜０舶上の全面にフォト・レ
ジスト膜Ｑ５）’（ｉ−形成し、フォトリングラフィ技
術によりパターン化する。その後、このフォト・レジス
ト膜（国のパターンをマスクにして、下地の第２のシリ
コン酸化膜Ｑ４）、第１のシリコン窒化膜α３）、第１
のシリコン酸化膜（１２）を、例えばトリフロロメタン
（ＣＨＦ３）十酸素（０２）系ガスによるＲＩＥにより
、順次エツチング除去した後、さらにシリコン基板（＋
１１　’ｉ５、例えば塩素（ＣＬ２）＋ヘリウム（Ｈｅ
　）ガスによるＲＩＥにより約３００ＯＡの深さにエツ
チング除去して溝α６）全形成する（第３図（ｂ））。

次に、フォト・レジスト膜（１ωをアッシング法により
除去する（第３図（Ｃ））。

次に、シリコン基板（１１）上の全面に、ＣＶＤ法によ
り第２のシリコン窒化膜（１７ａ）を約５００Ａの膜厚
に形成し、さらにその上の全面にＣＶＤ法により第３の
シリコン酸化膜（１８ａ）　を約３００ＯＡの膜厚に形
成する（第３図（ｄ））。

次に、第３のシリコン酸化膜（１８ａ）　ｆ、例えばＣ
ＨＦ　３　＋　０２系ガスによるＲＩＥにより、第２の
シリコン窒化膜（１７ｇ）の主面上から除去されるよう
にエツチング除去すると、溝（Ｉｅｔの内部の側壁に第
３のシリコン酸化膜（１８ａ）の一部が残存してサイド
ウオールとなり、第４のシリコン酸化膜（１８ｂ）が形
成される（第３図（ｅ））。

次に、第２のシリコン窒化膜（１７ｇ）の露出部分を、
例えばＣＨＦ３＋０２系ガスによるＲＩＥ　Ｋよりエツ
チング除去すると、溝帥内部で第４のシリコン酸化膜（
１８ｂ）の外側ＫＬ字型に第３のシリコン窒化膜（１７
ｂ）が形成される。その後、シリコン基板（１１）上よ
う、例えばＰ型となるＢイオンを、例えば打ち込みエネ
ルギー８０ＫｅＶ　、ドーズＮ１ｏＩ３／ｃｍ２テ注入
してＰ型の不純物領域（１９ａ）　ｆ形成する（第３図
（ｆ））。

次に、第２のシリコン酸化膜α舶および第４のシリコン
酸化膜（１８ｂ）　ｔ、弗酸系のエツチング液を用いた
ウェット・エツチングにより除去する（第３図（ｇ））
。

次に、約１０００℃で水蒸気を甲いた湿式酸化を行うこ
とにより、第１のシリコン窒化膜（１３）および第３の
シリコン窒化膜（１７ｂ）で覆われていない部分のシリ
コン基板（１１）を酸化し、約５００ＯＡの厚さとなる
フィールド絶縁膜（２Ｇ）　’ｔ−形成する。このとき
、すでに注入されてあったＰ型の不純物領域（１９ａ）
のＢイオンが拡散され、チャネル・ストッパ（１９ｂ）
が形成される（第３図（ｈ））。

次に、第１のシリコン窒化膜（１３）および第３のシリ
コン窒化膜（１７ｂ）を、例えば熱リン酸を用いたウェ
ット・エツチングにより除去する（第３図（１））。

なお、上記第２の従来例においても、Ｐ型のシリコン基
板ＱＩ　Ｋ−おける場合であるが、第１の従来例と同様
に、Ｎ型のシリコン基板の場合にはチャネル・ストッパ
（１９ｂ）　ｉ形成する必要は無い。

このような素子分離構造の製造方法では、溝α６）を形
成して溝（１６）の底部に露出したシリコン基板（１１
）を酸化することによってフィールド絶縁膜（社）を形
成しているため、前記第１の例のようにフィールド絶縁
膜（２０）ハ盛り上がって形成されないが、フィールド
絶縁膜−の表面の中央部がくぼんだ状態となる。

また、第４のシリコン酸化膜（１８ｂ）および第３のシ
リコン窒化膜（１７ｂ）がフィールド絶縁膜−形成時に
横方向への酸化の進行を遅らせる働きをするため、前記
第１の例に比べて、フィールド絶縁膜（２））の端部が
横方向に細長く伸びるのが防止されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

第２の例による素子分離構造は以上のように製造されて
いるので、フィールド絶縁膜（２０）の表面の図示中央
部がくぼんだ状態に形成される。このためシリコン基板
（１１）表面の凹凸が大きくなり、後工程の素子形成の
際に障害になる。

また、フィールド絶縁膜（２０）の端部が横方向に細長
く伸びるのは、第２図に示す第１の例に比べて改善され
てはいるが、フィールド絶縁膜（２０）形成時に第３の
シリコン窒化膜（１７ｂ　）と第１のシリコン窒化膜（
３）下部まで酸化が進行し、そのため素子分離領域の占
める面積が大きくなり、後にトランジスタ形成を行うと
、狭チャネル効果が大きくなり、信頼性の悪いものにな
ってしまうという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、その目的とするところは、素子分離のための
絶縁膜形成後におけるシリコン基板表面の十分な平坦化
が可能で、素子分離領域の増加を防止でき、信頼性の高
い素子分離構造が形成される製造方法を提供することで
ある。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板の
一主面上に、第１のシリコン酸化膜、第１のシリコン窒
化膜、第２のシリコン酸化膜を順次形成する第１の工程
と、素子分離領域となるべき部分の上記第２のシリコン
酸化膜、第１のシリコン窒化膜、第１のシリコン酸化膜
ふ・よび基板の一部をエツチング除去して上記基板の主
面部に溝を形成する第２の工程と、上記溝内の底面の内
央部を除いた上記溝の内壁部に第３の窒化膜および第４
のシリコン酸化膜を形成する第３の工程と、上記溝内部
の底面の内央部に選択的にシリコン膜を形成する第４の
工程と、上記基板を酸化処理し、上記シリコン膜および
これと接合される基板部が酸化されて分離絶縁膜が形成
される第５の工程とを含むものである。

〔作用〕

この発明においては、素子分離領域に形成された溝内部
の底面の内央部にシリコン膜を形成するため、分離用絶
縁膜形成のために酸化すると、まずシリコン膜が酸化さ
れる。そのため溝に酸化膜が埋め込まれやすくなり、分
離用絶縁膜形成後における基板表面は凹凸が少なくなる
。また、シリコン膜の酸化において、溝の壁面に形成さ
れた第３の窒化膜が横方向の酸化を抑止させる働きをす
るため、分離用酸化膜の横方向への酸化の進行が遅れ、
素子分離領域の増加を防止できる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。なお
、従来の技術の説明と重複する部分に、適宜その説明を
省略する。

第１図（ａ）〜（ｊ）はこの発明の一実施例による素子
分離構造の製造方法を示す断面図である。

図において、（１１）〜（２０）は従来のものと同じも
の、（２１）　ｆｄ不純物領戚（１９ａ　）の上に形成
された多結晶シリコン膜である。

次に製造方法を説明する。

捷ず、基板（１１）表面に第１のシリコン酸化膜（＋２
）　。

第１のシリコン窒化膜（１３）　、第２のシリコン酸化
膜０舶を順次形成し、素子分離領域に溝０６）全形成す
る。

その後、溝０６）内部の壁面のうち底面の自失部以外の
部分に、第３のシリコン窒化膜（１７ｂ）および第４の
シリコン酸化膜（１８ｂ）　’ｅ影形成、イオン注入に
より不純物領域（１９ａ）　＠形成するが、この工程ま
では従来の技術における＠３図（ａ）〜（ｆ）に示す製
造方法と同じであり、その説明は省略する（第１図（、
）〜（ｆ））。

次に基板（１１）を温度８００〜１０００℃で例えばジ
クロルシラン、水素、塩化水素の混合雰囲気下でＣＶＤ
法により処理し、多結晶シリコン膜はを溝帥の底面部の
不純物領Ｍ、　（１９ａ）の上にのみ選択的に、数百〜
数千Ａの膜厚になるように形成する（第１図（ｇ））。

次に、第２のシリコン酸化膜α４）および第４のシリコ
ン酸化膜（１８ｂ）　ｉ、弗酸系のエツチング液を用い
たウェット・エツチングにより除去する（第１図（ｈ）
）。

次に、約１０００℃で水蒸気を甲いた湿式酸化を行うこ
とにより、第１のシリコン窒化膜０３）および第３のシ
リコン窒化膜（１７ｂ）で覆われていない部分のシリコ
ン基板Ｈ＠ｎ化処理し、フィールド絶縁膜（２０）が約
５０００Ａの厚さとな２・ように形成する。このとき、
すでに注入されてあったｐ９の不純物領域（１９ａ　）
のＢイオンが拡散され、不純物層となってチャネル・ス
トッパ（１９ｂ）が形成される（第１図０））。

次に、第１のシリコン窒化膜（！３）および第３のシリ
コン窒化膜（１７ｂ）を、例えば熱リン酸全戸いたウェ
ット・エツチングにより除去する。これにより、素子分
離構造が完成される（第１図（ｊ））。

以上のような素子分離構造の製造方法でば、溝θ６）の
底面部で不純物領域（１９ａ）の上に多結晶シリコン膜
（２１）　’！ｉ＝形成した後、酸化処理してフィール
ド絶縁膜（２０ｉ　’ｉ影形成る。そのため、フィール
ド絶縁膜（２０）形成時に、１ず多結晶シリコン膜（２
）１）が酸化され、その後、多結晶シリコン膜し１）の
下のシリコン基板（１１）が酸化される。多結晶シリコ
ン膜（２１）の酸化においては、多結晶シリコン膜（２
］＋の端部は第３のシリコン窒化膜（１７ｂ）と接して
いるため、第３のシリコン窒化膜（１７ｂ）が横方向へ
の酸化を抑える働きをする。これにより第３のシリコン
窒化膜（１７ｂ）とシリコン基板（１１）界面への横方
向の酸化の進行は遅れ、酸化膜は溝０６）に埋め込壕れ
やすくなる。従って、得られたフィールド絶縁膜（２０
）は平坦化され、シリコン基板（１１）表面の凹凸は少
なくなる。

また、横方向の酸化の進行が遅れるので、素子分離領域
の増加も抑制される。

なお、上記実施例においては、Ｐ型のシリコン基板（ｌ
１１における場合について示したが、Ｎ型のシリコン基
板の場合では不純物層＊（１９ａ）お−よびチャネル・
ストッパ（１９ｂ）Ｈ形成する必要はない。

また、上記実施例では、多結晶シリコン膜（２１）’を
形成したが、単結晶シリコン膜マタハ非晶質シリコン膜
であってもよく、上記と同様の効果がある。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、この発明によれば、素子分離領域
に形成された溝内部の底面の自失部にシリコン膜を形成
するため、分離用絶縁膜形成後のシリコン基板表面は凹
凸が少なく十分に平坦化される。′−！た素子分離領域
の増加も抑制され、後にトランジスタ形成を行うと狭チ
ャネル効果の小さ０輸 い信頼性の高いトランジスタが形成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（８）〜（ｊ）はこの発明の一実施例の素子分離
構造の製造工程を示す断面図、第２図（ａ）〜（ｄ）は
従来の素子分離構造の製造工程の第１の例を示す断面図
、第３図（ａ）〜（１）は従来の素子分離構造の製造工
程の第２の例を示す断面図である。 図において、（ＩＩ＋はシリコン基板、（１２）は第１
のシリコン酸化膜、Ｑ３）ｌｄ第１のシリコン窒化膜、
（１４）は第２のシリコン酸化膜、（１６）は溝、（１
７ｂ　）げ第３″のシリコン窒化膜、（１８ｂ）は第４
のシリコン酸化膜、（２０）ｄフィールド絶縁膜、（２
１）ぼシリコン膜である。 なお、各図中、同一符号は同一、捷たは相当部分を示す
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体基板上に第１のシリコン酸化膜、第１のシリコン
   窒化膜、第２のシリコン酸化膜を順次形成する第１の工
   程と、素子分離領域となるべき部分の上記第２のシリコ
   ン酸化膜、第１のシリコン窒化膜、第１のシリコン酸化
   膜および基板の一部をエッチング除去して上記基板の主
   面部に溝を形成する第２の工程と、上記溝内の底面の内
   央部を除いた上記溝の内壁部に第３のシリコン窒化膜お
   よび第４のシリコン酸化膜を形成する第３の工程と、上
   記溝内部の底面の内央部に選択的にシリコン膜を形成す
   る第４の工程と、上記基板を酸化処理し、上記シリコン
   膜およびこれと接合される基板部が酸化されて分離絶縁
   膜が形成される第５の工程とを含むことを特徴とする半
   導体装置の製造方法。